ישנם כמה מונחים שיוצרים בלבול בשפה היומיומית הנפוצה. בין המונחים הללו יש לנו את זוהר, פלואורסצנטי וזרחן. האם הם תנאים שווים? במה זה שונה ולמה כל אחד מתייחס?
אנחנו הולכים לראות את כל זה במאמר זה, אז אל תפספסו את זה.
מהי זוהר
המונח זוהר מתייחס ביסודו לפליטת אור. בסביבה שלנו, רוב העצמים פולטים אור בשל האנרגיה שהם מקבלים מהשמש, אשר זוהי הישות המוארת ביותר שנראית לנו. בניגוד לירח, שנראה כאילו פולט אור, הוא למעשה מחזיר אור שמש, ומתפקד בדומה למראה אבן ענקית. כדי להבין טוב יותר כיצד פועלת הארה בחומרים שונים, ניתן להתייעץ השפעתן של תופעות אסטרונומיות על הארה.
בעיקרון, ישנם שלושה סוגים עיקריים של זוהר: פלואורסצנטיות, זרחניות וכימילומינצנטיות. ביניהם, פלואורסצנטי וזרחן מסווגים כצורות של פוטו-לומינסצנטי. ההבחנה בין פוטו-לומינסנציה לכמי-לומינסנציה נעוצה במנגנון ההפעלה של הארה; בפוטו-luminescence, האור פועל כטריגר, בעוד שב-chemiluminescence, תגובה כימית יוזמת פליטת אור.
גם הקרינה וגם הזרחנית, שהן צורות של פוטו-לומינסצנטיות, תלויות ביכולת של חומר לספוג אור ולאחר מכן לפלוט אותו באורך גל ארוך יותר, מה שמעיד על הפחתה באנרגיה. אוּלָם, משך תהליך זה שונה באופן משמעותי. בתגובות פלורסנט, פליטת אור מתרחשת באופן מיידי וניתנת לצפייה רק בזמן שמקור האור נשאר פעיל (כגון אורות אולטרה סגולים).
לעומת זאת, תגובות זרחניות מאפשרות לחומר לשמור על אנרגיה שנספגה, מה שמאפשר לו לפלוט אור מאוחר יותר, וכתוצאה מכך זוהר שנמשך גם לאחר כיבוי מקור האור. לכן, אם הזוהר נעלמת מיד, זה מסווג כפלורסנטיות; אם זה נמשך, זה מזוהה כזרחן; ואם זה דורש תגובה כימית כדי להפעיל, זה נקרא כימילומינסנציה.
דוגמאות לכך ניתן למצוא בתופעות טבע וביישומים טכנולוגיים, כמו ב חומרים פלורסנטים וזרחניים. לדוגמה, אפשר לדמיין מועדון לילה שבו הבד והשיניים זוהרים באור שחור (פלורסנט), שלט יציאת החירום מקרין אור (זרחן), ומקלות זוהרים מייצרים גם תאורה (כימילומינסנציה). גם בסימון חפצים ובמחקרים מדעיים, שבהם ההבדל במשך הארה חיוני.
פלוּאוֹרסצֵנצִיָה
חומרים הפולטים אור באופן מיידי נקראים פלורסנט. בחומרים אלו, אטומים סופגים אנרגיה, מה שגורם להם להיכנס למצב "מרוגש". כשהם חוזרים למצבם הרגיל תוך כמאה אלפית השנייה (בטווח שבין 10^-9 ל-10^-6 שניות), הם משחררים את האנרגיה הזו בצורה של חלקיקי אור זעירים הידועים כפוטונים.
מבחינה פורמלית, פלואורסצנטי הוא תהליך קרינה שבו אלקטרונים מעוררים הם עוברים ממצב הנרגש הנמוך ביותר (S1) למצב הקרקע (S0). במהלך המעבר הזה, האלקטרון מפזר חלק מהאנרגיה שלו באמצעות הרפיה רטט, וכתוצאה מכך לפוטון הנפלט יש אנרגיה מופחתת, וכתוצאה מכך, אורך גל ארוך יותר.
ליישומים מעשיים ודוגמאות של הקרינה, אתה יכול לעיין ב"יישומים ושימושים של הקרינה במדע ובטכנולוגיה".
זַרחָנוּת
כדי להבין את ההבחנות בין הקרינה לזרחנית, יש צורך לחקור בקצרה את הרעיון של ספין אלקטרונים. ספין מייצג מאפיין בסיסי של האלקטרון, הפועל כסוג של תנע זוויתי המשפיע על התנהגותו בתוך שדה אלקטרומגנטי. מאפיין זה יכול לקבל רק ערך של ½ ויכול להציג כיוון כלפי מעלה או מטה. בתוך אותו מסלול של אטום, אלקטרונים מציגים באופן עקבי ספין אנטי מקביל כאשר הם נמצאים במצב קרקע סינגלט (S0). עם קידום למצב נרגש, האלקטרון שומר על כיוון הספין שלו, וכתוצאה מכך היווצרות מצב נרגש של יחיד (S1), שבו שני כיווני הספין נשארים מזווגים בתצורה אנטי מקבילה. חשוב לציין שכל תהליכי ההרפיה הקשורים לקרינה הם ספין ניטרליים, מה שמבטיח שכיוון ספין האלקטרונים נשמר בכל עת.
