"螢光磷光" 修訂間的差異
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− | == 1. | + | == 1.現象說明== |
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*螢光棒的放光分子,是從相同自旋多重度的激發態釋放光回到基態,和前述的螢光釋放相同。不過螢光棒的放光分子是吸收化學反應的能量至激發態,這種機制稱為「化學放光」。 | *螢光棒的放光分子,是從相同自旋多重度的激發態釋放光回到基態,和前述的螢光釋放相同。不過螢光棒的放光分子是吸收化學反應的能量至激發態,這種機制稱為「化學放光」。 | ||
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <img style="width:400px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ab/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%891.jpg'/> |
圖一: 以紫外光照射螢光和磷光物質 | 圖一: 以紫外光照射螢光和磷光物質 | ||
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− | == 2. | + | == 2.探究問題(此為引導,學習者必須要提出合理的假說)== |
− | * | + | *認識生活中的螢光和磷光,前者為效率高的放光,後者為效率低的放光。藉由了解螢光棒將化學能轉變成光能,讓同學了解能量的不同型式的轉換。希望學生能經由探索及文獻有能力回答以下問題: |
− | == 3. | + | *2.1 驗鈔筆可以用來辨別鈔票真偽,鈔票上的螢光是單一顏色嗎? 兩張百元鈔上面的螢光圖案是相同的嗎? |
+ | *2.2 螢火蟲和「馬祖藍眼淚」也會放光,這些光比較像是螢光或磷光呢? 為什麼螢火蟲的光一閃一閃的呢? | ||
+ | *2.3 為什麼螢光棒的螢光可以持續,而魯米諾的螢光卻瞬間消失呢? | ||
+ | *2.4 為什麼螢光棒的螢光可以持續,而魯米諾的螢光卻瞬間消失? (因前者有從化學反應而得的能量,見進階知識) 。 | ||
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+ | == 3.實作項目== | ||
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**3.1.2 用紫外光手電筒照射這些物品,將光源移開觀察之。放光的時間有沒有差 別? | **3.1.2 用紫外光手電筒照射這些物品,將光源移開觀察之。放光的時間有沒有差 別? | ||
**3.1.3 用紫外光照射使用過的和未使用過的螢光棒,注意二者皆放出螢光。 | **3.1.3 用紫外光照射使用過的和未使用過的螢光棒,注意二者皆放出螢光。 | ||
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**3.2.3 關掉燈光,取100 mL溶液A,緩緩地倒入溶液B中,觀察發光情形。 | **3.2.3 關掉燈光,取100 mL溶液A,緩緩地倒入溶液B中,觀察發光情形。 | ||
**3.2.4 分別將未反應的溶液A和前一步驟完全反應後的混合溶液,用紫外光照射,觀察兩者是否釋放光。 | **3.2.4 分別將未反應的溶液A和前一步驟完全反應後的混合溶液,用紫外光照射,觀察兩者是否釋放光。 | ||
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**3.2.5 取上面100 mL的溶液A,與100 mL的消毒用雙氧水(3% H2O2)混合於噴霧瓶中。 | **3.2.5 取上面100 mL的溶液A,與100 mL的消毒用雙氧水(3% H2O2)混合於噴霧瓶中。 | ||
**3.2.6 關掉燈光,將溶液噴在赤血鹽溶液上(或將少許赤血鹽置於潮濕的衛生紙上),觀察發光情形。 | **3.2.6 關掉燈光,將溶液噴在赤血鹽溶液上(或將少許赤血鹽置於潮濕的衛生紙上),觀察發光情形。 | ||
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− | == 4. | + | == 4.分析與結論== |
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+ | *4.1 光源移開後持續放光的是磷光,立即消失的放光是螢光。 | ||
+ | *4.2 通寧汽水含有「奎寧」,奎寧會釋放螢光。 | ||
+ | *4.3 使用過的螢光棒也會在紫外光照射下釋放螢光,因為螢光棒的螢光分子吸收外在化學反應的反應熱激發至激發態,再從激發態放光至基態,螢光分子沒有改變,因此在紫外光照射下也會釋放螢光。 | ||
+ | *4.4 魯米諾分子必須先在鹼性溶液中氧化成不穩定分子的激發態,放光後的分子隨即分解故不具螢光性。 | ||
