Почему неон светится в темноте

Светится ли неон без ультрафиолетовых лучей просто ночью? Просто хотела купить неоновый лак от орифлейм, вот, сижу думаю

люминесцентная, люминофорная, светонакопительная, самосветящаяся краска) — краска, которая способна самостоятельно светиться в темноте без посторонней подсветки. Главный принцип работы заключается в том, что подобная краска аккумулирует энергию света, а потом отдает ее в темноте на протяжении 8-12 часов. Современная светящаяся краска состоит из оксидов алюминия, которые специальным образом подготовлены для накапливания и излучения энергии. В настоящий момент компания Нокстон — лидер в области производства современных светящихся красок. У нас самая передовая технология создания светящихся материалов.
Светящийся лак для ногтей — популярное направление, особенно в кругу молодежи. Для того, чтобы заставить ногти светиться, достаточно покрасить их светящимся лаком для ногтей нужного цвета. Светящееся покрытие будет заставлять светиться Ваши ногти каждый раз, когда Вы перемещаетесь из более светлого места в более темное. Например, Ваши ногти будут светиться каждый раз, когда Вы заходите в ночной клуб, выходите из освещенной комнаты, едете в лифте и т. д. Светящийся лак для ногтей будет заряжаться и светиться автоматически, то есть Вам не нужно будет целенаправленно держать ногти под источником света, чтобы проявилось свечение.

Неоново-люминесцентный лак для ногтей (светится в УФ и темноте) .
Осталось ответить на вопрос, зачем это нужно ? =)

Магия неоновых вывесок, или Как и почему светится неон

Неон — это простое вещество, является пятым по распространенности во Вселенной после водорода, гелия, кислорода и углерода . В виде простого вещества неон — это инертный (одноатомный) газ, он не имеет цвета и запаха, в 1898 году английские химики Уильям Рамзай и Морис Траверс впервые выделили его «методом исключения» из сжиженного воздуха.

Поскольку открытый газ был сравнительно новым, назвали его, чтобы отразить это качество. Согласно легенде, эту идею Уильяму Рамзаю подал его маленький сын. Название газ получил от греческого слова neon, а мог бы звучать на латыни — novus.

Несмотря на свою распространенность в масштабе Вселенной, по факту неон распределен в пространстве очень неравномерно. Наибольшая концентрация неона отмечается на Солнце, в горячих звездах и газовых туманностях, а также в атмосфере планет-гигантов: Урана, Сатурна и Юпитера.

Но если он инертный, не обладает цветом и запахом, то откуда берется свечение ламп и пластиковых палочек для вечеринок?

Как светится неон

Впервые использовать неон для освещения придумал изобретатель Жорж Клод в 1910 году, в декабре того года он представил первую газоразрядную лампу, заполненную неоном. Принцип работы такой лампы очень напоминает то, что происходит в воздухе во время грозы, когда виднеется молния.

Когда электрический импульс проходит от облаков к земле, разряд испускает свет, находящийся в спектре видимости для человека. Газоразрядная лампа действует по схожему принципу: в стеклянной трубке под давлением находится сжиженный неон, через который с помощью электродов проводится электрический импульс . Это похоже на то, как в плотно забитом людьми вагоне метро один пассажир на максимальной скорости пытается пробиться через толпу под бесчувственное «Осторожно, двери закрываются», вызывая возмущение всех присутствующих, что пытаются не потерять себя в час пик.

Проходящий через газ электрический импульс выводит атомы неона из равновесия, особенно электроны, которых вокруг каждого атома вращается аж по 10 штук. Пощекоченные разрядом, они начинают скакать с атома на атом, пока не вернутся на свое законное место и баланс не будет восстановлен, бесхозных электронов в свободном полете не останется. В момент этого дисбаланса испускаются фотоны света. Когда подача тока прекращается, свечение угасает. Все это происходит так быстро, что человеческий глаз практически не улавливает мерцания, ему кажется, что лампа горит ровным светом и постепенно тускнеет по мере отключения от сети.

В чистом виде неон светится красно-оранжевым цветом. Но неоновые вывески бывают и других оттенков: желтые, синие, лиловые, зеленые. Разнообразие цветов достигается с помощью смешения различных газов — у каждого из них свой цветовой диапазон свечения. Так, пары ртути излучают голубой свет, а в натриевых лампах свечение будет желтым. Интенсивность и плотность света зависят также от высоты напряжения и размера лампы. Чем выше уровень электрического напряжения, тем сильнее будет свечение. Некоторые неоновые лампы настолько чувствительны, что могут начать светиться даже от соприкосновения с источником минимального тока, например человеком, но это работает только с неоновыми лампами низкого давления.

Как светятся неоновые палочки

Еще один вид источника света, который называют неоном, — ХИС (химический источник свечения). Это пластиковые трубки, которые нужно сломать и потрясти, чтобы они начали испускать мягкое неоновое свечение зеленого, синего или фиолетового (или любого другого) цвета. Здесь электричество не принимает участия, и, скажем по секрету, неона там тоже нет . Название свое палочки получили за схожесть с неоновыми лампами, но их свечение получается совсем по-другому.

