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Titel
Phosphoreszenz,
[* 4] die Eigenschaft vieler Körper, bei mittlerer Temperatur schwaches Licht [* 5] zu entwickeln, wird durch verschiedene Ursachen hervorgerufen. Die Phosphoreszenz kann
1) die Folge chemischer Prozesse sein. Phosphor leuchtet im Dunkeln, wenn er sich in atmosphärischer Luft befindet, indem er langsam zu phosphoriger Säure verbrennt. Deshalb leuchtet er nicht im Vakuum, in sauerstofffreien Gasen und auch nicht in reinem Sauerstoff, weil er sich in letzterm dicht mit einer schützenden Oxydschicht bedeckt. Dämpfe von Äther, Steinöl, Terpentinöl, ölbildendes Gas, Schwefelwasserstoff und schweflige Säure verhindern das Leuchten selbst bei 39° C. Wenn sich Holz, [* 6] Laub, Schweinefleisch, Fischfleisch in einem gewissen Zustand der Zersetzung befinden, so leuchten sie ziemlich stark.
Alkohol, Äther und Kalilösung vernichten die Leuchtkraft sehr schnell. Diese nimmt auch mit fortschreitender Fäulnis ab und ist von der Gegenwart des Sauerstoff abhängig. Auch an lebenden Pflanzen und Tieren hat man Phosphoreszenz beobachtet, und das Leuchten von Fleisch und andern organischen Substanzen in gewissen Stadien der Zersetzung ist auf die Gegenwart leuchtender Bakterien zurückzuführen. Bei den höhern Pilzen ist eine Reihe größerer Hymenomyceten als phosphoreszierend bekannt, die zum größten Teil der heißen Zone angehören (Agaricus noctilucens, A. igneus u. a.). In der gemäßigten Zone und besonders im mittlern und nördlichen Europa [* 7] scheint die Phosphoreszenz derselben wenig konstant zu sein.
Hier phosphoreszieren besonders diejenigen Pilze, [* 8] deren Mycelien Rhizomorphen bilden, und zwar während der Rhizomorpha-Bildung und bei der Bildung neuer Mycelien aus der letztern, wie Agaricus melleus, Polyporus igniarius, Trametes pini etc. Das Phosphoreszieren von abgestorbenem Holz ist auf die Gegenwart von solchen Mycelien zurückzuführen. Wärme [* 9] begünstigt die Phosphoreszenz; selbst bei 10° leuchten die Pilze noch schwach, bei 18-20° entwickeln sie helleres Licht, und bei 25-30° erreicht die Phosphoreszenz ihr Maximum.
Temperaturen von 40-50° vernichten die Phosphoreszenz für immer. Die untere Grenze scheint nahezu der Gefrierpunkt zu sein. In lufthaltigem Wasser dauert das Leuchten ungeschwächt fort, in luftfreiem erlischt es sehr bald. Feuchtigkeit und Berührung mit der Luft sind die Hauptbedingungen für die Phosphoreszenz der Pilze. Stücke aus dem Innern von mit Pilzen durchzogenem Holz begannen erst zu leuchten, nachdem die Luft längere Zeit darauf eingewirkt hatte. In Kohlensäure, Stickstoff, Wasserstoff sowie in allen Flüssigkeiten, mit Ausnahme des Wassers, erlischt die Phosphoreszenz sehr bald; in Sauerstoff dauert sie fort, ohne indes erheblich an Intensität zu gewinnen.
Jedenfalls verbrauchen die phosphoreszierenden Pilzfäden während dieses physiologischen Prozesses Sauerstoff und geben Kohlensäure ab. Außer von den erwähnten äußern Verhältnissen, ist die Phosphoreszenz noch von Umständen abhängig, die aus den Wachstumsverhältnissen und aus individuellen Verschiedenheiten der Pilze resultieren, deren Natur jedoch noch gänzlich unbekannt ist. Unter den Tieren leuchten besonders viele Bewohner des Meers (s. Meer, S. 417), von Insekten [* 10] unser Johanniswürmchen, Lampyris noctiluca und splendidula, Tausendfüßer, Poduren, mehrere Spezies von Fulgora, Phalangium, der Cucujo etc. Vgl. Leuchtorgane.
Für die Erklärung der Lichtentwickelung ist die Beobachtung von Wert, daß viele organische Substanzen, wie Traubenzucker, ätherische Öle, [* 11] Fette, fette Säuren und die entsprechenden Alkohole, welche mehr Kohlenstoff enthalten als Butylalkohol, ferner Taurochol-, Glykochol- und Cholsäure phosphoreszieren, sobald sie in alkalischer Lösung der Einwirkung des Sauerstoff ausgesetzt sind. Die Oxydationsprozesse aber, welche in diesen Fällen verlaufen, stimmen darin überein, daß stets die zur Oxydation erforderliche Anzahl von Sauerstoffatomen eine ungerade ist.