+ | *4.5 血液中的鐵離子會催化魯米諾放光,我們用赤血鹽(K₃[Fe(CN)₆])代替真正的血液。我們可以利用這種螢光來偵測犯罪現場的殘留血液。 | ||
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− | + | == 5.教學目標與評量== | |
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+ | *5.1 學生能配置藥品,操作實驗。 | ||
+ | *5.2 學生能指出生活中二至三種螢光和磷光物質,並能夠分辨別它們。 | ||
+ | *5.3 查詢文獻後在紙上繪出二至三個染料分子的結構,指出它們的相似處。 | ||
− | == | + | == 6.參考資料== |
− | *[http://chemed.chemistry.org.tw/?p=27433 | + | *6.1 參考文獻 |
− | *[https://en.wikipedia.org/wiki/Luminol 魯米諾] | + | **[http://chemed.chemistry.org.tw/?p=27433 化學教室活動:從馬祖藍眼淚學習螢光和磷光”:<<台灣化學教育>>2018年,第25期] |
− | *[https://en.wikipedia.org/wiki/Glow_stick 螢光棒] | + | **[https://en.wikipedia.org/wiki/Luminol 魯米諾] |
+ | **[https://en.wikipedia.org/wiki/Glow_stick 螢光棒] | ||
− | + | *6.2進階知識 | |
− | *6.1 分子自發放光 | + | **6.2.1 分子自發放光 |
− | **當分子吸收光的能量而從分子基態(ground state)轉至激發態(excited state)時,激發態會以自發放光(spontaneous emission)的方式釋放能量,激發態和基態的自旋多重度(spin multiplicity)相同的放光稱為螢光,激發態和基態的自旋多重度不相同的放光則稱為磷光。 | + | ***當分子吸收光的能量而從分子基態(ground state)轉至激發態(excited state)時,激發態會以自發放光(spontaneous emission)的方式釋放能量,激發態和基態的自旋多重度(spin multiplicity)相同的放光稱為螢光,激發態和基態的自旋多重度不相同的放光則稱為磷光。 |
− | **自發放光的效率,正比於「躍遷偶極矩」(transition dipole moment) 的平方及躍遷頻率的三次方: | + | ***自發放光的效率,正比於「躍遷偶極矩」(transition dipole moment) 的平方及躍遷頻率的三次方: |
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%891.png'/>; |
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/48/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%895.png'/> |
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/ | + | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%892.png'/>為電偶極矩算符,其在各方向的分量為 |
− | <center><img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <center><img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/21/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%896.png'/></center> |
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− | *6.2 魯米諾分子放光原理 | + | **6.2.2 魯米諾分子放光原理 |
− | **魯米諾(luminol)在鹼性環境中氧化,釋出氮氣,轉變成過氧化物的激發態。此激發態放出螢光成為基態後分解。 | + | ***魯米諾(luminol)在鹼性環境中氧化,釋出氮氣,轉變成過氧化物的激發態。此激發態放出螢光成為基態後分解。 |
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%897.png'/> |
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− | *6.3 螢光棒放光原理 | + | **6.2.3 螢光棒放光原理 |
