Optique
Luminescence - الضيـائيـة
Dr. Muthanna Mohammed Sarhan - Département de chimie
L'électron dans la molécule peut passer à un niveau d'énergie supérieur par l'absorption de rayons visibles ou ultraviolets. L'état d'excitation résultant est considéré comme temporaire, c'est-à-dire qu'il se perd dans une période très courte (-9 10 secondes à quelques secondes). Dans de nombreux cas, l'énergie d'excitation se perd sous forme de chaleur, mais l'énergie d'excitation de certaines substances se perd sous forme d'émission d'énergie radiative, et cela est généralement connu sous le nom de luminescence. La fluorescence est un type de luminescence dans lequel l'émission se produit rapidement dans un temps de ( (10-6-10-9 secondes, tandis que la phosphorescence est un autre type de luminescence où l'émission se produit lentement dans un temps de (103-10) secondes.
La fluorescence et la phosphorescence sont deux mécanismes d'émission de lumière ou des exemples de luminescence (lueur lumineuse, fluorescence ou luminescence lumineuse : les mêmes termes ont le même sens). Cependant, les termes fluorescence et phosphorescence ne signifient pas la même chose et ne se produisent pas de la même manière. Dans les deux cas, les molécules absorbent la lumière et émettent (émettent) des photons d'énergie inférieure (longueur d'onde plus longue), mais le processus de fluorescence se produit beaucoup plus rapidement que la phosphorescence et ne modifie pas la direction de rotation des électrons. Voici une explication du mécanisme de la luminescence et un aperçu des processus de fluorescence et de phosphorescence, avec des exemples familiers pour chaque type d'émission lumineuse. Les bases de la luminescence se produisent lorsque les molécules absorbent de l'énergie. Si la lumière provoque une excitation de l'électron, dans ce cas, les molécules sont appelées molécules excitées. Si la lumière provoque une excitation vibratoire, les molécules deviennent chaudes. Les molécules peuvent devenir excitées en absorbant différents types d'énergie, comme l'énergie physique (lumière), l'énergie chimique ou l'énergie mécanique (par exemple, friction ou pression). L'absorption de lumière ou de photons peut amener les molécules à devenir chaudes et excitées. Lorsque les molécules deviennent excitées, les électrons passent à un niveau d'énergie supérieur. Lorsqu'ils retournent à un niveau d'énergie inférieur et plus stable, des photons sont émis, ce qui se manifeste sous forme de luminescence. Il existe deux types de luminescence : la fluorescence et la phosphorescence. Comment se produit le processus de fluorescence : dans le cas de la fluorescence, la lumière à haute énergie (longueur d'onde courte, fréquence élevée) est absorbée, ce qui amène l'électron à un état d'énergie excité. En général, la lumière absorbée se situe dans la gamme des rayons ultraviolets, et le processus d'absorption se produit rapidement (dans un intervalle de temps d'environ 10-15 secondes) sans changement dans la direction de rotation de l'électron. Le processus de fluorescence se produit si rapidement que si vous éteignez la lumière, la matière cesse de briller. De plus, la couleur (longueur d'onde) de la lumière émise par le processus de fluorescence est généralement différente de la longueur d'onde de la lumière incidente. En plus de la lumière visible émise (radiée), une lumière infrarouge est également émise. En général, la relaxation vibratoire entraîne l'émission de lumière infrarouge environ 10-12 secondes après l'absorption du rayonnement. La lumière visible et infrarouge est émise lorsque l'électron retourne à un niveau stable, et cela se produit environ 10-9 secondes après l'absorption d'énergie. La différence de longueur d'onde entre les spectres d'absorption et les émissions d'une substance fluorescente est appelée décalage de Stokes. Exemples de fluorescence : Les lampes fluorescentes et les panneaux néon sont des exemples de fluorescence, tout comme les matériaux qui brillent sous la lumière noire, mais qui cessent de briller dès que les rayons ultraviolets sont éteints. Certaines scorpions peuvent également fluorescer si la lumière noire leur est projetée, elles brillent tant que la lumière ultraviolette est disponible, cependant, la structure externe de l'animal ne les protège pas bien des radiations, donc il ne faut pas laisser la lumière noire trop longtemps pour voir la lueur du scorpion. Certaines coraux et champignons fluorescent également. De nombreux marqueurs (stylos fluorescents) fluorescent également. Comment fonctionne la phosphorescence : comme dans le cas de la fluorescence, la matière phosphorescente absorbe la lumière à haute énergie (généralement ultraviolette), ce qui provoque le passage des électrons à un état d'énergie supérieur, mais le passage à un état d'énergie inférieur se produit plus lentement et peut changer la direction de rotation de l'électron. Les matériaux phosphorescents peuvent briller pendant plusieurs secondes à deux jours après l'extinction de la lumière. La raison pour laquelle la phosphorescence dure plus longtemps que la fluorescence est que les électrons excités sautent à un niveau d'énergie supérieur par rapport à ceux dans le cas de la fluorescence. Ainsi, les électrons ont plus d'énergie à perdre et peuvent passer du temps à des niveaux d'énergie différents entre l'état excité et l'état stable. Comme mentionné précédemment, l'électron ne change pas sa direction de rotation dans le cas de la fluorescence, mais il peut le faire si les conditions sont favorables pendant la phosphorescence. Cette rotation peut se produire pendant l'absorption d'énergie ou après. En l'absence de retournement de rotation, on dit que la molécule est dans un état singulet. Si l'électron subit un retournement de rotation, un état triplet de la molécule se forme. Les états triplets ont généralement une durée de vie longue, car l'électron ne reviendra pas à l'état d'énergie inférieur tant qu'il ne revient pas à son état d'origine (état de rotation d'origine). En raison de ce retard, les matériaux phosphorescents semblent "briller dans l'obscurité". Exemples de phosphorescence : Les matériaux phosphorescents dans les munitions utilisées pour les jeux, la lueur des étoiles phosphorescentes dans l'obscurité, et la peinture utilisée pour fabriquer des panneaux d'étoiles.