В плотную трубку помещены два химиката — флуоресцирующая жидкость с красителем и реагент, который находится внутри палочки в специальном сосуде. При сгибании палочки внутренний сосуд повреждается и реагент смешивается с основной субстанцией, в результате чего возникает свечение. Оно не прекратится до окончания реакции, а после угасания возобновить его будет невозможно.

Химические источники используются для вечеринок, но у них есть и более серьезное назначение — их применяют при операциях, в условиях, когда невозможно подключить источник света к сети или подзарядить.

Почему неон светится? Свечение газов – описание, фото и видео

Силы и частицы

Неон — это газ. До конца 19 века он спокойно исполнял почетную обязанность быть частью земной атмосферы. Но тут его открыл английский химик Уильям Рамзай. И спокойной жизни пришел конец. Находчивые инженеры изобрели неоновые лампы, и в 20 годы 20 столетия неоновая реклама покорила весь мир.

Настоящий цвет неона

Настоящий цвет свечения неона

Когда мы думаем о неоне, то представляем себе горящие разными цветами названия магазинов и ресторанов. На самом – то деле неон светится ярким, красно – оранжевым светом. Богатой гаммы цветов добиваются введением в газ ламп паров ртути и натрия. В Лас-Вегасе улицы ярко освещены изогнутыми газовыми трубками, зазывающими туристов поиграть в казино или послушать пение Уэйна Ньютона.

Как добывают неон?

Неон содержится в атмосфере, поэтому может именно в этот момент, вы вдыхаете чуть – чуть неона. Не волнуйтесь, в одном литре воздуха неона так мало, что его не хватит, чтобы наполнить зернышко воздушной кукурузы. Чтобы отделить неон от воздуха, воздух приходиться сжижать. Точно так же как вода, когда она при охлаждении переходит из парообразного состояния в жидкое, воздух при снижении температуры превращается в жидкость. Только с водой это происходит при 100 градусах Цельсия, а с неоном при минус 246 градусах Цельсия – именно такова температура кипения неона. Жидкий неон отделяется от других составных частей воздуха. При сжижении неон получается в смеси с азотом и гелием.

Повышая температуру и давление смеси, химики удаляют из нее азот. Гелий удаляется с помощью процесса, называемого адсорбцией. При этом молекулы газов осаждают на твердых веществах. Молекулы неона лучше пристают к поверхности активированного угля, чем молекулы гелия. Это их свойство используют для разделения смеси. Чтобы получить один килограмм неона, надо обработать 88000 килограммов воздуха.

Почему неон светится?

Если налить холодный жидкий неон в стакан, можно увидеть, что он прозрачный и бесцветный — во всяком случае, на ярко – красную расцветку нет и намека. Почему же тогда в рекламе неон ярко светится разными цветами? Закачанный в трубки неон состоит из миллиардов и миллиардов атомов. Каждый атом неона имеет на орбите вокруг ядра десять электронов. Оба конца неоновой трубки подключены к электрической цепи.

Благородные газы в таблице Менделеева

Когда ток включен, он проходит вдоль трубки: электроны перескакивают с атома на атом, как им и положено при прохождении тока. Атомы неона возбуждаются при столкновении с электронами так же, как человек, которого грубо толкнули в толпе. Электроны в атоме неона не склонны к бродяжничеству, поэтому после возбуждения атом успокаивается и электрон возвращается на свое место. В результате атом испускает фотон света. Энергия этих фотонов лежит в красной части спектра видимого света.

Цвета других газов

Цвет свечения молекулярных газов и паров ртути

Другие газы при возбуждении испускают фотоны других цветов. Например, пары ртути, которая содержит в атоме 80 электронов, при возбуждении излучают голубой свет. Разница между голубым и красным светом — это разница в энергии фотонов. Фотоны, испускаемые атомом ртути, обладают более высокой энергией, чем фотоны атомов неона. Натриевые лампы, используемые для освещения автострад, излучают ярко – желтый свет. Его фотоны более энергоемки, чем фотоны красного света, но менее энергоемки, чем фотоны синего.

Когда электрический ток протекает по неоновой трубке, некоторые атомы возбуждаются (при столкновении с электронами), другие же остаются в нормальном невозбужденном состоянии. Затем они меняются местами. Каждый атом выглядит, как мерцающая лампочка: то один мигнет, то другой. В результате мы воспринимаем неоновую трубку, светящуюся ровным светом. Когда ток выключается, неон приходит в своё обычное состояние, то есть становится бесцветным.

Интересное видео о неоне

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Почему неон светится?Свечение газов – описание, фото и видео

Настоящий цвет свечения неона
Когда мы думаем о неоне, то представляем себе горящие разными цветами названия магазинов и ресторанов. На самом – то деле неон светится ярким, красно – оранжевым светом. Богатой гаммы цветов добиваются введением в газ ламп паров ртути и натрия. В Лас-Вегасе улицы ярко освещены изогнутыми газовыми трубками, зазывающими туристов поиграть в казино или послушать пение Уэйна Ньютона.

Способы нанесения

Наносить светящиеся краски можно следующими способами:

• Для нанесения удобнее всего использовать баллончик с распылителем. Он позволит равномерно распределить эмаль по поверхности. Составы густой консистенции можно наносить с помощью кисточки или валика.
• Окрашиваемую поверхность нужно тщательно очистить и высушить.
• Наибольшая яркость свечения достигается на белом основании, поэтому окрашиваемый материал обычно грунтуют.
• Перед окраской баллончик с эмалью встряхивают, так как люминофор часто выпадает в осадок.
• Второй слой наносят только после полного высыхания первого.
• При работе с фосфорными красками нужно соблюдать меры предосторожности: распылять состав в резиновых перчатках, использовать респиратор и защитные очки. В помещении должна быть хорошая вентиляция.

