Weird Science

Chemiluminescencja luminolu aktywowana miedzią

Koro­zja mie­dzi

Che­mi­lu­mi­ne­scen­cja jest rodza­jem lumi­ne­scen­cji, w której pro­mie­nio­wa­nie widzialne pow­staje w następ­stwie reak­cji che­micz­nych. Jest to reak­cja egzo­e­ner­ge­tyczna, więc ener­gia wew­nętrzna pro­duk­tów jest niższa niż sub­stra­tów. Zgod­nie z zasadą zacho­wa­nia, ener­gia nie może znik­nąć bez­pow­rot­nie, ani pow­stać z niczego. Z tego powodu różn­ica ener­gii rea­gen­tów musi zostać oddana do śro­do­wi­ska w tej czy innej for­mie. Naj­czę­ściej dzieje się to na spo­sób cie­pła, ale w przy­padku lumi­ne­scen­cji pewna część ener­gii zostaje wypro­mie­nio­wana w postaci pro­mie­nio­wa­nia elek­tro­ma­gne­tycz­nego o dłu­go­ści odpo­wia­da­jącej świa­tłu widzial­nemu. Do sub­stan­cji rea­gu­jących w ten spo­sób można zali­czyć sin­gle­tową formę tlenu, lucy­fe­rynę, białą odmianę alo­tro­pową fos­foru, lofinę, układ piro­ga­lol-for­mal­de­hyd i inne.

Sub­stan­cją o naj­sil­niej­szych wła­ści­wo­ściach che­mi­lu­mi­ne­scen­cyj­nych jest 3-ami­no­hy­dra­zyd kwasu fta­lo­wego czyli krócej lumi­nol. Świe­ce­nie lumi­nolu może być wyzwa­lane związ­kami żelaza, na przy­kład żela­zi­cy­jan­kiem lub zawar­tym w hemo­glo­bi­nie krwi hemem.

Oka­zuje się jed­nak, że podobną rolę może pełnić miedź; jej kom­pleksy także mogą pełnić rolę ini­cja­tora świe­ce­nia w reak­cji utle­nia­nia lumi­nolu.

Potrzebne mate­riały

Do prze­pro­wa­dze­nia doświad­cze­nia potrze­bu­jemy:

Ostrze­że­nie: W tym doświad­cze­niu wyko­rzy­sty­wany jest NaOH, który jest mocną zasadą i ma silne dzia­ła­nie żrące. Per­hy­drol jest także żrący; w zetk­nięciu ze skórą wywo­łuje zmiany mar­twi­cze. Lumi­nol ma dzia­ła­nie aler­go­genne i jest podej­rze­wany o wła­ści­wo­ści rako­twór­cze! Amo­niak jest bar­dzo lotny; ma dzia­ła­nie drażn­iące, a w więk­szych stęże­niach jest tru­jący. Należy bezw­zględ­nie uni­kać zanie­czysz­cze­nia oczu lub skóry! Konieczne jest sto­so­wa­nie ręka­wic i oku­la­rów och­ron­nych! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

3-ami­no­hy­dra­zyd kwasu fta­lo­wego, bar­dziej znany jako lumi­nol, jest nie­stety sto­sun­kowo dro­gim odczyn­ni­kiem. Na szczęscie jed­nak są potrzebne bar­dzo małe jego ilo­ści, więc nawet pół grama tej sub­stan­cji wystar­czy do prze­pro­wa­dze­nia wielu cie­ka­wych reak­cji. Jego wzór struk­tu­ralny:

Ilustracja

Można go też samemu zsyn­te­zo­wać, lecz wymaga to nieco zachodu. Dla chcącego nie ma nic trud­nego! Dla tych, którzy chcie­liby samo­dziel­nie uzy­skać tę sub­stan­cję, zamiesz­czam opis prze­pro­wa­dzo­nej przeze mnie syn­tezy lumi­nolu. Poni­żej zdjęcie próbki otrzy­ma­nego w ten spo­sób związku, który został wyko­rzy­stany także w tym doświad­cze­niu.

Ilustracja: luminol

luminol

Możemy użyć mie­dzi w dowol­nej for­mie, jed­nak naj­wy­god­niej­szy jest czy­sty drut mie­dziany bez izo­la­cji. Należy go prze­czy­ścić drob­no­ziar­ni­stym papie­rem ścier­nym.

Doświad­cze­nie

Musimy przy­go­to­wać odpo­wiedni roz­twór. W 50cm3 wody desty­lo­wa­nej roz­pusz­czamy 1g NaOH, a następ­nie kilka mili­gra­mów lumi­nolu (taka ilość będzie wystar­cza­jąca, nie ma potrzeby sto­so­wać więcej). Lumi­nol sto­sun­kowo opor­nie roz­pusz­cza się w wodzie, dla­tego konieczne jest mie­sza­nie aż do roz­pusz­cze­nia. Następ­nie doda­jemy 1cm3 per­hy­drolu. Roz­twór jest nie­tr­wały, musi być przy­go­to­wy­wany bez­po­śred­nio przed doświad­cze­niem.

Jed­no­cze­śnie musimy porzy­go­to­wać drut mie­dziany. Dla lep­szego efektu można go wygiąć w jakiś inte­re­su­jący ksz­tałt. Ja zde­cy­do­wa­łem się na ufor­mo­wa­nie drutu w nazwę niniej­szej strony:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Drut umiesz­czamy w przy­go­to­wa­nym wcze­śniej roz­two­rze, jak to widać poni­żej:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Kolejną rze­czą jaką musimy zro­bić jest zaciem­nie­nie pomiesz­cze­nia. Po doda­niu kilku cm3 wody amo­nia­kal­nej roz­po­czyna się reak­cja.

Roz­twór wokół powierzchni drutu zaczyna emi­to­wać nie­bie­skie świa­tło, a po jakimś cza­sie świeci już cały roz­twór. Zja­wi­sko bar­dzo dobrze pre­zen­tuje się także na zdjęciach poni­żej.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Drut można ufor­mo­wać także w inne ksz­tałty.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Efek­tow­nie wygląda nawet spi­rala:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Wyja­śnie­nie

Mecha­nizm zacho­dzących pro­ce­sów polega na utle­nia­niu lumi­nolu w śro­do­wi­sku zasa­do­wym za pomocą H2O2 w obec­no­ści kata­li­za­tora. Dokładny opis tego pro­cesu zawar­łem tutaj. Kata­li­za­to­rem reak­cji jest tutaj miedź, a dokład­niej jej amo­nia­kalny kom­pleks.

Na powiechni mie­dzi w reak­cji z amo­nia­kiem w obec­no­ści H2O2 pow­staje kom­plek­sowy jon Cu(NH3)42+. Pod jego wpły­wem docho­dzi do utle­nia­nia lumi­nolu, co w śro­do­wi­sku zasa­do­wym jest źródłem inten­syw­nej lumi­ne­scen­cji o bar­wie nie­bie­skiej.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Marek Ples

Aa