很多人都使用過會發光的熒光棒,將它彎成手環戴在手上,在黑暗的夜晚閃閃發光。這是什麼原理呢?
熒光棒的發光原理和其他光源一樣,也是單個原子被激發後釋放出光子,形成光源。但與燈泡不同,燈泡是使用熱量來激發原子,而熒光棒發光則和其內部的化學物質發生的化學反應有關。
熒光棒中有什麼化學物質,又發生了什麼反應呢?
熒光棒裡的化學物質主要有三種:過氧化物、酯類化合物和熒光染料。正是這幾種物質的存在奠定了熒光棒會發光的基礎。熒光棒發光的原理就是過氧化物和酯類化合物發生化學反應,而在此化學反應中釋放出的能量則被傳遞給熒光染料分子,我們看到的熒光棒發光就是熒光染料在以可見光的形式釋放能量(從高能態回到較穩定的低能態),在這一過程中化學能被轉換為光能。
我們看到的熒光棒是一根存有兩種液態化合物的棒子,分別是酯類化合物—苯基草酸酯和熒光染料—染料溶液。在它被啟用前,兩種溶液分別被裝在兩個不同的管中。而它們的中間有一個小玻璃瓶,瓶內裝著被稱為“啟用劑”的過氧化氫溶液。
如何啟用熒光棒使它發光呢?我們常常是把它掰彎,熒光棒就亮了,這其中存在什麼原理呢?
熒光棒的最外層是塑膠管,裡面的玻璃細管則裝著過氧化物。當熒光棒彎曲時,裡面的的玻璃管被折斷破裂,兩種溶液就會混合,化學物質相遇從而引發反應,化學反應過程中所釋放的能量被傳遞給熒光染料,就此,熒光棒開始發光。
而發光的整個反應過程具體如下:
1、過氧化氫將苯基草酸酯氧化,形成一種叫做苯酚的化合物和不穩定的過氧酸酯。
2、過氧酸酯分解,形成更多的苯酚和環狀過氧化合物。
3、環狀過氧化合物分解,形成二氧化碳。
4、分解物將能量釋放給染料。
5、染料原子中的電子躍遷至較高的能級,然後落回原位,以光的形式釋放出能量。
此外,我們看到的熒光棒發光的顏色非常豐富,這些不同顏色的光則是因為加入的熒光染料各不相同,所以我們能夠看到它是五彩繽紛的。
根據熒光棒內所使用的化合物的不同,這種化學發光反應持續的時間也不相同,幾分鐘或幾個小時不等。如果將它的溶液加熱,熒光棒發出的光會更強,但是發光持續的時間很短。相對應的如果想讓熒光棒變暗,則只需要將它冷卻。
熒光棒會不會對人體有害呢?
熒光棒主要是塑膠包裝製品,熒光棒內的化學液體被塑膠包圍,不會和人體直接接觸,因此不會對人體造成傷害。而熒光棒所發出的光也不是由放射線激發染料發出的光,而是靠化學反應激發染料發出的非放射性光,也不會傷害人體。
但現今有人為追趕時尚,將熒光棒弄破,把液體塗在面板表面上,這會對人體造成一定的損害,如果是身體較為脆弱的兒童,受到的危害會更大。所以,還是完整拿在手上玩更安全。
本文由北京市海淀區教師進修學校附屬實驗學校中學一級教師牟丹進行科學性把關。
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