Υπάρχουν ορισμένοι όροι που δημιουργούν σύγχυση στην κοινή καθημερινή γλώσσα. Μεταξύ αυτών των όρων έχουμε το φωταύγεια, φθορισμό και φωσφορισμό. Είναι ίσοι όροι; Σε τι διαφέρει και σε τι αναφέρεται το καθένα;
Θα τα δούμε όλα αυτά σε αυτό το άρθρο, οπότε μην το χάσετε.
Τι είναι η φωταύγεια
Ο όρος φωταύγεια αναφέρεται ουσιαστικά στην εκπομπή φωτός. Στο περιβάλλον μας, τα περισσότερα αντικείμενα εκπέμπουν φως λόγω της ενέργειας που λαμβάνουν από τον ήλιο, η οποία Είναι η πιο φωτεινή οντότητα που είναι ορατή σε εμάς. Σε αντίθεση με το φεγγάρι, το οποίο φαίνεται να εκπέμπει φως, στην πραγματικότητα αντανακλά το φως του ήλιου, λειτουργώντας παρόμοια με έναν κολοσσιαίο πέτρινο καθρέφτη.
Βασικά, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι φωταύγειας: φθορισμού, φωσφορισμού και χημειοφωταύγειας. Μεταξύ αυτών, ο φθορισμός και ο φωσφορισμός ταξινομούνται ως μορφές φωτοφωταύγειας. Η διάκριση μεταξύ φωτοφωταύγειας και χημειοφωταύγειας έγκειται στον μηχανισμό ενεργοποίησης της φωταύγειας. Στη φωτοφωταύγεια, το φως ενεργεί ως έναυσμα, ενώ στη χημειοφωταύγεια, μια χημική αντίδραση ξεκινά την εκπομπή φωτός.
Τόσο ο φθορισμός όσο και ο φωσφορισμός, που είναι μορφές φωτοφωταύγειας, εξαρτώνται από την ικανότητα μιας ουσίας να απορροφά φως και στη συνέχεια να το εκπέμπει σε μεγαλύτερο μήκος κύματος, υποδηλώνοντας μείωση της ενέργειας. Ωστόσο, Η διάρκεια αυτής της διαδικασίας διαφέρει σημαντικά. Στις αντιδράσεις φθορισμού, η εκπομπή φωτός συμβαίνει στιγμιαία και είναι παρατηρήσιμη μόνο όταν η πηγή φωτός παραμένει ενεργή (όπως τα υπεριώδη φώτα).
Αντίθετα, οι φωσφορίζουσες αντιδράσεις επιτρέπουν στο υλικό να διατηρεί την απορροφούμενη ενέργεια, επιτρέποντάς του να εκπέμπει φως αργότερα, με αποτέλεσμα μια λάμψη που συνεχίζεται ακόμα και μετά το σβήσιμο της πηγής φωτός. Επομένως, εάν η φωταύγεια εξαφανιστεί αμέσως, ταξινομείται ως φθορισμός. Εάν επιμένει, προσδιορίζεται ως φωσφορισμός. και αν χρειάζεται χημική αντίδραση για να ενεργοποιηθεί, ονομάζεται χημιφωταύγεια.
Για παράδειγμα, θα μπορούσε κανείς να φανταστεί ένα νυχτερινό κέντρο διασκέδασης όπου το ύφασμα και τα δόντια εκπέμπουν μια φωτεινή λάμψη κάτω από μαύρο φως (φθορισμός), η πινακίδα εξόδου έκτακτης ανάγκης ακτινοβολεί φως (φωσφορισμός) και οι λαμπτήρες λάμψης παράγουν επίσης φωτισμό (χημιφωταύγεια).
Φθορισμός
Τα υλικά που εκπέμπουν φως αμέσως ονομάζονται φθορίζοντα. Σε αυτά τα υλικά, τα άτομα απορροφούν ενέργεια, με αποτέλεσμα να εισέλθουν σε «διεγερμένη» κατάσταση. Επιστρέφοντας στην κανονική τους κατάσταση σε περίπου εκατό χιλιοστό του δευτερολέπτου (που κυμαίνεται από 10-9 έως 10-6 δευτερόλεπτα), απελευθερώνουν αυτή την ενέργεια με τη μορφή μικροσκοπικών σωματιδίων φωτός γνωστά ως φωτόνια.
