فسفرسانس چیست؟

در علم شیمی فسفرسانس یا فسفرتابی (Phosphorescence) نام پدیده ای است که در طی آن، یک ماده خاص (فسفر) بعد از قرار گرفتن در مقابل حرارت یا تابش (نور مرئی یا نور غیر مرئی) تحریک می شود (زمان تحریک بیشتر از 8-10 ثانیه می باشد). ماده مورد نظر بعد از تحریک، انرژی دریافتی را در خود ذخیره می کند و در نهایت آن انرژی را به شکل طیفی از امواج با طول موج بلندتر منتشر می نماید. توجه داشته باشید که پدیده فسفرسانس با قطع شدن منبع نور همچنان ادامه می یابد. به ماده ای که بتواند چنین پدیده ای را نشان دهد، ماده فسفرسنت می گویند.

نور در حقیقت یکی از شکل های انرژی می باشد. از آنجائیکه جهت تولید نور، شکل دیگری از انرژی باید مصرف شود، بنابراین به طور کلی دو راه عمده برای تولید نور وجود دارد. راه اول فرآیند التهاب (Incandescence) و راه دوم فرآیند نورتابانی یا لومینسانس (Luminescence) است. در فرآیند التهاب، نور در واقع از انرژی گرمایی تولید می شود.

هنگامیکه جسمی تا دماهای بسیار بالا حرارت ببیند شروع به درخشیدن خواهد کرد. در حالی که در فرآیند لومینسانس، الکترون های ماده مورد نظر که در شرایط معمولی در حالت پایه قرار دارند، با گرفتن انرژی از یک منبع تابش به حالت برانگیخته منتقل می شوند. این الکترون ها در بازگشت از حالت بر انگیخته به حالت پایه، انرژی برانگیختگی را به صورت نور (انرژی فوتون ها) نشر می دهند.

از آنجاییکه که فرآیند لومینسانس به دماهای بالا نیازی ندارد و می تواند در دما های معمولی و نسبتا پایین اتفاق بیفتد، پس به نور گسیل شده در این فرآیند، نور سرد یا نور بدون گرما نیز گفته می شود. به عبارت دیگر، به هر پدیده فیزیکی که در طی آن از هر طریقی به استثنای افزایش دمای یک ماده، نور تولید شود لومینساس گفته می شود. پدیده لومینسانس به طور کلی به تابش نور به وسیله یک ماده گفته می شود که شامل دو نوع تابش فلور سانس و فسفرسانس می باشد.

جهت فهم بهتر فسفرتابی، درک مفاهیمی همچون حالت های یک تایی، سه تایی و یا قواعد گزینش اهمیت دارد. بر طبق مکانیک کوانتوم، اسپین ظاهری برای الکترون ها در نظر گرفته می شود که می تواند یکی از دو عدد ½+ و یا ½- را داشته باشد. بر طبق اصل طرد پاولی، دو الکترون در صورتی می توانند یک اوربیتال را اشغال کنند که اسپینی مخالف هم داشته باشند. توجه کنید که دو واژه یک تایی و سه تایی از جملات طیفی راسل - ساندرز (2s + 1) که در آن، حرف s در حقیقت عدد کوانتومی اسپین الکترون می باشد، می آیند. در واقع در حالت یک تایی، اسپین دو الکترون جفت می شود و بنابراین مخالف هم می باشد.

اغلب مولکول ها در حالت پایه خود، الکترون جفت نشده ندارند، پس می توان گفت که این مولکول ها در حالت یک تایی خواهند بود. حال اگر این مولکول ها در معرض تابش فرابنفش یا مرئی قرار بگیرند، یک یا چند تا از الکترون های آنها به تراز انرژی بالاتر جهش می کنند. در این صورت و در حالت های برانگیخته الکترونی، دو اتفاق می افتد؛ اگر در طی جهش به تراز انرژی بالاتر، اسپین الکترون تحریک شده بدون تغییر باقی بماند، حالت برانگیخته یک تایی (Singlet) ایجاد می گردد. به عبارت دیگر، جفت بودن اسپین الکترون ها در حالت های برانگیخته و پایه حفظ شده است. در حالی که اگر در طی جهش، جهت اسپین الکترون تغییر کرده باشد، حالت برانگیخته سه تایی (Triplet) ایجاد می شود.