Lüminesans (Işıldama) Nedir? Lüminesans Çeşitleri ve Özellikleri

0

Lüminesans, ışıldama nedir? Lümnesans nasıl gerçekleşir, çeşitleri nelerdir? Lüminesans, ışıldama özellikleri hakkında bilgi.

Advertisement

LÜMİNESANS (IŞILDAMA)

Lüminesans, ışıldama olarak da bilinir, bazı maddelerin, sıcaklığı yükseltilmeksizin ışık salmasıdır. Işıldama, yanan odun ve kömür, erimiş demir, elektrik akımıyla ısıtılan tel gibi akkor cisimlerin ışık salması olgusundan tümüyle farklıdır. Işıldama olgusu, örneğin neon lambalarında, flüoresan lambalarda, televizyon, radar ve radyoskop ekranlarında, saat kadranlarında, ateşböceği ve kandilböceği gibi bazı canlılardaki lüminal ve lüsiferin türünden organik maddelerde, sokak reklamlarında kullanılan bazı boyalarda, yıldırım ve kutup ışığı gibi bazı doğal olaylarda gözlenir. Işıldama sürecinde ışık salan cismin normal oda sıcaklığının üstüne çıkması gerekmez, bu nedenle ışıldama, kimi zaman soğuk ışık olarak da adlandırılır.

Işıldama, bazı maddelerin morötesi ya da X ışını ışınımı, elektron, alfa parçacıkları, elektrik alanı ya da kimyasal tepkime gibi bir enerji kaynağından enerji alması sonucunda ortaya çıkar. Alınan enerji maddenin atomlarını uyarılmış enerji düzeylerine yükseltir; uyarılmış düzeyler kararsız olduğundan uyarılmış atomlar sonradan taban düzeyine geri döner ve kazanmış oldukları enerjiyi bu geçiş sırasında ışık ya da ısı (ya da hem ışık, hem ısı) biçiminde geri verir. Uyarılma, yalnızca atomların en dış kabuğunda bulunan elektronlara ilişkin bir olaydır. Uyarma enerjisinin bu süreçle ışığa dönüşebilen miktarı ışıldama verimi olarak adlandırılır; ışıldama verimi yeterince büyük olan ve bu nedenle ışıldamasından pratik olarak yararlanılabilen pek az malzeme türü vardır.

Işıldama Üzerine Araştırmalar

Yıldırım, kutup ışığı, ateşböceklerinin ve bazı mantarların saldığı zayıf ışık çok eski çağlardan beri biliniyordu. Ama ışıldama üzerindeki ilk araştırmalar Bologna’lı bir simyager ve kunduracı olan Vincenzo Cascariolo tarafından gerçekleştirildi (1603). Cascariolo barit mineralinin kömürle karıştırılıp ısıtılmasıyla elde edilen tozun soğutulduktan sonra karanlıkta ışıldadığını, bu ışıldamanın tozun Güneş ışığına tutulmasıyla yeniden ortaya çıktığını gözledi. Bu maddeye lapis solaris (güneştaşı) ya da “ışık taşıyan” anlamında fosfor adı verildi; sonradan karanlıkta ışıldayan her tür maddeye fosfor denmesi gelenekselleşti. Günümüzde fosfor sözcüğü temel olarak bir kimyasal elementin (P) adıdır, ama mikrokristalli yapıdaki fosforışıl maddeler için de “fosforlu” deyimi kullanılmaktadır. Çascariolo’nun elde ettiği fosforışıl madde baryum sülfür idi. Ticari amaçla elde edilen ilk fosforışıl madde 1870’te piyasaya çıkarılan ve kalsiyum sülfür içeren Balmain boyasıdır. Günümüz teknolojisinde en yaygın olarak kullanılan fosforışıl madde çinko sülfürdür ve kararlı bir madde olarak ilk kez 1866’da elde edilmiştir.

Işıldamanın iki türü olan fosforışıma ve flüorışıma arasında çok kesin bir ayrım bulunmamakla birlikte, fosforışıma terimi uyarıcı ışıma kesildikten sonra da süren ışıldama türü için, flüorışıma terimi ise uyarıcı ışıma kesilince yaklaşık 10″8 saniye içinde ortadan kalkan ışıldama türü için kullanılmaktadır. Işıldama olgusu, bu olgunun ortaya çıkış biçimine ilişkin olarak da çeşitlere ayrılır.

Advertisement

Kimyasal ışıldama.

