"螢光磷光" 修訂間的差異
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== 2.探究問題（此為引導，學習者必須要提出合理的假說）== | == 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) 。 | ||
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== 3.實作項目== | == 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/2/21/%E8%9E%A2%E5%85%892.png'/>; | <img src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/21/%E8%9E%A2%E5%85%892.png'/>; | ||
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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。 |
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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。 |
於 2019年8月6日 (二) 11:30 的修訂
原始設計者：彰師大
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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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