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蛍光

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蛍光』というのは、日常生活では、目覚し時計の文字盤や照明のスイッチ、ストラップ等が暗闇の中で光る現象で目にしています。
これらの物は、初めから暗闇に置いたのでは光りません。
明るい所に放置した後、暗闇に移し、その後余り長くない時間だけ光っています。
蛍光に関連して『蓄光』という言葉を聞いた憶えがあるのですが、正に光を蓄えている感じです。

ところで、物質の色は、物質を構成している原子核の周りの電子が『遷移』するのに必要なエネルギーに相応するエネルギーを光からもらい、その光の補色関係にある色になります。

光からエネルギーをもらって、エネルギー値の高い位置に移った電子(遷移)は、光からエネルギーをもらえなくなる(光が当たらなくなると)と居心地が悪くなって元の居た場所に戻ります。
この時、電子はエネルギーを放出します。
放出されたエネルギーは光なので私たちの眼で感知できる光(波長)なら見ることが出来ます。
この光が『蛍光』と謂われています。

蛍光の『蛍』はホタルですが、ホタルは化学的なエネルギーを使って電子をエネルギー値の高い位置に移し、その電子が元の位置に戻る時に放出するエネルギー(光)で光っています。

ここで、疑問が湧きませんか?
例えば、文字盤の数字が青い目覚し時計は暗闇でも青く光っていますし、黄色いストラップも暗闇でも黄色く光っています。
白色光(太陽光線等)を当てて青く見えるには、文字盤の数字を描いている物質は、補色の関係にある「黄色」の相当する光(波長)を吸収しなければなりません。
ということは、電子が元の位置に戻る時に放出する光も黄色であるはずです。
ストラップの物質は「青色」に相当する光を吸収しますから、電子が放出する光も青色になるはずです。
でも、現実はそうではありません。
暗闇でも、青い文字は青く、黄色いストラップは黄色に見えます。
この現象は、分子だから起こります。
分子を構成する原子核は、エネルギー的に安定な位置で振動しています。
この振動状態も“量子の法則”に縛られています。
すなわち、飛び飛びの値しか持ちません。
電子は、分子を構成する幾つかの原子核の周りを回っています。
この場合の電子も、原子核1つの場合と同様に“量子の法則”に縛られて飛び飛びの値しか持ちません。

この辺りは複雑なので、複数の原子核と電子が安定状態にあるとだけ考えておいてください。
ここで光を当ててみます。
すると、高いエネルギー値の位置に動きたいと思っていた電子は、光からエネルギーをもらって動きます(励起状態)もらったエネルギーに相応する光の補色関係にある色が、この物質の色になるのは原子核1つの場合と同じです。
電子のエネルギー値が変わったのですから、原子核同士の安定な位置も変わらなければなりませんが、原子核に比べて電子は非常に軽いので、原子核が動く間もなく、電子は一瞬に動きます。
フランクーコンドンの原理 注2)
電子が動いた後で、原子核は安定な位置に動きます。
(励起平衡状態)
励起平衡状態では、原子核同士の結合距離が伸びます。

光を当てるのを止めると、光からエネルギーをもらって励起状態にあった電子は不安定なのでエネルギーを放出します。
この時も、原子核が動く間もなく、電子は一瞬に動きます。

ややこしくなったのでまとめますと、分子の場合・・・
電子が光からエネルギーをもらった時の原子核とのエネルギー的な位置と電子が光を放出する時の原子核とのエネルギー的な位置が違います。
ですから、光からもらうエネルギー値と放出するエネルギー値が違うのです。
エネルギー値が違うのですから、吸収する光の色(波長)と放出する光の色(波長)は違います。
放出する光の方が吸収する光より波長が必ず長いのです。
例えば・・・・
青色の光を吸収して黄色に見える物質が放出する光(蛍光)は、吸収した青色より波長が長くなって緑色になったりします。
物質によっては放出する光の波長がもっと長くなるので、蛍光も黄色になります。(注3 参照)

前段の「例えば・・・」で、目覚し時計の文字盤やストラップの、白色光で見た時の色と暗闇での蛍光色がなぜ同じか? という問題は何となく解ったと思いますが、実は、白色光を当てて見える色と蛍光色が同じという物質は貴重な存在なのです。その物質は特許によって押さえられているようです。

注2:フランクーコンドンの原理 電子遷移の間、原子核は動かない
注3:色 波長(nm)
赤 620〜800   橙 590〜620   黄565〜590  緑 495〜565 青 440〜495  青紫 430〜440  紫400〜430


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