Hi ha alguns termes que generen confusions en el llenguatge comú quotidià. Entre aquests termes tenim la luminescència, fluorescència i fosforescència. Són termes iguals? En què es diferencia ia què es refereix cadascú?
Tot això ho veurem en aquest article, així que no t'ho perdis.
Què és la luminescència
El terme luminescència fa referència fonamentalment a l'emissió de llum. Al nostre entorn, la majoria dels objectes emeten llum a causa de l'energia que reben del sol, que és l'entitat més brillant visible per a nosaltres. A diferència de la lluna, que sembla emetre llum, en realitat reflecteix la llum solar, funcionant de manera semblant a un mirall de pedra colossal. Per entendre millor com funciona la luminescència en diferents substàncies, pots consultar l'impacte dels fenòmens astronòmics a la luminescència.
Bàsicament, hi ha tres tipus principals de luminescència: fluorescència, fosforescència i quimioluminescència. Entre elles, la fluorescència i la fosforescència es classifiquen com a formes de fotoluminescència. La distinció entre fotoluminescència i quimioluminescència rau en el mecanisme dactivació de la luminescència; a la fotoluminescència, la llum actua com a desencadenant, mentre que a la quimioluminescència, una reacció química inicia l'emissió de llum.
Tant la fluorescència com la fosforescència, que són formes de fotoluminescència, depenen de la capacitat d'una substància per absorbir llum i, posteriorment, emetre-la en una longitud d'ona més llarga, cosa que indica una reducció d'energia. No obstant això, la durada daquest procés difereix significativament. A les reaccions fluorescents, l'emissió de llum es produeix de forma instantània i només és observable mentre la font de llum roman activa (com els llums ultraviolats).
Per contra, les reaccions fosforescents permeten que el material retingui l'energia absorbida, cosa que li permet emetre llum més tard, cosa que dóna com a resultat una brillantor que continua fins i tot després que la font de llum s'hagi extingit. Per tant, si la luminescència desapareix immediatament, es classifica com a fluorescència; si persisteix, s'identifica com a fosforescència; i si requereix una reacció química per activar-se, s'anomena quimioluminescència.
Exemple d'això el trobem en fenòmens naturals i aplicacions tecnològiques, com en els materials fluorescents i fosforescents. Per exemple, un podria imaginar una discoteca on la tela i les dents emeten una brillantor lluminosa sota la llum negra (fluorescència), el senyal de sortida d'emergència irradia llum (fosforescència) i les barres lluminoses també produeixen il·luminació (quimioluminescència). També en la senyalització d'objectes i estudis científics, on la diferència en la durada de la luminescència resulta fonamental.
Fluorescència
Els materials que emeten llum instantàniament s'anomenen fluorescents. En aquests materials, els àtoms absorbeixen energia, cosa que fa que entrin en un estat «excitat». En tornar al seu estat normal en aproximadament una centmil·lèsima de segon (que oscil·la entre 10^-9 i 10^-6 segons), alliberen aquesta energia en forma de minúscules partícules de llum conegudes com a fotons.
Formalment parlant, la fluorescència és un procés radiatiu en què els electrons excitats passen de l'estat excitat més baix (S1) a l'estat fonamental (S0). En el transcurs d'aquesta transició, l'electró dissipa una part de la seva energia a través de la relaxació vibracional, cosa que dóna com a resultat que el fotó emès tingui una energia reduïda i, en conseqüència, una longitud d'ona més llarga.
<ถ้าต้องการเพิ่มเนื้อหาเกี่ยวกับ aplicacions pràctiques i aplicacions pràctiques fluorescència en la ciència i tecnologia".
Fosforescència
Per comprendre les distincions entre fluorescència i fosforescència, cal explorar breument el concepte d'espín electrònic. L'espí representa una característica fonamental de l'electró, que actua com un tipus de moment angular que influeix en el seu comportament dins un camp electromagnètic. Aquesta propietat només pot assumir un valor de ½ i pot exhibir una orientació cap amunt o cap avall. Dins el mateix orbital d'un àtom, els electrons exhibeixen consistentment espín antiparal·lel quan estan a l'estat fonamental singlete (S0). En ser promogut a un estat excitat, l'electró reté la seva orientació d'espín, cosa que resulta en la formació d'un estat excitat singlete (S1), on les dues orientacions d'espín romanen emparellades en una configuració antiparal·lela. És important notar que tots els processos de relaxació associats amb la fluorescència són neutrals quant a l'espí, cosa que garanteix que l'orientació de l'espí de l'electró es conservi sempre.
