8 Por que alguns objetos brilham por um tempo após desligarmos a fonte de luz que os ilumina? Explique os mecanismos por traz desse fenômeno.
Passo 1
O enunciado pergunta por que alguns objetos continuam a emitir luz após desligarmos a fonte que os iluminava. O conteúdo envolvido é luminescência, em particular fluorescência, fosforescência e mecanismos de armadilhas eletrônicas. Para resolver, precisamos entender os estados eletrônicos excitados, as transições radiativas permitidas e proibidas, e como defeitos em materiais retêm portadores de carga.
Passo 2
Luminescência é a emissão de luz por transições eletrônicas sem elevação significativa de temperatura. Quando um fóton incidente excita um elétron de um estado fundamental para um estado excitado, esse elétron pode depois decair emitindo outro fóton.
Passo 3
Na fluorescência, o elétron excitado chega a um estado singlete de baixa energia (
) e retorna ao estado singlete fundamental (
) por uma transição spin-permitida, com tempo de vida típico de
. Como essa transição é rápida, a emissão cessa quase imediatamente ao desligar a fonte de luz.
Passo 4
Na fosforescência, após excitação o elétron sofre transferência para um estado triplete (
) por conversão intersistêmica (intersystem crossing). A volta de
para
é spin-proibida, resultando em tempos de vida muito maiores, da ordem de
até
. Esse atraso faz com que o objeto continue a brilhar mesmo após interromper a excitação.
Passo 5
Em muitos materiais fosforescentes, dopantes como íons de terras-raras criam níveis de armadilha dentro da banda proibida. Elétrons excitados podem ficar presos nessas armadilhas e só são liberados gradualmente por agitação térmica, prolongando ainda mais a emissão de luz — é o chamado brilho-no-escuro de longa duração (persistent luminescence).
Resposta
O brilho residual após desligar a fonte de luz deve-se à fosforescência e a mecanismos de armadilhas eletrônicas: elétrons excitados passam por estados tripletes ou níveis de defeito onde ficam retidos e retornam ao estado fundamental de forma retardada, emitindo fotões durante esse processo.