¿Energía perdida a través de la fosforescencia?

He investigado mucho sobre la fosforescencia y la luminiscencia, y creo que los marcadores UV se basan en el efecto de la fosforescencia, es decir, absorben la radiación UV y la devuelven en el espectro de luz visible (púrpura), que tiene una frecuencia/energía más baja. .

Esto es lo que vi en Wikipedia.

La fluorescencia es la emisión de luz por parte de una sustancia... En la mayoría de los casos, la luz emitida tiene una longitud de onda más larga, y por lo tanto menor energía, que la radiación absorbida

¿A dónde va la energía? ¡Ciertamente no puede desaparecer!

Dime si este efecto también aplica para la fosforescencia.

Por cierto: trate de mantener el lenguaje de la respuesta simple (tengo 14 años)

Respuestas (1)

Para simplificar, consideremos una molécula diatómica, aunque las mismas ideas se aplican a las más grandes. Como referencia, hay un buen diagrama que cubre tanto la fluorescencia como la fosforescencia en Wikipedia .

Normalmente, a temperatura ambiente, la molécula estará en su estado fundamental electrónico. También vibrará: para una molécula diatómica, esta vibración estirará y comprimirá el enlace entre los átomos. Se puede trazar la energía potencial en función de la separación atómica: la molécula oscilará alrededor de la energía potencial mínima (que define la longitud del enlace). Esto está correctamente descrito por la mecánica cuántica: habrá un conjunto discreto de niveles de energía, y la mayoría de las moléculas se encontrarán en el más bajo: el estado fundamental vibratorio. La brecha entre los niveles de energía vibratoria suele ser mucho menor que la diferencia de energía electrónica entre los dos estados electrónicos. A una primera aproximación (la aproximación de Born-Oppenheimer) las energías electrónicas y vibratorias pueden tratarse por separado y simplemente sumarse.

Cuando la molécula absorbe un fotón de luz ultravioleta o visible, pasa a un estado electrónico excitado. Esto tiene una curva de energía potencial diferente, con una longitud de enlace diferente (típicamente, más larga) y un conjunto diferente de niveles de vibración. Sin embargo, la excitación electrónica ocurre rápidamente, en comparación con el movimiento de los núcleos. Se representa como una línea vertical en el diagrama. Así que la molécula se encuentra en un nivel vibracionalmente excitado del estado electrónico excitado. Lo que sucede a continuación es la disipación de la energía vibratoria, generalmente por colisiones con otras moléculas en el líquido (suponiendo que esto sea en un líquido). La molécula cae en cascada por los niveles de energía vibracional, hasta que alcanza el estado fundamental vibratorio (del estado electrónico excitado). Aquí es donde va (algo de) la energía: disipada como calor en el líquido circundante.

La fluorescencia se produce por la emisión de un fotón y la molécula vuelve al estado electrónico fundamental. Sin embargo, de nuevo, debido al desajuste entre las longitudes de los enlaces de equilibrio en los dos estados electrónicos y al hecho de que la transición ocurre "verticalmente" en el diagrama, la molécula vuelve a un estado fundamental vibratorio excitado. Una vez más, la energía adicional se disipa en forma de calor en el líquido circundante, a medida que el sistema vuelve a su estado fundamental de vibración.

Entonces, el fotón emitido en la fluorescencia tiene una energía más baja que el fotón absorbido, porque parte de la energía se convierte antes y después de la transición en calor.

Algo similar sucede en la fosforescencia, excepto que, antes de la emisión, ocurre una transición electrónica adicional en la molécula excitada (que no involucra ningún fotón). Esto se llama cruce entre sistemas. Pero por lo demás, la explicación (adónde se fue la energía) es la misma.

No entiendo, ¿cómo es que la energía de los niveles de energía de los electrones se pierde sin que cambie el nivel de energía del electrón, porque la energía solo puede ser discreta, no variable?
La molécula contiene energía electrónica y energía vibratoria y, en una primera aproximación, se puede pensar que se suman por separado. Los espaciamientos de los niveles de energía vibratoria son mucho más pequeños que la brecha en la energía electrónica entre el estado fundamental y el estado excitado. Las colisiones con el entorno solo implican transferencia de energía vibratoria. Por lo general, esto va en una sola dirección, de la molécula al entorno, porque los niveles de energía vibratoria son aún mayores que las energías térmicas típicas de las moléculas circundantes.