1. Luminiscencia
La palabra luminoso significa, básicamente, que emite luz. La mayoría de los objetos de nuestro mundo emiten luz porque poseen energía procedente del sol, el objeto más luminoso que podemos ver. Al contrario que la luna, que parece emitir luz, pero sólo la refleja del sol como un espejo gigante hecho de roca.
Básicamente, existen 3 formas principales de luminiscencia: fluorescencia, fosforescencia y quimioluminiscencia. Dos de ellas, la fluorescencia y la fosforescencia, son formas de fotoluminiscencia. La diferencia entre fotoluminiscencia y quimioluminiscencia es que, en la primera, la luminiscencia es desencadenada por la luz, mientras que en la segunda la emisión de luz es desencadenada por una reacción química. La base de ambas formas de fotoluminiscencia, fluorescencia y fosforescencia, es la capacidad de una sustancia de absorber luz y emitirla a una longitud de onda mayor, lo que significa una energía menor, pero la escala de tiempo en la que esto ocurre es diferente. Mientras que en las reacciones fluorescentes la emisión se produce inmediatamente y sólo es visible mientras la fuente de luz está encendida (por ejemplo, las luces ultravioletas), en las reacciones fosforescentes el material puede almacenar la energía absorbida y liberarla más tarde, lo que da lugar a un resplandor que persiste después de apagar la luz. Por tanto, si desaparece inmediatamente, se trata de fluorescencia. Si persiste, es fosforescencia. Y si necesita activación química, es quimioluminiscencia.
Como ejemplo, puede imaginarse una discoteca en la que la tela y los dientes brillan bajo la luz negra (fluorescencia), la señal de salida de emergencia resplandece (fosforescencia) y también brillan los palos luminosos (quimioluminiscencia).
Pero, ¿cómo funciona exactamente en detalle? Obtenga más información en nuestro artículo principal sobre la luminiscencia.
2. Fluorescencia
Los materiales que producen luz instantáneamente se denominan fluorescentes. Los átomos de su interior absorben energía y se "excitan". Al volver al estado normal en aproximadamente una cienmilésima de segundo (de 10-9 a 10-6 seg), liberan la energía en forma de diminutas partículas de luz llamadas fotones.
Técnicamente, la fluorescencia es un mecanismo radiativo por el que los electrones excitados pasan del estado de excitación más bajo (S1) al estado básico (S0). Durante este proceso, el electrón pierde un poco de su energía por relajación vibracional, lo que hace que el fotón emitido tenga menor energía y, por tanto, mayor longitud de onda.
3. Fosforescencia
Para entender las diferencias entre fluorescencia y fosforescencia hay que dar un pequeño rodeo y hablar sobre el espín del electrón. El espín es una propiedad fundamental del electrón y una forma de momento angular que define su comportamiento en un campo electromagnético. El espín sólo puede tener un valor de ½ y una orientación ascendente o descendente. Por tanto, el espín de un electrón se designa como +½ o -½, o alternativamente como ↑ o↓. Si los electrones están en el mismo orbital de un átomo, siempre tienen un espín antiparalelo en el estado fundamental simple (S0). Cuando son promovidos a un estado saliente, el electrón mantiene su orientación de espín y se forma un estado excitado singlete (S1), donde ambas orientaciones de espín permanecen emparejadas como antiparalelas. Todos los eventos de relajación en fluorescencia son de espín neutro y la orientación de espín del electrón se mantiene en todo momento.
En la fosforescencia es diferente. Aquí se producen cruces rápidos (de 10-11 a 10-6 segundos) entre sistemas desde el estado de excitación singlete (S1) a un estado de excitación triplete (T1) energéticamente favorable. Esto conduce a la inversión del espín del electrón; los estados resultantes se caracterizan por un espín paralelo en ambos electrones, y son metaestables. En este caso la relajación se produce por fosforescencia, dando lugar a otra inversión del espín del electrón y a la emisión de un fotón. El retorno al estado de reposo singlete relajado (S0) puede producirse tras un retardo mayor (de 10-3 a >100 segundos). En este proceso, los procesos no radiativos consumen más energía durante la relajación fosforescente que en la fluorescencia, lo que da lugar a una mayor diferencia de energía entre el fotón absorbido y el emitido y, por tanto, a un mayor desplazamiento de la longitud de onda.