La fosforescenza rappresenta il fenomeno di emissione ritardata di luce da parte di una sostanza, successivamente all’esposizione e alla rimozione di una radiazione eccitante. Questo fenomeno è strettamente correlato alla fotoluminescenza, in particolare alla fluorescenza, come coniato da Sir George Stokes nel 1852.
Forme di luminescenza
Indice Articolo
Esistono tre forme principali di luminescenza: fluorescenza, fosforescenza e chemiluminescenza. Mentre la fluorescenza e la fosforescenza sono entrambe forme di fotoluminescenza, è importante notare che la chemiluminescenza è causata da una reazione chimica anziché dall’esposizione alla luce.
Sia la fluorescenza che la fosforescenza coinvolgono la capacità di una sostanza di assorbire la luce e emetterla in forma di energia a lunghezza d’onda maggiore. Tuttavia, la distinzione fondamentale tra i due fenomeni risiede nel tempo di emissione luminosa.
Differenze tra fluorescenza e fosforescenza
Nel caso della fluorescenza, l’emissione luminosa è solitamente immediata e visibile solo in presenza di una fonte luminosa continua. Al contrario, la fosforescenza implica la capacità di una sostanza di conservare l’energia luminosa assorbita per un periodo di tempo e rilasciarla successivamente, generando un bagliore residuo persistente anche in assenza di radiazione.
Luminescenza e processi fotofisici
I processi di luminescenza sono basati su meccanismi fotofisici in cui molecole fluorescenti come la fluoresceina o la curcumina svolgono un ruolo chiave. Tuttavia, per comprendere appieno tali processi, è necessario analizzarli a livello atomico.
Gli atomi di diversi elementi presentano un numero variabile di elettroni distribuiti in differenti gusci e orbitali. Quando questi atomi assorbono energia, gli elettroni vengono eccitati e spostati in uno stato energetico superiore, seguendo un principio di quantizzazione dell’energia.
Meccanismo della fosforescenza
Il fenomeno della fosforescenza implica la transizione elettronica tra due livelli energetici E1 ed E2, definita dalla differenza di energia ΔE = E2 – E1. Questo calcolo di energia è supportato dalla costante di Planck h e dalla frequenza della luce ν, strettamente correlata alla lunghezza d’onda e alla velocità della luce.
In molti casi, la fosforescenza richiede la frequenza di radiazioni ultraviolette per innescare la transizione elettronica. Questo approfondimento a livello atomico fornisce una visione dettagliata dei meccanismi che regolano la fosforescenza come forma specifica di luminescenza.Lo spin di un elettrone è una grandezza che descrive il momento angolare meccanico classico derivante dal suo movimento rotazionale. Questo fenomeno è di fondamentale importanza in chimica quantistica.
Il concetto di spin dell’elettrone
L’elettrone può avere uno spin con valore + ½ o – ½, secondo il Principio di esclusione di Pauli. Quando due elettroni si trovano nello stesso orbitale, i loro spin sono antiparalleli e si trovano in uno stato di singoletto. Anche quando un elettrone viene eccitato a uno stato diverso, mantiene il suo spin e si trova in uno stato eccitato di singoletto. Gli stati di singoletto e tripletto
L’interconversione tra gli stati di singoletto e tripletto avviene rapidamente, nell’ordine di grandezza dei femtosecondi. Quando un elettrone passa dallo stato S1 a quello di tripletto T1, si verifica l’inversione dello spin. Gli stati di tripletto sono caratterizzati da spin paralleli degli elettroni e sono metastabili. Rilassamento e fosforescenza
Il rilassamento dell’elettrone avviene tramite fosforescenza, con un ritardo significativo rispetto alla fluorescenza. Durante questo processo, viene dissipata più energia, e di conseguenza, la differenza di energia tra il fotone assorbito ed emesso è maggiore. Questo comporta uno spostamento più marcato nella lunghezza d’onda. In conclusione, lo spin dell’elettrone riveste un ruolo fondamentale nella chimica quantistica e nei processi di transizione energetica degli elettroni negli atomi.
