Warum Wintergreen Lifesavers im Dunkeln Tribolumineszenz funkeln

Seit mehreren Jahrzehnten spielen Menschen im Dunkeln mit Tribolumineszenz mit wintergrünen Lebensretter-Bonbons. Die Idee ist, die harten, Donut-förmigen Süßigkeiten im Dunkeln zu brechen. Normalerweise schaut eine Person in einen Spiegel oder schaut in den Mund eines Partners, während sie die Süßigkeiten zerkleinert, um die resultierenden blauen Funken zu sehen.

Wie man Süßigkeiten im Dunkeln funkeln lässt

• wintergrüne Bonbons (z. B. Wint-o-Green Lifesavers
• Zähne, Hammer oder Zange

Sie können eine beliebige Anzahl von Hartbonbons verwenden, um Tribolumineszenz zu erkennen. Der Effekt eignet sich jedoch am besten für Bonbons mit Wintergrüngeschmack, da die Fluoreszenz von Wintergrünöl das Licht verstärkt. Wählen Sie eine harte, weiße Süßigkeit, da die meisten klaren harten Süßigkeiten nicht gut funktionieren. 

So sehen Sie den Effekt:

• Trocknen Sie Ihren Mund mit einem Papiertuch und knirschen Sie die Süßigkeiten mit den Zähnen. Verwenden Sie einen Spiegel, um das Licht aus Ihrem eigenen Mund zu sehen, oder beobachten Sie, wie jemand anderes im Dunkeln Süßigkeiten kaut.
• Legen Sie die Süßigkeiten auf eine harte Oberfläche und zerschlagen Sie sie mit einem Hammer. Sie können es auch unter einer durchsichtigen Plastikplatte zerdrücken.
• Zerdrücken Sie die Süßigkeiten mit einer Zange

Sie können das Licht mit einem Handy erfassen, das bei schlechten Lichtverhältnissen gut funktioniert, oder mit einer Kamera auf einem Stativ mit einer hohen ISO-Nummer. Das Video ist wahrscheinlich einfacher als eine Standbildaufnahme.

Wie Tribolumineszenz funktioniert

Tribolumineszenz ist Licht, das erzeugt wird, wenn zwei Teile eines speziellen Materials zusammengestoßen oder aneinander gerieben werden. Es ist im Grunde Licht aus Reibung, wie der Begriff aus dem Griechischen stammt Tribein, bedeutet "reiben" und das lateinische Präfix Lumin, bedeutet "Licht". Im Allgemeinen tritt Lumineszenz auf, wenn Energie aus Wärme, Reibung, Elektrizität oder anderen Quellen in Atome eingespeist wird. Die Elektronen im Atom absorbieren diese Energie. Wenn die Elektronen in ihren normalen Zustand zurückkehren, wird die Energie in Form von Licht freigesetzt.

Das Spektrum des durch die Tribolumineszenz von Zucker (Saccharose) erzeugten Lichts ist dasselbe wie das Spektrum des Blitzes. Der Blitz entsteht aus einem Elektronenstrom, der durch die Luft strömt und die Elektronen der Stickstoffmoleküle (die Hauptkomponente der Luft) anregt, die blaues Licht abgeben, wenn sie ihre Energie abgeben. Die Tribolumineszenz des Zuckers kann als ein Blitz in sehr kleinem Maßstab angesehen werden. Wenn ein Zuckerkristall belastet wird, werden die positiven und negativen Ladungen im Kristall getrennt, wodurch ein elektrisches Potential erzeugt wird. Wenn sich genügend Ladung angesammelt hat, springen die Elektronen über einen Bruch im Kristall und kollidieren mit anregenden Elektronen in den Stickstoffmolekülen. Das meiste vom Stickstoff in der Luft emittierte Licht ist ultraviolett, aber ein kleiner Teil befindet sich im sichtbaren Bereich. Für die meisten Menschen erscheint die Emission bläulich-weiß, obwohl einige Menschen eine blaugrüne Farbe erkennen (menschliches Farbsehen im Dunkeln ist nicht sehr gut)..

Die Emission von wintergrünen Bonbons ist viel heller als die von Saccharose allein, da das wintergrüne Aroma (Methylsalicylat) fluoresziert. Methylsalicylat absorbiert ultraviolettes Licht im gleichen Spektralbereich wie die vom Zucker erzeugten Blitzemissionen. Die Methylsalicylat-Elektronen werden angeregt und senden blaues Licht aus. Im sichtbaren Bereich des Spektrums befindet sich viel mehr der Wintergrünemission als die ursprüngliche Zuckeremission, so dass das Wintergrünlicht heller als das Saccharoselicht zu sein scheint.

