Fluorescence viene de fluorita, porque el fenmeno se observ por
primera vez en este mineral y es la propiedad de algunas sustancias
de emitir luz mientras reciben la excitacin de ciertas
radiaciones.
Es la propiedad, presente en distintos materiales, de emitir luz en
fro aparentemente de forma espontnea. Forma, junto con la
fosforescencia, las dos manifestaciones ms importantes de la
fotoluminiscencia. En general, puede considerarse que lo que
distingue la fluorescencia de la fosforescencia es que es en
esencia un fenmeno independiente de la temperatura y que la duracin
media del fenmeno es mucho menor (el tiempo de vida media tpico es
del orden de 10 -8s).
Toma el nombre de un compuesto, llamado fluorina, utilizado como
material fundente en la industria metalrgica por su capacidad de
facilitar la precipitacin de la escoria.
El proceso fsico que da lugar a este fenmeno consiste en la
transicin electrnica radiativa, que realizan los tomos de estos
elementos al ser irradiados por radiacin electromagntica de una
energa concreta, que depende de cada material. Lennard, en 1909,
estableci la hiptesis, luego confirmada experimentalmente, de que
cada tomo, al ser irradiado con luz de frecuencia n, incrementa su
energa una cantidad DE = hn, donde h es la constante de Planck. El
tomo pasa entonces a encontrarse en un estado excitado, desde el
que realiza transiciones radiativas, y emite a su vez luz de cierta
frecuencia, caracterstica del espectro energtico del tomo en
cuestin. Estas desexcitaciones no se producen de forma instantnea,
sino que la intensidad de la radiacin emitida decae
exponencialmente con un tiempo caracterstico, llamado tiempo de
vida media, que puede ser del orden de millonsimas de segundo o de
das.
La vida media de un estado excitado est relacionada directamente
con la probabilidad de que la transicin a otro nivel de energa sea
mayor o menor. Cada nivel energtico queda descrito por los nmeros
cunticos que los electrones poseen en l. Existen ciertas reglas de
seleccin que nos dicen entre qu niveles est o no permitida la
transicin radiativa. Uno de ellos nos seala que el espn total del
tomo debe permanecer constante. Si, ya sea por colisiones con otros
tomos o molculas o por cualquier otra causa, el espn del tomo vara,
la transicin energtica se realizar con una probabilidad mucho
menor.
La fosforescencia es la propiedad que tienen algunos cuerpos de
desprender luz en la oscuridad, sin que se d elevacin apreciable de
temperatura: la fosforescencia que a veces tiene la superficie del
mar se debe a los organismos que en l habitan.
La fosforescencia es un fenmeno de Fotoluminiscencia, caracterizado
por la emisin de luz, durante un lapso de tiempo relativamente
largo, despus de haber sido irradiada con luz de cierta frecuencia.
Se ha encontrado, experimentalmente, que tanto la intensidad de la
radiacin emitida como la duracin del fenmeno dependen de la
temperatura, de forma que a menor temperatura la duracin aumenta y
la intensidad disminuye. Este comportamiento permite distinguirlo
del proceso de la fluorescencia, que esencialmente es independiente
de la temperatura.
En ambos casos, la causa del fenmeno consiste en la absorcin de
energa por parte de un tomo, modificando su energa y realizando
luego una transicin radiativa al estado inicial.
Un tomo o molcula queda cunticamente descrito por un conjunto de
niveles discretos de energa, niveles en los que se encuentran
ordenados los electrones de acuerdo con el principio de exclusin de
Pauli. Se conoce como estado fundamental al estado de menor energa
del tomo, que se consigue cuando los electrones ocupan aquellos
niveles de energa ms baja. El principio de exclusin de Pauli exige
que slo puedan ser ocupados por dos electrones con distinto nmero
cuntico de espn. Dado que el espn, cuando el electrn se encuentra
confinado en un tomo o molcula o en presencia de un campo magntico,
slo puede tomar dos valores, la nica forma de que dos electrones se
encuentren en el mismo estado es con espines distintos
(antiparalelos). Se dice entonces, de una forma antropomrfica, que
los electrones se encuentran apareados.
Al incidir la radiacin en el tomo, los fotones son absorbidos por
los electrones, e incrementan su energa de forma que son excitados
hacia un nivel de energa mayor. Se puede demostrar que solamente
absorbern fotones, cuya energa sea alguno de los valores discretos
de los niveles atmicos. Los procesos de luminiscencia consisten en
la emisin posterior de fotones por parte de estos electrones
excitados, al relajarse a un nivel de energa menor. Al excitarse,
los tomos poseern dos niveles a medio llenar. Al tratarse de dos
estados energticamente distintos, los espines no tienen por qu
obedecer el principio de exclusin de Pauli, y pueden ser paralelos
o antiparalelos. Cuando los espines de ambos electrones son
antiparalelos, la funcin de onda del sistema se denomina singlete,
y cuando son paralelos, triplete. Esta denominacin proviene del
desdoblamiento observado en los espectros de lneas que estos
niveles de energa sufren en presencia de un campo magntico: el
estado singlete no se desdobla, mientras que el triplete lo hace en
tres.
Los dos tipos principales de luminiscencia se distinguen en el tipo
de estado energtico desde el que realizan la transicin: en la
fluorescencia, el estado excitado es singlete, mientras que en la
fosforescencia es triplete. Debido a que muchas molculas poseen un
estado fundamental singlete, con todos los electrones apareados, la
produccin directa de un estado singlete (absorcin de un fotn) est
considerada como una transicin permitida por las reglas de seleccin
de espn. En cambio, la produccin de estados triplete est prohibida
por dichas reglas debido a que el espn total del sistema cambia, lo
que tiene como consecuencia que las transiciones singlete-singlete
tengan una probabilidad mucho mayor de producirse que las
transiciones singlete-triplete, que se refleja en la mayor duracin
o vida media de los estados excitados triplete, y con ello la
duracin del fenmeno de luminiscencia.
Top Related