Synteza luminolu

Reakcje chemiczne można sklasyfikować jako endotermiczne lub egzotermiczne w zależności od tego, czy reakcje pochłaniają, czy uwalniają ciepło, gdy zmieniają się w produkty. Różnica energii między reagentami a produktami jest znana jako entalpia reakcji. Oblicza się to, obliczając różnicę energii między produktami a reagentami lub ΔH. Jeśli ΔH jest dodatnie, reakcja jest endotermiczna; Jeśli jest ujemny, reakcja jest egzotermiczna. Podczas gdy reakcje chemiczne są tradycyjnie uważane za konwersję reagentów w produkty, wiele reakcji zachodzi w wielu etapach, tworząc produkty pośrednie. W reakcjach chemiluminescencyjnych te produkty pośrednie przechodzą ze stanu wysokoenergetycznego do stanu podstawowego, uwalniając foton światła, który może być widoczny w miarę postępu reakcji.

Poziomy energii atomowej

Niels Bohr, duński fizyk, zaproponował teorię, że elektron krążący wokół jądra atomu może zajmować tylko określone orbity lub poziomy energetyczne. Mówi się, że atom, którego wszystkie elektrony znajdują się na najniższym możliwym poziomie energetycznym, znajduje się w stanie podstawowym. Kiedy elektron zajmuje poziom energii wyższy niż stan podstawowy, atom jest w stanie wzbudzonym.

Kluczowym założeniem teorii Bohra jest to, że elektron pozostaje w stanie podstawowym, dopóki nie zostanie zakłócony. Tak więc elektron jest wznoszony do stanu wzbudzonego tylko poprzez pochłanianie energii. Kiedy elektron rozluźnia się z powrotem do stanu podstawowego, uwalnia tę energię. Często ma to postać fotonu światła, którego długość fali jest bezpośrednio związana z różnicą energii między stanem wzbudzonym a stanem podstawowym.

Kiedy elektron jest wzbudzany do wyższego poziomu energetycznego poprzez pochłanianie światła o określonej energii lub długości fali, zjawisko to nazywa się fluorescencją. Efekt ten można zobaczyć, jeśli wystawisz wypraną białą koszulkę na działanie czarnego światła lub światła UV. Charakterystyczny blask jest spowodowany fluorescencją detergentu i związków wybielających w koszuli, które sprawiają, że wygląda ona na białą w zwykłym świetle.

Chemiluminescencja

W reakcji chemiluminescencyjnej elektron jest wzbudzany przez pochłanianie ciepła, które jest uwalniane podczas reakcji. Następnie światło jest uwalniane, gdy elektron rozluźnia się z powrotem do stanu podstawowego. Główna różnica między chemiluminescencją a fluorescencją polega na tym, że energia wzbudzająca elektrony w chemiluminescencji pochodzi bezpośrednio z reakcji.

Jednym z praktycznych zastosowań chemiluminescencji są komercyjne pałeczki świecące. Świecąca pałeczka zawiera dwa oddzielne roztwory: jeden zawiera nadtlenek, a drugi szczawian difenylu i barwnik barwiący. Kiedy te dwa roztwory są mieszane, co następuje po aktywacji świecącej pałeczki, wynikowa reakcja między nadtlenkiem a szczawianem difenylu wytwarza energię, która wzbudza barwnik do wyższego stanu energetycznego. Po wyczerpaniu reagentów barwnik powraca do stanu podstawowego i uwalnia światło. To właśnie sprawia, że świecące pałeczki mają charakterystyczny kolor.

Luminol (Luminol)

Luminol to substancja chemiczna, która wykazuje właściwości chemiluminescencyjne i jest wykorzystywana w szerokim zakresie zastosowań, w szczególności w kryminalistyce. Luminol (C_{, 8}, H_{, 7}, N_{, 3},_O2) emituje kolor niebieski po zmieszaniu ze środkiem utleniającym. W przypadku medycyny sądowej luminol reaguje z żelazem zawartym w hemoglobinie, umożliwiając naukowcom medycyny sądowej zidentyfikowanie bardzo małych śladów krwi.

Luminol jest syntetyzowany w reakcji odwadniania kwasu 3-nitroftalowego z hydrazyną. Reakcja jest podgrzewana w celu usunięcia wody i dodawany jest glikol trietylenowy w celu dalszego zwiększenia temperatury. Grupa nitrowa 3-nitroftahydrazydu jest następnie redukowana za pomocą ditionianu sodu w celu utworzenia grupy aminowej o wysokim pH. W podstawowych warunkach 3-nitroftalhydrazyd jest rozpuszczalny. Dodanie lodowatego kwasu octowego powoduje wytrącenie luminolu.

Z wodorotlenkiem potasu luminol tworzy dianion. Aniony wodorotlenkowe deprotonują dwa wodory, które są przyłączone do azotów w luminolu. Gazowy tlen utlenia luminol do stanu wzbudzonego. Gdy relaksuje się z powrotem do stanu podstawowego, uwalnia niebiesko-białe światło.

Odwołania

1. Kotz, J.C., Treichel Jr, P.M., Townsend, J.R. (2015). Chemia i reaktywność chemiczna. Belmont, Kalifornia: Brooks/Cole, Cengage Learning.