Kimyasal tepkimelerde, özellikle yükseltgenme tepkimelerinde açığa çıkan enerjinin büyük bölümü ısı enerjisidir, ama bazı tepkimelerde bu enerjinin bir bölümü atomları uyararak yüksek enerji düzeylerine çıkarmaya harcanır. Böylece kimyasal ışıldama ortaya çıkar. Bütün kimyasal tepkimelerde ışıldama oluşur, ama salınan ışık genellikle çok zayıftır. Bazı bileşikler ise güçlü ışıldama özelliği gösterir. Bunlar arasında en iyi bilineni lüminoldür. Lüminol, hidrojen peroksit ile yükseltgendiğinde mavi ya da mavi-yeşilimsi renkte güçlü ışıldama yapar. Bir akridinyum bileşiği olan lüsijenin ve bir imidazol türevi olan lofin de güçlü kimyasal ışıldama özelliği gösterir. 1960’larda aynı özelliği gösteren ve büyük bir ışıldama verimine sahip olan oksalik asit esterleri bulunmuştur. Biyolojik ışıldama, kimyasal ışıldamanın enzimlerin katalizleyici etkisi altında oluşan özel bir türüdür. Biyolojik ışıldama, bakteri ve mantarlardan böceklere, deniz omurgasızlarına ve balıklara kadar birçok canlıda görülen yaygın bir biyolojik olgudur.

Sürtünmeyle ışıldama.

Bazı maddelerin (örn. şeker) kristalleri ezildiğinde ışıldama gözlenir. Çeşitli organik ve inorganik maddelerde bu özellik vardır. Stronsiyum bromat gibi bazı tuzların sıcak eriyikten kristalleşmesinde de ışıldama gözlenir. Yüzeylerin mekanik olarak birbirinden ayrılması sırasında oluşan pozitif ve negatif elektrik yüklerinin moleküllerde ya da çevredeki havada yol açtığı elektrik boşalması bu tür ışıldamanın nedenidir.

Isılışıldama.

Isılışıldama terimi sıcaklığın neden olduğu ışınım anlamında değil, önceden güçlü bir ışınıma tutularak uyarılmış bir maddede, elektronların taban enerji düzeyine dönmelerinin ısıtmayla sağlandığı ışıldama türü anlamında kullanılmaktadır. Isılışıldama bazı minerallerde ve kristal yapıdaki malzemede gözlenir.

Işılışıldama. Işılışıldama, madde üzerine düşen elektromagnetik ışınımın yol açtığı ışıldamadır. Bu elektromagnetik ışınım görünen ışıktan morötesi, X ışını ve gamma ışınına değin uzanan dalgaboylarında olabilir. Işık etkisiyle oluşan ışıldamada salınan ışığın dalgaboyu, uyaran ışığın dalgaboyuna genellikle eşit ya da ondan daha uzundur, bir başka deyişle salınan ışık, uyaran ışığa eşit ya da ondan daha az enerjiye sahiptir. Aradaki enerji farkı, maddenin atomları ya da iyonlarında ışınıma yol açmayan türden titreşimler oluşmasına harcanır.

Morötesi ışınım etkisiyle oluşan ışıldama Alman fizikçi Johann Wilhelm Ritter tarafından keşfedildi (1801). Işılışıldama yoluyla morötesi ışığın görünür ışığa dönüştürülmesi pratik açıdan büyük önem taşır.

Gamma ışınları ve X ışınları madde atomlarını iyonlaştırır bir başka deyişle atomlardan elektron ayrılmasına yol açar, sonradan bu elektronlar iyonlarla yeniden birleştiklerinde ışıldama ortaya çıkar. Bu olgudan radyoskopide (X ışınıyla tanı) kullanılan flüoroskop ekranında ve gamma ışınlarının varlığının belirlenmesi ve ölçülmesinde kullanılan kırpışım (sintilasyon) sayacında yararlanılır.

Advertisement

Elektriksel ışıldama.

Elektriksel ışıldama terimi birbirinden farklı birkaç süreci tanımlar. Bu süreçlerin ortak özelliği, gaz, sıvı ya da katılarda elektrik boşalmasıyla ışık oluşmasıdır. Yıldırımın atmosferde gerçekleşen elektrik boşalmaları sonucu oluştuğunu Benjamin Franklin 1752’de keşfetti, ilk elektrik boşalmalı lamba 1860’ta Londra’daki Royal Society’de çalıştırıldı. Bu lamba düşük basınçlı karbondioksit içinde oluşturulan elektrik boşalması sonucunda parlak beyaz bir ışık veriyordu. Günümüzde kullanılan flüoresan lambalarda elektriksel ışıldama ve ışılışıldama olayı birlikte yer alır. Lamba içindeki cıva atomları elektrik boşalması etkisiyle uyarılmış duruma getirilir, bu atomların saldığı morötesi ışınım ise lamba tüpünün iç çeperine sürülmüş olan bir fosforışıl madde aracılığıyla görünür ışığa dönüştürülür.

