Fosforescentie is luminescentie die optreedt wanneer energie wordt geleverd door electromagnetische straling, meestal ultraviolet licht. De energiebron schopt een elektron van een atoom van een lagere energietoestand naar een "opgewonden" hogere energietoestand; dan geeft het elektron de energie vrij in de vorm van zichtbaar licht (luminescentie) wanneer het terugvalt naar een lagere energietoestand.
Belangrijkste afhaalrestaurants: fosforescentie
- Fosforescentie is een soort fotoluminescentie.
- Bij fosforescentie wordt licht geabsorbeerd door een materiaal, waardoor de energieniveaus van elektronen omhoog worden gestuwd in een aangeslagen toestand. De energie van het licht komt echter niet helemaal overeen met de energie van toegestane opgewonden toestanden, dus de geabsorbeerde foto's blijven steken in een triplet-toestand. Overgangen naar een lagere en stabielere energietoestand hebben tijd nodig, maar wanneer ze zich voordoen, komt er licht vrij. Omdat deze afgifte langzaam plaatsvindt, lijkt een fosforescerend materiaal in het donker te gloeien.
- Voorbeelden van fosforescerende materialen zijn onder meer oplichtende sterren, enkele veiligheidstekens en gloeiende verf. In tegenstelling tot fosforescerende producten, stoppen fluorescerende pigmenten met gloeien zodra de lichtbron is verwijderd.
- Hoewel genoemd naar de groene gloed van het element fosfor, gloeit fosfor eigenlijk vanwege oxidatie. Het is niet fosforescerend!
Eenvoudige uitleg
Fosforescentie geeft de opgeslagen energie langzaam af na verloop van tijd. In feite wordt fosforescerend materiaal "geladen" door het aan licht bloot te stellen. Vervolgens wordt de energie gedurende een bepaalde periode opgeslagen en langzaam vrijgegeven. Wanneer de energie direct na het absorberen van de invallende energie vrijkomt, wordt het proces genoemd fluorescentie.
Uitleg over de kwantummechanica
Bij fluorescentie absorbeert een oppervlak en zendt het bijna onmiddellijk een foton uit (ongeveer 10 nanoseconden). Fotoluminescentie is snel omdat de energie van de geabsorbeerde fotonen overeenkomt met energietoestanden en toegestane overgangen van het materiaal. Fosforescentie duurt veel langer (milliseconden tot dagen) omdat het geabsorbeerde elektron overgaat in een aangeslagen toestand met een hogere spin-multipliciteit. De aangeslagen elektronen raken gevangen in een triplet-toestand en kunnen alleen "verboden" overgangen gebruiken om naar een singlet-toestand met een lagere energie te dalen. Kwantummechanica zorgt voor een verboden overgang, maar ze zijn niet kinetisch gunstig, dus het duurt langer voordat ze plaatsvinden. Als er voldoende licht wordt geabsorbeerd, wordt het opgeslagen en afgegeven licht voldoende belangrijk om materiaal te laten "gloeien" in de donker. "Om deze reden zien fosforescerende materialen, net als fluorescerende materialen, erg helder onder een zwart (ultraviolet) licht. Een Jablonski-diagram wordt vaak gebruikt om het verschil tussen fluorescentie en fosforescentie weer te geven.
Geschiedenis
De studie van fosforescerende materialen dateert van minstens 1602 toen de Italiaanse Vincenzo Casciarolo een "lapis solaris" (zonnesteen) of "lapis lunaris" (maansteen) beschreef. De ontdekking werd beschreven in filosofieprofessor Giulio Cesare la Galla's boek uit 1612 De fenomenen in Orbe Lunae. La Galla meldt dat Casciarolo's steen er licht op uitzond nadat het door verhitting was verkalkt. Het ontving licht van de zon en gaf vervolgens (net als de maan) licht in de duisternis. De steen was onzuiver bariet, hoewel andere mineralen ook fosforescentie vertonen. Ze bevatten enkele diamanten (bekend bij de Indiase koning Bhoja al in 1010-1055, herontdekt door Albertus Magnus en opnieuw herontdekt door Robert Boyle) en witte topaas. Vooral de Chinezen waardeerden een type fluoriet, chlorofaan genaamd, dat luminescentie vertoont door lichaamswarmte, blootstelling aan licht of wrijven. Interesse in de aard van fosforescentie en andere soorten luminescentie leidde uiteindelijk tot de ontdekking van radioactiviteit in 1896.
Materialen
Naast enkele natuurlijke mineralen wordt fosforescentie geproduceerd door chemische verbindingen. Waarschijnlijk de bekendste hiervan is zinksulfide, dat sinds de jaren dertig in producten wordt gebruikt. Zinksulfide geeft gewoonlijk een groene fosforescentie af, hoewel fosforen kunnen worden toegevoegd om de kleur van licht te veranderen. Fosforen absorberen het door fosforescentie uitgestraalde licht en geven het weer af als een andere kleur.
Meer recentelijk wordt strontiumaluminaat gebruikt voor fosforescentie. Deze verbinding gloeit tien keer helderder dan zinksulfide en slaat ook veel langer zijn energie op.
Voorbeelden van fosforescentie
Veelvoorkomende voorbeelden van fosforescentie zijn sterren die mensen op de muren van de slaapkamer zetten die uren branden nadat de lichten zijn uitgegaan en verf die is gebruikt om gloeiende stermuurschilderingen te maken. Hoewel het element fosfor licht groen op, het licht komt vrij van oxidatie (chemiluminescentie) en is niet een voorbeeld van fosforescentie.
Bronnen
- Franz, Karl A.; Kehr, Wolfgang G.; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Lichtgevende materialen" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a15_519
- Roda, Aldo (2010). Chemiluminescentie en bioluminescentie: verleden, heden en toekomst. Royal Society of Chemistry.
- Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. (2009). Microgolfsynthese van een langdurige fosfor. J. Chem. Educ. 86. 72-75. doi: 10.1021 / ed086p72