Der er nogle udtryk, der skaber forvirring i almindeligt dagligdags sprog. Blandt disse vilkår har vi luminescens, fluorescens og phosphorescens. Er de lige vilkår? Hvordan er det anderledes, og hvad refererer hver enkelt til?
Vi kommer til at se alt dette i denne artikel, så gå ikke glip af det.
Hvad er luminescens
Udtrykket luminescens refererer grundlæggende til emission af lys. I vores miljø udsender de fleste genstande lys på grund af den energi, de modtager fra solen, hvilket Det er den lyseste enhed, der er synlig for os. I modsætning til månen, der ser ud til at udsende lys, reflekterer den faktisk sollys og fungerer på samme måde som et kolossalt stenspejl. For bedre at forstå, hvordan luminescens virker i forskellige stoffer, kan du konsultere astronomiske fænomeners indvirkning på luminescens.
Grundlæggende er der tre hovedtyper af luminescens: fluorescens, phosphorescens og kemiluminescens. Blandt dem er fluorescens og phosphorescens klassificeret som former for fotoluminescens. Forskellen mellem fotoluminescens og kemiluminescens ligger i mekanismen for aktivering af luminescens; Ved fotoluminescens virker lys som en udløser, mens i kemiluminescens sætter en kemisk reaktion i gang emissionen af lys.
Både fluorescens og phosphorescens, som er former for fotoluminescens, afhænger af et stofs evne til at absorbere lys og efterfølgende udsende det ved en længere bølgelængde, hvilket indikerer en reduktion i energi. Imidlertid, Varigheden af denne proces varierer betydeligt. I fluorescerende reaktioner sker lysemission øjeblikkeligt og kan kun observeres, mens lyskilden forbliver aktiv (såsom ultraviolet lys).
I modsætning hertil tillader fosforescerende reaktioner materialet at bevare absorberet energi, så det kan udsende lys senere, hvilket resulterer i en glød, der fortsætter, selv efter at lyskilden er blevet slukket. Derfor, hvis luminescensen forsvinder med det samme, klassificeres den som fluorescens; Hvis det fortsætter, identificeres det som phosphorescens; og hvis det kræver en kemisk reaktion at aktivere, kaldes det kemiluminescens.
Eksempler på dette kan findes i naturfænomener og teknologiske anvendelser, som f.eks fluorescerende og fosforescerende materialer. For eksempel kunne man forestille sig en natklub, hvor stoffet og tænderne lyser under sort lys (fluorescens), nødudgangsskiltet udstråler lys (phosphorescens), og glow sticks også producerer belysning (kemiluminescens). Også i mærkning af objekter og i videnskabelige undersøgelser, hvor forskellen i varigheden af luminescens er væsentlig.
Fluorescens
Materialer, der udsender lys øjeblikkeligt, kaldes fluorescerende. I disse materialer absorberer atomer energi, hvilket får dem til at gå ind i en "ophidset" tilstand. Når de vender tilbage til deres normale tilstand på cirka en hundrede tusindedel af et sekund (spænder fra 10^-9 til 10^-6 sekunder), frigiver de denne energi i form af små partikler af lys kendt som fotoner.
Formelt set, Fluorescens er en strålingsproces, hvori exciterede elektroner De går fra den laveste exciterede tilstand (S1) til grundtilstanden (S0). Under denne overgang spreder elektronen noget af sin energi gennem vibrationsrelaksation, hvilket resulterer i, at den udsendte foton har reduceret energi og som følge heraf en længere bølgelængde.
For praktiske anvendelser og eksempler på fluorescens kan du henvise til "Anvendelser og anvendelser af fluorescens i videnskab og teknologi".
Fosforescens
For at forstå forskellene mellem fluorescens og phosphorescens er det nødvendigt kort at udforske begrebet elektronspin. Spin repræsenterer en fundamental karakteristik af elektronen, der fungerer som en type vinkelmoment, der påvirker dens adfærd inden for et elektromagnetisk felt. Denne egenskab kan kun have en værdi på ½ og kan udvise en opadgående eller nedadgående orientering. Inden for den samme orbital af et atom udviser elektroner konsekvent antiparallel spin, når de er i singlet-grundtilstand (S0). Ved fremme til en exciteret tilstand bevarer elektronen sin spin-orientering, hvilket resulterer i dannelsen af en singlet-exciteret tilstand (S1), hvor begge spin-orienteringer forbliver parret i en antiparallel konfiguration. Det er vigtigt at bemærke, at alle afslapningsprocesser forbundet med fluorescens er spin-neutrale, hvilket sikrer, at elektronspin-orienteringen bevares til enhver tid.
