Φθορισμός

Απλός Φθορισμός

Απλός φθορισμός, ή φθορισμός συνήχησης, ή α΄ είδους, λέγεται εκείνος κατά τον οποίο μια ουσία φωτιζόμενη από μια φωτεινή δέσμη εκπέμπει ακτινοβολία του αυτού μήκους κύματος με την ακτινοβολία που απορροφά από την δέσμη. Τυπικό παράδειγμα αποτελούν οι ατμοί νατρίου. Αν φωτισθεί δοκιμαστικός σωλήνας με λευκό φως, από τον οποίο όμως έχει αφαιρεθεί ο αέρας και περιέχει ατμούς νατρίου (στους 200 βαθμούς), οι ατμοί αυτοί θα απορροφήσουν από την φωτεινή δέσμη ακτινοβολία μήκους κύματος λ= 5.892 ΜΑ (ραβδώσεις D νατρίου). Η απορρόφηση αυτή γίνεται καταφανής με φασματοσκοπική παρατήρηση της εξερχόμενης από τον σωλήνα δέσμης, όπου στο φάσμα απορρόφησης εμφανίζεται η αντίστοιχη σκοτεινή ράβδωση στο κίτρινο τμήμα αυτού. Συγχρόνως μέσα στον σωλήνα παρατηρείται ένα έντονο κίτρινο φως στους ατμούς του νατρίου. Αυτό το εκπεμπόμενο φως είναι και το φαινόμενο του φθορισμού. Κλήθηκε φθορισμός συνήχησης επειδή η απορροφούμενη ακτινοβολία με την εκπεμπομένη έχουν την αυτή συχνότητα.
Ο φθορισμός συνήχησης κατά τον οποίο η απορροφουμένη ακτινοβολία αποδίδεται με μεγαλύτερο μήκος κύματος (μικρότερη συχνότητα), αποτελεί οριακή περίπτωση του γενικότερου φαινομένου. Κατά τον φθορισμό συνήχησης τα άτομα μεταπίπτουν απ΄ ευθείας στην αρχική τους κατάσταση εκπέμποντας όλη την απορροφηθείσα φωτεινή ενέργεια πάλι υπό μορφή ακτινοβολίας του αυτού μήκους κύματος. Σε πολλές όμως των περιπτώσεων είναι δυνατόν να εμφανισθεί ολόκληρο φάσμα φθορισμού. Το 1852 ο Στοκς είχε διατυπώσει ότι η εκπεμπομένη από φθορισμό ακτινοβολία έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από την ακτινοβολία ερεθισμού. Σήμερα αυτό ερμηνεύεται με την θεωρία των κβάντων λαμβάνοντας υπ΄όψη ότι το ηλεκτόνιο του ερεθισμένου ατόμου ανυψούμενο αρχικά σε ψηλότερη στάθμη ενέργειας στη συνέχεια επανέρχεται στην αρχική κατάσταση, όχι απ΄ ευθείας όπως στον φθορισμό ΄συνήχησης αλλά μεταπίπτοντας από στάθμη σε στάθμη.

Έτσι αν ατμός ιωδίου φωτισθεί από ακτινοβολία της πράσινης ράβδωσης του υδραργύρου (λ= 5460 άνγκστρομ) αποδίδει ολόκληρο φεγγοβόλο φάσμα μήκους κύματος ίσου με της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.

Φθορισμός σύγκρουσης

Είναι γεγονός πως οι μετατροπές μεταξύ ακτινοβόλου ενέργειας και θερμικών διαταραχών (θερμική ενέργεια) είχε προβλεφθεί από το 1921 από τους Κλάιν και Ράσελαντ. Αυτοί, στηριζόμενοι σε θερμοδυναμικά δεδομένα, είχαν καταλήξει ότι κατά την ισχυρή θέρμανση αερίων πρέπει να δημιουργούνται αφενός συγκρούσεις μορίων, κατά τις οποίες η κινητική ενέργεια αυτών μετατρέπεται σε κβαντική ενέργεια (συγκρούσεις α΄ είδους) προκαλόντας έτσι την θερμική ακτινοβολία των φλογών, και αφετέρου συγκρούσεις κατά τις οποίες αντίστροφα η κβαντική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική διαταραχή (συγκρούσεις χωρίς ακτινοβολία) δηλαδή β΄ είδους.
Έτσι η αύξηση της ταχύτητας ενός ατόμου νατρίου που συγκρούεται με ένα ερεθισμένο άτομο υδραργύρου και διατηρεί την ενέργειά του θεωρείται πως πρέπει να αποδοθεί στις συγκρούσεις αυτές β΄ είδους.
Θεωρητικά αν όλη η ακτινοβόλος ενέργεια μεταδίδεται στο άτομο με σύγκρουση β΄ είδους η θερμοκρασία αυτού θα έπρεπε να φθάνει τους 38.000 απόλυτους βαθμούς! Τέτοια θερμοκρασία δεν δύναται φυσικά ούτε να παραμείνει αλλά και ούτε να παρατηρηθεί. Το σημαντικότατο αυτό πλεόνασμα ενέργειας κατανέμεται αμέσως δι΄ άλλων συγκρούσεων στα γειτονικά άτομα που ονομάζεται φθορισμός σύγκρουσης γ΄ είδους.
Το φαινόμενο αυτό του γ΄ είδους παρουσιάζει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον διότι χαρακτηρίζει την "τύχη" τη πλέον συνήθη της απορροφόμενης ακτινοβολίας, δηλαδή της μετατροπής της σε θερμική διαταραχή και άρα θερμκή ενέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολούμενης στη Γη ηλιακής ενέργειας, κατανέμεται (διασκορπίζεται) στο γήινο φλοιό.