Tribolumineszenz hängt mit Piezoelektrizität zusammen. Piezoelektrische Materialien erzeugen eine elektrische Spannung aus der Trennung positiver und negativer Ladungen, wenn sie zusammengedrückt oder gedehnt werden. Piezoelektrische Materialien haben im Allgemeinen eine asymmetrische (unregelmäßige) Form. Saccharosemoleküle und Kristalle sind asymmetrisch. Ein asymmetrisches Molekül ändert seine Fähigkeit, Elektronen zu halten, wenn es zusammengedrückt oder gedehnt wird, wodurch sich seine Verteilung der elektrischen Ladung ändert. Asymmetrische piezoelektrische Materialien neigen eher zur Tribolumineszenz als symmetrische Substanzen. Etwa ein Drittel der bekannten Tribolumineszenzmaterialien ist jedoch nicht piezoelektrisch, und einige piezoelektrische Materialien sind nicht tribolumineszent. Daher muss ein zusätzliches Merkmal die Tribolumineszenz bestimmen. Verunreinigungen, Störungen und Defekte sind auch bei tribolumineszenten Materialien häufig. Diese Unregelmäßigkeiten oder lokalisierten Asymmetrien ermöglichen es auch, dass sich eine elektrische Ladung ansammelt. Die genauen Gründe, warum bestimmte Materialien Tribolumineszenz zeigen, können für verschiedene Materialien unterschiedlich sein, es ist jedoch wahrscheinlich, dass die Kristallstruktur und die Verunreinigungen primäre Determinanten dafür sind, ob ein Material Tribolumineszenz aufweist oder nicht.

Wint-O-Green-Lebensretter sind nicht die einzigen Süßigkeiten, die Tribolumineszenz aufweisen. Regelmäßige Würfelzucker funktionieren genauso wie fast jede undurchsichtige Süßigkeit, die aus Zucker (Saccharose) hergestellt wird. Transparente Süßigkeiten oder Süßigkeiten, die mit künstlichen Süßungsmitteln hergestellt wurden, funktionieren nicht. Die meisten Klebebänder emittieren auch Licht, wenn sie abgerissen wurden. Amblygonit, Calcit, Feldspat, Fluorit, Lepidolith, Glimmer, Pektolith, Quarz und Sphalerit sind Mineralien, von denen bekannt ist, dass sie Tribolumineszenz zeigen, wenn sie geschlagen, gerieben oder zerkratzt werden. Die Tribolumineszenz variiert stark von einer Mineralprobe zur anderen, so dass sie möglicherweise nicht beobachtet werden kann. Sphalerit- und Quarzproben, die eher durchscheinend als durchsichtig sind und kleine Brüche im gesamten Gestein aufweisen, sind am zuverlässigsten.

Möglichkeiten, Tribolumineszenz zu sehen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Tribolumineszenz zu Hause zu beobachten. Wie ich bereits erwähnt habe, sollten Sie, wenn Sie wintergrüne Lebensretter zur Hand haben, in einem sehr dunklen Raum die Süßigkeiten mit einer Zange oder einem Mörser und Stößel zerdrücken. Das Kauen der Süßigkeiten, während Sie sich im Spiegel beobachten, funktioniert, aber die Feuchtigkeit aus dem Speichel verringert oder beseitigt den Effekt. Das Reiben von zwei Zuckerwürfeln oder Quarz- oder Rosenquarzstücken im Dunkeln funktioniert ebenfalls. Das Zerkratzen von Quarz mit einem Stahlstift kann ebenfalls den Effekt demonstrieren. Auch das Aufkleben / Abkleben der meisten Klebebänder zeigt Tribolumineszenz.

Verwendung von Tribolumineszenz

Tribolumineszenz ist zum größten Teil ein interessanter Effekt mit wenigen praktischen Anwendungen. Das Verständnis seiner Mechanismen kann jedoch zur Erklärung anderer Arten von Lumineszenz beitragen, einschließlich der Biolumineszenz in Bakterien und Erdbebenlichtern. Tribolumineszierende Beschichtungen könnten in Fernerkundungsanwendungen verwendet werden, um ein mechanisches Versagen anzuzeigen. Eine Literaturstelle gibt an, dass derzeit Untersuchungen durchgeführt werden, um tribolumineszierende Blitze anzuwenden, um Autounfälle zu erfassen und Airbags aufzublasen.