A fosforescência é um tipo específico de fotoluminescência , fenômeno que consiste na emissão de luz por uma substância após absorver energia da radiação eletromagnética (luz, UV, etc.). No campo da química, dois tipos principais de fotoluminescência são geralmente distinguidos, fluorescência e fosforescência .

Ambos os tipos são devidos a um mecanismo semelhante. Eles ocorrem quando os elétrons de uma substância absorvem a energia dos fótons e vão de um estado fundamental para um estado excitado de energia superior. A diferença de energia entre os dois estados determina o comprimento de onda que a substância é capaz de absorver.

Quando os elétrons voltam ao estado fundamental, a energia que foi absorvida é novamente emitida de maneiras diferentes. A forma mais comum de emissão é o calor, mas algumas substâncias também o emitem na forma de radiação eletromagnética. Quando o comprimento de onda emitido está na faixa do visível, surgem fenômenos de fotoluminescência.

A energia da radiação eletromagnética emitida na fotoluminescência costuma ser menor que a energia da radiação absorvida , pois sempre há parte da energia absorvida que é dissipada na forma de calor (energia vibracional):

Na fluorescência, a energia absorvida é liberada rapidamente , os elétrons no estado excitado retornam ao estado fundamental quase que instantaneamente, em um período da ordem de 10 nanossegundos. Essa velocidade ocorre quando a energia dos fótons envolvidos coincide com a diferença de energia entre os estados permitidos para os elétrons excitados.

No entanto, na fosforescência, a energia é liberada lentamente , o que permite que as substâncias fosforescentes continuem a emitir luz mesmo horas após terem absorvido a radiação excitante. Isso se deve ao fato de que os elétrons excitados passam pelo que é chamado de cruzamento intersistêmico , passam por estados excitados intermediários que retardam o relaxamento em direção ao estado fundamental e com ele a liberação da energia absorvida.

Quando uma substância vai para o estado excitado, ela pode ir para o estado singlete , um estado excitado em que todos os seus elétrons estão emparelhados e o spin total é zero, ou para o estado tripleto , um estado excitado com uma multiplicidade de spin diferente zero.

A passagem de um sistema com uma certa multiplicidade de spin para outro sistema com uma multiplicidade diferente de spin, como ocorre na passagem do singuleto excitado para o tripleto excitado, é o que se denomina cruzamento intersistêmico . O cruzamento intersistema ocorre mais facilmente em substâncias com um alto grau de acoplamento e faz com que a energia aprisionada permaneça em estados com transições quânticas “proibidas” devido ao spin.

O resultado é um processo lento de transição radiativa que pode durar de minutos a horas:

Processos eletrônicos em fotoluminescência e cruzamento intersistema

As substâncias fosforescentes são amplamente utilizadas em materiais que iluminam no escuro sem a necessidade de aplicar energia continuamente. Por exemplo, nas mãos de relógios ou em tintas para sinalização de segurança.

O sulfeto de zinco (ZnS) tem sido um dos fósforos mais usados, embora atualmente muito se use aluminatos que emitem estrôncio por muito mais tempo e sua emissão é mais brilhante. Existem diferentes tipos de aluminatos de estrôncio que emitem em comprimentos de onda diferentes, por exemplo SrAl 2 O 4 emite picos em comprimentos de onda de 520 nm (verde) e SrAl 4 O 7 em 480 nm (azul).