루미놀의 합성

화학 반응은 반응이 제품으로 변할 때 열을 흡수하거나 방출하는지 여부에 따라 흡열 또는 발열로 분류할 수 있습니다. 반응물과 생성물 사이의 에너지 차이를 반응 엔탈피라고 합니다. 이것은 생성물과 반응물 사이의 에너지 차이 또는 ΔH를 계산하여 찾을 수 있습니다. ΔH가 양수이면 반응은 흡열입니다. 음성이면 반응이 발열입니다. 화학 반응은 전통적으로 반응물이 생성물로 전환되는 것으로 생각되지만, 많은 반응이 여러 단계로 일어나 중간체를 형성합니다. 화학발광 반응에서 이러한 중간체는 고에너지 상태에서 기저 상태로 전환되어 반응이 진행됨에 따라 볼 수 있는 광자를 방출합니다.

원자 에너지 수준

덴마크의 물리학자인 닐스 보어(Niels Bohr)는 원자핵 주위를 도는 전자가 특정 궤도 또는 에너지 준위만 차지할 수 있다는 이론을 제안했습니다. 가능한 가장 낮은 에너지 준위에 있는 모든 전자를 가진 원자는 바닥 상태에 있다고 합니다. 전자가 바닥 상태보다 높은 에너지 준위를 차지하면 원자는 여기 상태가 됩니다.

보어의 이론에서 핵심 가정은 전자가 방해를 받을 때까지 기저 상태로 유지된다는 것입니다. 따라서 전자는 에너지를 흡수함으로써 여기 상태로만 상승합니다. 전자가 다시 바닥 상태로 이완되면 해당 에너지를 방출합니다. 종종 이것은 빛의 광자 형태이며, 파장은 여기 상태와 바닥 상태 사이의 에너지 차이와 직접적인 관련이 있습니다.

전자가 특정 에너지나 파장의 빛을 흡수하여 더 높은 에너지 수준으로 여기될 때 발생하는 현상을 형광이라고 합니다. 이 효과는 세탁한 흰색 티셔츠를 검은색이나 자외선에 노출시켰을 때 볼 수 있습니다. 특유의 광채는 셔츠의 세제와 표백 화합물의 형광으로 인해 발생하며, 이로 인해 일반 조명에서 하얗게 보입니다.

화학발광

화학발광 반응에서 전자는 반응 중에 방출되는 열을 흡수하여 여기됩니다. 그런 다음 전자가 다시 바닥 상태로 이완될 때 빛이 방출됩니다. 화학발광과 형광의 가장 큰 차이점은 화학발광에서 전자를 여기시키는 에너지가 반응에서 직접 나온다는 것입니다.

화학발광의 한 가지 실용적인 응용 분야는 상업용 글로우 스틱에 있습니다. 글로우 스틱에는 두 개의 개별 솔루션이 포함되어 있습니다: 하나는 과산화물을 포함하고 다른 하나는 디페닐 옥살레이트와 착색 염료를 포함합니다. 글로우 스틱을 활성화할 때 발생하는 두 용액이 혼합되면 과산화물과 디페닐 옥살레이트 사이의 결과 반응으로 염료를 더 높은 에너지 상태로 여기시키는 에너지가 생성됩니다. 반응물이 소진되면 염료는 바닥 상태로 돌아가 빛을 방출합니다. 이것이 글로우 스틱에 특징적인 색상을 부여하는 것입니다.

루미놀

루미놀은 화학발광 특성을 나타내는 화학 물질이며 광범위한 응용 분야, 특히 법의학에 활용됩니다. 루미놀(C_{, 8}, H_{, 7}, N_{, 3},_O2)은 산화제와 혼합될 때 파란색을 방출합니다. 법의학의 경우, 루미놀은 헤모글로빈의 철과 반응하여 법의학 과학자들이 매우 작은 혈액 흔적을 식별할 수 있도록 합니다.

루미놀은 3-니트로프탈산과 히드라진의 탈수 반응에 의해 합성됩니다. 반응을 가열하여 물을 제거하고 트리에틸렌 글리콜을 첨가하여 온도를 더욱 높입니다. 그런 다음 3-니트로프탈히드라지드의 니트로기를 디티오나이트나트륨을 사용하여 환원시켜 높은 pH에서 아미노기를 형성합니다. 염기성 조건에서 3-니트로프탈히드라지드는 용해됩니다. 빙초산의 첨가는 루미놀을 침전시킵니다.

수산화칼륨과 함께 루미놀은 다이아니온을 형성합니다. 수산화물 음이온은 루미놀의 질소에 부착된 두 개의 수소를 탈양성자화합니다. 산소 가스는 루미놀을 여기 상태로 산화시킵니다. 다시 지면 상태로 이완되면서 청백색 빛을 방출합니다.

참조

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2015). 화학 및 화학 반응성. 캘리포니아 벨몬트 : Brooks / Cole, Cengage Learning.