Chemia Organiczna OnLine

1.3. Luminescencja

Dla światła o długości fali 430nm energia jednego ajnsztajna wynosi około 260kJ/mol. Jest to tak duża porcja energii, że elektron z orbitalu wiążącego (lub elektron wolnej pary elektronowej) zostaje przeniesiony na orbital antywiążący. W przypadku światła widzialnego interesują nas jedynie przejścia n→π* oraz p→π*. Pozostałe przejścia wymagają zbyt dużej energii, która może być dostarczona jedynie przez promieniowanie UV. Cząsteczka, po absorpcji promieniowania elektromagnetycznego, zostaje wzbudzona elektronowo oraz oscylacyjnie:

Stan wzbudzony cząsteczki jest nietrwały i dlatego cząsteczki muszą wrócić do stanu podstawowego. Najczęściej mamy do czynienia z oddaniem nadmiaru energii w postaci ciepła. Taki powrót do stanu podstawowego obserwowany jest w większości barwników. W podanym przykładzie barwnik pochłania promieniowanie o barwie niebieskiej, sam zaś ma barwę żółtą.

Niekiedy barwnik po zaabsorbowaniu promieniowania elektromagnetycznego powraca do stanu podstawowego wydzielając nadmiar energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego. Jeżeli powrót cząsteczek do stanu podstawowego następuje bardzo szybko (elektron przy przejściu na orbital antywiążący nie zmienił swojego spinu, o cząsteczce mówimy, że jest w stanie wzbudzonym singletowym), to zjawisko takie nazywane jest fluorescencją. W przypadku gdy cząsteczki powracając do stanu podstawowego, wydzielają nadmiar energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego, ale powrót ten następuje w dłuższym czasie (elektron przy przejściu na orbital antywiążący zmienił swój spin i cząsteczka jest wzbudzona w stanie tripletowym), to zjawisko takie nosi nazwę fosforescencji. Ogólnie obydwa procesy nazywane są luminescencją:

Wydzielone promieniowanie w procesie fluorescencji ma mniejszą energię niż promieniowanie zaabsorbowane, czyli w procesie fluorescencji emitowane jest promieniowanie o większej długości fali niż promieniowanie absorbowane.

Szczególnie interesującym rodzajem fluoroscencji jest przekształcenie pochłoniętego promieniowania UV w promieniowanie widzialne. Barwniki posiadające takie właściwości nazywane są fluoryzującymi (luminescencyjnymi). Wykorzystuje się je do malowania znaków rozpoznawczych na statkach i samolotach, znaków drogowych, oraz tablic reklamowych. Jeżeli barwniki o takich właściwościach nie absorbują w widzialnej części widma, są one bezbarwne i mogą być stosowane jako środki optycznie rozjaśniające.