Τι είναι ο Φωσφορισμός; Ορισμός και Παραδείγματα

Φωσφορισμός είναι φως που απελευθερώνεται από την ύλη μετά από έκθεση σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συνήθως υπεριώδες φως. Η πηγή ενέργειας εκτοξεύει ένα ηλεκτρόνιο ενός ατόμου από μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας σε μια «διεγερμένη» υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. τότε το ηλεκτρόνιο απελευθερώνει την ενέργεια με τη μορφή ορατού φωτός (φωταύγεια) όταν πέφτει σε χαμηλότερη, πιο σταθερή ενεργειακή κατάσταση.

Ο φωσφορισμός είναι μια μορφή φωτοφωταύγειας. Άλλοι συνήθεις τύποι φωτοφωταύγειας περιλαμβάνουν τη χημειοφωταύγεια και τον φθορισμό. Η ενέργεια για τη χημειοφωταύγεια προέρχεται από μια χημική αντίδραση. Όπως ο φωσφορισμός, ο φθορισμός απελευθερώνει φως μετά από έκθεση σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (όπως το μαύρο φως). Ωστόσο, ο φθορισμός εμφανίζεται πολύ πιο γρήγορα από τον φωσφορισμό και εξασθενεί μόλις αφαιρεθεί η πηγή φωτός. Τα φωσφορίζοντα υλικά λάμπουν λεπτά, ώρες ή ακόμα και μέρες μετά το σβήσιμο των φώτων, έτσι λάμπουν στο σκοτάδι.

Βασικά συμπεράσματα:Φωσφορισμός

• Ο φωσφορισμός είναι ένας τύπος φωτοφωταύγειας.
• Στον φωσφορισμό, το φως απορροφάται από ένα υλικό, ανεβάζοντας τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων σε διεγερμένη κατάσταση. Ωστόσο, η ενέργεια του φωτός δεν ταιριάζει απόλυτα με την ενέργεια των επιτρεπόμενων διεγερμένων καταστάσεων, έτσι τα απορροφημένα φωτόνια κολλάνε σε τριπλή κατάσταση. Τελικά, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια πέφτουν σε μια χαμηλότερη και πιο σταθερή ενεργειακή κατάσταση και απελευθερώνουν την επιπλέον ενέργεια ως φως. Η διαδικασία συμβαίνει αργά, έτσι το φωσφορίζον υλικό φαίνεται να λάμπει στο σκοτάδι.
• Παραδείγματα φωσφοριζόντων υλικών περιλαμβάνουν αστέρια που λάμπουν στο σκοτάδι, ορισμένες πινακίδες ασφαλείας, λαμπερά χρώματα και ορισμένα οδικά σημάδια.
• Ενώ ο φωσφορισμός πήρε το όνομά του από την πράσινη λάμψη του στοιχείου φώσφορος, ο φώσφορος δεν είναι φωσφορίζων. Ο λόγος που το στοιχείο λάμπει είναι λόγω της οξείδωσης (χημιφωταύγεια).

Πώς λειτουργεί – Απλή εξήγηση

Βασικά, ένα φωσφορίζον υλικό «φορτίζεται» με την έκθεσή του στο φως. Το υλικό απορροφά το φως και απελευθερώνει την αποθηκευμένη ενέργεια αργά και σε μεγαλύτερο μήκος κύματος από το αρχικό φως. Έτσι, ένα φωσφορίζον υλικό μπορεί να απορροφήσει το υπεριώδες φως και να απελευθερώσει πράσινο φως, αλλά δεν μπορεί να πάει αντίθετα στο φάσμα (π.χ., πράσινο προς μπλε). Μερικές φορές φθορίζουσες βαφές προστίθενται σε φωσφορίζοντα υλικά για να αλλάξουν το χρώμα του φωτός. Τα φθορίζοντα υλικά απορροφούν ενέργεια και απελευθερώνουν αμέσως φως. Τα φωσφορίζοντα αντικείμενα λάμπουν πιο έντονα κάτω από ένα μαύρο φως παρά στο σκοτάδι, επειδή μπορεί να περιέχουν φθορίζουσες βαφές και επειδή ορισμένες φωσφορίζουσες μεταβάσεις συμβαίνουν γρήγορα.

Πώς λειτουργεί – Επεξήγηση Κβαντικής Μηχανικής

Στον φθορισμό, μια επιφάνεια απορροφά και εκπέμπει ξανά ένα φωτόνιο σχεδόν αμέσως (περίπου 10 νανοδευτερόλεπτα). Αυτός ο τύπος φωτοφωταύγειας είναι γρήγορος επειδή η ενέργεια των απορροφούμενων φωτονίων ταιριάζει με τις ενεργειακές καταστάσεις και τις επιτρεπόμενες μεταβάσεις του υλικού. Ο φωσφορισμός διαρκεί πολύ περισσότερο (χιλιοστά του δευτερολέπτου έως και ημέρες) επειδή το απορροφημένο ηλεκτρόνιο περνά σε διεγερμένη κατάσταση με μεγαλύτερη πολλαπλότητα σπιν. Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια παγιδεύονται σε τριπλή κατάσταση και μπορούν να χρησιμοποιήσουν μόνο «απαγορευμένες» μεταβάσεις για να πέσουν σε κατάσταση μονήρης χαμηλότερης ενέργειας. Η κβαντομηχανική επιτρέπει απαγορευμένες μεταβάσεις, αλλά δεν είναι κινητικά ευνοϊκές, επομένως χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να πραγματοποιηθούν. Εάν απορροφηθεί αρκετό φως, το αποθηκευμένο και απελευθερωμένο φως γίνεται αρκετά σημαντικό ώστε ένα υλικό να φαίνεται ότι «λάμπει στο σκοτάδι». Για το λόγο αυτό, τα φωσφορίζοντα υλικά, όπως και τα φθορίζοντα υλικά, φαίνονται πολύ φωτεινά κάτω από ένα μαύρο (υπεριώδες) φως. Ένα διάγραμμα Jablonski χρησιμοποιείται συνήθως για να εμφανίσει τη διαφορά μεταξύ φθορισμού και φωσφορισμού.