Çeşitli maddeler (örn. elmas, yakut, bazı kristaller ve platinin bazı karmaşık tuzları) hızlandırılmış elektronların (katot ışınları) çarpmasıyla ışıldar. Katot ışınlarıyla ışıldamanın ilk uygulaması osiloskop lambasında kullanılan ekran olmuştur (1897). Günümüzde bu tür ekranlar televizyon, radar ve osiloskop lambaları ile elektron mikroskoplarında kullanılmaktadır.

Radyoışıldama.

Radyoaktif elementler alfa parçacıkları (helyum çekirdeği), elektronlar ve gamma ışınlan (yüksek enerjili elektro-magnetik ışınım) salar. Radyoaktif maddelerin etkisiyle uyarılan maddelerde ortaya çıkan ışıldama radyoışıldama (radyolüminesans) olarak adlandırılır. Işıldama özelliği olan bir kristal alfa parçacıkları ile dövüldüğünde mikroskopla gözlenebilen ışıltılar ortaya çıkar. Ernest Rutherford, ortaya koyduğu çekirdekli atom modelini kanıtlamak amacıyla bu olgudan yararlanmıştır. Saatlerin ve benzer aygıtların kadranlarında kullanılan fosforışıl boyalar, fosforışıl bir madde ile radyoaktif bir maddenin (örn. trityum ya da radyum) karışımıdır. Kutup ışığı doğada gözlenen radyoışıldamanın en çarpıcı örneğini oluşturur. Güneş’teki radyoaktif süreçlerin bir sonucu olarak ortaya çıkan çok büyük miktarlarda elektron ve iyon Güneş rüzgârıyla uzaya salınır. Yer’e yaklaştıklarında Yer’in magnetik alanının etkisiyle kutupların çevresinde yığışan bu parçacıkların üst atmosferde oluşturdukları boşalma süreçleri kutup ışığı olarak bilinen ışıldama olayına neden olurlar.

Fosforışıl maddeler.

Çinko sülfür ve kadmiyum sülfür fosforışıl maddeler arasında en yaygın kullanım alanı olan maddelerdir. Bu maddelere etkinleştirici olarak bakır karıştırılmasıyla uyaran ışınım kesildikten sonra da ışıldamanın uzun süre devam etmesi sağlanır; bu nedenle de radar ekranlarında ve saat kadranlarında bu tür karışımlar kullanılır. Bir etkinleştirici maddeyle karıştırılan bazı oksitler de ışıldama özelliği gösterir. Bunlar arasında yakut (etkinleştirici maddesi krom olan alüminyum oksit, parlak kırmızı ışıldar), vilemit (etkinleştirici maddesi manganez olan çinko ortosilikat, yeşil ışıldar) sayılabilir. Şelit minerali (kalsiyum tungstat) ise etkinleştiriciye gereksinim olmaksızın mavi renkli ışıldar. Bütün bu minerallerin doğal türlerinden daha yüksek verimle ışıldama özelliği gösteren yapay türler elde edilebilmektedir. Periyodik tablonun II. grubundaki elementlerin silikat, borat ve fosfatları, manganez iyonlarının etkinleştirici etkisiyle ışıldayan yüksek verimli fosforışıl maddelerdir. Bunlarla renkli televizyonların resim lambalarında mavi (gümüşle etkinleştirilmiş çinko sülfür), yeşil (manganezle etkinleştirilmiş çinko ortosilikat) ve kırmızı (evropiyumla etkinleştirilmiş itriyum vanadat) renkli ışıldamalar elde edilir.

Günümüzde sanayide elde edilen ve kullanılan fosforışıl maddeler daha çok inorganik maddeler olmakla birlikte organik fosforışıl maddeler de giderek yaygınlık kazanmaktadır. Organik fosforışıl maddeler arasında flüoresein (rezorsinolftalein), eosin, rodamin gibi maddeler ile stilben türevleri sayılabilir. Özellikle sokak reklamcılığında kullanılan bu maddelerden çamaşırlara, kâğıt paralara, kimlik kartlarına ve pullara konan görünmez yazı ve işaretler için de yararlanılır. Bu yazı ve işaretler görünür ışığı hemen hemen hiç soğurmadıkları için normal ışıkta görünmez, ama morötesi ışınım (kara ışık) altında ışıldayarak görünür duruma gelir.


Leave A Reply