Waarom Wintergreen Lifesavers Spark in the Dark Triboluminescentie

Al tientallen jaren spelen mensen in het donker met triboluminescentie met Lifesavers-snoep met wintergroene smaak. Het idee is om het harde, donutvormige snoepje in het donker te breken. Gewoonlijk kijkt een persoon in een spiegel of tuurt hij in de mond van een partner terwijl hij het snoepje kraakt om de resulterende blauwe vonken te zien.

Hoe Candy Spark in the Dark te maken

• wintergroen hard snoep (bijv. Wint-o-Green Lifesavers
• tanden, hamer of tang

Je kunt elk van een aantal harde snoepjes gebruiken om triboluminescentie te zien, maar het effect werkt het beste met snoep met wintergroene smaak, omdat wintergroene oliefluorescentie het licht verbetert. Selecteer een harde, witte snoep, omdat de meeste heldere harde snoepjes niet goed werken. 

Om het effect te zien:

• Droog je mond met een papieren handdoek en kneed het snoepje met je tanden. Gebruik een spiegel om licht uit je eigen mond te zien of kijk hoe iemand anders in het donker snoep kauwt.
• Plaats het snoep op een hard oppervlak en sla het met een hamer. Je kunt het ook verpletteren onder een doorzichtige plaat plastic.
• Plet het snoepje in de kaken van een tang

U kunt het licht vastleggen met een mobiele telefoon die goed werkt bij weinig licht of een camera op een statief met een hoog ISO-nummer. De video is waarschijnlijk eenvoudiger dan het maken van een foto.

Hoe triboluminescentie werkt

Triboluminescentie is licht geproduceerd tijdens het slaan of wrijven van twee stukken van een speciaal materiaal samen. Het is in feite licht van wrijving, omdat de term uit het Grieks komt tribein, wat betekent "wrijven" en het Latijnse voorvoegsel lumin, wat "licht" betekent. Over het algemeen treedt luminescentie op wanneer energie wordt ingevoerd in atomen door warmte, wrijving, elektriciteit of andere bronnen. De elektronen in het atoom absorberen deze energie. Wanneer de elektronen terugkeren naar hun gebruikelijke toestand, komt de energie vrij in de vorm van licht.

Het spectrum van het licht dat wordt geproduceerd door de triboluminescentie van suiker (sucrose) is hetzelfde als het spectrum van bliksem. Bliksem is afkomstig van een stroom elektronen die door de lucht gaan en de elektronen opwekken van stikstofmoleculen (de primaire component van lucht), die blauw licht uitzenden wanneer ze hun energie vrijgeven. Triboluminescentie van suiker kan op zeer kleine schaal worden gezien als bliksem. Wanneer een suikerkristal wordt belast, worden de positieve en negatieve ladingen in het kristal gescheiden, waardoor een elektrisch potentieel wordt gegenereerd. Als er voldoende lading is verzameld, springen de elektronen over een breuk in het kristal en botsen ze op opwindende elektronen in de stikstofmoleculen. Het meeste licht dat wordt uitgestraald door stikstof in de lucht is ultraviolet, maar een kleine fractie bevindt zich in het zichtbare gebied. Voor de meeste mensen lijkt de emissie blauwachtig wit, hoewel sommige mensen een blauwgroene kleur onderscheiden (menselijk kleurzicht in het donker is niet erg goed).

De uitstoot van wintergroen snoep is veel helderder dan die van sucrose alleen omdat wintergroene smaak (methylsalicylaat) fluorescerend is. Methylsalicylaat absorbeert ultraviolet licht in hetzelfde spectrale gebied als de bliksememissies die door de suiker worden gegenereerd. De methylsalicylaatelektronen worden geëxciteerd en stralen blauw licht uit. Veel meer van de wintergroene emissie dan de oorspronkelijke suikeremissie bevindt zich in het zichtbare deel van het spectrum, dus wintergroen licht lijkt helderder dan sucroselicht.

Triboluminescentie is gerelateerd aan piëzo-elektriciteit. Piëzo-elektrische materialen genereren een elektrische spanning door de scheiding van positieve en negatieve ladingen wanneer ze worden samengedrukt of uitgerekt. Piëzo-elektrische materialen hebben in het algemeen een asymmetrische (onregelmatige) vorm. Sucrose-moleculen en kristallen zijn asymmetrisch. Een asymmetrisch molecuul verandert zijn vermogen om elektronen vast te houden wanneer het wordt samengedrukt of uitgerekt, waardoor de verdeling van de elektrische lading verandert. Asymmetrische, piëzo-elektrische materialen hebben meer kans triboluminescent te zijn dan symmetrische stoffen. Ongeveer een derde van de bekende triboluminescente materialen is echter geen piëzo-elektrische en sommige piëzo-elektrische materialen zijn niet triboluminescent. Daarom moet een extra kenmerk de triboluminescentie bepalen. Onzuiverheden, wanorde en defecten komen ook veel voor in triboluminescente materialen. Deze onregelmatigheden, of gelokaliseerde asymmetrieën, zorgen ook voor het verzamelen van een elektrische lading. De exacte redenen waarom bepaalde materialen triboluminescentie vertonen, kunnen voor verschillende materialen verschillend zijn, maar het is waarschijnlijk dat kristalstructuur en onzuiverheden primaire bepalende factoren zijn of een materiaal triboluminescent is of niet.

Wint-O-Green Lifesavers zijn niet de enige snoepjes die triboluminescentie vertonen. Normale suikerklontjes zullen werken, net als zowat elk ondoorzichtig snoepje gemaakt met suiker (sucrose). Transparant snoep of snoep gemaakt met kunstmatige zoetstoffen werkt niet. De meeste kleefbanden zenden ook licht uit wanneer ze zijn weggereten. Amblygoniet, calciet, veldspaat, fluoriet, lepidoliet, mica, pectoliet, kwarts en sphaleriet zijn allemaal mineralen waarvan bekend is dat ze triboluminescentie vertonen wanneer ze worden geslagen, gewreven of bekrast. Triboluminescentie varieert sterk van mineraalmonster tot monster, zodat het niet waarneembaar is. Sphaleriet- en kwartsmonsters die doorzichtig zijn in plaats van transparant, met kleine breuken in het gesteente, zijn de meest betrouwbare.

Manieren om triboluminescentie te zien

Er zijn verschillende manieren om triboluminescentie thuis te observeren. Zoals ik al zei, als je Lifesavers met een wintergroene smaak bij de hand hebt, ga dan naar een zeer donkere kamer en verpletter de snoepjes met een tang of een vijzel. Kauwen op het snoepje terwijl je jezelf in de spiegel bekijkt, zal werken, maar het vocht uit speeksel zal het effect verminderen of elimineren. Twee suikerklontjes of stukjes kwarts of rozenkwarts in het donker wrijven werkt ook. Het krassen van kwarts met een stalen pen kan ook het effect aantonen. Ook zullen bij het plakken / losmaken van de meeste kleefbanden triboluminescentie optreden.

Gebruik van triboluminescentie

Meestal is triboluminescentie een interessant effect met weinig praktische toepassingen. Het begrijpen van de mechanismen kan echter helpen andere soorten luminescentie te verklaren, waaronder bioluminescentie in bacteriën en aardbevingslichten. Triboluminescente coatings kunnen worden gebruikt in teledetectietoepassingen om mechanische storingen te signaleren. Een referentie vermeldt dat onderzoek aan de gang is om triboluminescente flitsen toe te passen om auto-ongelukken te detecteren en airbags op te blazen.