هناك بعض المصطلحات التي تسبب الارتباك في اللغة اليومية الشائعة. ومن هذه المصطلحات لدينا التلألؤ والفلورسنت والفوسفور. هل هي شروط متساوية؟ كيف تختلف وماذا يشير كل واحد؟
سنرى كل هذا في هذه المقالة، فلا تفوتها.
ما هو التلألؤ
يشير مصطلح التلألؤ بشكل أساسي إلى انبعاث الضوء. في بيئتنا، تبعث معظم الأجسام الضوء بسبب الطاقة التي تتلقاها من الشمس، والتي إنه ألمع كيان مرئي لنا. وعلى عكس القمر الذي يبدو أنه يصدر الضوء، فإنه في الواقع يعكس ضوء الشمس، ويعمل بشكل مشابه للمرآة الحجرية الضخمة. لفهم كيفية عمل التلألؤ في المواد المختلفة بشكل أفضل، يمكنك استشارة تأثير الظواهر الفلكية على التلألؤ.
في الأساس، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التلألؤ: مضان، التفسفر والتألق الكيميائي. من بينها، يتم تصنيف مضان والتفسفر كأشكال من التألق الضوئي. يكمن التمييز بين التألق الضوئي والتألق الكيميائي في آلية تنشيط التألق؛ في التألق الضوئي، يعمل الضوء كمحفز، بينما في التألق الكيميائي، يبدأ التفاعل الكيميائي في انبعاث الضوء.
يعتمد كل من التألق والتألق، وهما شكلان من أشكال التألق الضوئي، على قدرة المادة على امتصاص الضوء ثم بعثه بعد ذلك بطول موجي أطول، مما يشير إلى انخفاض الطاقة. لكن، مدة هذه العملية تختلف بشكل كبير. في تفاعلات الفلورسنت، يحدث انبعاث الضوء بشكل فوري ولا يمكن ملاحظته إلا عندما يظل مصدر الضوء نشطًا (مثل الأضواء فوق البنفسجية).
في المقابل، تسمح التفاعلات الفسفورية للمادة بالاحتفاظ بالطاقة الممتصة، مما يسمح لها بإصدار الضوء لاحقًا، مما يؤدي إلى توهج يستمر حتى بعد انطفاء مصدر الضوء. لذلك، إذا اختفى التلألؤ على الفور، يتم تصنيفه على أنه مضان؛ إذا استمرت، يتم تحديدها على أنها التفسفر. وإذا كان يتطلب تفاعلًا كيميائيًا لتنشيطه، فإنه يُسمى اللمعان الكيميائي.
يمكن العثور على أمثلة على ذلك في الظواهر الطبيعية والتطبيقات التكنولوجية، مثل: المواد الفلورية والفوسفورية. على سبيل المثال، يمكننا أن نتخيل ملهى ليلي حيث يتوهج القماش والأسنان تحت الضوء الأسود (الفلورسنت)، وتشع علامة الخروج في حالات الطوارئ الضوء (الفوسفورية)، وتنتج العصي المتوهجة أيضًا الإضاءة (الكيمياء الضوئية). كما هو الحال في وضع علامات على الأشياء وفي الدراسات العلمية، حيث يكون الاختلاف في مدة التوهج أمرًا أساسيًا.
ضوئي
المواد التي تصدر الضوء بشكل فوري تسمى المواد الفلورية. في هذه المواد، تمتص الذرات الطاقة، مما يؤدي إلى دخولها في حالة "مثارة". وتعود إلى حالتها الطبيعية في حوالي مائة ألف من الثانية (تتراوح من 10^-9 إلى 10^-6 ثانية)، وتطلق هذه الطاقة في شكل جزيئات صغيرة من الضوء تعرف باسم الفوتونات.
يتحدث رسميا، الفلورسنت هو عملية إشعاعية يتم فيها إثارة الإلكترونات تنتقل من الحالة المثارة الأدنى (S1) إلى الحالة الأرضية (S0). أثناء هذا التحول، يبدد الإلكترون بعضًا من طاقته من خلال الاسترخاء الاهتزازي، مما يؤدي إلى انخفاض طاقة الفوتون المنبعث، وبالتالي طول موجي أطول.
بالنسبة للتطبيقات العملية والأمثلة على الفلورسنت، يمكنك الرجوع إلى "تطبيقات واستخدامات الفلورسنت في العلوم والتكنولوجيا".
التفسفر الوميض الفوسفوري
لفهم الفروق بين الفلورة والتفسفر، من الضروري استكشاف مفهوم دوران الإلكترون بإيجاز. يمثل الدوران خاصية أساسية للإلكترون، حيث يعمل كنوع من الزخم الزاوي الذي يؤثر على سلوكه داخل المجال الكهرومغناطيسي. لا يمكن لهذه الخاصية أن تأخذ سوى قيمة ½ ويمكن أن تظهر اتجاهًا لأعلى أو لأسفل. داخل نفس المدار الذرة، تظهر الإلكترونات باستمرار دورانًا معاكسًا عندما تكون في الحالة الأرضية المفردة (S0). عند الترقية إلى حالة مثارة، يحتفظ الإلكترون باتجاه دورانه، مما يؤدي إلى تكوين حالة مثارة أحادية (S1)، حيث يظل كلا اتجاهي الدوران مقترنين في تكوين متعاكس. من المهم ملاحظة أن جميع عمليات الاسترخاء المرتبطة بالفلورسنت محايدة للدوران، مما يضمن الحفاظ على اتجاه دوران الإلكترون في جميع الأوقات.
وفي حالة الفوسفور، تختلف العملية بشكل كبير، حيث أنها تنطوي على انتقالات بين الحالات ذات اتجاهات الدوران المختلفة.. تحدث انتقالات سريعة (تتراوح من 10^-11 إلى 10^-6 ثانية) بين الأنظمة التي تنتقل من حالة الإثارة المفردة (S1) إلى حالة الإثارة الثلاثية الأكثر تفضيلاً من حيث الطاقة (T1). يؤدي هذا التحول إلى عكس دوران الإلكترون؛ تتميز الحالات الناتجة بالدوران المتوازي لكلا الإلكترونين، وتصنف على أنها غير مستقرة. في هذه الحالة، يحدث الاسترخاء عن طريق الفسفورية، مما يؤدي إلى عكس آخر لدوران الإلكترون والانبعاث اللاحق للفوتون.
يمكن أن يحدث الانتقال مرة أخرى إلى الحالة المفردة المريحة (S0) بعد تأخير طويل (يتراوح من 10 ^ -3 إلى أكثر من 100 ثانية). أثناء عملية الاسترخاء هذه، تستهلك الآليات غير الإشعاعية المزيد من الطاقة في الاسترخاء الفسفوري مقارنة بالاسترخاء الفلوري، مما يؤدي إلى فرق طاقة أكبر بين الفوتونات الممتصة والمنبعثة، وبالتالي تحول أكبر في الطول الموجي. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ كيف أن الاختلاف في البنية الذرية للمواد يسبب هذه الاختلافات في ظاهرة التلألؤ.
الإثارة وأطياف الانبعاث
يحدث التلألؤ عندما يتم تحفيز إلكترونات المادة عن طريق امتصاص الفوتونات، وبالتالي إطلاق تلك الطاقة على شكل إشعاع. في حالات معينة، يمكن أن يتكون الإشعاع المنبعث من فوتونات لها نفس الطاقة والطول الموجي مثل تلك الممتصة; تُعرف هذه الظاهرة باسم مضان الرنين. في أغلب الأحيان، يكون للإشعاع المنبعث طول موجي أطول، مما يشير إلى طاقة أقل مقارنة بالفوتونات الممتصة.
