Definizione ed esempi di fosforescenza

Fosforescenza è la luminescenza che si verifica quando l'energia viene fornita dalle radiazioni elettromagnetiche, generalmente dai raggi ultravioletti. La fonte di energia calcia un elettrone di un atomo da uno stato di energia inferiore a uno stato di energia superiore "eccitato"; quindi l'elettrone rilascia l'energia sotto forma di luce visibile (luminescenza) quando ritorna a uno stato di energia inferiore.

Key Takeaways: fosforescenza

• La fosforescenza è un tipo di fotoluminescenza.
• Nella fosforescenza, la luce viene assorbita da un materiale, aumentando i livelli di energia degli elettroni in uno stato eccitato. Tuttavia, l'energia della luce non corrisponde perfettamente all'energia degli stati eccitati consentiti, quindi le foto assorbite rimangono bloccate in uno stato di tripletto. Le transizioni verso uno stato di energia inferiore e più stabile richiedono tempo, ma quando si verificano, la luce viene rilasciata. Poiché questa versione si verifica lentamente, un materiale fosforescente sembra brillare nel buio.
• Esempi di materiali fosforescenti includono stelle luminose al buio, alcuni segnali di sicurezza e vernice brillante. A differenza dei prodotti fosforescenti, i pigmenti fluorescenti smettono di brillare una volta rimossa la sorgente luminosa.
• Sebbene chiamato per il bagliore verde dell'elemento fosforo, il fosforo brilla effettivamente a causa dell'ossidazione. Non è fosforescente!

Spiegazione semplice

La fosforescenza rilascia lentamente l'energia immagazzinata nel tempo. Fondamentalmente, un materiale fosforescente viene "caricato" esponendolo alla luce. Quindi l'energia viene immagazzinata per un periodo di tempo e rilasciata lentamente. Quando l'energia viene rilasciata immediatamente dopo aver assorbito l'energia incidente, il processo si chiama fluorescenza.

Spiegazione della meccanica quantistica

Nella fluorescenza, una superficie assorbe e riemette un fotone quasi istantaneamente (circa 10 nanosecondi). La fotoluminescenza è rapida perché l'energia dei fotoni assorbiti corrisponde agli stati energetici e ha permesso le transizioni del materiale. La fosforescenza dura molto più a lungo (millisecondi fino a giorni) perché l'elettrone assorbito attraversa uno stato eccitato con una maggiore molteplicità di spin. Gli elettroni eccitati vengono intrappolati in uno stato di tripletto e possono usare solo transizioni "proibite" per passare a uno stato di singoletto a energia inferiore. La meccanica quantistica consente la transizione proibita, ma non sono cinicamente favorevoli, quindi impiegano più tempo a verificarsi. Se viene assorbita abbastanza luce, la luce immagazzinata e rilasciata diventa sufficientemente significativa perché un materiale appaia "brillare nel buio". Per questo motivo, i materiali fosforescenti, come i materiali fluorescenti, appaiono molto luminosi sotto una luce nera (ultravioletta). Un diagramma di Jablonski è comunemente usato per visualizzare la differenza tra fluorescenza e fosforescenza.

Questo diagramma di Jablonski mostra la differenza tra i meccanismi di fluorescenza e fosforescenza. Smokefoot / Creative Commons Attribution-Share Allo stesso modo 3.0

Storia

Lo studio dei materiali fosforescenti risale almeno al 1602 quando l'italiano Vincenzo Casciarolo descrisse un "lapis solaris" (pietra del sole) o "lapis lunaris" (pietra lunare). La scoperta fu descritta nel libro del 1612 del professor Giulio Cesare la Galla De Phenomenis in Orbe Lunae. La Galla riferisce che la pietra di Casciarolo ha emesso luce dopo essere stata calcificata per riscaldamento. Ricevette luce dal Sole e poi (come la Luna) emise luce nell'oscurità. La pietra era una barite impura, sebbene anche altri minerali presentassero fosforescenza. Includono alcuni diamanti (conosciuti dal re indiano Bhoja già nel 1010-1055, riscoperti da Albertus Magnus e nuovamente riscoperti da Robert Boyle) e topazio bianco. I cinesi, in particolare, apprezzavano un tipo di fluorite chiamato clorofano che avrebbe mostrato luminescenza dal calore corporeo, esposizione alla luce o sfregamento. L'interesse per la natura della fosforescenza e altri tipi di luminescenza alla fine portarono alla scoperta della radioattività nel 1896.

materiale

Oltre ad alcuni minerali naturali, la fosforescenza è prodotta da composti chimici. Probabilmente il più noto di questi è il solfuro di zinco, che è stato utilizzato nei prodotti dagli anni '30. Il solfuro di zinco di solito emette una fosforescenza verde, sebbene i fosfori possano essere aggiunti per cambiare il colore della luce. I fosfori assorbono la luce emessa dalla fosforescenza e la rilasciano come un altro colore.

Più recentemente, l'alluminato di stronzio è usato per la fosforescenza. Questo composto brilla dieci volte più luminoso del solfuro di zinco e conserva la sua energia molto più a lungo.

Esempi di fosforescenza

Esempi comuni di fosforescenza includono stelle che le persone mettono sulle pareti della camera da letto che si illuminano per ore dopo che le luci sono state spente e la vernice utilizzata per realizzare murales di stelle luminosi. Sebbene l'elemento fosforo si illumini di verde, la luce viene rilasciata dall'ossidazione (chemiluminescenza) ed è non un esempio di fosforescenza.

fonti

• Franz, Karl A .; Kehr, Wolfgang G .; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Materiali luminescenti" in Enciclopedia di Ullmann della chimica industriale. Wiley-VCH. Weinheim. DOI: 10.1002 / 14356007.a15_519
• Roda, Aldo (2010). Chemiluminescenza e bioluminescenza: passato, presente e futuro. Royal Society of Chemistry.
• Zitoun, D .; Bernaud, L .; Manteghetti, A. (2009). Sintesi a microonde di un fosforo duraturo. J. Chem. Educ. 86. 72-75. doi: 10.1021 / ed086p72