Zacząłem odgrzebywać stare szkice wpisów (mam ich 38), bo pomyślałem, że czas już je wreszcie opublikować. Na pierwszy ogień poszedł poniższy wpis o eksperymencie ilustrującym chemiluminescencję. Czekał on na publikację od lutego 2009…

Może zaczniemy od tego – czym jest chemiluminescencja?

Jest to rodzaj emisji fal elektromagnetycznych w zakresie widzialnym, czyli emisji fal świetlnych, możliwy do otrzymania w wyniku reakcji chemicznych.

Istnieją jeszcze inne rodzaje luminescencji:

  • bioluminescencja – emisja w przypadku organizmów żywych (np. kryl, Lampyris noctiluca, Photinus pyralis etc.)
  • elektroluminescencja – emisja pod wpływem przepływu prądu elektrycznego (np. w diodach LED)
  • elektronoluminescencja – emisja pod wpływem elektronów bombardujących luminofor (np. w kineskopach)
  • fotoluminescencja (fluorescencja, fosforescencja) – pochłonięcie promieniowania EM (IR, Vis, UV) i wyemitowanie pochłoniętej energii w formie promieniowania o mniejszej wartości energii niż pochłonięta (czyli mniejszej częstotliwości lub jak kto woli większej długości fali, bo E= hv, a v=c/λ) (np. świetlówki, cyfry w zegarkach)
  • krystaloluminescencja – emisja w trakcie formowania kryształów
  • radioluminescencja, scyntylacja – emisja pod wpływem promieniowania jonizującego (czyli takiego, które powoduje wyrwanie przynajmniej jednego elektronu z atomu) (np. liczniki-detektory promenowania jonizującego)
  • sonoluminescencja – emisja pod wpływem fali mechanicznej – ultradźwięków (nie znam zastosowania ani miejsca do zaobserwowania)
  • termoluminescencja – emisja pod wpływem dostarczania energii cieplnej, do momentu rozpoczęcia żarzenia (możliwe do zaobserwowanie w wielu kryształach naturalnych)
  • tryboluminescencja, mechanoluminescencja – emisja pod wpływem czynników mechanicznych – uderzenie, tarcie, skręcanie, zginanie etc. (np. uderzanie młotkiem w kostkę cukru za 5,15 zł/kg)

Teraz krótki filmik, a poniżej kilka słów wyjaśnienia:

Jeśli ktoś nie załapał wszystkich ingrediencji pokazanych na filmie, to służę listą:

  • woda destylowana
  • perhydrol – ok. 30% roztwór H2O2
  • luminol – C8H7N3O2 (3-aminohydrazyd kwasu ftalowego)
  • węglan sodu – Na2CO3 (może też być spokojnie NaOH)
  • pięciowodny (pentahydrat) siarczan (VI) miedzi (II) nazywany kiedyś sinym kamieniem – CuSO4·5H2O
  • węglan amonu – (NH4)2CO3

Jak to działa?

Przygotowujemy dwa roztwory:

A – w wodzie destylowanej rozcieńczamy perhydrol

B – w wodzie destylowanej rozpuszczamy węglan amonu, dodajemy pięciowodny siarczan (VI) miedzi (II) i dodajemy luminol.

Wiem już jak przygotować przedstawienie, teraz warto jeszcze przedstawić naszych aktorów:

  • perhydrol – będzie utleniaczem, jak pewnie większość widzów się spodziewała
  • siarczan (VI) miedzi (II) – będzie aktywatorem, a w zasadzie jony Cu2+, bo reszta nawet nie pojawi się na liście płac, czyli pomoże w naszej reakcji i nada barwę naszemu przedstawieniu
  • luminol – będzie naszym utlenianym związkiem, czyli świecącą gwiazdą wieczoru!

Ktoś mógłby zapytać po co nam potrzebny ten węglan amonu? Związek ten znacząco podwyższa pH roztworu, dzięki czemu będziemy mogli o wiele łatwiej rozpuścić luminol, którego rozpuszczalność wzrasta w środowisku zasadowym. Związane jest to z kwasowym charakterem ugrupowania hydrazydowego obecnego w sąsiedztwie dwóch grup karbonylowych.

Skoro mamy już scenę i poznaliśmy aktorów – do dzieła!

Mieszamy roztwór A z roztworem B i co się dzieje?

Zachodzi utlenienie luminolu według poniższej reakcji:

W jej wyniku obserwujemy emisję promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym nazywaną chemiluminescencją! Brawa!

Aby zrobić bardziej efektowne doświadczenie warto pokusić się o zamianę wody destylowanej na DMSO (dimetylosulfotlenek) lub DMF (dimetyloforamid). W takim wypadku możemy nawet pominąć aktywator, a świeceniem będziemy się cieszyć o wiele dłużej – nawet kilkaset minut :)

Na koniec mam pytanie do czytelników: jak najprościej otrzymać luminol? (proszę o sugestie syntez możliwych do wykonania w każdych warunkach i jednocześnie zachęcam do pobawienia się bez przeszukiwania od razu całego Internetu)