Luminescencja minerałów

Niektóre minerały wysyłają światło, choć nie są rozgrzane. Zjawisko takie nazywa się luminescencją, istnieje kilka rodzajów luminescencji, wśród nich fluorescencja i fosforescencja.

ŚWIATŁO BEZ CIEPŁA

Większość substancji rozpocznie wcześniej lub później wysyłać światło, jeśli zostaną wystarczająco podgrzane. Bryłka węgła na ruszcie paleniska, na przykład, osiągnie stan czerwonego, a w końcu białego żaru a jej światło oświetli ciemny pokój. Niektóre substancje wysyłają światło, chociaż ich temperatura wcale nie wzrasta — zjawisko takie nazywa się luminescencją.

Luminescencja występuje, gdy pewne substancje są oświetlone promieniami ultrafioletowymi. Promienie te mają mniejszą długość fali niż światło zakresu widzialnego i powodują one „wzbudzenie” pewnych atomów substancji wykazującej luminescencję.

STAN PODSTAWOWY

Normalnie atomy w strukturze minerału istnieją w czymś, co nazywamy stanem podstawowym. Stan podstawowy definiuje się jako najniższy poziom energetyczny, na którym składniki — jądra atomowe, atomy, cząsteczki — pozostają trwałe.

Jeżeli cokolwiek spowoduje wzrost poziomu energetycznego ponad tę wartość, stan taki określamy jako wzbudzony. Jeżeli atomy substancji są w stanie wzbudzonym, może ona wysyłać światło, w tym przypadku jest to luminescencja, której znamy kilka rodzajów.

FLUORESCENCJA

Jeden z rodzajów luminescencji nazywany jest fluorescencją. Minerały fluoryzujące mogą pochłaniać światło o pewnej długości fali i dzięki temu wysyłać światło innej długości fali czyli innej barwy. Przykładami substancji fluoryzujących są: roztwór siarczanu chininy, olej parafinowy lub roztwór fluoresceiny. Zmiany barwne, jakie wykazuje roztwór fluoresceiny, są wykorzystywane w procesie barwienia aby wskazać, kiedy reakcja została zakończona.

Fluoryt jest prawdopodobnie najlepiej znanym minerałem fluoryzującym, choć nie wszystkie okazy fluorytu fluoryzują i nie wszystkie okazy wysyłają światło tej samej barwy przez cały czas. Najczęściej świecą one światłem fioletowym, ale znamy też fluoryty, które wysyłają światło zielone, białe lub o innej barwie. Kalcyt jest innym pospolitym i łatwym do uzyskania minerałem fluoryzującym. Jego fluorescencja jest zazwyczaj w barwie czerwonej, ale inne barwy także bywają spotykane.

FOSFORESCENCJA

Fluorescencja ustaje, kiedy źródło promieniowania wzbudzającego zostaje wyłączone lub usunięte. Jeżeli luminescencja trwa także po usunięciu przyczyny wzbudzenia, taki proces wydzielania światła nazywa się fosforescencją.

W ściśle naukowym sensie nie jest łatwo zdefiniować, jak długo luminescencja musi trwać po wyłączeniu źródła promieniowania wzbudzającego, aby w sposób uzasadniony nazywać ją fosforescencją. w znaczeniu absolutnym musi być to pewien interwał czasu, jakkolwiek dość krótki.

Naukowcy określili długość czasu, w ciągu którego luminescencja musi trwać po usunięciu promieniowania wzbudzającego na „więcej niż 10 nanosekund”. Luminescencję występującą po tym okresie można nazywać fosforescencją Należy pamiętać, że nanosekunda jest jedną miliardową sekundy (0,000000001 sekundy).

Ponieważ umysł ludzki ma trudności z wyobrażeniem sobie tak maleńkiego interwału czasowego, bądźcie pewni, że jakikolwiek minerał fosforyzujący, wysyła światło wystarczająco długo, aby ten efekt zaobserwować odpowiednio wyraźnie okiem nieuzbrojonym.

Podobnie jak fluorescencja, fosforescencja jest spowodowana przez atomy w strukturze minerału, które zostały wzbudzone przez promieniowanie. w tym przypadku wzbudzone cząstki atomów to elektrony. Kiedy pochłoną energię, przechodzą w stan wzbudzenia, z którego mogą być uwalniane np. przez ciepło. Energia pochłonięta może być oddana podczas powrotu do niższego stanu energetycznego, np. podstawowego, w postaci wysyłanego promieniowania świetlnego.

LAMPY ULTRAFIOLETOWE

Fluorescencję i fosforescencję można obserwować przy użyciu łatwo osiągalnych lamp ultrafioletowych. Lampy te znane także jako lampy rtęciowe — wysyłają promieniowanie w czterech zakresach widma widzialnego i dają zazwyczaj niebieskawe światło. Ponieważ są one niedrogie i niezawodne, są powszechnie używane do oświetlania ulic. Efekty luminescencyjne można obserwować także w wyniku działania promieni rentgenowskich, gamma lub wiązki elektronowej. Niektóre minerały fluoryzują zawsze i zawsze wysyłają światło tej samej barwy lub barw. Wśród nich można wymienić autunit i liebigit, minerały stosunkowo nietrudne do znalezienia.

Niektóre minerały wykazują zarówno fluorescencję jak i fosforescencję. Przykładem jest tu gips, szczególnie jego okazy, pochodzące ze złóż solnych. Jeżeli w ciemności skierujemy na niego promieniowanie ultrafioletowe, wysyła on białe światło fluorescencyjne; po wyłączeniu źródła światła ultrafioletowego zaczyna wysyłać jaskrawożółte światło fosforescencyjne.