Как добывают неон?

Неон содержится в атмосфере, поэтому может именно в этот момент, вы вдыхаете чуть – чуть неона. Не волнуйтесь, в одном литре воздуха неона так мало, что его не хватит, чтобы наполнить зернышко воздушной кукурузы. Чтобы отделить неон от воздуха, воздух приходиться сжижать. Точно так же как вода, когда она при охлаждении переходит из парообразного состояния в жидкое, воздух при снижении температуры превращается в жидкость. Только с водой это происходит при 100 градусах Цельсия, а с неоном при минус 246 градусах Цельсия – именно такова температура кипения неона. Жидкий неон отделяется от других составных частей воздуха. При сжижении неон получается в смеси с азотом и гелием.

Интересно: Как и почему образуются сосульки? Описание, фото и видео

Повышая температуру и давление смеси, химики удаляют из нее азот. Гелий удаляется с помощью процесса, называемого адсорбцией. При этом молекулы газов осаждают на твердых веществах. Молекулы неона лучше пристают к поверхности активированного угля, чем молекулы гелия. Это их свойство используют для разделения смеси. Чтобы получить один килограмм неона, надо обработать 88000 килограммов воздуха.

Область применения

Люминесцентные составы находят широкое применение в различных областях:

• Художественная роспись интерьеров. С помощью светящихся эмалей создают оригинальные картины на стенах, потолках и полах.
• Декорирование предметов мебели, картин, ваз и других предметов интерьера.
• Флористика: оформления композиций из живых и искусственных цветов.
• Декорирование сценической и рекламной одежды, обуви, рюкзаков и сумок, а также одежды работников дорожных и аварийных служб. Светящаяся окраска выдерживает большое количество стирок.
• Светящийся грим и боди-арт. Для них применяют акриловые составы на водной основе, безопасные для здоровья.
• Декорирование рекламной и сувенирной продукции: вывесок, плакатов, наклеек, постеров и т. д.
• Оформление автомобилей и велосипедов: рисунки на кузовах, декорирование спиц, дисков, рам, велосипедных шлемов.
• Ландшафтный дизайн: оформление фасадов, беседок, веранд, оград, различных декоративных элементов.

Почему неон светится?

Если налить холодный жидкий неон в стакан, можно увидеть, что он прозрачный и бесцветный — во всяком случае, на ярко – красную расцветку нет и намека. Почему же тогда в рекламе неон ярко светится разными цветами? Закачанный в трубки неон состоит из миллиардов и миллиардов атомов. Каждый атом неона имеет на орбите вокруг ядра десять электронов. Оба конца неоновой трубки подключены к электрической цепи.

Благородные газы в таблице Менделеева

Когда ток включен, он проходит вдоль трубки: электроны перескакивают с атома на атом, как им и положено при прохождении тока. Атомы неона возбуждаются при столкновении с электронами так же, как человек, которого грубо толкнули в толпе. Электроны в атоме неона не склонны к бродяжничеству, поэтому после возбуждения атом успокаивается и электрон возвращается на свое место. В результате атом испускает фотон света. Энергия этих фотонов лежит в красной части спектра видимого света.

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ.

Слово «люминесценция» произошло от латинского lumen – свет. Все источники света можно разделить на два типа. К первому относятся те, свечение которых обусловлено высокой температурой, ко второму – так называемое холодное свечение (к нему, как правило, и относят различные виды люминесценции).
Также по теме:
СВЕТ

Самый «универсальный» способ заставить тело испускать свет – сильно нагреть его. Так излучают свет сильно нагретая спираль электроплитки, раскаленная спираль электрической лампочки, Солнце и звезды, свечка, факел и другие горящие вещества и тела. Чем выше температура, тем более энергично движутся и сталкиваются атомы в веществе. При этом электроны в атомах возбуждаются и переходят на уровни с повышенной энергией. В этом состоянии электроны находятся недолго (миллиардные доли секунды), после чего они теряют избыток энергии. Эта потеря сопровождается испусканием кванта света – фотона, энергия которого как раз равна разности энергии электронов на двух уровнях (см. также

При нагреве тел электроны могут запасать (а затем испускать) разную энергию. Поэтому нагретое тело излучает фотоны разной энергии, то есть разного «цвета». Чем меньше энергия фотона, тем «краснее» свет, а чем энергия выше, тем свет «голубее». При очень слабом нагреве вещества фотоны в основном имеют малую энергию, которая соответствует инфракрасному участку спектра. Этот термин произошел от латинского infra – под. В 1800 английский астроном и оптик Вильгельм Гершель, перемещая чувствительный термометр вдоль солнечного спектра, неожиданно обнаружил, что максимум температуры наблюдается в самом низу, за пределами красного участка спектра, где глаз ничего не различает. Поэтому инфракрасное излучение с длиной волны (l) больше 700–750 нм (0,70–0,75 мкм) и энергией фотонов меньше 160 кДж/моль часто называют тепловым. Много инфракрасных лучей испускает, например, хорошо протопленная печка.

