Phosphoreszenzdefinition und Beispiele

Phosphoreszenz ist die Lumineszenz, die auftritt, wenn Energie durch elektromagnetische Strahlung, üblicherweise ultraviolettes Licht, zugeführt wird. Die Energiequelle versetzt ein Elektron eines Atoms aus einem Zustand niedrigerer Energie in einen "angeregten" Zustand höherer Energie. dann setzt das Elektron die Energie in Form von sichtbarem Licht (Lumineszenz) frei, wenn es in einen niedrigeren Energiezustand zurückfällt.

Schlüsselfunktionen: Phosphoreszenz

• Phosphoreszenz ist eine Art von Photolumineszenz.
• Bei der Phosphoreszenz wird Licht von einem Material absorbiert, wodurch die Energieniveaus der Elektronen in einen angeregten Zustand gebracht werden. Die Energie des Lichts stimmt jedoch nicht ganz mit der Energie der erlaubten angeregten Zustände überein, so dass die absorbierten Fotos in einem Triplettzustand hängen bleiben. Übergänge in einen niedrigeren und stabileren Energiezustand brauchen Zeit, aber wenn sie auftreten, wird Licht freigesetzt. Da diese Freisetzung langsam erfolgt, scheint ein phosphoreszierendes Material im Dunkeln zu leuchten.
• Beispiele für phosphoreszierende Materialien sind im Dunkeln leuchtende Sterne, einige Sicherheitszeichen und leuchtende Farben. Im Gegensatz zu phosphoreszierenden Produkten hören fluoreszierende Pigmente auf zu leuchten, sobald die Lichtquelle entfernt wird.
• Obwohl Phosphor nach dem grünen Schimmer des Elements Phosphor benannt ist, leuchtet Phosphor tatsächlich aufgrund von Oxidation. Es ist nicht phosphoreszierend!

Einfache Erklärung

Die Phosphoreszenz setzt die gespeicherte Energie mit der Zeit langsam frei. Grundsätzlich wird ein phosphoreszierendes Material durch Belichtung "aufgeladen". Dann wird die Energie für eine gewisse Zeit gespeichert und langsam freigesetzt. Wenn die Energie unmittelbar nach der Absorption der einfallenden Energie freigesetzt wird, spricht man von Fluoreszenz.

Erklärung der Quantenmechanik

Bei der Fluoreszenz absorbiert und emittiert eine Oberfläche ein Photon fast augenblicklich (etwa 10 Nanosekunden). Die Photolumineszenz ist schnell, da die Energie der absorbierten Photonen den Energiezuständen und zulässigen Übergängen des Materials entspricht. Die Phosphoreszenz dauert viel länger (Millisekunden bis zu Tagen), da das absorbierte Elektron in einen angeregten Zustand mit höherer Spinmultiplizität übergeht. Die angeregten Elektronen werden in einem Triplettzustand gefangen und können nur "verbotene" Übergänge verwenden, um in einen Singulettzustand mit niedrigerer Energie zu fallen. Die Quantenmechanik erlaubt einen verbotenen Übergang, aber sie sind nicht kinetisch günstig, so dass es länger dauert, bis sie auftreten. Wenn genügend Licht absorbiert wird, wird das gespeicherte und freigesetzte Licht so signifikant, dass ein Material im Dunkeln zu leuchten scheint. Aus diesem Grund erscheinen phosphoreszierende Materialien wie fluoreszierende Materialien unter einem schwarzen (ultravioletten) Licht sehr hell. Ein Jablonski-Diagramm wird häufig verwendet, um den Unterschied zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz anzuzeigen.

Dieses Jablonski-Diagramm zeigt den Unterschied zwischen den Mechanismen der Fluoreszenz und der Phosphoreszenz. Smokefoot / Creative Commons Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0

Geschichte

Die Untersuchung phosphoreszierender Materialien geht auf das Jahr 1602 zurück, als der Italiener Vincenzo Casciarolo einen "Lapis Solaris" (Sonnenstein) oder "Lapis Lunaris" (Mondstein) beschrieb. Die Entdeckung wurde im Buch des Philosophieprofessors Giulio Cesare la Galla von 1612 beschrieben De Phänomenis in Orbe Lunae. La Galla berichtet, dass Casciarolos Stein Licht ausstrahlte, nachdem er durch Erhitzen verkalkt worden war. Es empfing Licht von der Sonne und gab dann (wie der Mond) Licht in der Dunkelheit ab. Der Stein war unreiner Baryt, obwohl auch andere Mineralien Phosphoreszenz zeigen. Dazu gehören einige Diamanten (dem indischen König Bhoja bereits 1010-1055 bekannt, wiederentdeckt von Albertus Magnus und wiederentdeckt von Robert Boyle) und weißer Topas. Insbesondere die Chinesen schätzten eine Fluoritart namens Chlorophan, die durch Körperwärme, Lichteinwirkung oder Reibung Lumineszenz zeigt. Das Interesse an der Natur der Phosphoreszenz und anderer Arten der Lumineszenz führte schließlich 1896 zur Entdeckung der Radioaktivität.

Materialien

Neben einigen natürlichen Mineralien wird die Phosphoreszenz durch chemische Verbindungen erzeugt. Das wahrscheinlich bekannteste davon ist Zinksulfid, das seit den 1930er Jahren in Produkten verwendet wird. Zinksulfid emittiert normalerweise eine grüne Phosphoreszenz, obwohl Phosphore zugesetzt werden können, um die Farbe des Lichts zu ändern. Leuchtstoffe absorbieren das durch Phosphoreszenz emittierte Licht und setzen es dann als andere Farbe frei.

In jüngerer Zeit wird Strontiumaluminat für die Phosphoreszenz verwendet. Diese Verbindung leuchtet zehnmal heller als Zinksulfid und speichert ihre Energie auch viel länger.

Beispiele für Phosphoreszenz

Häufige Beispiele für Phosphoreszenz sind Sterne, die Menschen an Schlafzimmerwänden anbringen, die stundenlang leuchten, nachdem das Licht ausgeht, und Farben, mit denen leuchtende Sterne gemalt werden. Obwohl das Element Phosphor grün leuchtet, wird das Licht durch Oxidation (Chemilumineszenz) freigesetzt und ist nicht ein Beispiel für Phosphoreszenz.

Quellen

• Franz, Karl A .; Kehr, Wolfgang G .; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Lumineszierende Materialien" in Ullmanns Enzyklopädie der Industriechemie. Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a15_519
• Roda, Aldo (2010). Chemilumineszenz und Biolumineszenz: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Königliche Gesellschaft für Chemie.
• Zitoun, D .; Bernaud, L .; Manteghetti, A. (2009). Mikrowellensynthese eines langlebigen Phosphors. J. Chem. Educ. 86. 72-75. doi: 10.1021 / ed086p72