Химия и Химики № 3 2012. Опыты с жидким азотом

Фосфоресценция охлажденных предметов

Немало окружающих нас предметов способно к свечению (люминесценции) при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Однако многие из этих предметов содержат оптические отбеливатели или органические красители, которые и ответственны за свечение (например: изделия из ткани и пластиков, бумажные деньги, "белая" бумага) [1]. Если исключить такие предметы, круг вещей, способных к свечению в ультрафиолете, резко сузится.

С другой стороны, при сильном охлаждении создаются гораздо более благоприятные условия для люминесценции. Благодаря этому некоторые материалы - яичная скорлупа, парафин, бумага [2], сахар - после охлаждения жидким азотом приобретают способность светиться при облучении их ультрафиолетовым светом. По мере нагревания люминесценция исчезает.

Обратите внимание, что свечение тел, охлажденных жидким азотом, наблюдается не только во время облучения ультрафиолетовым светом, но и некоторое время после прекращения действия ультрафиолета. Поглощенная энергия излучается не сразу, а на протяжении некоторого промежутка времени (иногда - несколько часов). Такое явление называется фосфоресценция. Другими словами, ультрафиолет служит лишь для активации свечения [3]. Этим фосфоресценция отличается от флуоресценции, когда поглощенная энергия сразу же излучается. Соответственно флуоресценция прекращается после прекращения облучения, а фосфоресценция - продолжается (постепенно угасая).

Чтобы наблюдать люминесценцию, охлажденные предметы можно освещать лампой черного света (лампа Вуда) или ультрафиолетовым светодиодом.

Например, мы рекомендуем воспользоваться сахаром-рафинадом. Кусок помещается в пенопластовую "кювету" или обрезанный пенопластовый стаканчик и пропитывается жидким азотом. Затем нужно налить немного азота (чтобы сахар был погружен наполовину). Это необходимо, чтобы сахар не контактировал с окружающим воздухом - иначе он быстро обрастет инеем, ослабляющим свечение. Если теперь осветить ультрафиолетом рафинад и погасить в помещении свет, сахар ярко светится зеленым светом, очень напоминая распространенный в быту (в виде изделий) цинк-сульфидный люминофор, активированный медью. После нескольких попыток свечение удалось сфотографировать.

Подобным образом светится и фильтровальная бумага. Достаточно пропитать ее азотом и быстро провести светодиодом - остается яркая светящаяся зеленая полоса.

Мы также провели опыт с яичной скорлупой, наливая в нее азот и освещая ультрафиолетом, но ввиду быстрого обрастания инеем и более слабого свечения (все же хорошо заметного глазом), эксперимент получился хуже. Возможно свечение белой скорлупы ярче (мы использовали коричневую), но маловероятно, что разница будет большой.

По тем же причинам не рекомендуем опыт с парафином (кроме того, если опустить кусок свечи в металлический термос, то после испарения жидкого азота придется отмывать со стенок парафин).

__________________________________________________
¹ Свечение разных материалов при облучении ультрафиолетовым светом описано в статье Опыты с ультрафиолетовым светом (лампа Вуда) ссылка.

² Бумага без оптических отбеливателей.

³ Из всех подручных материалов, которые были использованы для экспериментов с ультрафиолетовым светом при комнатной температуре (см. ссылку в примечании [1]), послесвечение проявил только цинк-сульфидный люминофор, активированный медью.