Если постепенно повышать температуру тела, оно начнет светиться. Зависимость интенсивности излучения от длины волны имеет форму колокола: она максимальна при некоторой длине волны и быстро спадает при ее увеличении и уменьшении. В соответствии с законом смещения, сформулированным в 1894 Вильгельмом Вином, с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону меньших длин волн: lmax = 2900/T мкм; одновременно резко возрастает интенсивность излучения. Так, печка, нагретая до 150° С (423 К) излучает инфракрасный свет с максимумом около 7 мкм, поэтому ее свет невидим (в области менее 0,75 мкм фотонов практически нет). Если через спираль от электроплитки (она сделана из нихрома – тугоплавкого сплава никеля, железа, хрома и марганца) пропускать все более сильный электрический ток, она начнет светиться. При 500–600° С появляется темно-красный свет, чуть заметный в темноте, при 600–800° С цвет становится вишнево-красным, при 800–1000° С – ярко-красным, при 1000–1100° С – желтым, а если вещество нагреть еще сильнее, оно начнет испускать белый свет («белое каление»). По цвету астроном может определить температуру звезды, а опытный металлург – температуру расплавленного металла. Правда, спираль плитки до белого каления нагреть не удастся – она еще раньше расплавится или сгорит на воздухе. А вот тугоплавкую и химически стойкую платину можно нагреть очень сильно; на расплавленную платину (1770° С) невозможно даже смотреть с близкого расстояния – настолько яркий свет она испускает. Вольфрамовая спираль обычной лампы разогрета примерно до 2600° С и максимум ее излучения приходится на 1 мкм. Поэтому спираль излучает больше красных фотонов, чем синих, и ее цвет желтоватый. В галогенных лампах спираль раскалена сильнее, и их свет ближе к белому.

Когда горит свеча или факел, светятся мельчайшие раскаленные частички угля в пламени. Их температура не так высока, поэтому пламя красноватое. Когда в прошлом веке появились первые газовые фонари, их пламенем сильно нагревали специальные «калильные сетки», изготовленные из оксидов тория, церия и других редких металлов. Раскаленные сетки испускали очень яркий свет, которым освещали по ночам улицы.

Сильно раскаленное тело, кроме инфракрасных и видимых лучей, испускает также ультрафиолетовые лучи с l < 400 нм (0,4 мкм, энергия 300 кДж/моль). Ультрафиолетовые лучи открыл, повторяя опыты Гершеля, немецкий физик Иоганн Риттер в 1802. Но воспользовался он не термометром, а хлоридом серебра, которое под действием света чернеет. Оказалось, что скорость химической реакции разложения AgCl возрастает от красного края спектра к фиолетовому и достигает максимума еще дальше, за пределами видимого спектра. (Эти исследования привели в конечном счете к открытию Луи Дагерром в 1839 фотографии.) Чем выше температура тела, тем оно ярче светит, и тем больше испускает ультрафиолетовых лучей.

Когда свет испускает раскаленный газ, тип излучения зависит не только от температуры, но и от давления. Если давление высоко, газ светится примерно так же, как твердое тело. Так излучают Солнце и звезды. Если давление газа невелико, спектр его излучения не сплошной, а линейчатый: газ излучает фотоны только некоторых длин волн, зависящих от природы газа. Каждый химический элемент имеет характерный для него линейчатый спектр. Исследование линейчатых спектров испускания – важный раздел спектрального анализа – метода, разработанного в начале 1860-х Густавом Робертом Кирхгофом и Робертом Вильгельмом Бунзеном.

С помощью спектрального анализа было открыто немало новых химических элементов. Первыми из низ были рубидий и цезий, открытие Кирхгофом и Бунзеном. Цезий назван по ярко-голубой линии в спектре (лат. caesius – голубой), рубидий – по линиям в красной части спектра (лат. rubidus – красный). Английский физик и химик Уильям Крукс, специалист в области спектрального анализа, изучая отходы сернокислотного производства, записал 7 марта 1861 в своем лабораторном журнале: «Зеленая линия в спектре, даваемая некоторыми порциями селеновых остатков, не обусловлена ни серой, селеном, теллуром; ни кальцием, барием, стронцием; ни калием, натрием, литием». Действительно, это была линия нового элемента, название которого произведено от греческого thallos – зеленая ветвь. Выбирая название новому элементу, Крукс проявил себя романтиком: «Я выбрал это название, ибо зеленая линия соответствует спектру и перекликается со специфической яркостью свежего цвета растений в настоящее время». Публикация эта датирована 18 мая 1861, когда цвет свежей зелени особенно ярок.

В 1863 появилось сообщение об открытии еще одного металла. Ф.Райх и его ассистент Т.Рихтер, анализируя местные полиметаллические руды в поисках недавно открытого таллия, заметили, по словам авторов, «неизвестную до сих пор индигово-синюю линию». И далее они пишут: «Мы получили в спектроскопе столь яркую, резкую и устойчивую синюю линию, что без колебаний пришли к выводу о существовании неизвестного металла, который мы предлагаем назвать индием». Концентраты солей нового элемента обнаруживались даже без спектроскопа – по интенсивному синему окрашиванию пламени горелки. Этот цвет был очень похож на цвет красителя индиго, отсюда – название элемента. Методами спектрального анализа были открыты также галлий, гелий, аргон, неон, криптон, ксенон, по спектрам в рентгеновских лучах – гафний и рений.