Επίσημα μιλώντας, Ο φθορισμός είναι μια διαδικασία ακτινοβολίας κατά την οποία τα διεγερμένα ηλεκτρόνια πηγαίνουν από τη χαμηλότερη διεγερμένη κατάσταση (S1) στη θεμελιώδη κατάσταση (S0). Κατά τη διάρκεια αυτής της μετάβασης, το ηλεκτρόνιο διαχέει ένα μέρος της ενέργειάς του μέσω δονητικής χαλάρωσης, με αποτέλεσμα το εκπεμπόμενο φωτόνιο να έχει μειωμένη ενέργεια και, κατά συνέπεια, μεγαλύτερο μήκος κύματος.
Φωσφορισμός
Για να κατανοήσουμε τις διακρίσεις μεταξύ φθορισμού και φωσφορισμού, είναι απαραίτητο να διερευνήσουμε εν συντομία την έννοια του σπιν ηλεκτρονίων. Το σπιν αντιπροσωπεύει ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό του ηλεκτρονίου, που λειτουργεί ως τύπος γωνιακής ορμής που επηρεάζει τη συμπεριφορά του μέσα σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να λάβει μόνο μια τιμή ½ και μπορεί να εμφανίσει προσανατολισμό προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Κατά συνέπεια, το σπιν ενός ηλεκτρονίου συμβολίζεται ως +½ ή -½, ή εναλλακτικά αντιπροσωπεύεται ως ↑ ή ↓. Μέσα στο ίδιο τροχιακό ενός ατόμου, τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν σταθερά αντιπαράλληλο σπιν όταν βρίσκονται στην απλή βασική κατάσταση (S0). Μόλις προωθηθεί σε διεγερμένη κατάσταση, το ηλεκτρόνιο διατηρεί τον προσανατολισμό του σπιν του, με αποτέλεσμα το σχηματισμό μιας διεγερμένης κατάστασης μονής (S1), όπου και οι δύο προσανατολισμοί σπιν παραμένουν ζευγαρωμένοι σε μια αντιπαράλληλη διαμόρφωση. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι όλες οι διαδικασίες χαλάρωσης που σχετίζονται με τον φθορισμό είναι ουδέτερες ως προς το σπιν, διασφαλίζοντας ότι ο προσανατολισμός του σπιν ηλεκτρονίων διατηρείται ανά πάσα στιγμή.
Στην περίπτωση του φωσφορισμού, Η διαδικασία διαφέρει σημαντικά. Γρήγορες μεταβάσεις (που κυμαίνονται από 10^-11 έως 10^-6 δευτερόλεπτα) συμβαίνουν μεταξύ συστημάτων που περνούν από τη διεγερμένη κατάσταση μονής (S1) σε μια τριπλή διεγερμένη κατάσταση (Τ1) που είναι ενεργειακά πιο ευνοϊκή. Αυτή η μετάβαση έχει ως αποτέλεσμα την αντιστροφή του σπιν των ηλεκτρονίων. Οι προκύπτουσες καταστάσεις χαρακτηρίζονται από παράλληλα σπιν και στα δύο ηλεκτρόνια και ταξινομούνται ως μετασταθερές. Σε αυτή την περίπτωση, η χαλάρωση συμβαίνει με φωσφορισμό, ο οποίος οδηγεί σε άλλη μια αντιστροφή του σπιν του ηλεκτρονίου και στην επακόλουθη εκπομπή ενός φωτονίου.
Η μετάβαση πίσω στη χαλαρή κατάσταση μονήρους (S0) μπορεί να συμβεί μετά από μεγάλη καθυστέρηση (που κυμαίνεται από 10^-3 έως περισσότερα από 100 δευτερόλεπτα). Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας χαλάρωσης, οι μη ακτινοβολούμενοι μηχανισμοί καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια στη φωσφορίζουσα χαλάρωση σε σύγκριση με τον φθορισμό, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη διαφορά ενέργειας μεταξύ απορροφημένων και εκπεμπόμενων φωτονίων και κατά συνέπεια μεγαλύτερη αλλαγή στο μήκος.
