fosforescencia
La fosforescencia es la propiedad de una sustancia de resplandor en la oscuridad después de la exposición a (visible o UV) luz . La causa de la fosforescencia es la desactivación radiativa de los átomos y moléculas excitados. Los alquimistas observaron este fenómeno ya en el siglo XVII.
Diferenciación de la fluorescencia
La fosforescencia y la fluorescencia son ambas formas de luminiscencia (resplandor frío). Se hace una distinción por el comportamiento de la iluminación después de la excitación , la fluorescencia desaparece rápidamente después del final de la irradiación, generalmente en una millonésima de segundo, mientras que la fosforescencia produce un resplandor que puede durar desde fracciones de segundo hasta horas. Las sustancias fosforescentes también se conocen como luminóforos porque parecen almacenar luz.
- Fluorescencia: tan pronto como la luz está apagada, la tela resplandores ya no (por ejemplo cuando se expone a la luz UV - negro luz en la discoteca);
- Fosforescencia: brilla durante muchas horas en la oscuridad (por ejemplo, señales de salida de emergencia ), vea los colores de resplandor .
fósforo
Una "fosforescencia" fue descubierta por primera vez como un resplandor de larga duración en el sulfuro de bario (piedra luminosa boloñesa) en 1602 en Bolonia por Vincentio Casciorolo . Más tarde (1669) Hennig Brand encontró un efecto similar en la modificación blanca (altamente reactiva) del elemento químico fósforo (portador de luz), que había descubierto . Dado que este resplandor se basa en la reacción química del oxígeno atmosférico con el fósforo, es una cuestión de quimioluminiscencia . La fosforescencia real describe un efecto físico cuántico en la excitación de la luz.
Coloquialmente en el campo técnico, todos los materiales que pueden ser estimulados para brillar por radiación se denominan "fósforos". Estrictamente hablando, se trata de " pigmentos luminosos " (o tintes luminosos ). Por ejemplo, el revestimiento interior de un tubo Braun consta de sulfuros de zinc dopados, que se pueden excitar para que brillen mediante haces de electrones. Este revestimiento interior se llamaba "fósforo" en televisores en blanco y negro .
Explicación
El fenómeno de la fosforescencia se puede describir con la ayuda de la física cuántica y pertenece al grupo de procesos fotofísicos : si una sustancia fosforescente se irradia con luz ( fotones ) de la longitud de onda adecuada, la absorción de los fotones conduce a los electrones del fósforo. cambiando a un nivel de energía superior ( salto cuántico ). Esta excitación del estado fundamental a un estado excitado tiene lugar de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica ( reglas de selección ), según las cuales las "transiciones permitidas" tienen una alta probabilidad y, por lo tanto, tienen lugar rápidamente.
El estado excitado ahora tiene varias posibilidades de liberar su energía de excitación nuevamente. Si la emisión se produce mediante la emisión de un cuanto de luz de una “transición permitida”, se habla de fluorescencia . Este proceso está permitido mecánicamente cuánticamente, i. H. rápido y no asociado con el resplandor característico de la fosforescencia. Además, la energía también se puede liberar al medio ambiente en forma de energía de vibración (calor), sin que se produzca emisión de luz ( conversión interna con posterior relajación de la vibración). Como tercera posibilidad, puede tener lugar un cambio “prohibido” mecánicamente cuántico (ver regla de selección ) a un estado excitado, lo que se conoce como cruce entre sistemas . Como resultado, el regreso al estado básico está "prohibido" de acuerdo con las reglas de selección y, por lo tanto, se produce lentamente. Si el retorno se produce bajo emisión de luz, se habla de fosforescencia. El estado excitado actúa como una especie de reservorio que solo se despobla lentamente. Esto explica la propiedad de la fosforescencia, en comparación con la fluorescencia, de ser observable durante períodos de tiempo (muy) largos (posiblemente de minutos a horas) ("resplandor"). Al igual que con la fluorescencia, la desactivación por fosforescencia compite con la desactivación térmica, en la que se emite energía al medio ambiente en forma de calor (cruce entre sistemas renovado a un nivel excitado por vibración del estado fundamental seguido de relajación de la vibración, ver procesos fotofísicos).
En el caso de los compuestos orgánicos, el estado fundamental suele ser un estado singlete (todos los electrones están emparejados). La fosforescencia corresponde entonces a la transición del estado triplete excitado al estado fundamental singlete. Dado que en el caso de compuestos orgánicos en solución la fosforescencia solo puede competir de manera inadecuada con la desactivación térmica, la fosforescencia generalmente solo se observa a temperaturas muy bajas y en sólidos (compuestos cristalizados o incrustados en matrices sólidas).
En el caso de los compuestos inorgánicos ( metales de transición , lantanoides , actínidos ) a menudo hay electrones desapareados, por lo que aquí la situación con respecto a las multiplicidades (de espín) es más diversa, pero sigue las mismas reglas de selección.
Las transiciones y transformaciones que tienen lugar en los procesos fotofísicos se pueden mostrar claramente en el diagrama de Jablonski .
Materiales fosforescentes
Los materiales fosforescentes son en su mayoría cristales con una pequeña mezcla de una sustancia extraña que interrumpe la estructura reticular del cristal. Por lo general, sulfuros de metales de la segunda grupo , así como zinc se utilizan cantidades y pequeñas de sales de metales pesados se mezclan en (por ejemplo, sulfuro de cinc con trazas de sales de metales pesados). En el hay un ejemplo de un pigmento de sulfuro de zinc dopado con Cu, los rangos de longitud de onda de la excitación y la radiación, así como el curso del tiempo de resplandor. Al fusionar ácido bórico con fluoresceína, las estructuras cristalinas fosforescentes dopadas pueden iluminarse con la ayuda de una fuente de luz ultravioleta. El aluminato de estroncio dopado con europio, que fue desarrollado en 1998 y se ofrece bajo la marca Luminova , logra un tiempo de iluminación prolongado .
