Чем ярче — тем теплее? Жизненный опыт подсказывает нам, что эти два понятия неразделимы. Но законы химии опровергают такую зависимость: свечение вещества может быть «холодным», совсем не связанным с нагревом. А самое удивительное — подобные явления встречаются буквально на каждом шагу.

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №3(31). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.

Для освещения комнаты достаточно включить лампочку, а если вы находитесь в лесу, придётся развести костёр. Чем больше огня, тем больше света. Кроме того, рядом с костром можно согреться, если ночь холодная. А утром появится естественное светило, разогретое до 6000 К Солнце, и станет всем тепло и светло. Такой вид излучения называется тепловым. На самом деле способностью к нему обладают абсолютно все физические тела, если их температура выше 0 К. Например, приборы ночного видения регистрируют невидимое человеческому глазу тепловое излучение живых существ. Чтобы излучение стало видимым, необходимо разогреть тело до 1000 К.

Свечение же без излучения тепла называется люминесценцией (от лат. luminous — свет и escent — слабое воздействие). Люминесцирующие вещества преобразуют энергию в оптическое излучение. Вещество начинает светиться, когда электрон в атоме переходит на более низкий энергетический уровень, отдавая излишек энергии в виде частицы света — фотона. 

Первыми опробовали свечение без тепла люминофоры — вещества, в названии которых к упомянутому латинскому lumen добавилось греческое phoros — несущий. «Носители света» разнообразны: оксиды, сульфиды, фосфаты и силикаты со специальными активирующими добавками в виде сурьмы, олова, марганца и других тяжёлых металлов. 

Кристаллы флюорита способны к свечению при нагревании — термолюминесценции. Флюорит является типичным флуоресцирующим минералом, однако при нагревании и после облучения ультрафиолетовым светом он фосфоресцирует.

Заставить люминофоры светиться несложно — надо лишь облучить их ультрафиолетовым светом. И мы наблюдаем это практически ежедневно в тёмное время суток. Лампы дневного света, в которых пары ртути под действием электрического разряда излучают УФ-лучи, покрыты изнутри комплексными солями состава Ca10(PO4)6FCl или Sr10(PO4)6FCl с добавками олова и марганца — типичными люминофорами. Главными преимуществами таких светильников являются рассеянный и более комфортный свет, большая светоотдача и значительный срок службы.

Исследуя «холодное» свечение, учёные открыли два новых явления: флуоресценцию и фосфоресценцию. Если после поглощения энергии люминофор светится короткое время, около 10–8–10– 9 секунд, его называют флуоресцирующим. Впервые это излучение зафиксировали при облучении редкого кристалла флюорита (фторид кальция CaF2) УФ-лучами — отсюда и название. Сегодня дневные флуо­ресцирующие красители используются при изготовлении деталей одежды, афиш и вывесок, маркеров, делающих нашу жизнь ярче и веселее.

А вот когда люминесценция не прекращается вместе с действием источника возбуждения, мы говорим о фосфоресценции (от греч. phos — свет и phoros — несущий). Покрытие циферблатов часов, стрелок и шкал приборов, люминофоры в лампах дневного света, краски для ёлочных игрушек — всё это области применения фосфоресценции в современном мире.