Wissenschaft

Phosphoreszenzdefinition und Beispiele

Phosphoreszenz ist Lumineszenz, die auftritt, wenn Energie durch elektromagnetische Strahlung. üblicherweise ultraviolettes Licht, geliefert wird . Die Energiequelle wirft 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 Zustand niedrigerer Energie zurückfällt.

Wichtige Erkenntnisse: 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 versetzt 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 stecken 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 Farbe. Im Gegensatz zu phosphoreszierenden Produkten hören fluoreszierende Pigmente auf zu leuchten, sobald die Lichtquelle entfernt wird.
  • Obwohl nach dem grünen Leuchten des Elements Phosphor benannt, leuchtet Phosphor tatsächlich aufgrund von Oxidation. Es ist nicht phosphoreszierend!

 

Einfache Erklärung

Die Phosphoreszenz setzt die gespeicherte Energie im Laufe der Zeit langsam frei. Grundsätzlich wird phosphoreszierendes Material „geladen“, indem es Licht ausgesetzt wird. Dann wird die Energie für einen bestimmten Zeitraum 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 mit den Energiezuständen übereinstimmt und Übergänge des Materials ermöglicht. 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 niedrigerer Energie zu fallen. Die Quantenmechanik erlaubt einen verbotenen Übergang, aber sie sind kinetisch nicht günstig, so dass es länger dauert, bis sie auftreten. Wenn genügend Licht absorbiert wird, wird das gespeicherte und freigesetzte Licht so bedeutend, dass das Material „im Dunkeln leuchtet“. Aus diesem Grund erscheinen phosphoreszierende Materialien wie fluoreszierende Materialien unter schwarzem (ultraviolettem) Licht sehr hell. Ein Jablonski-Diagramm wird üblicherweise 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 mindestens 1602 zurück, als der Italiener Vincenzo Casciarolo einen „Lapis Solaris“ (Sonnenstein) oder „Lapis Lunaris“ (Mondstein) beschrieb. Die Entdeckung wurde in Giulio Cesare la Gallas 1612 erschienenem Buch De Phenomenis in Orbe Lunae beschrieben . La Galla berichtet, dass Casciarolos Stein Licht auf ihn ausstrahlte, nachdem er durch Erhitzen verkalkt worden war. Es erhielt Licht von der Sonne und gab dann (wie der Mond) Licht in der Dunkelheit ab. Der Stein war unreiner Baryt, obwohl andere Mineralien ebenfalls Phosphoreszenz zeigen. Dazu gehören einige Diamanten (dem indischen König Bhoja bereits 1010-1055 bekannt, von Albertus Magnus wiederentdeckt und erneut von Robert Boyle wiederentdeckt) und weißer Topas. Insbesondere die Chinesen schätzten eine Art Fluorit namens Chlorophan, das Lumineszenz durch Körperwärme, Lichteinwirkung oder Reiben zeigt. Das Interesse an der Natur der Phosphoreszenz und anderen 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 Leuchtstoffe hinzugefügt 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 zur 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 die Wände des Schlafzimmers hängen, die stundenlang leuchten, nachdem das Licht ausgeschaltet wurde, und Farbe, mit der leuchtende Sternbilder hergestellt werden. Obwohl das Element Phosphor grün leuchtet, wird das Licht durch Oxidation (Chemilumineszenz) freigesetzt und ist kein Beispiel für Phosphoreszenz.

 

Quellen

  • Franz, Karl A.; Kehr, Wolfgang G.; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). „Lumineszierende Materialien“ in  Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a15_519
  • Roda, Aldo (2010). Chemilumineszenz und Biolumineszenz: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft . Royal Society of Chemistry.
  • Zitoun, D.; Bernaud, L.; Manteghetti, A. (2009). Mikrowellensynthese eines langlebigen Leuchtstoffs. J. Chem. Educ . 86. 72-75. doi: 10.1021 / ed086p72

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