Sintesi del Luminol

Le reazioni chimiche possono essere classificate come endotermiche o esotermiche a seconda che le reazioni assorbano o rilascino calore quando si trasformano in prodotti. La differenza di energia tra reagenti e prodotti è nota come entalpia della reazione. Questo si trova calcolando la differenza di energie tra i prodotti e i reagenti, o ΔH. Se ΔH è positivo, la reazione è endotermica; Se è negativo, la reazione è esotermica. Mentre le reazioni chimiche sono tradizionalmente pensate come una conversione di reagenti in prodotti, molte reazioni avvengono in più fasi, formando intermedi. Nelle reazioni chemiluminescenti, questi intermedi passano da uno stato ad alta energia allo stato fondamentale, rilasciando un fotone di luce che può essere visibile man mano che la reazione progredisce.

Livelli di energia atomica

Niels Bohr, un fisico danese, ha proposto la teoria secondo cui un elettrone in orbita attorno al nucleo dell'atomo può occupare solo determinate orbite o livelli di energia. Si dice che un atomo con tutti i suoi elettroni nel livello di energia più basso possibile sia allo stato fondamentale. Quando un elettrone occupa un livello di energia superiore allo stato fondamentale, l'atomo è nel suo stato eccitato.

Un assunto chiave nella teoria di Bohr è che un elettrone rimane nello stato fondamentale fino a quando non viene disturbato. Pertanto, un elettrone viene elevato a uno stato eccitato solo assorbendo energia. Quando l'elettrone si rilassa di nuovo allo stato fondamentale, rilascia quell'energia. Spesso, questo è sotto forma di un fotone di luce, la cui lunghezza d'onda è direttamente correlata alla differenza di energia tra lo stato eccitato e quello fondamentale.

Quando un elettrone viene eccitato a un livello di energia più elevato assorbendo luce di una certa energia o lunghezza d'onda, il fenomeno è chiamato fluorescenza. Questo effetto può essere visto se esponi una maglietta bianca lavata a una luce nera o a una luce UV. Il bagliore caratteristico è causato dalla fluorescenza del detersivo e dei composti sbiancanti nella maglietta, che la fanno sembrare bianca alla luce normale.

chemiluminescenza

In una reazione chemiluminescente, un elettrone viene eccitato assorbendo il calore che viene rilasciato durante una reazione. Quindi, la luce viene rilasciata quando l'elettrone si rilassa tornando allo stato fondamentale. La principale differenza tra chemiluminescenza e fluorescenza è che l'energia che eccita gli elettroni in chemiluminescenza proviene direttamente dalla reazione.

Un'applicazione pratica della chemiluminescenza è nei bastoncini luminosi commerciali. Un bastoncino luminoso contiene due soluzioni separate: una contenente perossido e l'altra contenente ossalato di difenile e un colorante. Quando le due soluzioni vengono miscelate, cosa che avviene dopo l'attivazione del glow stick, la reazione risultante tra il perossido e l'ossalato di difenile produce energia che eccita il colorante a uno stato energetico più elevato. Quando i reagenti sono esauriti, il colorante ritorna allo stato fondamentale e rilascia luce. Questo è ciò che conferisce ai bastoncini luminosi il loro colore caratteristico.

Luminol

Il luminol è una sostanza chimica che presenta proprietà chemiluminescenti e viene utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni, in particolare in ambito forense. Il luminol (C₈H₇N₃O₂) emette blu quando viene miscelato con un agente ossidante. Nel caso della medicina legale, il luminol reagisce con il ferro nell'emoglobina, consentendo agli scienziati forensi di identificare tracce di sangue molto piccole.

Il luminol è sintetizzato dalla reazione di disidratazione dell'acido 3-nitroftalico con l'idrazina. La reazione viene riscaldata per rimuovere l'acqua e viene aggiunto glicole trietilenico per aumentare ulteriormente la temperatura. Il gruppo nitro della 3-nitroftalidrazide viene quindi ridotto utilizzando il ditionito di sodio per formare un gruppo amminico ad alto pH. In condizioni basiche, la 3-nitroftalidrazide è solubile. L'aggiunta di acido acetico glaciale fa precipitare il luminol.

Con l'idrossido di potassio, il luminol forma un dianion. Gli anioni idrossido deprotonano i due idrogeni che sono attaccati agli azoti nel luminolo. L'ossigeno gassoso ossida il luminolo al suo stato eccitato. Mentre si rilassa tornando allo stato fondamentale, rilascia una luce bianco-blu.

referenze

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2015). Chimica e reattività chimica. Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning.