A diferença entre fluorescência e fosforescência

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Fluorescência e fosforescência são dois processos atômicos pelos quais um material emite luz; no entanto, a fluorescência e a fosforescência são produzidas por processos diferentes. Nos fenômenos de fluorescência e fosforescência, as moléculas do material absorvem luz e emitem fótons de menor energia (ou maior comprimento de onda), mas na fluorescência o processo é muito mais rápido do que na fosforescência; além disso, o sentido de rotação dos elétrons não muda.

O que é fotoluminescência?

A luminescência é a propriedade que certos materiais possuem de emitir radiação luminosa (fótons com energia na faixa do visível) após terem sido submetidos a um determinado estímulo externo. Em particular, as substâncias fotoluminescentes são aquelas que, quando expostas a uma fonte de radiação eletromagnética como a radiação ultravioleta (UV), emitem luz visível como resultado da excitação de seus átomos ou moléculas causada pela radiação recebida.

Uma das maneiras pelas quais um material pode absorver um estímulo energético é excitando os elétrons de seus átomos em um nível de energia mais alto do que antes de receber o estímulo; neste caso, dizemos que as moléculas ou átomos estão excitados ou aumentando sua vibração, caso em que ocorre o aquecimento do material . Moléculas ou átomos podem ser excitados pela absorção de diferentes tipos de energia: radiação eletromagnética (luz com comprimentos de onda diferentes e, portanto, com energia diferente), energia química, como resultado de alguma reação química exoérgica, ou energia mecânica, por exemplo, fricção ou pressão. mudanças. 

A absorção de energia eletromagnética (luz) ou fótons por um material pode produzir os dois efeitos que mencionamos: que as moléculas ou átomos do material se aqueçam ou se excitem. Quando excitados, os elétrons passam para um nível de energia mais alto do que antes de receber o estímulo energético; à medida que retornam ao seu nível de energia original, ou estado fundamental mais estável , eles emitem fótons com uma energia correspondente à diferença de energia entre os estados excitado e fundamental. Essa diferença de energia é uma propriedade do material, independente da energia que ele absorve. Estas são as substâncias ou materiais fotoluminescentes, e os fótons emitidos são percebidos como fotoluminescência. 

Fluorescência e fosforescência são duas formas de fotoluminescência de um material. Outros mecanismos de luminescência, associados a outro tipo de estímulo energético ou fonte de excitação, são a triboluminescência (associada ao atrito), a bioluminescência (associada a processos biológicos, como o dos vaga-lumes) e a quimioluminescência (associada a reações químicas).

fluorescência

A fluorescência é um mecanismo no qual a luz de alta energia (curto comprimento de onda ou alta frequência) é absorvida, gerando a excitação dos elétrons no material. Normalmente, a luz absorvida está na faixa ultravioleta, e o processo de absorção ocorre rapidamente sem alterar o sentido de rotação do elétron. Como já mencionado, a fluorescência é um processo rápido, de modo que quando a fonte de excitação cessa, o material para imediatamente de brilhar.

A cor (comprimento de onda) da luz emitida por um material fluorescente independe do comprimento de onda da luz incidente e pode corresponder ao espectro visível ou infravermelho (menor frequência, ou maior comprimento de onda, do que a luz visível). A desexcitação para o estado fundamental dos elétrons emite luz visível ou infravermelha. A diferença no comprimento de onda entre o espectro de absorção e emissão de um material fluorescente é chamada de deslocamento de Stokes.

Os parâmetros básicos dos mecanismos de fluorescência são:

  • Tempo médio de vida (τ): Tempo médio que a molécula passa no estado excitado antes de retornar ao basal (~10 ns).
  • Rendimento quântico (φF): razão entre o número de fótons emitidos em relação aos absorvidos. É sempre menor que 1.

exemplos de fluorescência

Alguns exemplos de fluorescência são luzes fluorescentes e sinais de néon, materiais que brilham sob uma luz negra (luz ultravioleta), mas param de brilhar quando a luz excitante é desligada e marcadores. Um exemplo muito peculiar são os escorpiões, que ficam fluorescentes quando excitados pela luz ultravioleta. O exoesqueleto do animal não o protege da radiação ultravioleta, por isso não deve ficar exposto por longos períodos de tempo. 

fosforescência

Como na fluorescência, um material fosforescente absorve luz de alta energia (geralmente ultravioleta), o que faz com que os elétrons do material fiquem excitados em um nível de energia mais alto do que antes da excitação. Mas, ao contrário da fosforescência, a transição para o estado de energia fundamental ocorre em tempos muito mais longos, e a direção da rotação do elétron pode ser alterada no processo de excitação e desexcitação.

Os materiais fosforescentes podem brilhar por vários segundos ou até alguns dias após o término da excitação. Isso ocorre porque o salto de energia dos elétrons excitados é maior do que nos fenômenos de fluorescência; ou seja, a perda de energia dos elétrons ao retornar ao estado fundamental é maior e a desexcitação pode ser produzida passando por estados intermediários de energia entre o estado excitado e o estado fundamental.

Um elétron nunca muda sua direção de rotação ou spin em eventos de fluorescência, mas pode fazê-lo em eventos de fosforescência, então essa mudança pode ocorrer durante a absorção de energia ou durante o processo de desexcitação. As mudanças de spin causadas pela excitação da luz envolvem tempos de desexcitação mais longos, uma vez que o elétron não retornará ao seu estado de energia mais baixo até retornar ao seu spin original e, portanto, os materiais fosforescentes brilham no escuro mesmo depois de terem passado pela fonte de excitação . cessou.

Exemplos de Fosforescência

Materiais fosforescentes são usados ​​em miras de armas, em várias tintas e em ponteiros de relógios para contar as horas à noite.

Fonte

Thermofisher Scientific. Fundamentos de Fluorescência Fundamentos de Fluorescência | Thermo Fisher Scientific – AR 2021

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Sergio Ribeiro Guevara (Ph.D.)
(Doctor en Ingeniería) - COLABORADOR. Divulgador científico. Ingeniero físico nuclear.

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