Ιστορικό

Το 1602, ο Ιταλός Vincenzo Casciarolo περιέγραψε μια "lapis solaris" (λίθος του ήλιου) ή "lapis lunaris" (πέτρα του φεγγαριού). Η ανακάλυψη περιγράφηκε στο βιβλίο του 1612 του καθηγητή φιλοσοφίας Giulio Cesare la Galla De Phenomenis in Orbe Lunae . Η La Galla αναφέρει ότι η πέτρα του Casciarolo εξέπεμπε φως στο αναμμένο της αφού είχε ασβεστοποιηθεί μέσω θέρμανσης. Έλαβε φως από τον Ήλιο και μετά (όπως η Σελήνη) έδωσε φως στο σκοτάδι. Η πέτρα ήταν ακάθαρτος βαρίτης, αν και άλλα ορυκτά εμφανίζουν επίσης φωσφορισμό. Άλλα φωσφορίζοντα πετράδια περιλαμβάνουν μερικά διαμάντια (γνωστά στον Ινδό βασιλιά Bhoja ήδη από το 1010-1055, που ανακαλύφθηκε ξανά από τον Albertus Magnus και ξανά ανακαλύφθηκε από τον Robert Boyle) και λευκό τοπάζι. Οι Κινέζοι, ειδικότερα, εκτιμούσαν έναν τύπο φθορίτη που ονομαζόταν χλωροφάνη που θα εμφανίζει φωταύγεια από τη θερμότητα του σώματος, την έκθεση στο φως ή το τρίψιμο. Το ενδιαφέρον για τη φύση του φωσφορισμού και άλλων τύπων φωταύγειας οδήγησε τελικά στην ανακάλυψη της ραδιενέργειας το 1896.

Υλικά

Εκτός από τα φυσικά μέταλλα, ο φωσφορισμός παράγεται από χημικές ενώσεις. Το πιο γνωστό από αυτά είναι το θειούχο ψευδάργυρο, το οποίο χρησιμοποιείται σε αστέρια που λάμπουν στο σκοτάδι και σε άλλα προϊόντα από τη δεκαετία του 1930. Ο θειούχος ψευδάργυρος συνήθως εκπέμπει πράσινο φωσφορισμό, αν και μπορεί να προστεθούν φώσφοροι για να αλλάξουν το χρώμα του φωτός. Οι φώσφοροι απορροφούν το φως που εκπέμπεται από τον φωσφορισμό και στη συνέχεια το απελευθερώνουν ως άλλο χρώμα.

Σήμερα, το ντοπαρισμένο αργιλικό στρόντιο είναι η φωσφορίζουσα ένωση επιλογής. Λάμπει δέκα φορές πιο φωτεινά από το θειούχο ψευδάργυρο και αποθηκεύει την ενέργειά του πολύ περισσότερο. Το πιο φωτεινό χρώμα που απελευθερώνεται από το αργιλικό στρόντιο είναι το πράσινο, αλλά το aqua και το μπλε λάμπουν επίσης έντονα και για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εμφανίζονται επίσης το κόκκινο, το κίτρινο, το πορτοκαλί, το λευκό και το βιολετί, αλλά είτε είναι πιο αμυδρά είτε ξεθωριάζουν πιο γρήγορα.

Παραδείγματα φωσφορισμού

Τα αστέρια που βάζουν οι άνθρωποι στους τοίχους της κρεβατοκάμαρας για να λάμπουν τη νύχτα είναι φωσφορίζοντα. Ορισμένα ρολόγια έχουν φωσφορίζοντες δείκτες. Υπάρχουν επίσης πλακόστρωτα, λάμπες και μπρελόκ που λάμπουν στο σκοτάδι από αυτή τη διαδικασία. Η λάμψη του φωσφόρου είναι χημειοφωταύγεια, επομένως δεν ένα παράδειγμα φωσφορισμού.

Αναφορές

• Franz, Karl A.; Kehr, Wolfgang G.; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Luminescent Materials" στην Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH. Weinheim. doi:10.1002/14356007.a15_519
• McQuarrie, Donald A.; Simon, John D.; Choi, John (1997). Φυσική Χημεία:Μια Μοριακή Προσέγγιση (1η έκδ.). Πανεπιστημιακά επιστημονικά βιβλία. ISBN:9780935702996
• Roda, Aldo (2010). Χημειοφωταύγεια και Βιοφωταύγεια:Παρελθόν, Παρόν και Μέλλον . Royal Society of Chemistry.
• Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. (2009). Σύνθεση μικροκυμάτων ενός μακράς διαρκείας φωσφόρου. J. Chem. Εκπαιδεύω . 86. 72-75. doi:10.1021/ed086p72