Als Lumineszenz bezeichnet man Leuchterscheinungen, die beim "Zurückfallen" von angeregten Elektronen auf tiefer liegende Energieniveaus geschehen.
Absorption von rotem und blauem Licht
Das obige Bild zeigt Energieniveaus (bindende und antibindende Molekülorbitale) eines organischen Moleküls. Links sehen wir den Grundzustand, das höchste besetzte Molekülorbital (highest occupied molecular orbital = HOMO) enthält zwei Elektronen. Durch Absorption von rotem Licht wird eines der beiden Elektronen auf das niedrigste unbesetzte Molekülorbital befördert (lowest unoccupied molecular orbital = LUMO). Durch Absorption von energiereicherem Blaulicht kann das Elektron sogar auf ein noch energiereicheres höheres Orbital befördert werden. Wenn die derart angeregten Elektronen wieder auf den Grundzustand (HOMO) zurückfallen, können sie ihre Anregungsenergie in Form von Wärme (Temperaturstrahlung) oder Licht (Photonen, elektromagnetische Strahlung) abgeben. Wird die Energie in Form von Licht abgegeben, spricht man von Lumineszenz.
Bei der Lumineszenz unterscheidet man Fluoreszenz und Phosphoreszenz. Im Alltag verwendet man die Begriffe nicht ganz korrekt. Von Fluoreszenz spricht man im Alltag, wenn die Verbindung nur dann leuchtet, wenn man sie bestrahlt. Stoppt man die Bestrahlung, hört das Leuchten sofort auf. Von Phosphoreszenz spricht man im Alltag dagegen, wenn das Leuchten auch nach dem Stoppen der Bestrahlung andauert.
Wissenschaftlich ist diese Interpretation von Phosporeszenz und Fluoreszenz nicht ganz korrekt, wie auf den entsprechenden Seiten dieser Homepage näher erläutert wird.
Je nach Art der anregenden Energie unterscheidet man folgende Lumineszenzarten:
Biolumineszenz
Diese Art der Lumineszenz ist typisch für bestimmte Tiere (Glüchwürmchen, Tiere der Tiefsee etc.), die im Dunklen leuchten können. Bei der Biolumineszenz werden bestimmte organische Verbindungen katalytisch oxidiert (durch Enzyme, die als Luciferasen bezeichnet werden). Die bei dieser Oxidation frei werdende Energie ist für die Anregung der Elektronen verantwortlich.
Chemolumineszenz
Diese Form der Lumineszenz ist bei Reaktionen anzutreffen, bei denen Atome oder Moleküle entstehen, die sich in einem angeregten Zustand befinden. Beim Zurückfallen der Elektronen auf den Grundzustand wird Energie in Form von Photonen abgegeben. Im Grunde gehört die Biolumineszenz auch dazu.
Photolumineszenz
Unter Photolumineszenz versteht man die Emission von Photonen, nachdem Moleküle durch UV-Licht, sichtbares Licht oder IR-Licht angeregt wurden. Eine chemische Reaktion ist mit dieser Photolumineszenz normalerweise nicht verbunden.