Weird Science

Chemiluminescencja tlenu singletowego

Ilustracja

Świe­cący gaz

Tlen jest gazem występu­jącym w postaci dwu­a­to­mo­wych cząste­czek. Dla O2 sta­nem pod­sta­wo­wym jest forma try­ple­towa (3O2). Cząsteczka z wszyst­kimi spa­ro­wa­nymi elek­tro­nami (forma sin­gle­towa 1O2) jest w sta­nie wzbu­dzo­nym, o wyższej ener­gii. Jest to bar­dzo nie­ty­powa sytu­a­cja, ponie­waż w przy­padku innych pier­wiast­ków jest zwy­kle odw­rot­nie. Stan sin­gle­towy jest nie­tr­wały i może spon­ta­nicz­nie przejść w tri­ple­towy. Różn­ica ener­gii jest odda­wana do śro­do­wi­ska w for­mie pro­mie­nio­wa­nia. Docho­dzi więc do che­mi­lu­mi­ne­scen­cji.

By to spraw­dzić wytwo­rzymy nie­wiel­kie ilo­ści tlenu w sta­nie sin­gle­to­wym.

Czego potrze­bu­jemy?

Tym razem potrze­bu­jemy kilku dosyć nie­bez­piecz­nych odczyn­ni­ków:

Ostrze­że­nie: W tym doświad­cze­niu wyko­rzy­stuje się NaOH, który jest mocną zasadą i ma silne dzia­ła­nie żrące. Per­hy­drol jest także żrący; w zetk­nięciu ze skórą wywo­łuje zmiany mar­twi­cze. Należy bezw­zględ­nie uni­kać zanie­czysz­cze­nia oczu lub skóry! Konieczne jest sto­so­wa­nie ręka­wic i oku­la­rów och­ron­nych! Chlor jest sil­nie tru­jący, doświad­cze­nie trzeba pro­wa­dzić pod wyciągiem lub na zew­nątrz! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Trzeba bezw­zględ­nie prze­strze­gać powyższych środ­ków bez­pie­czeńs­twa! Lepiej nie igno­ro­wać tych ostrze­żeń, bo może się to skończyć trwa­łym kalec­twem lub śmier­cią.

Jeśli cho­dzi o chlor to naj­wy­god­niej byłoby go pozy­ski­wać z odpo­wied­niej butli gazo­wej. W razie braku chloru można go wytwo­rzyć w reak­cji KMnO4 z kwa­sem sol­nym lub przez elek­tro­lizę tego kwasu.

Doświad­cze­nie

Naj­pierw musimy spo­rządzić roz­twór wodo­ro­tlenku sodu. W 35cm3 wody desty­lo­wa­nej należy roz­pu­ścić 5g NaOH. W innej zlewce odmie­rzamy 7,5cm3 H2O2. Oba roz­twory musimy sch­ło­dzić do tem­pe­ra­tury 2-4°C.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Kiedy roz­twory będą odpo­wied­nio sch­ło­dzone to należy je zlać razem i szybko wymie­szać. Następ­nie przez roz­twór prze­pusz­czamy stru­mień chloru. Chlor naj­le­piej dostar­czać rurką z wąskim ujściem. Można w tym celu wyko­rzy­stać szklaną pipetę pasteu­row­ską, tak jak na poniższym zdjęciu:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Po zaciem­nie­niu labo­ra­to­rium możemy z łatwo­ścią dostrzec jasno­czer­woną poświatę pow­sta­jącą wokół stru­mie­nia chloru. Prze­bieg doświad­cze­nia został uwi­docz­niony na moim fil­mie:

Zdjęcia przy wydłu­żo­nym cza­sie eks­po­zy­cji pozwa­lają doce­nić piękno tego zja­wi­ska:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Doświad­cze­nie można też prze­pro­wa­dzić ina­czej. Alka­liczny roz­twór nad­tlenku wodoru należy wlać wtedy do butelki, a chlor wpro­wa­dzić nad powierzch­nię cie­czy. Chlor jest cięższy od powie­trza, więc wypełn­ia­jąc naczy­nie powo­duje wypar­cie z niego powie­trza. W cza­sie wytrząsa­nia mie­sza­nina roz­bły­skuje jasnym świa­tłem:

Wyja­śnie­nie

W sil­nie zasa­do­wym roz­two­rze wodo­ro­tlenku sodu i nad­tlenku wodoru docho­dzi do reak­cji z chlo­rem, dzięki czemu pow­staje pod­ch­lo­ryn:

Cl2 + 2OH- → ClO- + Cl- + H2O

Następ­nie nad­tle­nek wodoru rea­guje z jonem pod­ch­lo­ry­no­wym dając w wyniku jon nad­tle­no­ch­lo­rowy:

ClO- + 2H2O2 → ClOO- + 2H2O

Jon nad­tle­no­ch­lo­rowy jest bar­dzo nie­tr­wały i szybko roz­pada się na cząsteczkę tlenu i jon chlor­kowy:

ClOO- → 1O2 + Cl-

Pow­stały tlen zgod­nie z zasadą zacho­wa­nia spinu jest w sta­nie sin­gle­to­wym. Stan wzbu­dzony tlenu 1O2 jest nie­tr­wały. Oddaje on ener­gię pro­mie­ni­stą o dłu­go­ści fali rów­nej 634nm (świa­tło czer­wone), a sam prze­ksz­tałca się w stan try­ple­towy 3O2 o niższej ener­gii.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa