Définition et exemples de la phosphorescence

Phosphorescence est la luminescence qui se produit lorsque l'énergie est fournie par le rayonnement électromagnétique, généralement la lumière ultraviolette. La source d'énergie envoie un électron d'un atome d'un état d'énergie inférieur à un état d'énergie supérieure "excité"; puis l'électron libère l'énergie sous forme de lumière visible (luminescence) lorsqu'il retombe dans un état d'énergie inférieur.

Points clés à retenir: Phosphorescence

• La phosphorescence est un type de photoluminescence.
• En phosphorescence, la lumière est absorbée par un matériau, faisant monter les niveaux d'énergie des électrons dans un état excité. Cependant, l'énergie de la lumière ne correspond pas tout à fait à l'énergie des états excités autorisés, de sorte que les photos absorbées restent bloquées dans un état triplet. Les transitions vers un état énergétique inférieur et plus stable prennent du temps, mais lorsqu'elles se produisent, la lumière est libérée. Parce que cette libération se produit lentement, un matériau phosphorescent semble briller dans l'obscurité.
• Des exemples de matériaux phosphorescents comprennent les étoiles qui brillent dans le noir, certains signes de sécurité et la peinture brillante. Contrairement aux produits phosphorescents, les pigments fluorescents cessent de briller une fois la source lumineuse retirée.
• Bien qu'il porte le nom de la lueur verte du phosphore de l'élément, le phosphore brille en fait à cause de l'oxydation. Ce n'est pas phosphorescent!

Explication simple

La phosphorescence libère lentement l'énergie stockée au fil du temps. Fondamentalement, un matériau phosphorescent est "chargé" en l'exposant à la lumière. Ensuite, l'énergie est stockée pendant un certain temps et lentement libérée. Lorsque l'énergie est libérée immédiatement après avoir absorbé l'énergie incidente, le processus est appelé fluorescence.

Explication de la mécanique quantique

En fluorescence, une surface absorbe et réémet un photon presque instantanément (environ 10 nanosecondes). La photoluminescence est rapide car l'énergie des photons absorbés correspond aux états énergétiques et aux transitions permises du matériau. La phosphorescence dure beaucoup plus longtemps (millisecondes jusqu'à jours) car l'électron absorbé passe dans un état excité avec une multiplicité de spin plus élevée. Les électrons excités sont piégés dans un état triplet et ne peuvent utiliser que des transitions "interdites" pour passer à un état singulet d'énergie inférieure. La mécanique quantique permet une transition interdite, mais elles ne sont pas cinétiquement favorables, donc elles prennent plus de temps à se produire. Si suffisamment de lumière est absorbée, la lumière stockée et libérée devient suffisamment importante pour qu'un matériau semble «briller dans l'obscurité». Pour cette raison, les matériaux phosphorescents, comme les matériaux fluorescents, apparaissent très brillants sous une lumière noire (ultraviolette). Un diagramme de Jablonski est couramment utilisé pour afficher la différence entre la fluorescence et la phosphorescence.

Ce diagramme de Jablonski montre la différence entre les mécanismes de fluorescence et de phosphorescence. Smokefoot / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0

Histoire

L'étude des matériaux phosphorescents remonte au moins à 1602 lorsque l'Italien Vincenzo Casciarolo a décrit un "lapis solaris" (pierre solaire) ou "lapis lunaris" (pierre lunaire). La découverte a été décrite dans le livre de 1612 du professeur de philosophie Giulio Cesare la Galla De Phenomenis à Orbe Lunae. La Galla rapporte que la pierre de Casciarolo a émis de la lumière après avoir été calcifiée par chauffage. Il a reçu de la lumière du Soleil puis (comme la Lune) a émis de la lumière dans l'obscurité. La pierre était de la barytine impure, bien que d'autres minéraux présentent également une phosphorescence. Ils comprennent des diamants (connus du roi indien Bhoja dès 1010-1055, redécouverts par Albertus Magnus et redécouverts par Robert Boyle) et des topazes blanches. Les Chinois, en particulier, appréciaient un type de fluorite appelé chlorophane qui afficherait la luminescence de la chaleur corporelle, l'exposition à la lumière ou le frottement. L'intérêt pour la nature de la phosphorescence et d'autres types de luminescence a finalement conduit à la découverte de la radioactivité en 1896.

Matériaux

Outre quelques minéraux naturels, la phosphorescence est produite par des composés chimiques. Le plus connu d'entre eux est probablement le sulfure de zinc, qui est utilisé dans les produits depuis les années 1930. Le sulfure de zinc émet généralement une phosphorescence verte, bien que des luminophores puissent être ajoutés pour changer la couleur de la lumière. Les phosphores absorbent la lumière émise par phosphorescence puis la libèrent comme une autre couleur.

Plus récemment, l'aluminate de strontium est utilisé pour la phosphorescence. Ce composé brille dix fois plus que le sulfure de zinc et stocke également son énergie beaucoup plus longtemps.

Exemples de phosphorescence

Des exemples courants de phoshorescence incluent les étoiles que les gens placent sur les murs des chambres à coucher qui brillent pendant des heures après que les lumières sont éteintes et la peinture utilisée pour faire des peintures murales brillantes. Bien que le phosphore de l'élément devienne vert, la lumière est libérée de l'oxydation (chimioluminescence) et est ne pas un exemple de phosphorescence.

Sources

• Franz, Karl A .; Kehr, Wolfgang G .; Siggel, Alfred; Wieczoreck, Jürgen; Adam, Waldemar (2002). "Matériaux luminescents" dans Encyclopédie d'Ullmann de chimie industrielle. Wiley-VCH. Weinheim. doi: 10.1002 / 14356007.a15_519
• Roda, Aldo (2010). Chemiluminescence et bioluminescence: passé, présent et futur. Société royale de chimie.
• Zitoun, D .; Bernaud, L .; Manteghetti, A. (2009). Synthèse par micro-ondes d'un phosphore de longue durée. J. Chem. Educ. 86. 72-75. doi: 10.1021 / ed086p72