|
Je staat voor een muur. Heel even is er een korte lichtflits.
Zoals bij elk ander licht (ook bijvoorbeeld het zonlicht) laat
jouw lichaam zijn schaduw achter op de muur. Tot hiertoe dus
niks aan de hand...
Wanneer je wegstapt van je plaatsje voor de muur merk je wel
iets heel eigenaardigs. Je schaduw blijft stilstaan op de muur!
Wordt dit merkwaardig fenomeen veroorzaakt door een wel erg
speciale lichtflits? Met het licht heeft dit niets te maken.
Met de muur waar je voor staat des te meer. De muur is namelijk
bedekt met een heel bijzonder materiaal. De belichte delen van
de muur absorberen het licht van de lichtflits. De moleculen
van het bijzonder materiaal kunnen de energie van het licht gedurende
korte tijd opslaan, om ze daarna weer af te geven in de vorm
van licht. De niet-belichte delen van de muur hebben geen energie
kunnen opslaan en kunnen bijgevolg geen licht uitzenden. Je schaduw
blijft enige tijd zichtbaar op de muur.
Het bijzonder materiaal op de muur is fosforescerend materiaal
en het hele proces noemen we fosforescentie. Fosforescentie en
fluorescentie zijn gelijkaardige processen. Voor wie het graag
wat meer op het niveau van atomen en elektronen bekijkt, kan
een iets meer gedetailleerde uitleg voor fosforescentie krijgen.
Fosforescentie
en fluorescentie
Sommige materialen hebben merkwaardige
eigenschappen. Ze kunnen verschillende soorten energie absorberen
en opslaan en een deel van deze energie achteraf weer uitzenden
onder de vorm van licht. Dit proces houdt twee stappen in:
1/ De energie die eerst wordt geabsorbeerd zorgt ervoor dat
de elektronen van de atomen van het absorberend materiaal geëxciteerd
worden. D.w.z. dat de elektronen (die in banen rond de kern
van het atoom draaien) van een meer inwendig naar een meer
uitwendig gelegen baan springen.
2/ Wanneer de elektronen terug naar hun oorspronkelijke toestand
terugvallen, wordt een pakketje licht uitgezonden.
De tijd die tussen deze twee stappen verloopt kan ofwel heel
kort (minder dan 1/100.000 van een seconde) ofwel lang (verschillende
uren) zijn.
Bij
een kort interval spreken we van fluorescentie. Een alledaags
voorbeeld
van fluorescentie vinden we in de beeldbuis van onze
televisie. Die is bedekt met fluorescerende materialen die oplichten
wanneer ze geëxciteerd worden door de kathodestraalbuis.
Bij
een lang interval spreken we van fosforescentie. Het bekendste
voorbeeld
hier is wellicht de wijzerplaat van een horloge die
's nachts oplicht. De kleurstofmoleculen worden geëxciteerd
door het daglicht. Daarna stralen ze slechts heel langzaam hun
fosforescentielicht uit. Overdag is dit nauwelijks zichtbaar
omdat het omgevingslicht veel sterker is. 's Nachts echter, wanneer
onze ogen gewend zijn aan het duister, kunnen we het zwakke fosforescentielicht
waarnemen.
We kunnen fosforescentie nog wat meer in detail gaan bekijken.
Fosforescentie
in detail
Een
atoom of een molecule bezit een beperkt aantal energetische
toestanden, elk met hun eigen energie. De toestand met de laagste
energie noemen we de grondtoestand. Dit is de toestand waarin
een atoom of molecule zich bevindt vooraleer het een of andere
vorm van energie heeft geabsorbeerd. Wanneer het nu bv. licht
absorbeert komt het in een hogere energietoestand terecht,
een aangeslagen toestand.
Licht bestaat uit afzonderlijke lichtpakketjes of fotonen. Elk
van deze fotonen bezit een energie die gelijk is het produkt
van een vaste waarde, de constante van Planck (h = 6,6E-34 Js)
en de frequentie van het licht.
We schrijven de energie van het
invallend foton dan als hv(in).
Absorptie van fotonen is enkel mogelijk wanneer de ingestraalde
energie hv(in) gelijk is aan het energieverschil van de grondtoestand
en van de aangeslagen toestand, Eaan-Egrond.
Nadat het atoom in een aangeslagen toestand terecht is gekomen,
zijn er verschillende opties. Het atoom kan naar zijn grondtoestand
terugkeren door hetzelfde foton uit te zenden. Dit is fluorescentie.
Vooraleer fluorescentie plaatsvindt, kan er een overgang zijn
tussen twee aangeslagen toestanden.
Fosforescentie treedt op wanneer het atoom naar een andere toestand
overgaat waarbij bv. de spin (het intrinsiek draaimoment van
het elektron, vergelijkbaar met het draaimoment van een spinnende
tol) van één van de elektronen verandert. In de
kwantummechanica wordt dan gesproken van een verboden overgang
omdat het een overgang is die zeer weinig voorkomt. Uiteindelijk
keert ook hier het atoom terug naar de grondtoestand met de uitzending
van een foton.
|