يُعرف هذا الانتقال إلى أطوال موجية أطول باسم تحول ستوكس. عندما يتم إثارة الإلكترونات بواسطة إشعاع قصير غير مرئي، فإنها ترتفع إلى حالات طاقة أعلى. عند عودتها إلى حالتها الأصلية، فإنها تبعث ضوءًا مرئيًا بنفس الطول الموجي، مما يجسد مضان الرنين. ومع ذلك، يمكن لهذه الإلكترونات المثارة أيضًا أن تعود إلى مستوى طاقة متوسط، مما يؤدي إلى انبعاث فوتون مضيء يحمل طاقة أقل من تلك الموجودة في الإثارة الأولية. هذه العملية، عندما يتم تحفيزه بواسطة الضوء فوق البنفسجي، فإنه يظهر بشكل عام على شكل مضان ضمن الطيف المرئي. وفي حالة المواد الفسفورية، هناك تأخير بين إثارة الإلكترونات إلى مستويات الطاقة العالية وعودتها إلى الحالة الأرضية.
ومن الجوانب المثيرة للاهتمام أن نلاحظ أن شدة ولون الضوء المنبعث يعتمدان على المادة وطول موجة الإثارة، وهو أمر ضروري في تصميم المواد الفلورية والفوسفورية. العلاقة بين أطوال موجات الإثارة والانبعاث، المعروفة باسم أطياف الإثارة والانبعاث، هي المفتاح لفهم كيفية ومتى تحدث هذه الظواهر.
من المهم ملاحظة أن الطول الموجي للانبعاث لا يعتمد على الطول الموجي للإثارة، إلا في الحالات التي تمتلك فيها المواد آليات التلألؤ المتعددة. وبالتالي، تظهر المعادن قدرات مختلفة على امتصاص الضوء فوق البنفسجي عند أطوال موجية محددة؛ يتألق بعضها تحت الضوء فوق البنفسجي ذي الطول الموجي القصير، بينما يتألق البعض الآخر تحت الأطوال الموجية الطويلة، ويظهر بعضها مضانًا غير واضح. غالبًا ما يختلف لون الضوء المنبعث بشكل كبير مع اختلاف أطوال موجات الإثارة.
ولا يقتصر حدوث هذه الظواهر على استخدام الأشعة فوق البنفسجية فقط؛ بل يمكن تحقيق الإثارة بواسطة أي إشعاع يمتلك الطاقة المناسبة. على سبيل المثال، الأشعة السينية قادرة على إحداث الفلورسنت في مواد مختلفة، والتي يستجيب العديد منها أيضًا لأنواع مختلفة من الإشعاع. على سبيل المثال، يظهر تنجستات المغنيسيوم حساسية لجميع الإشعاعات تقريبًا ذات الأطوال الموجية الأقصر من 300 نانومتر، والتي تشمل كل من الأشعة فوق البنفسجية وأطياف الأشعة السينية. علاوة على ذلك، يمكن إثارة بعض المواد بسهولة بواسطة الإلكترونات، كما هو الحال مع الفوسفور المستخدم في أنابيب التلفزيون.
وكيف ترتبط هذه الظواهر بالأحداث الطبيعية الأخرى؟
يساعد فهم الاختلافات بين التلألؤ والفلورسنت والفوسفور أيضًا على فهم الظواهر الطبيعية مثل طبقات السحب الرقيقة والظواهر الجوية الأخرى. تساهم هذه المعرفة في إثراء تفسير أطياف الضوء وتفاعل الضوء مع المواد المختلفة في بيئتنا، فضلاً عن فتح الباب أمام تطبيقات علمية وتكنولوجية جديدة. إن اكتشاف كيفية حدوث هذه الظواهر والظروف المؤاتية لها قد يكون مفتاحًا للتقدم في مجالات مثل علم المعادن وعلم الفلك والطب الحيوي.
