Na začiatok treba povedať niekolko dôležitých informácií o fosfore. Ako tuhá látka sa vyskytuje v rôznych formách (v tzv. alotropických modifikáciách). Najznámejšie sú tri z nich – biely, červený a čierny fosfor. Biely fosfor je veľmi nestabilná forma fosforu. Na vzduchu podlieha oxidácii, pričom môže dôjsť aj k samovoľnému vznieteniu. Preto sa zvykne uschovávať vo vode. Biely fosfor sa vyrába v elektrických peciach reakciou fosforečnanu vápenatého s oxidom kremičitým a uhlíkom. Teplota topenia bieleho fosforu je asi 44 °C. Táto forma fosforu je veľmi jedovatá.
Červený fosfor je najznámejšou formou fosforu a pripravuje sa zahrievaním bieleho fosforu v neprítomnosti kyslíka. Červený fosfor sa síce nazýva červený, ale môže byť hnedý, fialový alebo tmavočervený. Jeho farba, hustota, teplota topenia a iné vlastnosti závisia od konkrétneho postupu prípravy. Teplota topenia červeného fosforu je relatívne vysoká (asi 590 °C). Tento fosfor nie je jedovatý a na vzduchu je stály.
Posledná forma fosforu je čierny fosfor. Je najstabilnejšou formou fosforu. Pripravuje sa zahrievaním bieleho fosforu pri vysokom tlaku (napr. 1 200 MPa). Svojimi vlastnosťami pripomína kov. Na rozdiel od predchádzajúcich dvoch foriem dobre vedie elektrický prúd.
K spomenutému svetielkovaniu fosforu treba povedať, že laický výraz svetielkovanie vo všeobecnosti označuje vyžarovanie tzv. chladného svetla, teda svetla, ktoré nevzniká v dôsledku zvýšenej teploty. Pretože tento jav v minulosti reprezentovalo svetielkovanie fosforu, dostal názov práve podľa tohto prvku – fosforescencia. V súčasnosti sa namiesto fosforescencie používajú výrazy luminiscencia, resp. fotoluminiscencia; označuje sa nimi žiarenie, ktoré nie je vyvolané tepelným vyžarovaním.
Luminiscencia patrí do podobnej kategórie dejov ako fluorescencia. Pri fluorescencii sa tiež vyžaruje chladné svetlo, avšak na rozdiel od luminiscencie vyžarovanie trvá omnoho kratšie (menej ako 10-9 sekundy). Znamená to, že takéto žiarenie dokážeme na rozdiel od luminiscencie registrovať voľným okom iba v prípade, ak trvajú príčiny, ktoré takéto žiarenie vyvolávajú. Tieto príčiny môžu byť podobné ako v prípade luminiscencie. Svetlo vzniká ako dôsledok vybudenia elektrónového obalu atómov alebo molekúl z ich štandardného stavu vyžiarením tejto získanej nadbytočnej energie pri prechode elektrónov do pôvodného stavu. Takéto vybudenie elektrónov je možné spôsobiť rôznym spôsobom. Napríklad ožiarením látky ultrafialovým, infračerveným, viditeľným alebo iným žiarením. Ak takéto vybudenie elektrónov vyvoláme svetlom s určitou vlnovou dĺžkou, emitované žiarenie má tú istú alebo väčšiu vlnovú dĺžku. V prvom prípade ide o tzv. rezonančné žiarenie, pri ktorom sa vyžiari celá energia dodaná primárnym svetlom. Spravidla je však vyžiarená energia menšia, a preto má vyžiarené svetlo väčšiu vlnovú dĺžku. Je mnoho látok, ktoré fluoreskujú. Môžu to byť látky organické aj anorganické; sú to napríklad soli uránu, mnohé minerály vrátane drahokamov, pary jódu, benzén, chlorofyl a mnoho iných. Syntetické fluorescenčné farbivá sa používajú pri ochrane bankoviek pred falšovaním, v kriminalistike na identifikáciu škvŕn po krvi, na zisťovanie pravosti drahokamov, pri detekcii konštrukčných chýb, v analytickej chémii a inde. Žiarenie sa vyvoláva spravidla UV svetlom. Metóda charakterizácie tohto typu žiarenia sa nazýva fluorescenčná spektrometria.
Na rozdiel od fluorescencie, pri luminiscenčnom žiarení je čas vyžarovania väčší, a tak látka svieti sama od seba. Inými slovami: svieti aj vtedy ak neexistujú evidentné zdroje, ktoré v čase svietenia zabezpečujú excitáciu elektrónov. Sú dve možné príčiny tohto javu. Prvá je podobná ako v prípade fluorescencie, teda, že energia dodaná vo forme primárneho žiarenia je nejakým spôsobom v tejto látke akumulovaná. V takom prípade maximálny čas dosvitu nie je velký – spravidla iba niekolko minút. Látky s dlhým dosvitom sa používajú na ciferníkoch a ručičkách hodín a dobu dosvitu si môže skontrolovať každý sám po prechode zo svetlej do tmavej miestnosti.
Druhá možná príčina luminiscencie je v tom, že dodávateľ energie na excitáciu elektrónov je skrytý v samotnej látke. Túto funkciu môže plniť napríklad prídavok stopových množstiev rádioaktívnych látok; exicitáciu potom vyvolávajú nárazy α alebo ß častíc. Je to obvyklý spôsob získania svetielkujúcich farieb a náterov na ciferníky hodín, kompasov a ďalších predmetov používaných v noci. Ich využívanie sa však z logických príčin obmedzuje. Anorganické luminofóry sa môžu pripravovať napríklad spekaním sulfidu zinočnatého s boritanom draselným a malým množstvom solí niektorých ťažkých kovov. Farbu svetla možno ovplyvňovať zmenou zloženia zmesi.
Ďalšou príčinou luminiscencie môže byť prebiehajúca chemická reakcia, kde excitácia ide na úkor energie uvoľňovanej reakciou. Tento prípad sa zohľadňuje aj v názve – označuje sa ako chemiluminiscencia. Pri takýchto reakciách vzniká medziprodukt v tzv. vzbudenom stave a prebytočná energia sa vyžaruje v podobe fotónov. To je aj prípad svetielkovania fosforu. Treba však povedať, že z uvedených foriem fosforu svetielkuje iba biely fosfor, a to v dôsledku pomalej oxidácie na vzduchu. Biely fosfor však pre svoju vysokú toxicitu a samozápalnosť nepatrí medzi veľmi bezpečné luminofóry. Redoxné reakcie sú zodpovedné za vznik jasnozeleného svetla organickej látky nazývanej luminol (C8H7N3O2), ktoré táto látka emituje v alkalickom roztoku peroxidu vodíka (H2O2). Takýchto príkladov je však mnoho.
Zvláštnym prípadom chemiluminiscencie je bioluminiscencia. Je to emitovanie chladného slabozeleného alebo slabočerveného svetla v dôsledku chemických reakcií prebiehajúcich v tkanivách živých organizmov. Takéto svetlo dokážu emitovat’ niektoré druhy hmyzu, rýb, červov, húb a mikroorganizmov, napríklad hnilobných baktérií. Najznámejší je prípad svetielkovania svätojánskej mušky, ktorá svieti v dôsledku oxidácie organickej látky luciferínu; tú zabezpečuje enzým s pôvabným názvom luciferáza (nejde teda o príbuznú samého Lucifera).
prof. Ing. Karol Jesenák, CSc.
Katedra anorganickej chémie
Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského
