No Image

Светится ли фосфор в темноте

СОДЕРЖАНИЕ
1 498 просмотров
10 марта 2020

  • Почему фосфор светится
  • Как определить окисления фосфора
  • Почему светят звезды

В 1669 году алхимик Хенниг Бранд из Гамбурга открыл светящееся вещество – фосфор. Бранд проводил свои эксперименты с человеческой мочой, он предполагал, что в ней содержатся золотые частички из-за ее желтого цвета. Он ждал, пока моча отстоится в бочках, затем выпаривал ее, подвергал жидкость дистилляции. После, соединив эту субстанцию с песком и углем без воздуха, он получал некую белую пыль, которая имела свойство светиться в темноте. Он начал продавать фосфор людям, а потом и вовсе продал секретную формулу фосфора химику Крафту.

Он светится!

Рассмотрев химические свойства фосфора, можно понять, почему же он светится при отсутствии света. Различают три вида фосфора:
– белый,
– черный,
– красный.

Бесцветным и очень ядовитым является белый фосфор, он не растворяется в воде, но может раствориться в сероуглероде. Если белый фосфор долго нагревать на слабом огне, он переходит в следующий вид – красный, который не ядовит, а на вид представляет собой порошок красно-бурого оттенка.

Химия да и только

Фосфор черный отличается от предыдущих двух видов и фактурой, и цветом, и свойствами. Он больше похож на графит и имеет жирную текстуру. Получается этот вид из белого фосфора только под огромным давлением при температуре примерно 200 градусов.

Фосфор является аналогом азота, но по сравнению с атомом последнего, атом фосфора имеет меньшую энергию ионизации.

Достаточно мало времени требуется белому фосфору, чтобы вступить в реакцию с кислородом и окислиться. Он опасен из-за способности самовоспламеняться на воздухе, именно поэтому его следует хранить в воде. Именно из-за реакции окисления выделяется некоторое количество энергии, проще говоря, фосфор начинает светиться. Физики в данном случае говорят о переходе химической энергии в световую.

В природе фосфор встречается только в форме соединений, самым главным таким соединением является фосфат кальция – в природе минерал апатит. Разновидности апатита составляют осадочные горные породы, так называемые фосфориты.

Читайте также:  Текстовый редактор или текстовой

Фосфор является веществом, необходимым в жизнедеятельности растений, поэтому его должно достаточно много содержаться в почве. Самыми богатыми залежами фосфоритов обладают Сибирь, Казахстан, Эстония, Белоруссия, также они имеются и на территории США, Северной Африки и Сирии.

К слову.

Белый фосфор активно используют военные. Однако его поражающая сила так велика и опасна, а человеческие страдания так велики, что ряд стран приняли решение об ограничении применения этого вещества.

Свечение белого фосфора в темноте

Фосфор был открыт впервые гамбургским алхимиком Брандом в 1669 году. Сначала этот элемент называли «холодным пламенем», а затем дали название «фосфор», что означает» светоносный». Белый фосфор нерастворим в воде, но хорошо растворяется в некоторых органических растворителях – четыреххлористом углероде, бензине. Наносим кисточкой на бумагу раствор фосфора в бензине. Бензин быстро испаряется и на бумаге появляется светящаяся линия. Свечение объясняется медленным окислением фосфора кислородом воздуха. При этом химическая энергия переходит в световую энергию. Такое явление называют «хемилюминесценцией».

Оборудование: фильтровальная бумага, кисточка.

Техника безопасности. Соблюдать правила обращения с белым фосфором. Не допускать попадания белого фосфора на кожу.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Фосфоресценция — это особый тип фотолюминесценции. В отличие от флуоресцентного, фосфоресцентное вещество излучает поглощённую энергию не сразу. Большее время реэмиссии связано с «запрещёнными» энергетическими переходами в квантовой механике. Поскольку такие переходы наблюдаются реже в обычных материалах, реэмиссия поглощенного излучения проходит с более низкой интенсивностью, и в течение длительного времени (до нескольких часов).

Изучение фосфоресцентных веществ началось примерно со времени открытия радиоактивности (1896 год).

Содержание

Механизмы фосфоресценции [ править | править код ]

Говоря простым языком, в отличие от флуоресценции, фосфоресценция — это процесс, в котором энергия, поглощенная веществом, высвобождается в виде света относительно медленно.