Das Sauerstoffmolekül, welches aus 2 Atomen besteht, wird also zerrissen, und es bietet sich Gelegenheit zur Bildung des Ozonmoleküls (O3), welches aus 3 Atomen Sauerstoff besteht und sehr energisch oxydierend wirkt. Die Phosphoreszenz beruht mithin auf der langsamen Oxydation der organischen Substanzen durch Ozon bei alkalischer Reaktion. Nun ist spektroskopisch nachgewiesen worden, daß das Licht, welches lebende Wesen bei der Phosphoreszenz ausstrahlen, identisch ist mit demjenigen, welches man beim Leuchten der oben angegebenen Verbindungen bemerkt; ferner weiß man, daß viele dieser Verbindungen in den tierischen Körpern vorkommen, und es hat sich gezeigt, daß dieselben auch dann phosphoreszieren, wenn die alkalische Reaktion durch organische Basen hervorgebracht wird. Hierdurch wird die Phosphoreszenz der lebenden Tiere hinreichend erklärt. Fette, ätherische Öle, Traubenzucker etc. sind sehr allgemein verbreitet, und das Lecithin, welches ebenfalls häufig und in bedeutender Menge vorkommt, zerlegt sich in gewissen Fällen in organische Basen. Wenn die ¶
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Phosphoreszenz bei Tieren durch Reizung erhöht wird, so erklärt sich dies dadurch, daß die Reizung neue Oberflächen an den Leuchtorganen hervorbringt, genau so, wie die obigen leuchtenden Mischungen stärker phosphoreszieren, wenn man sie durch Umschütteln oder Rütteln in innigere Berührung mit Sauerstoff bringt.
2) Phosphoreszenz findet ferner statt in folge mechanischer Einwirkungen, z. B. beim Zerstoßen von Kreide, [* 13] Zucker, [* 14] beim Spalten von Glimmer, wenn man zwei Quarzstücke aneinander reibt. Auch die Lichtentwickelung bei der Kristallbildung gehört wohl hierher. Phosphoreszenz wird 3) durch Erwärmen hervorgerufen. Manche Diamanten, und besonders die als Chlorophan bekannte Varietät des Flußspats, leuchten schon bei mäßiger Erwärmung. Besonders merkwürdig ist aber 4) die durch vorhergegangene Beleuchtung [* 15] (Insolation) [* 16] mit Sonnenlicht, elektrischen oder Magnesiumlicht erregte Phosphoreszenz. Dieselbe zeigen manche Diamanten und fast alle kalkhaltigen Mineralien; [* 17] am schönsten phosphoreszieren aber die sogen. Leuchtsteine oder Phosphore (früher auch Lichtmagnete genannt, weil man ihnen die Eigenschaft zuschrieb, das Licht anzuziehen), auf trocknem Weg und bei hoher Temperatur dargestelltes Schwefelcalcium, Schwefelbaryum oder Schwefelstrontium.
Cantons Phosphor erhält man z. B. durch Glühen von Austernschalen mit Schwefel, Osanns Leuchtstein durch Glühen von Austernschalen mit Realgar, den Bologneser Leuchtstein durch Reduktion des schwefelsauren Baryts (Schwerspat) mit Kohle. Die Strontianphosphore bedürfen zu ihrer Darstellung der niedrigsten Temperatur, die Calciumphosphore einer ½ Stunde anhaltenden Hitze von 800-900° und die Baryumphosphore einer noch höhern Temperatur. Schwefelbaryum aus Schwerspat gibt ein orangefarbenes, aus künstlichen schwefelsauren Baryt ein grünes Licht. Ätzkalk aus Kalkspat, [* 18] mit Schwefel geglüht, gibt ein rotgelbes, aus Aragonit [* 19] ein grünes Licht. Schwefel, mit Strontianerde unter 500° geglüht, strahlt gelb, über 500° violett; Schwefelstrontium aus schwefelsaurem Strontian strahlt blau.
Selbst diffuses Tageslicht macht gute Leuchtsteine nach kurzer Zeit leuchtend, Feuchtigkeit aber zerstört die Phosphoreszenz. Auch der elektrische Funke macht die Leuchtsteine leuchtend. Schwefelstrontium, welches über 500° erhitzt worden war, strahlt violettes Licht, wenn die Temperatur während der Bestrahlung eine mittlere war. Bestrahlung bei -20° erzeugt dunkelviolettes, bei +40° hellblaues, bei +70° bläulichgrünes, bei 100° grünlichgelbes, bei 200° schwaches rotgelbes Licht. In neuerer Zeit ist es Balmain gelungen, stark und dauernd phosphoreszierendes Schwefelcalcium (Balmainsche Leuchtfarbe) in luftbeständiger Qualität herzustellen und dasselbe zu leuchtenden Anstrichen praktisch zu verwerten, indem man Straßen- und Hausschilder, Feuerzeugbehälter, Zifferblätter an Taschenuhren etc. mit einem solchen Anstrich versteht.