− | **螢光棒中含有草酸苯酯和染料(dye)的混合液,以及一支裝著雙氧水的玻璃管。折斷玻璃管後,雙氧水和草酸苯酯反應產生下圖中的過氧化物,這個不穩定的分子分解成兩個二氧化碳,並將多餘的能量傳給染料,染料成為激發態(dye*)並放出螢光。 | + | ***螢光棒中含有草酸苯酯和染料(dye)的混合液,以及一支裝著雙氧水的玻璃管。折斷玻璃管後,雙氧水和草酸苯酯反應產生下圖中的過氧化物,這個不穩定的分子分解成兩個二氧化碳,並將多餘的能量傳給染料,染料成為激發態(dye*)並放出螢光。 |
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <img style="width:500px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%893.png'/> |
*兩種常見的染料分子結構如下: | *兩種常見的染料分子結構如下: | ||
− | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/ | + | <img style="width:500px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/%E8%9E%A2%E5%85%89%E7%A3%B7%E5%85%894.png'/> |
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於 2019年8月26日 (一) 08:13 的最新修訂
原始設計者:彰師大
認識生活中的螢光和磷光,前者為效率高的放光,後者為效率低的放光。藉由了解螢光棒將化學能轉變成光能,讓同學了解能量的不同型式的轉換。
實驗材料:
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1.現象說明
圖一: 以紫外光照射螢光和磷光物質 |
2.探究問題(此為引導,學習者必須要提出合理的假說)
- 認識生活中的螢光和磷光,前者為效率高的放光,後者為效率低的放光。藉由了解螢光棒將化學能轉變成光能,讓同學了解能量的不同型式的轉換。希望學生能經由探索及文獻有能力回答以下問題:
- 2.1 驗鈔筆可以用來辨別鈔票真偽,鈔票上的螢光是單一顏色嗎? 兩張百元鈔上面的螢光圖案是相同的嗎?
- 2.2 螢火蟲和「馬祖藍眼淚」也會放光,這些光比較像是螢光或磷光呢? 為什麼螢火蟲的光一閃一閃的呢?
- 2.3 為什麼螢光棒的螢光可以持續,而魯米諾的螢光卻瞬間消失呢?
- 2.4 為什麼螢光棒的螢光可以持續,而魯米諾的螢光卻瞬間消失? (因前者有從化學反應而得的能量,見進階知識) 。
3.實作項目
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4.分析與結論
- 4.1 光源移開後持續放光的是磷光,立即消失的放光是螢光。
- 4.2 通寧汽水含有「奎寧」,奎寧會釋放螢光。
- 4.3 使用過的螢光棒也會在紫外光照射下釋放螢光,因為螢光棒的螢光分子吸收外在化學反應的反應熱激發至激發態,再從激發態放光至基態,螢光分子沒有改變,因此在紫外光照射下也會釋放螢光。
- 4.4 魯米諾分子必須先在鹼性溶液中氧化成不穩定分子的激發態,放光後的分子隨即分解故不具螢光性。
- 4.5 血液中的鐵離子會催化魯米諾放光,我們用赤血鹽(K₃[Fe(CN)₆])代替真正的血液。我們可以利用這種螢光來偵測犯罪現場的殘留血液。
5.教學目標與評量
- 5.1 學生能配置藥品,操作實驗。
- 5.2 學生能指出生活中二至三種螢光和磷光物質,並能夠分辨別它們。
- 5.3 查詢文獻後在紙上繪出二至三個染料分子的結構,指出它們的相似處。
6.參考資料
- 6.2進階知識
- 6.2.1 分子自發放光
- 當分子吸收光的能量而從分子基態(ground state)轉至激發態(excited state)時,激發態會以自發放光(spontaneous emission)的方式釋放能量,激發態和基態的自旋多重度(spin multiplicity)相同的放光稱為螢光,激發態和基態的自旋多重度不相同的放光則稱為磷光。
- 自發放光的效率,正比於「躍遷偶極矩」(transition dipole moment) 的平方及躍遷頻率的三次方:
- 6.2.1 分子自發放光
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為電偶極矩算符,其在各方向的分量為
qi為分子各原子的電荷,xi為各原子相對於分子的質量中心的x分量。自發放光的效率為零者,稱為「禁止躍遷」(forbidden transition)。自發放光的效率不為零者,則稱為「允許躍遷」(allowed transition)。螢光的放光效率通常都很高,螢光物質吸收光之後迅速放光。磷光僅能藉著「自旋-軌域偶合」(spin-orbit coupling)機制以極低的效率放光,因此磷光物質吸收光之後會放光一段頗長的時間。
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