Φάσματα διέγερσης και εκπομπής
Η φωταύγεια εμφανίζεται όταν τα ηλεκτρόνια μιας ουσίας διεγείρονται απορροφώντας φωτόνια, απελευθερώνοντας στη συνέχεια αυτή την ενέργεια με τη μορφή ακτινοβολίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις, Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία μπορεί να αποτελείται από φωτόνια που έχουν την ίδια ενέργεια και μήκος κύματος με αυτά που απορροφώνται; Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως φθορισμός συντονισμού. Συχνότερα, η εκπεμπόμενη ακτινοβολία έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος, υποδηλώνοντας χαμηλότερη ενέργεια σε σύγκριση με τα απορροφούμενα φωτόνια.
Αυτή η μετάβαση σε μεγαλύτερα μήκη κύματος είναι γνωστή ως μετατόπιση Stokes. Όταν τα ηλεκτρόνια διεγείρονται από σύντομη, αόρατη ακτινοβολία, ανεβαίνουν σε υψηλότερες ενεργειακές καταστάσεις. Με την επιστροφή τους στην αρχική τους κατάσταση, εκπέμπουν ορατό φως με το ίδιο μήκος κύματος, που αποτελεί παράδειγμα φθορισμού συντονισμού. Ωστόσο, αυτά τα διεγερμένα ηλεκτρόνια μπορούν επίσης να επανέλθουν σε ένα ενδιάμεσο επίπεδο ενέργειας, με αποτέλεσμα την εκπομπή ενός φωτεινού φωτονίου που μεταφέρει λιγότερη ενέργεια από εκείνη της αρχικής διέγερσης. Αυτή η διαδικασία, όταν επάγεται από το υπεριώδες φως, γενικά εκδηλώνεται ως φθορισμός εντός του ορατού φάσματος. Στην περίπτωση των φωσφοριζόντων υλικών, υπάρχει καθυστέρηση μεταξύ της διέγερσης των ηλεκτρονίων σε υψηλά επίπεδα ενέργειας και της επιστροφής τους στη βασική κατάσταση.
Μια συγκεκριμένη ουσία δεν ανταποκρίνεται σε όλα τα μήκη κύματος. Ωστόσο, συνήθως υπάρχει μια σχέση μεταξύ του μήκους κύματος διέγερσης και του πλάτους της εκπομπής που προκύπτει. Αυτή η σχέση είναι γνωστή ως φάσμα διέγερσης. Ομοίως, Μπορεί να παρατηρηθεί μια συσχέτιση μεταξύ του πλάτους και του μήκους κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, γνωστή ως φάσμα εκπομπής.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το μήκος κύματος εκπομπής δεν εξαρτάται από το μήκος κύματος διέγερσης, εκτός από τις περιπτώσεις όπου οι ουσίες διαθέτουν πολλαπλούς μηχανισμούς φωταύγειας. Κατά συνέπεια, τα ορυκτά παρουσιάζουν διαφορετικές ικανότητες να απορροφούν το υπεριώδες φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Μερικά φθορίζουν κάτω από υπεριώδες φως μικρού μήκους κύματος, ενώ άλλα φθορίζουν κάτω από μεγάλα μήκη κύματος, και μερικά παρουσιάζουν δυσδιάκριτο φθορισμό. Το χρώμα του εκπεμπόμενου φωτός συχνά ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τα διαφορετικά μήκη κύματος διέγερσης.
Η εμφάνιση αυτών των φαινομένων δεν περιορίζεται μόνο στη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας. Αντίθετα, η διέγερση μπορεί να επιτευχθεί με οποιαδήποτε ακτινοβολία που διαθέτει την κατάλληλη ενέργεια. Για παράδειγμα, Οι ακτίνες Χ είναι ικανές να επάγουν φθορισμό σε διάφορες ουσίες, πολλές από τις οποίες ανταποκρίνονται επίσης σε διαφορετικούς τύπους ακτινοβολίας. Το βολφραμικό μαγνήσιο, για παράδειγμα, δείχνει ευαισθησία σε όλη σχεδόν την ακτινοβολία με μήκη κύματος μικρότερα από 300 nm, που εκτείνεται τόσο στο υπεριώδες φάσμα όσο και στο φάσμα των ακτίνων Χ.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τις διαφορές μεταξύ φθορισμού, φωσφορισμού και φωταύγειας.