FOSFORESCENZA

FOSFORESCENZA

Si dice fosforescenza la proprietà che hanno moltissimi corpi solidi di emettere radiazioni per un certo tempo dopo che sono stati illuminati. Il nome di questo fenomeno deriva da quello del fosforo che in una sua modificazione allotropica si presenta al buio come luminoso; in realtà la luminosità del fosforo deriva da un processo chimico che si compie lentamente, e quindi rientra nei fenomeni di chemiluminescenza.

La fosforescenza si presenta con eccitazione di radiazione della zona visibile ultravioletta o anche con raggi X, ma le radiazioni riemesse appartengono solo alla zona visibile o ultravioletta. Il fenomeno non si presenta nei liquidi; nei gas si può molte volte, in speciali condizioni, osservare una luminosità che permane, cessata la causa eccitatrice. Ciò si verifica quando l'atomo o la molecola eccitata dalle radiazioni incidenti (v. fluorescenza) per effetto di urti invece di ritornare nello stato non eccitato, il più stabile di tutti passa in uno stato metastabile dove può restare per un periodo di tempo non estremamente breve, per poi passare sotto varie cause allo stato finale. In tal modo i due processi d'eccitazione e di ritorno allo stato normale non si susseguono a brevissimo intervallo. Tranne questi stati eccezionali nei gas, sembra che per la comparsa del fenomeno sia condizione essenziale che il corpo si trovi allo stato solido: è necessario cioè che le particelle capaci di emettere luce anche dopo che sia cessata la causa eccitatrice siano dotate di poca mobilità. La fosforescenza si può osservare solo molto raramente in corpi chimicamente puri. In tutti i casi più comuni si è in presenza di un corpo inorganico con tracce di sostanza estranea alla quale è da attribuirsi il processo in parola. Basta una percentuale d'impurità di un decimillesimo per cento per produrre il fenomeno.

Dato che il fenomeno si può osservare solo nei corpi solidi in cui vi siano questi atomi o gruppi atomici estranei, che sono detti centri, bisogna stabilire se questi centri sono capaci di produrre fosforescenza quando si trovano immersi in un assieme non ordinato di monadi (liquidi surfusi, vetro) o quando si trovano in punti anomali in imperfezioni dei reticoli cristallini. È stato dimostrato che in qualche caso si osserva il fenomeno anche in mezzi solidi non cristallizzati, ma la maggior parte dei cosiddetti fosfori, quelli che dànno origine a fenomeni più vistosi, sono costituiti da corpi cristallizzati nel cui interno irregolarmente sono disposti gli atomi di specie diverse. In molti casi si è potuto dimostrare come la fosforescenza scompare quando il corpo passi dallo stato cristallino allo stato vetroso.

I tipi principali di fosfori si possono immaginare dati dai solfuri dei metalli alcalinoterrosi nei quali, mediante opportuni processi, sono state introdotte tracce di metalli pesanti. Analogamente sono fosfori i seleniuri e gli ossidi dei metalli alcalinoterrosi con tracce di metalli pesanti. Fenomeni di fosforescenza importanti presenta il fluoruro di calce e il solfuro di zinco, gli ossidi di alluminio, ecc. Anche numerosissime sostanze organiche, purché situate in mezzi solidi o quasi solidi, in modo da ridurre la mobilità delle particelle, presentano cospicui fenomeni di fosforescenza.

Gli spettri di emissione e di assorbimento di tutti questi fosfori si presentano costituiti da bande piuttosto estese, che si possono ridurre quando il corpo è portato a bassa temperatura. Si può dare del fenomeno di fosforescenza la seguente interpretazione teorica: per azione delle radiazioni, uno dei centri passa dallo stato normale allo stato eccitato; più particolarmente si può dire che sotto l'azione delle onde di una certa frequenza un elettrone è allontanato dal rispettivo centro. Questo elettrone prende posto in un certo punto nella vicinanza del suo centro e dopo un certo tempo, che è molto più grande, di tutt'altro ordine di grandezza di quello che si riscontra nel fenomeno della fluorescenza, ritorna, con un processo diverso da quello che ha caratterizzato l'allontanamento, al suo posto primitivo: durante questo processo emette radiazione. La condizione perché ci sia un ritorno lento è dipendente dallo stato solido che limita la possibilità di moto degli atomi attivati dalla radiazione. Conferme a questo modo di vedere si possono trovare in questi due fatti: che i fosfori eccitati sono capaci anche di condurre l'elettricità, e ciò dimostra che con l'eccitazione si è avuto un elettrone libero nel reticolo cristallino, e che l'aumento di temperatura o illuminazione del fosforo eccitato mediante le radiazioni ultrarosse, il che equivale a un aumento di temperatura, produce un aumento dell'intensità di luce di fosforescenza, la quale dura però un tempo molto più breve, e ciò dimostra che l'aumento di mobilità per effetto termico facilita il ritorno degli elettroni nei rispettivi centri.

La luce di fosforescenza diminuisce col crescere dell'intervallo di tempo che passa fra osservazione e cessazione dell'eccitazione luminosa: in alcuni casi può essere molto breve (piccole frazioni di secondi); ma può estendersi anche per intervalli di tempo molto più lunghi (mesi, anni).

La legge con cui varia in funzione del tempo questa intensità luminosa è molto variabile da fosfore a fosfore, e per uno stesso fosfore dipende molto da varie condizioni.

Le sostanze fosforescenti sono usate nella fabbricazione dei quadranti e degl'indici luminosi negli orologi e in altri strumenti da essere usati nell'oscurità. Per la fosforescenza animale, v. luminescenza.