Ко второму типу относится свечение, не связанное с нагреванием – это и есть люминесценция в строгом смысле этого слова. Ее можно видеть в огнях рекламы (которую по традиции иногда называют «неоновой»); светятся экраны телевизоров и компьютеров, таблички «выход» в залах театров и кинотеатров, светятся цифры и стрелки на некоторых приборах, светятся ночью волны в океане и светлячки в лесу.

Механизм люминесценции может быть разным, так как существует несколько способов возбуждать электроны в атомах. Во многих лампах свет испускают ртутные пары, а энергию атомы ртути получают за счет электрического разряда. Если давление паров ртути невелико, лампа слабо светится бледно-синим светом, но зато она интенсивно излучает в невидимой ультрафиолетовой области (l = 254 нм). Ультрафиолет убивает микробов, поэтому такие лампы называются бактерицидными; их устанавливают в больницах и поликлиниках и периодически включают для стерилизации помещения. Трубки этих ламп делают из специального стекла, пропускающего ультрафиолетовый свет.

Если трубку для лампы сделать из обычного стекла, но покрыть ее изнутри специальным составом – люминофором (в переводе – «несущий свет»), получится лампа дневного света. Люминофор, поглощая невидимый и вредный для глаз ультрафиолет, сам начинает светиться. Лампы дневного света часто имеют приятный желтоватый оттенок, приближающий его к солнечному; соответственно бывают люминесцентные лампы дневного, белого, тепло-белого и холодно-белого света. Эти лампы значительно экономичнее ламп накаливания: современная 11-ваттная люминесцентная лампа дает света столько же, сколько 75-ваттная лампа накаливания! Срок службы люминесцентных ламп также в 2–2,5 раза больше. Еще одно преимущество – трубка люминесцентной лампы чуть теплая, о нее невозможно обжечься, значит, уменьшается опасность возгорания или оплавления пластмассового светильника. Но есть у люминесцентных ламп и неприятная особенность: в них содержится немного ртути, и когда такие лампы просто выбрасывают на свалку, где они бьются, то это приводит к загрязнению воздуха и почвы ядовитым металлом.

Если к парам ртути в лампе добавить под давлением инертный газ, а трубку сделать из тугоплавкого кварцевого стекла, можно значительно повысить температуру в ней и получить лампу типа «горное солнце». Такие лампы используют в медицинских целях, а также для получения искусственного загара в зимнее время (особенно в северных районах России, где мало естественного солнечного ультрафиолета).

Ртутные лампы высокого давления, наподобие тех, что применяют в кабинетах физиотерапии, используют и для освещения улиц. Эти лампы двойные: внутри у них кварцевая лампа, а снаружи – большой стеклянный баллон, также покрытый изнутри люминофором, который излучает свет, несколько напоминающий дневной. Такие лампы могут иметь мощность в десятки киловатт; их используют для освещения площадей, стадионов, железнодорожных узлов – везде, где требуется создать хорошее освещение на большой площади. Для этой цели используют также ксеноновые лампы сверхвысокого давления.

В последние десятилетия для уличного освещения начали широко использовать натриевые лампы, дающие желтовато-оранжевый цвет. Свет в этих лампах испускают пары натрия (иногда с добавками других металлов). Свет этих ламп довольно далек от дневного, но зато они экономичнее, так как при той же затрате электроэнергии дают значительно большую освещенность.

В веществах-люминофорах могут происходить различные физические процессы. Чтобы люминофор светился, его надо возбуждать, т.е. подводить энергию. Делать это можно разными способами. Самый распространенный способ возбуждения – светом, видимым или ультрафиолетовым (фотолюминесценция). Электроны с избыточной энергией могут излучить свет практически сразу – за время порядка стомиллионной доли секунды после поглощения возбуждающего фотона. В таком случае излучение называется флуоресценцией – от названия минерала флюорита CaF2, у которого впервые обнаружено это явление. Флуоресцируют синеватым светом кристаллы нафталина на солнечном свету, зеленоватым светом – растворов флуоресцеина или эозина (эти красители иногда добавляют к шампуням и экстрактам для ванн), ярко светятся на солнечном свету особые краски бакенов, цветных афиш, деталей одежды, фломастеров (маркеров). Это так называемые дневные флуоресцирующие красители – органические соединения, поглощающие ультрафиолетовые и синие солнечные лучи и излучающие зеленые, оранжевые или красные. Сильной флуоресценцией обладает хинин, соединение с исключительно горьким вкусом. Он используется как лекарство от малярии, его также добавляют к различным тонизирующим напиткам. Малые добавки хинина придают напиткам чуть горьковатый привкус, а также… способность ярко светиться под действием ультрафиолетовых лучей!

Флуоресцирующие красители входят в состав многих моющих средств. Здесь они выполняют роль оптических отбеливателей. Их назначение – преобразовать ультрафиолетовую часть солнечного света в голубой, синий и фиолетовый свет. Таким образом они «подправляют» чуть желтоватый цвет ткани так, что она кажется чисто белой. Этот прием известен с древности, только вместо синтетических флуоресцирующих красителей раньше подкрашивали ткань синькой.