Aplicaciones
Servicio Postal
Para el procesamiento automatizado del correo (clasificación, aplicación de sellos), se utilizaron diferentes tipos de luminiscencia a partir de la segunda mitad de la década de 1950 . Para este propósito, se utilizaron impresiones de tiras de grafito y tiras de fósforo en sellos postales y tiras fluorescentes , además de papelería postal : se utilizaron impresiones de sellos y papel fosforescente y fluorescente. Hubo primeros ejemplos en Gran Bretaña a partir de noviembre de 1957 con dos franjas de grafito impresas en el reverso del sello. En la República Federal de Alemania, las oficinas de correos de la zona de Darmstadt vendieron los primeros sellos postales de las series permanentes Heuss I y II con papel fluorescente el 1 de agosto de 1960 . En la producción de sellos postales , se han agregado sustancias fosforescentes a la pulpa de papel durante varias décadas o el material se coloca posteriormente en capas. Los sellos de correos irradiados con luz ultravioleta y luego brillan en la oscuridad. Las máquinas de matasellos pueden reconocer dónde están pegados los sellos que se cancelarán en la carta y quitar el matasellos en el lugar correcto. Con este método, se pueden clasificar tanto las cartas sin clasificar como las postales y se pueden identificar los tokens falsificados.
Tecnología de seguridad
Además de las señales fosforescentes, se utilizan pinturas fosforescentes y cintas adhesivas para marcar las rutas de escape . En el caso de escaleras, aquí se marca el primer y último escalón en todo el ancho. Especialmente en túneles y pasillos que solo se utilizan como rutas de escape, esta es una alternativa económica y significativamente más segura que la iluminación de emergencia que funciona con baterías . Ya en la Segunda Guerra Mundial , las paredes de muchos búnkeres antiaéreos se pintaron con colores fosforescentes para evitar el pánico en las habitaciones del búnker, por lo demás totalmente oscuras y a menudo abarrotadas, en caso de un corte de energía . Una línea horizontal de 10-15 cm de ancho a la altura de los hombros era típica en el pasillo del sótano hasta el refugio. Hoy en día, estas marcas fosforescentes también se encuentran a menudo en las estaciones de metro .
Carácter de señal y resplandor
La fosforescencia también se puede utilizar bien como carácter de señal . En muchos casos es necesario que la información también se proporcione en la oscuridad. Los materiales fosforescentes se utilizan para manecillas y diales luminosos en relojes e instrumentos de aviones, en interruptores de luz o en algunas pegatinas (señales de seguridad, elementos decorativos (estrellas para el techo de la habitación de los niños), repuestos de automóviles, PC, accesorios de pesca). Hasta la década de 1950, las pinturas fosforescentes que contenían radio eran comunes para los punteros y dígitos de relojes e instrumentos de medición .
Marcas viales
En los Países Bajos , se utilizaron marcas viales con colores fosforescentes en un proyecto piloto. Esto debería reducir la necesidad de alumbrado público, lo que genera ahorros adicionales. Actualmente hay un primer tramo de 500 metros de largo que se completó como proyecto piloto cerca de la ciudad de Oss (provincia de Brabante Septentrional).
Otros
Los colores fosforescentes son una característica estilística del arte psicodélico .
Anteriormente se usaban tubos de imagen de radar especiales (por ejemplo, el B23G3) para pantallas en dispositivos de radar . Tienen un período de resplandor muy largo para mostrar los objetivos hasta la siguiente ronda de la antena del radar.
La creación de una silueta de uno mismo en una pared fosforescente mediante un flash electrónico es un atractivo en algunos centros de ciencias .
enlaces web
- Universidad de Jena: fosforescencia
- Peter Bützer: Fosforescencia ( Memento del 24 de enero de 2017 en Internet Archive )
Evidencia individual
- ↑ a b Luminova Glow - Productos fosforescentes. (PDF) Tavco Chemicals Inc., consultado el 8 de febrero de 2018 (inglés, información del producto).
- ↑ a b c Peter Fischer: Tiras de fósforo y fenómenos similares. En: DBZ - Deutsche Briefmarken-Zeitung , No. 3/2011 de 28 de enero de 2011, página 28
- ^ Ludwig Tröndle: Briefmarkenkunde , Orbis Verlag, ISBN 3-572-00595-7 , página 107
- ↑ La señalización vial luminosa reemplaza a las linternas (heise online)
- ↑ inteligente autopista - Las carreteras inteligentes e interactivos de mañana ( Memento de la original, del 20 de julio, 2014 en el Archivo de Internet ) Información: El archivo de enlace se inserta de forma automática y sin embargo no ha sido comprobado. Verifique el enlace original y de archivo de acuerdo con las instrucciones y luego elimine este aviso.
- ↑ Recubrimiento de seguridad Holland. Consultado el 25 de mayo de 2018 (nl-NL).
- ↑ radioreinhard.de: B23G3 ( Memento de la original, del 9 de enero, 2013, en el Archivo de Internet ) Información: El archivo de enlace se inserta de forma automática y sin embargo no ha sido comprobado. Verifique el enlace original y de archivo de acuerdo con las instrucciones y luego elimine este aviso.
