1. Luminescenza
La parola luminoso significa fondamentalmente che emette luce. La maggior parte degli oggetti del nostro mondo emette luce perché è in possesso di energia proveniente dal sole, l'oggetto più luminoso che conosciamo e che possiamo vedere. Al contrario della luna, che sembra emettere luce, ma la sta solo riflettendo dal sole come un gigantesco specchio fatto di roccia.
Fondamentalmente, esistono 3 forme principali di luminescenza: la fluorescenza, la fosforescenza e la chemiluminescenza. Due di queste, la fluorescenza e la fosforescenza, sono forme di fotoluminescenza. La differenza tra foto e chemiluminescenza è che nella fotoluminescenza la reazione di luminescenza è innescata dalla luce, mentre nella chemiluminescenza l'emissione di luce è innescata da una reazione chimica. La base di entrambe le forme, fluorescenza e fosforescenza, è la capacità di una sostanza di assorbire la luce e poi emetterla a una lunghezza d'onda maggiore, il che significa un'energia inferiore, ma i tempi in cui ciò avviene sono diversi. Mentre nelle reazioni di fluorescenza l'emissione avviene immediatamente ed è visibile solo finché la sorgente luminosa è accesa (ad esempio, le luci UV), nelle reazioni di fosforescenza il materiale può immagazzinare l'energia assorbita e rilasciarla in un secondo momento, dando luogo a un bagliore che persiste anche dopo che la luce è stata spenta. Quindi, se scompare immediatamente, si tratta di fluorescenza. Se persiste, è fosforescenza. Se invece necessita di un'attivazione chimica, si parla di chemiluminescenza.
Ad esempio, si può immaginare un locale notturno in cui i tessuti e i denti brillano sotto la luce nera (fluorescenza), il cartello dell'uscita di emergenza si illumina (fosforescenza) e anche i bastoncini luminosi brillano (chemiluminescenza).
Ma come funziona esattamente nel dettaglio? Scopritelo nel nostro articolo principale sulla luminescenza.
2. Fluorescenza
I materiali che producono luce istantaneamente sono detti fluorescenti. Gli atomi al loro interno assorbono energia e si "eccitano". Mentre tornano allo stato normale in circa un centomillesimo di secondo (da 10-9 a 10-6 sec), rilasciano l'energia sotto forma di minuscole particelle di luce chiamate fotoni.
Tecnicamente, la fluorescenza è un meccanismo radiativo attraverso il quale gli elettroni eccitati passano dallo stato eccitato più basso (S1) allo stato fondamentale (S0). Durante questo processo l'elettrone perde un po' di energia per rilassamento vibrazionale, con il risultato che il fotone emesso ha un'energia inferiore e quindi una lunghezza d'onda maggiore.
3. Fosforescenza
Riguardo la fosforescenza, dobbiamo fare una breve deviazione sullo spin degli elettroni per capire le differenze tra fluorescenza e fosforescenza. Lo spin è una proprietà fondamentale dell'elettrone e una forma di momento angolare che definisce il comportamento in un campo elettromagnetico. Lo spin può avere solo un valore di ½ e un orientamento verso l'alto o verso il basso. Lo spin di un elettrone è quindi indicato come +½ o -½, o in alternativa come ↑ o↓. Se gli elettroni si trovano sullo stesso orbitale di un atomo, allo stato fondamentale singolo (S0) hanno sempre uno spin antiparallelo. Quando viene promosso in uno stato di uscita, l'elettrone mantiene il suo orientamento di spin e si forma uno stato eccitato di singoletto (S1), in cui entrambi gli orientamenti di spin rimangono accoppiati come antiparalleli. Tutti gli eventi di rilassamento nella fluorescenza sono neutri dal punto di vista dello spin e l'orientamento dello spin dell'elettrone viene mantenuto in ogni momento.
Nella fosforescenza la situazione è diversa. In questo caso si hanno attraversamenti intersistemici veloci (da 10-11 a 10-6 sec) dallo stato eccitato di singoletto (S1) a uno stato eccitato di tripletto (T1) energeticamente favorevole. Questo porta all'inversione dello spin dell'elettrone e questi stati sono caratterizzati da spin paralleli di entrambi gli elettroni e sono metastabili. Qui il rilassamento avviene per fosforescenza, con un'altra inversione dello spin dell'elettrone e l'emissione di un fotone. Il ritorno allo stato fondamentale di singoletto rilassato (S0) può avvenire dopo un ritardo maggiore (da 10-3 a >100 sec). In questo processo, durante il rilassamento fosforescente viene consumata più energia da processi non radiativi rispetto alla fluorescenza, il che porta a una maggiore differenza di energia tra il fotone assorbito e quello emesso e quindi a un maggiore spostamento della lunghezza d'onda.