Иногда фотолюминесценция не исчезает сразу после прекращения действия источника возбуждения, а может продолжаться несколько секунд, минут, а иногда и часов. Это фосфоресценция (от латинского phos – свет и phoros – несущий). Фосфоресценцию органических молекул можно наблюдать только в специальных условиях в лабораториях. А вот неорганические фосфoры – это те самые люминофоры, которыми покрыты изнутри лампы дневного света. Чаще всего это различные оксиды, сульфиды, фосфаты и силикаты. Кроме этих веществ, в состав люминофора вводят активирующие добавки сурьмы, марганца, олова, серебра, меди и других тяжелых металлов. Примером могут служить (Zn,Sr)3(PO4)2·Sn, BaSi2O5·Pb. В мировом выпуске всех классов люминофоров их доля составляет примерно 90%.

От ламп дневного света не требуется, чтобы они светились после отключения от сети. Но бывают люминофоры с длительным послесвечением, их используют для покрытия циферблатов и стрелок измерительных приборов. Если такой люминофор длительного действия «насветить» несколько минут на солнце, то потом в темноте в течение нескольких часов он будет светиться – сначала ярко, потом все более тускло.

Люминофоры для экранов телевизоров, мониторов, осциллографов относятся к катодолюминофорам – они возбуждаются пучком электронов (раньше их называли катодными лучами). Еще в конце 19 в. были найдены вещества, ярко светящиеся под действием электронов. В настоящее время по масштабам мирового производства (сотни тонн в год) катодолюминофоры занимают второе место после ламповых люминофоров. Некоторые из них перестают светиться после прекращения возбуждения очень быстро; если бы, к примеру, люминофор на экране телевизора светился хотя бы секунду после того, как с него ушел «рисующий» изображение электронный луч, картинка на экране была бы полностью смазана. Другие люминофоры, наоборот, должны обладать послесвечением. Ими покрыты экраны с «памятью» (в некоторых осциллографах, радиолокационных трубках). Для получения цветного изображения используют люминофоры со специальными активаторами. Например, в цветных телевизорах синее свечение экрана может давать ZnS·Ag, зеленое – (Zn,Cd)S·Cu,Al, красное – Y2(O,S)3·Eu. Разработаны и другие композиции, в которых сочетание трех основных цветов в различных соотношениях дает миллионы разнообразных оттенков. Используются они и при производстве компьютеров – для экранов цветных мониторов (если посмотреть в сильную лупу на белый экран, можно увидеть цветные светящиеся точки – пиксели). К катодолюминофорам близки ретгенолюминофоры, которыми покрыты экраны в рентгеновских кабинетах – они светятся под действием рентгеновских лучей. Кроме уже упомянутых люминофоров, здесь могут использоваться CaWO4, BaSO4·Pb и другие.

В отдельный класс выделяют электролюминофоры – вещества, светящиеся под действием электрического поля. Они непосредственно преобразуют электрическую энергию в световую, потребляя очень малую мощность и обладая очень большим сроком службы. Однако светимость электролюминофоров мала, поэтому их используют обычно для световой сигнализации. Например, надпись «выход», светящаяся зеленым светом в концертных залах, театрах и кинотеатрах, – это как раз пример электролюминофора.

Наконец, последний класс люминофоров – радиолюминофоры, свечение которых возбуждается излучением естественных или искусственных радиоактивных препаратов. Такие люминофоры могут светиться годами, а срок их работы часто обусловлен разрушающим действием радиации на люминофор. Радиолюминофоры сыграли в свое время огромную роль в изучении явлений радиоактивности: до изобретения электроизмерительных приборов (ионизационной камеры, счетчика Гейгера – Мюллера) ими покрывали небольшие пластинки и затем в полной темноте подсчитывали число вспышек на пластинке, чтобы определить интенсивность излучения от разных источников. Раньше радиолюминофором служил тетрацианоплатинат(II) бария Ba[Pt(CN)4]·4Н2О. Под действием радиации в нем возбуждается яркая желто-зеленая люминесценция. Сейчас используют значительно более дешевые люминофоры, например, активированный медью сульфид цинка. Раньше радиолюминофором – светящимся составом постоянного действия с примесью радиоактивного препарата покрывали стрелки и цифры часов. Из-за вредности (в основном для рабочих, занятых на производстве) такие часы сейчас не делают.

Особую группу светящихся веществ составляют соединения, испускающие свет за счет энергии химических реакций. Это явление называется хемилюминесценцией. Светиться могут гнилушки, светляки, некоторые морские одноклеточные организмы. Светятся и многие морские животные, обитающие как на поверхности моря, так и в его глубине. Это примеры биолюминесценции – свечения в живых организмах. Причина всех описанных явлений – химические реакции, идущие с выделением энергии. Обычно эта энергия выделяется в виде тепла, но в редких случаях часть ее переходит в световую. В живых организмах такие реакции (как и все другие) регулируются ферментами.

Известны и неферментативные химические реакции, в ходе которых наблюдается хемилюминесценция. Еще в 1669 алхимик из Гамбурга Хенниг Бранд случайно открыл белый фосфор по его свечению в темноте. Впоследствии химики выяснили, что белый фосфор легко испаряется, и светятся его пары, когда они реагируют с кислородом воздуха. В результате был открыт совершенно новый класс химических реакций.