Читайте также:  Как найти архив в почте gmail

Фосфоресценция кристаллов [ править | править код ]

Люминесценция кристаллов зависит от наличия в них примесей, энергетические уровни которых могут служить уровнями поглощения, промежуточными или излучательными уровнями. Роль этих уровней могут выполнять также энергетические зоны (валентная и проводимости). Кристаллы, обладающие способностью к люминесценции, называются кристаллофосфорами. Возбуждение светом, электрическим током или пучком частиц создаёт в них свободные электроны, дырки и экситоны. Они могут захватываться ловушками – атомами примесей или оседать на дефектах кристаллической решётки. В этом случае рекомбинация (а значит, и свечение) электронов и дырок наступают не мгновенно, а спустя достаточно длительное время, что будет соответствовать длительности фосфоресценции. Для ускорения освобождения электронов из ловушек можно приложить дополнительную энергию, например, использовать нагрев. Примеси и дефекты кристаллической решетки выступают также и в роли тушителя люминесценции, «забирая» у электронов энергию возбуждения.

Фосфоресценция органических молекул [ править | править код ]

Фосфоресценция органических молекул связана с запрещенными переходами между энергетическими уровнями разной мультиплетности. Электронные переходы в молекулах удобно описывать с помощью диаграммы Яблонского. При поглощении энергии молекула переходит из основного синглетного состояния S в возбуждённое синглетное S1. В таком возбуждённом состоянии молекула может пребывать порядка нескольких наносекунд, и сразу же освобождается от лишней энергии, которая либо уходит в тепло, либо испускается в виде света – так называемая быстрая флуоресценция.

Но у некоторых молекул запрет между переходами разной мультиплетности частично снимается за счёт наличия в них тяжелых атомов, например, атомы йода позволяют молекулам эритрозина хорошо переходить из возбуждённого синглетного состояния S1 в возбуждённое триплетное T1. Такой переход называют интеркомбинационной конверсией. Находясь в T1-состоянии, молекулы уже не могут быстро вернуться в основное состояние S, т.к. такой переход запрещён, поэтому свечение, обусловленное такими переходами, достаточно продолжительное – несколько микросекунд и дольше. Так как уровень T1 лежит ниже по энергии, чем S1, фосфоресценция всегда смещена от флуоресценции в длинноволновую область.

Читайте также:  4 Картинки 1 слово виндовс фон

где S – синглетное состояние, T – триплетное состояние, индексы обозначают наличие возбуждения (0 для основного, 1 для возбужденного состояния). Поскольку синглет-триплетные переходы имеют квантово-механический запрет, время жизни возбужденного состояния при фосфоресценции составляет порядка 10 −2 −10 −4 с, в отличие от флуоресценции, для которой время жизни возбужденного состояния составляет 10 −7 −10 −8 с.

Возможна и ситуация, когда молекула обратно переходит из T1-состояния в S1-состояние, получив дополнительную энергию за счет нагрева, либо прореагировав с другими молекулами. Тогда будет наблюдаться флуоресценция, но с продолжительностью свечения фосфоресценции. Такое свечение называют замедленной (длительной) флуоресценцией, и оно фосфоресценцией, несмотря на критерий длительности, не считается.

Отличия от других видов люминесценции [ править | править код ]

Некоторые из «светящихся в темноте» материалов светятся не из-за того, что они фосфоресцентны. Например, «светящиеся палочки» светятся за счет хемилюминесцентного процесса, который иногда ошибочно принимают за фосфоресценцию. В хемилюминесценции вещество переходит в возбужденное состояние за счет химической реакции (а не за счет поглощения света как в фосфоресценции). Энергия возбужденного состояния передается затем молекуле красителя, называемого (сенсибилизатором или флюорофором), которая затем флуоресцирует, переходя в основное состояние.

Любопытно, что хорошо известное свечение белого фосфора при контакте с воздухом, давшее название самому явлению фосфоресценции, также является не фосфоресценцией, а хемилюминесценцией, сопровождающей процесс окисления фосфора.

Не следует также путать фосфоресценцию с радиолюминесценцией — свечением люминофора под воздействием радиоактивных изотопов, которые применялись, либо продолжают применяться в военной технике прежних лет для нанесения светящегося в темноте покрытия на циферблаты и стрелки часов, шкалы и стрелки приборов, изготовлении сувениров и т. п.

Комментировать
1 498 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock
detector