Weird Science

Chemiluminescencja luminolu w rozpuszczalniku organicznym

Che­miczna latarka

Wiele sub­stan­cji wyka­zuje zdol­ność do che­mi­lu­mi­ne­scen­cji, między innymi lucy­fe­ryna z lucy­fe­razą, biały fos­for, sin­gle­towa odmiana tlenu, lofina czy układ piro­ga­lol-for­mal­de­hyd. Naj­sil­niej­szą lumi­ne­scen­cję daje utle­niany w śro­do­wi­sku alka­licz­nym lumi­nol. Trzeba jed­nak zazna­czyć, że woda jest sil­nym inhi­bi­to­rem che­mi­lu­mi­ne­scen­cyj­nych wła­ści­wo­ści lumi­nolu. Z tego powodu w reak­cjach pro­wa­dzo­nych w śro­do­wi­sku wod­nym konieczne jest uży­cie ener­gicz­nego utle­nia­cza, na przy­kład nad­tlenku wodoru H2O2, oraz odpo­wied­nich kata­li­za­to­rów, jak choćby związ­ków kom­plek­so­wych żelaza (w tym znaj­du­jącej się w krwi kręgow­ców hemo­glo­biny) lub mie­dzi. W pew­nych roz­pusz­czal­ni­kach orga­nicz­nych reak­cja zacho­dzi dużo efek­tyw­niej. Emi­sja pięk­nego, nie­bie­sko-zie­lo­nego świa­tła nie trwa wtedy jedy­nie kilka sekund, jak w przy­padku roz­two­rów wod­nych, lecz nawet kilka godzin!

Potrzebne sub­stan­cje

By móc prze­pro­wa­dzić doświad­cze­nie potrze­bu­jemy:

Ostrze­że­nie: W tym doświad­cze­niu wyko­rzy­sty­wany jest wodo­ro­tle­nek potasu, który jest mocną zasadą i ma silne dzia­ła­nie żrące. Dime­ty­lo­sul­fo­tle­nek jest tok­syczny. Lumi­nol ma dzia­ła­nie aler­go­genne i jest podej­rze­wany o wła­ści­wo­ści rako­twór­cze! Należy bezw­zględ­nie uni­kać zanie­czysz­cze­nia oczu lub skóry! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Wodo­ro­tle­nek potasu KOH można zastąpić wodo­ro­tlen­kiem sodu NaOH, zaś w razie braku dime­ty­lo­sul­fo­tlenku C2H6OS zamien­nie wyko­rzy­stać dime­ty­lo­for­ma­mid C3H7NO, jed­nak otrzy­many efekt może być nieco słab­szy.

Wszyst­kie użyte sub­stan­cje, a także naczy­nie, w którym będzie prze­pro­wa­dzana reak­cja, muszą być bezw­zględ­nie suche! Nawet ślad wil­goci może unie­możl­i­wić otrzy­ma­nie pożąda­nych wyni­ków.

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

Spo­sób prze­pro­wa­dze­nia

W kol­bie umiesz­czamy 25cm3 dime­ty­lo­sul­fo­tlenku C2H6OS, 0,5g wodo­ro­tlenku potasu KOH oraz nie­wielką ilość (na końcu szpa­tułki) lumi­nolu. Zawar­tość kolby trzeba następ­nie bar­dzo inten­syw­nie wytrząsać. Po pew­nym cza­sie, od kilku do kil­ku­dzie­sięciu sekund, mie­sza­nina zaczyna jasno świe­cić.

Barwa emi­to­wa­nego świa­tła jest nie­bie­sko-zie­lona, nieco inna niż w przy­padku wod­nego roz­tworu lumi­nolu.

Ilustracja: luminescencja w DMSO

luminescencja w DMSO

Czas świe­ce­nia roz­tworu może docho­dzić do kilku godzin. Jasność świa­tła jest tak duża, że z łatwo­ścią umożl­i­wia czy­ta­nie druku, jak to widać poni­żej:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Dla zain­te­re­so­wa­nych dodam, że książka to "Zew krwi" Jacka Lon­dona.

Wyja­śnie­nie

Świe­ce­nie roz­tworu jest związane z utle­nia­niem lumi­nolu w śro­do­wi­sku alka­licz­nym. Woda jest sil­nym inhi­bi­to­rem tej reak­cji, dla­tego koniecz­nie jest uży­cie ener­gicz­nego utle­nia­cza (np. H2O2 lub KMnO4) oraz odpo­wied­nich akty­wa­to­rów. Dodat­kowo wydaj­ność kwan­towa che­mi­lu­mi­ne­scen­cji wynosi wtedy mak­sy­mal­nie 0,001, co ozna­cza, że zale­d­wie jedna na tysiąc utle­nia­nych cząste­czek lumi­nolu staje się źródłem kwan­tów świa­tła, a ener­gia pozo­sta­łych roz­pra­sza się w postaci cie­pła. W pew­nych rozusz­czal­ni­kach orga­nicz­nych, na przy­kład w dime­ty­lo­sul­fo­tlenku, wydaj­ność kwan­towa tej reak­cji jest jed­nak nawet dzie­siątki razy wyższa, a dodat­kowo zacho­dzi bez udziału żad­nych akty­wa­to­rów, nawet pod wpły­wem tlenu atmos­fe­rycz­nego, wpro­wa­dzo­nego do roz­tworu pod­czas jego wytrząsa­nia.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Marek Ples

Aa