Свечение паров фосфора, хотя и привело к важному научному открытию, не имеет практического значения. Однако химики обнаружили, что при окислении некоторых органических веществ, например, перекисью водорода, энергия реакции почти со 100%-ной эффективностью преобразуется в световую. При этом наблюдается настолько яркая хемилюминесценция, что ее можно видеть даже при дневном освещении. Это явление используют, например, для производства игрушек и украшений. Их делают в виде прозрачных пластмассовых трубочек, в которых запаяна ампула с перекисью водорода, а также раствор дифенилового эфира щавелевой кислоты и флуоресцентный краситель. Если ампулу раздавить, эфир начнет окисляться, энергия этой реакции передается на краситель, который и светится. Его цвет может быть разным – оранжевым, голубым, зеленым – в зависимости от красителя. Чем быстрее идет реакция окисления, тем ярче свечение, но тем быстрее оно прекращается. Подбором компонентов получают яркое (можно читать в темноте) свечение, которое затухает в течение примерно 12 часов – для карнавала или дискотеки этого вполне достаточно.

Илья Леенсон

Цвета других газов

Цвет свечения молекулярных газов и паров ртути
Другие газы при возбуждении испускают фотоны других цветов. Например, пары ртути, которая содержит в атоме 80 электронов, при возбуждении излучают голубой свет. Разница между голубым и красным светом — это разница в энергии фотонов. Фотоны, испускаемые атомом ртути, обладают более высокой энергией, чем фотоны атомов неона. Натриевые лампы, используемые для освещения автострад, излучают ярко – желтый свет. Его фотоны более энергоемки, чем фотоны красного света, но менее энергоемки, чем фотоны синего.

Интересно: Почему алмаз не видно на рентгене?

Когда электрический ток протекает по неоновой трубке, некоторые атомы возбуждаются (при столкновении с электронами), другие же остаются в нормальном невозбужденном состоянии. Затем они меняются местами. Каждый атом выглядит, как мерцающая лампочка: то один мигнет, то другой. В результате мы воспринимаем неоновую трубку, светящуюся ровным светом. Когда ток выключается, неон приходит в своё обычное состояние, то есть становится бесцветным.

Часто задаваемые вопросы о светящихся в темноте изделиях

Светящиеся в темноте предметы, сделанные моими руками, покрашены современными красками на основе кристаллов люминофоров (это специальные кристаллы, способные накапливать свет, а потом постепенно его отдавать).

Насколько эти предметы безопасны?

Несмотря на фосфоресцентный эффект краски на основе люминофоров ничего общего не имеют с фосфором. Они не токсичны, не радиоактивны.

Люминесцентные краски, а именно так называются эти краски, имеют сертификаты безопасности, положительные заключения СЭС и тому подобное.

Они абсолютно безопасны для людей, животных и растений!

Как сделать, чтобы предмет начал светиться в темноте?

Люминофоры — своеобразные «ловушки» для света.

Если Вы вынете изделие из шкафа, коробки или другого темного места, светиться оно не будет, так как в темном месте истратило весь заряд света. Чтобы изделие светилось, его надо зарядить!

Никакого дополнительного оборудования для зарядки не надо.

Люминофоры впитывают любой свет — свет от солнца, фонарика, ламп, ультрафиолетовых ламп, просто обычного дневного освещения, а с наступлением темноты начинают его отдавать.

Для зарядки изделия достаточно положить его на освещенное место на 20-40 минут (пройтись по улице, положить на подоконник, на стол и т.п.).

Под ультрафиолетовой лампой для полной зарядки люминофоров достаточно 10-20 минут. Более того, в свете такой лампы свечение появляется сразу, без какой-либо первоначальной зарядки. Т.е. на дискотеке, в клубе и других помещениях с ультрафиолетовым освещением люминесцентные предметы всегда будут ярко светиться и одновременно заряжаться!

Как долго светятся такие изделия?

Наиболее ярко люминофоры светятся первые 40 минут.

В первые 20-30 минут отдают примерно 50% всего света, остальная энергия «растягивается» на 2-3-6-10 часов.

Время послесвечения зависит от цвета краски, качества люминофора, а также от цвета свечения, от интенсивности и длительности зарядки светом, от температуры окружающего воздуха, от цвета поверхности, на которую наносится краска… Особенно яркое свечение – сразу после зарядки светом.

В интерьере это легко осуществимо – выключил свет и получил темноту. На улице же солнце заходит постепенно, и люминесцентная краска постепенно снижает свой уровень зарядки. Когда наступает темнота – часть энергии уже израсходована.

Каково время службы светящихся в темноте предметов?

Люминофоры со временем не теряют своих качеств, их можно заряжать бесконечное количество раз.

Первое знакомство со светящимися красками и светящимися в темноте предметами часто вызывает восхищение и в то же время порождает огромное количество вопросов.

В этой заметке перечислены ответы на самые распространенные из них. Если после ее прочтения у Вас еще остались вопросы, задавайте их мне, и я постараюсь дать понятный и исчерпывающий ответ.

Как это работает?