Die Intensität der Phosphoreszenz steht zu der Dauer derselben in keiner Beziehung. Manche Leuchtsteine leuchten mehrere Stunden, die meisten Mineralien und Salze aber nur wenige Sekunden oder Minuten und oft sehr schwach. Zur Untersuchung dieser Erscheinungen hat Becquerel das Phosphoroskop konstruiert, welches die Zeit zwischen den Momenten der Insolation und der Beobachtung bis auf Bruchteile einer Sekunde abkürzt und eben dadurch erkennen läßt, daß die Phosphoreszenz bei vielen Körpern auftritt. Dasselbe besteht aus einer cylindrischen Büchse a [* 12] (Fig. 1) von geschwärztem Metallblech, in deren Vorderwand sich die Öffnung b befindet. Eine ganz gleiche Öffnung befindet sich, b gerade gegenüber, in der Hinterwand der Büchse. Innerhalb der Büchse sind zwei geschwärzte Scheiben cc und dd [* 12] (Fig. 2) auf einer Achse befestigt, welche mittels der Kurbel [* 20] e und des Räderwerks fgh in sehr rasche Umdrehung versetzt werden kann.
Jede dieser Scheiben hat vier Öffnungen von derselben Gestalt wie die Öffnung b; die Öffnungen der beiden Scheiben sind so gestellt, daß jede Öffnung der einen Scheibe einer vollen Partie der andern entspricht. Um einen Körper im Phosphoroskop zu untersuchen, wird derselbe mit etwas Wachs in dem Rähmchen befestigt u. dieses mittels des Knopfes l von obenher in die Büchse a eingesetzt, welch letztere mittels der an ihrer Hinterwand angeschraubten Röhre k auf diejenige Röhre aufgehoben wird, durch welche die Sonnenstrahlen ins dunkle Zimmer treten.
Durch diese Vorrichtung ist man in den Stand gesetzt, die Körper sehr kurze Zeit nach der Belichtung zu beobachten und daher Phosphoreszenz auch bei solchen Körpern wahrzunehmen, bei welchen sie wegen ihrer sehr kurzen Dauer für gewöhnlich nicht wahrgenommen wird. Kalkspat gibt im Instrument orangefarbenes, Aragonit grünliches Licht, ebenso bleihaltiges Glas [* 21] und Uranverbindungen; Korund, [* 22] Saphir, Rubin, künstliche, heftig geglühte Thonerde, Spinell, [* 23] Disthen leuchten mit rotem Lichte.
Die Phosphoreszenz wird nur durch die brechbaren Strahlen des Spektrums, Blau, Violett und Ultraviolett, erregt; die weniger brechbaren Strahlen, insbesondere die roten und die ultraroten, dagegen löschen sogar die von jenen hervorgerufene Phosphoreszenz wieder aus. Entwirft man daher im dunkeln Zimmer auf einer mit phosphoreszierender Substanz (z. B. Balmainscher Leuchtfarbe) überzogenen Fläche, die mittels Tageslichts vorher schwach leuchtend gemacht worden, ein Sonnenspektrum und läßt dasselbe einige Zeit einwirken, so sieht man nachher im Dunkeln auf der schwach leuchtenden Fläche ein Bild des Spektrums und zwar den weniger brechbaren Teil, wo die Phosphoreszenz ausgelöscht wurde, dunkel auf hellem Grunde, den brechbaren Teil dagegen, wo Phosphoreszenz erregt wurde, hell auf dunklerm Grunde. Diesem durch die weniger brechbaren Strahlen bewirkten Auslöschen geht jedoch eine Periode der Anfachung zu
[* 12] ^[Abb.: Fig. 1-3. Phosphoroskop.] ¶
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stärkerm Leuchten vorher, welche durch die Wärmewirkung jener Strahlen bedingt und je nach der angewendeten Substanz von kürzerer oder längerer Dauer ist. Bei manchen Substanzen dauert das angefachte Licht stundenlang und ist schon während der Bestrahlung hell auf dem dunklern Grunde der phosphoreszierenden Fläche sichtbar; hierdurch gelingt es, den sonst unsichtbaren ultraroten Teil des Sonnenspektrums in blaugrüner Farbe neben dem gleichzeitig gesehenen roten Ende des Spektrums sichtbar darzustellen.
Die mannigfache Beziehungen und Analogien zwischen Phosphoreszenz und Fluoreszenz [* 25] führen zu dem Schluß, daß beide Erscheinungen auf ähnliche Weise hervorgebracht werden. Versetzen die Äthervibrationen, welche das Licht bilden, die Atome eines Körpers in Oszillation, so wird dieser selbstleuchtend, wenn die Oszillationsgeschwindigkeit nicht unter diejenige der roten Strahlen herabsinkt. Hört die Vibration der Atome mit der Einwirkung der erregenden Lichtstrahlen auf, so ist der Körper fluoreszierend; dauert sie nach dem Aufhören der Bestrahlung noch eine Zeitlang fort, so ist er phosphoreszierend. Vgl. Ausstrahlung.