I tilfælde af phosphorescens, Processen adskiller sig væsentligt, da den involverer overgange mellem stater med forskellige spin-orienteringer.. Hurtige overgange (fra 10^-11 til 10^-6 sekunder) forekommer mellem systemer, der går fra singlet-exciteret tilstand (S1) til en energimæssigt mere gunstig triplet-exciteret tilstand (T1). Denne overgang resulterer i vending af elektronspin; De resulterende tilstande er karakteriseret ved parallelle spins på begge elektroner og er klassificeret som metastabile. I dette tilfælde sker afslapning ved phosphorescens, hvilket fører til endnu en vending af elektronspin og den efterfølgende udsendelse af en foton.
Overgangen tilbage til den afslappede singlet-tilstand (S0) kan forekomme efter en lang forsinkelse (varierende fra 10^-3 til mere end 100 sekunder). Under denne afslapningsproces forbruger ikke-strålingsmekanismer mere energi i phosphorescerende afslapning sammenlignet med fluorescens, hvilket resulterer i en større energiforskel mellem absorberede og udsendte fotoner og som følge heraf et større skift i bølgelængde. Det er interessant at observere, hvordan forskellen i materialernes atomare struktur forårsager disse variationer i luminescensfænomenerne.
Excitations- og emissionsspektre
Luminescens opstår, når elektronerne i et stof exciteres ved at absorbere fotoner og efterfølgende frigive den energi i form af stråling. I visse tilfælde, Den udsendte stråling kan bestå af fotoner, der har samme energi og bølgelængde som dem, der absorberes; Dette fænomen er kendt som resonansfluorescens. Oftere har den udsendte stråling en længere bølgelængde, hvilket indikerer lavere energi sammenlignet med de absorberede fotoner.
Denne overgang til længere bølgelængder er kendt som Stokes-skiftet. Når elektroner exciteres af kort, usynlig stråling, stiger de til højere energitilstande. Når de vender tilbage til deres oprindelige tilstand, udsender de synligt lys med samme bølgelængde, hvilket eksemplificerer resonansfluorescens. Imidlertid kan disse exciterede elektroner også vende tilbage til et mellemenerginiveau, hvilket resulterer i udsendelsen af en lysende foton, der bærer mindre energi end den oprindelige excitation. denne proces, når det induceres af ultraviolet lys, manifesterer det sig generelt som fluorescens inden for det synlige spektrum. I tilfælde af phosphorescerende materialer er der en forsinkelse mellem excitationen af elektroner til høje energiniveauer og deres tilbagevenden til grundtilstanden.
Et interessant aspekt at bemærke er, at intensiteten og farven af det udsendte lys afhænger af stoffet og excitationsbølgelængden, hvilket er essentielt i design af fluorescerende og phosphorescerende materialer. Forholdet mellem excitations- og emissionsbølgelængder, kendt som excitations- og emissionsspektre, er nøglen til at forstå, hvordan og hvornår disse fænomener opstår.
Det er vigtigt at bemærke, at emissionsbølgelængden ikke afhænger af excitationsbølgelængden, undtagen i tilfælde, hvor stoffer har flere luminescensmekanismer. Som følge heraf viser mineraler forskellige evner til at absorbere ultraviolet lys ved specifikke bølgelængder; nogle fluorescerer under kortbølget ultraviolet lys, mens andre fluorescerer under lange bølgelængder, og nogle viser utydelig fluorescens. Farven på det udsendte lys varierer ofte betydeligt med forskellige excitationsbølgelængder.
Forekomsten af disse fænomener er ikke begrænset udelukkende til brugen af ultraviolet stråling; snarere kan excitation opnås ved enhver stråling, der besidder den passende energi. f.eks. Røntgenstråler er i stand til at inducere fluorescens i forskellige stoffer, hvoraf mange også reagerer på forskellige typer stråling. Magnesium wolframat, for eksempel, viser følsomhed over for næsten al stråling med bølgelængder kortere end 300 nm, der omfatter både ultraviolette og røntgenspektre. Desuden kan visse materialer let exciteres af elektroner, som eksemplificeret ved de fosfor, der bruges i fjernsynsrør.
Og hvordan hænger disse fænomener sammen med andre naturbegivenheder?
At forstå forskellene mellem luminescens, fluorescens og phosphorescens hjælper også til at forstå naturfænomener som f.eks. cirrusskylag og andre atmosfæriske fænomener. Denne viden beriger fortolkningen af lysspektre og lysets interaktion med forskellige materialer i vores miljø, samt åbner døren til nye videnskabelige og teknologiske anvendelser. At opdage, hvordan disse fænomener opstår, og hvilke forhold der favoriserer dem, kunne være nøglen til fremskridt inden for områder som mineralogi, astronomi og biomedicin.