Сам эффект называется «биолюминесценция» — это нетепловое свечение в живой системе. Светятся светлячки, некоторые глубоководные рыбы, грибы, бактерии. Свечение происходит благодаря окислению молекул люциферинов ферментом люциферазой. Всего известно около 40 биолюминесцентных систем, включающих семь различных типов люцифераз.

Предоставлено пресс-службой Российского научного фонда

Светящихся растений в природе не бывает. Сделать их искусственно пытались и раньше: например, десять лет назад группа под руководством Александра Кричевского встроила бактериальную люминесцентную систему в растения, но сделать их достаточно яркими не получилось: оказалось сложно совместить прокариотическую биохимическую цепочку с эукариотами.

В 2020 году наша группа описала люминесцентную систему грибов. Мы изучили синтез люциферина во вьетнамском светящемся грибе Neonotopanus nambi

и выяснили, что грибной люциферин — это 3-гидроксигиспидин, который образуется из кофейной кислоты, обычного метаболита растений, поэтому химический цикл назвали «циклом кофейной кислоты». Через год мы определили все гены, отвечающие за этот процесс, что открыло возможность воспроизвести его в других организмах.

Примерно полгода назад наша группа, в которую вошли ученые из ИБХ РАН, , впервые получили светящееся растение: вставили в геном табака Nicotiana tabacum

гены гриба, которые кодируют ферменты синтеза грибного люциферина (гиспидина) из кофейной кислоты, ген люциферазы и фермент для превращения окисленного люциферина обратно в кофейную кислоту. Растения, которые мы получили, светятся в 10-100 раз ярче «бактериальных». Теперь результаты эксперимента, который поддерживало «Сколково» и РНФ, опубликованы в
Nature Biotechnology.
Кофейная кислота есть во всех растениях, поэтому светиться, в принципе, можно заставить любое.

А купить такой росток можно?

Компания Planta не собирается продавать светящийся табак, мы сейчас работаем над получением светящихся разновидностей традиционных декоративных растений. Я не могу назвать их все, но скажу, что идет работа над розами, орхидеями, всего их около дюжины сортов. Первым светящимся растением на рынке будет, скорее всего, петуния, планируем начать продавать их уже через два года.

Мы хотим создать линейку растений и занять свои ниши во всех сегментах декоративных растений — от срезанных цветов до газонной травы и кустарников.

Текст подготовил Сергей Кузнецов

Законно ли это в России?

Наши растения подпадают под регулирование, касающееся ГМ-организмов — но эксперименты с ГМ-растениями не запрещены, регулирование в основном касается выращивания модифицированных растений в открытом грунте.

Tatiana Mitiouchkina et al. / Nature Biotechnology, 2020

Мы собираемся создать растения, которые смогут пройти все необходимые проверки и получить разрешение для продажи на рынке. Рассчитываем, что получение всех необходимых сертификатов и лицензий займет два-три года.

Как ярко?

Разные части растений светятся с разной яркостью. Например, листья выращенных нами растений светились с интенсивностью около 20 миллиардов фотонов в минуту на квадратный сантиметр, а цветы — порядка 30 миллиардов.

Tatiana Mitiouchkina et al. / Nature Biotechnology, 2020

В темной комнате такие растения позволяют видеть предметы вокруг, стены. После того, как глаза привыкнут к темноте, при таком свете можно даже разобрать текст.

Зачем нужны такие растения?

Это совершенно новый инструмент для ученых, он позволит узнать о биохимических процессах в растениях множество вещей, которые раньше были нам совершенно недоступны.

В животных это делают с помощью GFP — зеленого флуоресцентного белка. Ген GFP пришивается к какому-то биологическому процессу, который вы хотите изучить, а дальше вы сидите и ждете, когда он «загорится» под действием ультрафиолета. Засветился — значит белок экспрессируется и помеченная вами система работает.

С растениями этот метод не работает. Растительная ткань очень плотно пигментирована — там и хлорофилл, и каротиноиды, они все флуоресцируют. Если растительную ткань поместить под микроскоп, вы увидите поток флюоресценции, на фоне которого увидеть полезный сигнал почти невозможно.

Planta & Light Bio

Поэтому использовались не флуоресцентные репортеры, а люминесцентные — те, которые не «отсвечивают» в ответ на излучение, а светятся сами. Наблюдать за ними, соответственно, надо в темноте. Но поскольку растения сами не вырабатывают люциферин, его надо физически вводить туда, где он должен сработать. Это неудобно и дорого.

А «кофейная» система не требует никаких дополнительных опрыскиваний, поливаний, она работает сама по себе, поскольку встроена в растительный метаболизм. Ее достаточно «привязать» к нужному вам биохическому процессу, и затем просто наблюдать за тем, что происходит. Это, по большому счету, первая удобная репортерная система для растений, это своего рода растительный аналог GFP.

Потенциальных задач для такой системы очень много. Например, можно ее использовать для изучения реакций растений на стрессы — высокую температуру, высокую соленость, болезни, а потом с опорой на эти данные вывести устойчивые сорта. Десятки лабораторий со всего мира уже обратились к нам, запросили гены, семена — мы помогаем, отправляем им, например, готовые плазмиды.

Готового коммерческого продукта у нас нет. Но если к нам обратится компания, которая захочет выращивать такие растения на продажу, то они должны будут купить у нас лицензию.