Fosforescencia

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La fosforescencia  es un tipo especial de fotoluminiscencia . A diferencia de una sustancia fluorescente, una sustancia fosforescente no irradia inmediatamente la energía absorbida. El tiempo de reemisión más largo se debe a las transiciones de energía "prohibidas" en la mecánica cuántica . Dado que tales transiciones rara vez se observan en los materiales ordinarios, la reemisión de la radiación absorbida se produce a una intensidad más baja y durante un tiempo prolongado (hasta varias horas).

El estudio de las sustancias fosforescentes comenzó en la época del descubrimiento de la radiactividad ( 1896 ).

Mecanismos de fosforescencia

En términos simples, a diferencia de la fluorescencia , la fosforescencia es un proceso en el que la energía absorbida por una sustancia se libera en forma de luz con relativa lentitud.

Fosforescencia de cristales

La luminiscencia de los cristales depende de la presencia de impurezas en ellos, cuyos niveles de energía pueden servir como niveles de absorción, intermedios o radiativos. El papel de estos niveles también puede ser desempeñado por bandas de energía (valencia y conducción). Los cristales que tienen la capacidad de luminiscencia se llaman fósforos de cristal . La excitación por la luz, la corriente eléctrica o un haz de partículas crea en ellas electrones libres, huecos y excitones. Pueden ser capturados por trampas (átomos de impurezas) o depositarse en defectos en la red cristalina . En este caso, la recombinación (y por tanto el resplandor) de electrones y huecos no se produce instantáneamente, sino tras un tiempo suficientemente largo, que corresponderá a la duración de la fosforescencia. Para acelerar la liberación de electrones de las trampas, se puede aplicar energía adicional, por ejemplo, mediante calentamiento. Las impurezas y los defectos de la red cristalina también actúan como extintores de la luminiscencia, "tomando" la energía de excitación de los electrones.

Fosforescencia de moléculas orgánicas

La fosforescencia de las moléculas orgánicas está asociada con transiciones prohibidas entre niveles de energía de diferente multiplicidad . Las transiciones electrónicas en las moléculas se describen convenientemente usando el diagrama de Yablonsky . Cuando se absorbe energía, la molécula pasa del estado singlete fundamental S 0 al estado singlete excitado S 1 . En tal estado excitado, la molécula puede permanecer en el orden de varios nanosegundos, y luego se libera inmediatamente del exceso de energía, que se convierte en calor o se emite en forma de luz, la llamada fluorescencia rápida.

Pero para algunas moléculas, la prohibición entre transiciones de diferente multiplicidad se elimina parcialmente debido a la presencia de átomos pesados ​​en ellas, por ejemplo, átomos de yodo , que permiten que las moléculas de eritrosina pasen fácilmente del estado de singlete excitado S 1 al estado de triplete excitado . T 1 . Tal transición se llama conversión intersistemática . Al estar en el estado T 1 , las moléculas ya no pueden volver rápidamente al estado fundamental S 0 , ya que tal transición está prohibida, por lo que el brillo debido a tales transiciones es bastante largo: varios microsegundos o más. Dado que el nivel de T 1 tiene una energía más baja que S 1 , la fosforescencia (a diferencia de la fluorescencia) siempre se desplaza a la región de longitud de onda larga.

donde S es un estado singlete , T es un estado triplete, los índices indican la presencia de excitación (0 para el estado fundamental, 1 para el estado excitado). Dado que las transiciones singlete-triplete tienen una prohibición mecánica cuántica, el tiempo de vida del estado excitado en la fosforescencia es del orden de 10 −2 -10 −6 s, en contraste con la fluorescencia , para la cual el tiempo de vida del estado excitado es 10 −7 -10 −8 s.

También es posible que una molécula del estado T 1 regrese al estado S 1 , habiendo recibido energía adicional debido al calentamiento o habiendo reaccionado con otras moléculas. Entonces se observará la fluorescencia , pero con la duración del resplandor de la fosforescencia. Tal brillo se llama fluorescencia retardada (a largo plazo) y no se considera fosforescencia, a pesar del criterio de duración.

Diferencias con otros tipos de luminiscencia

Algunos de los materiales que "brillan en la oscuridad" no brillan porque son fosforescentes. Por ejemplo, las " barras luminosas " brillan mediante un proceso quimioluminiscente , que a veces se confunde con fosforescencia. En la quimioluminiscencia, una sustancia entra en estado excitado debido a una reacción química (y no debido a la absorción de luz, como en la fosforescencia). La energía del estado excitado se transfiere luego a una molécula de colorante llamada ( sensibilizador o fluoróforo ), que luego emite fluorescencia y pasa al estado fundamental.

Es curioso que la conocida luminiscencia del fósforo blanco al contacto con el aire, que dio nombre al propio fenómeno de la fosforescencia, tampoco sea fosforescencia, sino quimioluminiscencia que acompaña al proceso de oxidación del fósforo.

La fosforescencia tampoco debe confundirse con la radioluminiscencia  : el brillo de un fósforo bajo la influencia de isótopos radiactivos , que se usaban (y se siguen usando ) en equipos militares de años anteriores para aplicar una capa que brilla en la oscuridad en las esferas de los relojes y manos, balanzas y flechas de instrumentos, así como en la fabricación de souvenirs, etc. A diferencia de la fosforescencia, el brillo durante la radioluminiscencia no se desvanece en la oscuridad.

Materiales fosforescentes

Los materiales fosforescentes más comunes son el sulfuro de zinc y el aluminato de estroncio . . El sulfuro de zinc se ha utilizado desde la década de 1930 . Los pigmentos de aluminato de estroncio (marcas registradas Super-LumiNova [1] [2] y NoctiLumina [3] ) ahora se usan principalmente porque brillan unas diez veces más que los pigmentos de sulfuro de zinc y tienen una duración de hasta varias horas (frente a aproximadamente la mitad de un hora) en sulfuro de zinc).

Aplicación

El área principal de aplicación de los materiales fosforescentes son los productos para uso en situaciones de emergencia (señales de salida de emergencia, marcas de dirección del tráfico, etc.) que continúan brillando después de un corte de energía. Los materiales fosforescentes a menudo se aplican a las esferas y manecillas de los relojes , balanzas y manecillas de instrumentos, lo que hace posible leer sus lecturas en la oscuridad (pero solo hasta que, por supuesto, se agote la energía acumulada por el fósforo).

Los pigmentos fosforescentes también se utilizan a veces para dar color a las decoraciones navideñas y aplicar imágenes que brillan en la oscuridad a la ropa, así como para hacer varios elementos decorativos, pinturas, pegatinas, etc.

En astronomía, la fosforescencia se usa para detectar la radiación infrarroja cósmica, ya que la radiación infrarroja reduce drásticamente el tiempo de resplandor de los fósforos fosforescentes.


Véase también

Notas

  1. ↑ RC TRITEC Super-LumiNova . Consultado el 24 de noviembre de 2008. Archivado desde el original el 5 de julio de 2018.
  2. ↑ Nemoto & Co., Ltd LumiNova Archivado el 17 de mayo de 2008.
  3. ↑ Sitio web de la empresa NoctiLumina . Consultado el 24 de noviembre de 2008. Archivado desde el original el 26 de diciembre de 2017.

Literatura

Enlaces

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