En el cas de la fosforescència, el procés difereix significativament, ja que involucra transicions entre estats amb diferents orientacions d'espín. Es produeixen transicions ràpides (que van des de 10^-11 fins a 10^-6 segons) entre sistemes que passen de l'estat excitat singlete (S1) a un estat excitat triplet (T1) que és energèticament més favorable. Aquesta transició és la inversió de l'espí de l'electró; Els estats resultants es caracteritzen per espins paral·lels en ambdós electrons i es classifiquen com a metaestables. En aquest cas, la relaxació es produeix per fosforescència, fet que condueix a una altra inversió de l'espí de l'electró ia la posterior emissió d'un fotó.
La transició de retorn a l'estat relaxat singlete (S0) pot passar després d'un retard prolongat (que varia entre 10^-3 i més de 100 segons). Durant aquest procés de relaxació, els mecanismes no radiatius consumeixen més energia en la relaxació fosforescent en comparació amb la fluorescència, cosa que dóna com a resultat una diferència més gran d'energia entre els fotons absorbits i emesos i, en conseqüència, un canvi més gran en la longitud d'ona. És interessant observar com la diferència en lestructura atòmica dels materials provoca aquestes variacions en els fenòmens de luminescència.
Espectres d'excitació i emissió
La luminescència es produeix quan els electrons d‟una substància s‟exciten mitjançant l‟absorció de fotons, alliberant posteriorment aquesta energia en forma de radiació. En certs casos, la radiació emesa pot consistir en fotons que tenen la mateixa energia i longitud d'ona que els absorbits; aquest fenomen es coneix com a fluorescència de ressonància. Més freqüentment, la radiació emesa té una longitud d'ona més llarga, cosa que indica una energia menor en comparació dels fotons absorbits.
Aquesta transició cap a longituds d'ona més llargues es coneix com a desplaçament de Stokes. Quan els electrons són excitats per una radiació curta i invisible, pugen a estats denergia més alts. En tornar al seu estat original, emeten llum visible amb la mateixa longitud d'ona, exemplificant la fluorescència de ressonància. Tot i això, aquests electrons excitats també poden revertir a un nivell d'energia intermedi, cosa que resulta en l'emissió d'un fotó lluminós que transporta menys energia que la de l'excitació inicial. Aquest procés, quan és induït per llum ultraviolada, generalment es manifesta com a fluorescència dins de l'espectre visible. En el cas dels materials fosforescents, es produeix un retard entre l'excitació dels electrons a nivells d'energia elevats i el retorn a l'estat fonamental.
Un aspecte interessant a destacar és que la intensitat i el color de la llum emesa depenen de la substància i de la longitud d'ona d'excitació, cosa fonamental en el disseny de materials fluorescents i fosforescents. La relació entre la longitud d‟ona d‟excitació i la d‟emissió, coneguda com a espectres d‟excitació i emissió, és clau per entendre com i quan es produeixen aquests fenòmens.
És important assenyalar que la longitud d'ona d'emissió no depèn de la longitud d'ona d'excitació, excepte en els casos en què les substàncies tenen múltiples mecanismes de luminescència. Per tant, els minerals mostren diferents capacitats per absorbir la llum ultraviolada en longituds d'ona específiques; alguns fluorescen sota la llum ultraviolada de longitud d'ona curta, mentre que altres ho fan sota longituds d'ona llargues i alguns mostren una fluorescència indistinta. El color de la llum sovint emesa varia significativament amb diferents longituds d'ona d'excitació.
L'ocurrència d'aquests fenòmens no es limita únicament a l'ús de la radiació ultraviolada; més aviat, l'excitació es pot assolir mitjançant qualsevol radiació que tingui l'energia adequada. Per exemple, els raigs X són capaços d'induir fluorescència en diverses substàncies, moltes de les quals també responen a diferents tipus de radiació. El tungstat de magnesi, per exemple, mostra sensibilitat a gairebé totes les radiacions amb longituds d'ona inferiors a 300 nm, que abasten tant l'espectre ultraviolat com el de raigs X. A més, certs materials poden ser excitats fàcilment per electrons, com ho exemplifiquen els fòsfors utilitzats als tubs de televisió.
I com es relacionen aquests fenòmens amb altres esdeveniments naturals?
La comprensió de les diferències entre luminescència, fluorescència i fosforescència també ajuda a entendre fenòmens naturals com les capes de núvols cirros i altres fenòmens atmosfèrics. Aquests coneixements enriqueixen la interpretació dels espectres de llum i la interacció de la llum amb diferents materials al nostre entorn, a més d'obrir la porta a noves aplicacions científiques i tecnològiques. Descobrir com es produeixen i quines condicions afavoreixen cadascun d'aquests fenòmens pot ser clau per a avenços en àrees com ara la mineralogia, l'astronomia i la biomedicina.