במקרה של זרחן, התהליך שונה באופן משמעותי, מכיוון שהוא כרוך במעברים בין מצבים עם אוריינטציות ספין שונות.. מעברים מהירים (הנעים בין 10^-11 ל-10^-6 שניות) מתרחשים בין מערכות שעוברות ממצב מעורר סינגל (S1) למצב מעורר טריפלט נוח יותר מבחינה אנרגטית (T1). מעבר זה מביא להיפוך של ספין האלקטרון; המצבים המתקבלים מאופיינים בספינים מקבילים בשני האלקטרונים ומסווגים כ-metstable. במקרה זה, הרפיה מתרחשת על ידי זרחן, מה שמוביל להיפוך נוסף של ספין האלקטרון ולפליטה של פוטון לאחר מכן.
המעבר חזרה למצב סינגל רגוע (S0) יכול להתרחש לאחר עיכוב ארוך (שנע בין 10^-3 ליותר מ-100 שניות). במהלך תהליך הרפיה זה, מנגנונים לא-קריניים צורכים יותר אנרגיה ברפיון זרחני בהשוואה לפלורסנטיות, וכתוצאה מכך הפרש אנרגיה גדול יותר בין פוטונים נספגים לפוטונים הנפלטים, וכתוצאה מכך, שינוי גדול יותר באורך הגל. מעניין לראות כיצד ההבדל במבנה האטומי של החומרים גורם לשונות הללו בתופעות הזוהר.
ספקטרום עירור ופליטות
הארה מתרחשת כאשר האלקטרונים של חומר נרגשים על ידי קליטת פוטונים, ולאחר מכן משחררים את האנרגיה הזו בצורה של קרינה. במקרים מסוימים, הקרינה הנפלטת יכולה להיות מורכבת מפוטונים בעלי אנרגיה ואורך גל זהים לאלה הנספגים; תופעה זו ידועה בשם פלואורסצנטי תהודה. לעתים קרובות יותר, לקרינה הנפלטת אורך גל ארוך יותר, מה שמעיד על אנרגיה נמוכה יותר בהשוואה לפוטונים הנקלטים.
המעבר הזה לאורכי גל ארוכים יותר ידוע בתור הסטוק. כאשר אלקטרונים נרגשים מקרינה קצרה ובלתי נראית, הם עולים למצבי אנרגיה גבוהים יותר. עם החזרה למצבם המקורי, הם פולטים אור גלוי באותו אורך גל, מה שממחיש את הקרינה התהודה. עם זאת, אלקטרונים נרגשים אלה יכולים גם לחזור לרמת אנרגיה בינונית, וכתוצאה מכך פליטת פוטון זוהר הנושא פחות אנרגיה מזו של העירור הראשוני. תהליך זה, כאשר הוא מושרה על ידי אור אולטרה סגול, הוא מתבטא בדרך כלל כקרינה בתוך הספקטרום הנראה. במקרה של חומרים זרחניים, קיים עיכוב בין עירור אלקטרונים לרמות אנרגיה גבוהות לבין חזרתם למצב הקרקע.
היבט מעניין שיש לציין הוא שעוצמתו וצבעו של האור הנפלט תלויים בחומר ובאורך גל העירור, שהוא חיוני בתכנון של חומרים ניאון וזרחניים. הקשר בין אורכי גל עירור ופליטה, הידועים כספקטרום עירור ופליטות, הוא המפתח להבנה כיצד ומתי מתרחשות תופעות אלו.
חשוב לציין שאורך גל הפליטה אינו תלוי באורך גל העירור, למעט מקרים בהם לחומרים יש מנגנוני הארה מרובים. כתוצאה מכך, מינרלים מראים יכולות שונות לספוג אור אולטרה סגול באורכי גל ספציפיים; חלקם מקרינים תחת אור אולטרה סגול קצר, בעוד שאחרים מקרינים באורכי גל ארוכים, וחלקם מראים פלואורסצנטי לא ברור. צבע האור הנפלט לעתים קרובות משתנה באופן משמעותי עם אורכי גל עירור שונים.
התרחשותן של תופעות אלו אינה מוגבלת אך ורק לשימוש בקרינה אולטרה סגולה; במקום זאת, ניתן להשיג עירור על ידי כל קרינה בעלת האנרגיה המתאימה. לְדוּגמָה, קרני רנטגן מסוגלות לגרום לקרינה בחומרים שונים, שרבים מהם מגיבים גם לסוגים שונים של קרינה. מגנזיום טונגסטאט, למשל, מראה רגישות כמעט לכל קרינה עם אורכי גל קצרים מ-300 ננומטר, המקיפים את ספקטרום האולטרה-סגול והרנטגן כאחד. יתר על כן, חומרים מסוימים יכולים להיות מעוררים בקלות על ידי אלקטרונים, כפי שמודגם על ידי הזרחנים המשמשים בשפופרות טלוויזיה.
ואיך תופעות אלו קשורות לאירועי טבע אחרים?
הבנת ההבדלים בין זוהר, פלואורסצנטי וזרחנית עוזרת גם להבין תופעות טבע כמו שכבות ענני צירוס ותופעות אטמוספריות אחרות. ידע זה מעשיר את הפרשנות של ספקטרום האור והאינטראקציה של האור עם חומרים שונים בסביבתנו, כמו גם פותח פתח ליישומים מדעיים וטכנולוגיים חדשים. גילוי כיצד התופעות הללו מתרחשות ואיזה תנאים מעדיפים אותן עשוי להיות המפתח להתקדמות בתחומים כמו מינרלוגיה, אסטרונומיה וביו-רפואה.
