Lumineszenz

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    • Lumineszenz

      Hallo :)

      WIe ist das eigentlich mit der Lumineszenz? Das wird doch unterschieden in Phosphoreszenz und Fluoreszenz, oder?
      Warum ist die Wellenlänge des emittierten Lichts bei der Phosphoreszenz und der Fluroreszenz größer als die des eingestrahlten Lichts?
      Hat das mit der Tatsache zu tun, dass dabei der Elektronenspin umgedreht wird? Ich bin in meinem Biobuch darüber gestolpert und verstehe die Sache nicht so ganz =)

      Liebe Grüße,
      Daniela
    • Moin

      WIe ist das eigentlich mit der Lumineszenz? Das wird doch unterschieden in Phosphoreszenz und Fluoreszenz, oder?
      Das ist sogar nur die Photolumineszenz. Es gibt noch eine ganze Reihe weiterer; man unterscheidet da zwischen der Art der Anregung. Und ja, die Photolumineszenz wird in Phosphoreszenz und Fluoreszens unterteilt.

      Warum ist die Wellenlänge des emittierten Lichts bei der Phosphoreszenz und der Fluroreszenz größer als die des eingestrahlten Lichts?
      Wenn ich mich recht erinnere, liegt das daran, das ein Teil der Energie auch als Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Die Energie, die nicht so abgegeben werden kann, wird als Photon abgegeben und dieses hat dann, da weniger Energie, eine größere Wellenlänge als das Photon, das einst die Energie brachte.

      Tobias
    • Hallo Daniela,

      Fluoreszenz (warum vertipp ich mich dabei andauernd? -.-) und Phosphoreszenz unterscheiden sich primaer erst einmal dadurch, dass die Fluoreszenz quasi sofort mit Beendigung der Bestrahlung aufhoert, die Phosphoreszenz aber noch sehr lange anhalten kann - bestes Beispiel dafuer sind Notausgangs-Schilder.

      Nun, warum ist das so? Gehen wir der Sache physikalisch auf den Grund:
      Durch Bestrahlung mit Photonen kann man erreichen, dass die Elektronen von Molekuelen oder Atomen in einen hoeheren Energiezustand uebergehen.
      Der Unterschied zwischen beiden Arten der Photolumineszenz besteht nun im Modus der Abregung:

      • bei der Fluoreszenz 'zerfaellt' der angeregte Zustand sofort wieder, das Molekuel/Atom geht also direkt wieder in seinen unangeregten Grundzustand ueber - unter Emission von Photonen, was man ja deutlich sieht ;) Die Zustaende, zwischen denen diese Uebergaenge stattfinden, sind Zustaende gleichem Spins. Die Zeit, die das Elektron braucht, um wieder in den niedrigeren Zustand zu zerfallen, belaeuft sich auf etwa 10^-8 Sekunden, also etwa 10 Nanosekunden.

      • bei der Phosphoreszenz findet die (zweite) Abregung zwischen Zustaenden verschiedenem Spins statt. Die erste Abregung kann z.B genauso wie bei der Fluoreszenz, aber auch durch Abgabe von Energie an die Umgebung ("Waerme"), jedoch ist die Abregung nicht vollstaendig, sondern laeuft ueber ein noch zwischen dem angeregten Zustand und dem Grundzustand liegendem Niveau ab.
        Nun ist es so, dass umso hoeher der Spin ist, mehr Zustaende existieren. Wenn wir den Spin als S bezeichnen, ergeben sich immer 2S+1 verschiedene Zustaende. Hat man also S=0, so hat man einen moeglichen Zustand. Fuer S=1/2 hat man 2 Zustaende, naemlich spin up und spin down. Physikalisch verhaelt sich der Spin nun wie ein Drehimpuls, das bedeutet, fuer ihn gilt auch die Drehimpulserhaltung. Damit sind Uebergaenge zwischen Zustaenden von verschiedenem Spin erst einmal (klassisch) verboten. Hier kommt nun die Quantenmechanik ins Spiel! Quantenmechanisch ist es nun moeglich, dass auch Uebergaenge zwischen Zustaenden verschiedenem Spins moeglich sind, wobei jedoch 'gleichspinnige' Uebergaenge favorisiert sind.
        Bei der Phosphoreszenz befindet sich das Elektron nun durch Anregung per Photon in einem Triplett-Zustand (das heisst, S=1, damit folgen drei moegliche Zustaende). Ein Uebergang in den Singulett(S=0, 1 Zustand)-Zustand ist damit nicht moeglich. Aber wie schon gesagt, quantenmechanisch klappt das. Nur sind diese Uebergaenge statistisch betrachtet nicht favorisiert, was bedeutet, dass sie deutlich langsamer zerfallen - im Gegensatz zu den 10 Nanosekunden bei der Fluoreszenz kann das bei der Phosphoreszenz schon einige Sekunden bis Stunden dauern.


      Generell ist es so, dass, aufgrund der Energieerhaltung, die ausgesendete Wellenlaenge groesser oder gleich der eingestrahlten Wellenlaenge sein muss. Wie das konkret aussieht, haengt aber auch vom bestrahlten Stoff ab, da die Energiezustaende der verschiedenen Stoffe alle verschieden liegen. Als Beispiel moechte ich hier mal Wasserstoff und Lithium anfuehren:
      Die Energieniveaus von Wasserstoff siehst Du hier: chemgapedia.de/vsengine/media/…/aas/images/aas4_am_1.gif
      Die von Lithium hier: ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vo…thoden_ac/li_spektrum.png - also schon DEUTLICH komplizierter. Die Zahlen auf den Linien sind uebrigens die Wellenlaengen des emittierten Lichts. Man sieht da auch schoen, dass Uebergaenge von 4P zu 3P nicht moeglich sind.

      Bei einem phosphoreszierenden Stoff sieht das Termschema etwa so aus:

      In diesem Bild sieht man schoen die anfaengliche Anregung in einen weiteren Singlett-Zustand, dann die schnelle Abregung ueber Waermeabgabe in einen Zwischenzustand, welcher dann phosphoreszierend zerfaellt.

      Eine deutlich ausfuehrlichere Erklaerung gibts auch noch im ChemWiki der UC Davis: chemwiki.ucdavis.edu/Physical_…ic_Spectroscopy%3A_Theory

      So, das war gleich noch bisschen Pruefungsvorbereitung fuer die Exphy-Diplompruefung *g*

      Schoenen Abend noch!