Síntese de Luminol

As reações químicas podem ser classificadas como endotérmicas ou exotérmicas, dependendo se as reações absorvem ou liberam calor quando mudam para produtos. A diferença de energia entre reagentes e produtos é conhecida como entalpia da reação. Isso é encontrado calculando a diferença de energias entre os produtos e os reagentes, ou ΔH. Se ΔH for positivo, a reação é endotérmica; se for negativo, a reação é exotérmica. Embora as reações químicas sejam tradicionalmente consideradas como uma conversão de reagentes em produtos, muitas reações ocorrem em várias etapas, formando intermediários. Nas reações quimioluminescentes, esses intermediários fazem a transição de um estado de alta energia para o estado fundamental, liberando um fóton de luz que pode ser visível à medida que a reação progride.

Níveis de energia atômica

Niels Bohr, um físico dinamarquês, propôs a teoria de que um elétron orbitando o núcleo do átomo pode ocupar apenas certas órbitas ou níveis de energia. Diz-se que um átomo com todos os seus elétrons no nível de energia mais baixo possível está em seu estado fundamental. Quando um elétron ocupa um nível de energia superior ao estado fundamental, o átomo está em seu estado excitado.

Uma suposição fundamental na teoria de Bohr é que um elétron permanece no estado fundamental até ser perturbado. Assim, um elétron só é elevado a um estado excitado absorvendo energia. Quando o elétron relaxa de volta ao estado fundamental, ele libera essa energia. Muitas vezes, isso ocorre na forma de um fóton de luz, cujo comprimento de onda está diretamente relacionado à diferença de energia entre os estados excitado e fundamental.

Quando um elétron é excitado a um nível de energia mais alto absorvendo luz de uma determinada energia ou comprimento de onda, o fenômeno é chamado de fluorescência. Este efeito pode ser visto se você expor uma camiseta branca lavada a uma luz negra ou luz UV. O brilho característico é causado pela fluorescência do detergente e dos compostos branqueadores da camisa, que a fazem parecer branca sob luz normal.

Quimioluminescência

Em uma reação quimioluminescente, um elétron é excitado absorvendo o calor que é liberado durante uma reação. Então, a luz é liberada quando o elétron relaxa de volta ao estado fundamental. A principal diferença entre quimioluminescência e fluorescência é que a energia que excita os elétrons na quimioluminescência vem diretamente da reação.

Uma aplicação prática da quimioluminescência é em bastões luminosos comerciais. Um bastão luminoso contém duas soluções separadas: uma contendo peróxido e a outra contendo oxalato de difenila e um corante colorido. Quando as duas soluções são misturadas, o que ocorre ao ativar o bastão luminoso, a reação resultante entre o peróxido e o oxalato de difenila produz energia que excita o corante para um estado de energia mais alto. À medida que os reagentes se esgotam, o corante retorna ao estado fundamental e libera luz. Isso é o que dá aos bastões luminosos sua cor característica.

Luminol

O luminol é um produto químico que exibe propriedades quimioluminescentes e é utilizado em uma ampla gama de aplicações, principalmente em ciência forense. O luminol (C₈H₇N₃O₂) emite azul quando é misturado com um agente oxidante. No caso da ciência forense, o luminol reage com o ferro da hemoglobina, permitindo que os cientistas forenses identifiquem traços muito pequenos de sangue.

O luminol é sintetizado pela reação de desidratação do ácido 3-nitroftálico com hidrazina. A reação é aquecida para remover a água e o trietilenoglicol é adicionado para aumentar ainda mais a temperatura. O grupo nitro da 3-nitroftalhidrazida é então reduzido usando ditionito de sódio para formar um grupo amino em pH alto. Em condições básicas, a 3-nitroftalhidrazida é solúvel. A adição de ácido acético glacial precipita o luminol.

Com hidróxido de potássio, o luminol forma um dianion. Os ânions hidróxido desprotonam os dois hidrogênios que estão ligados aos nitrogênios no luminol. O gás oxigênio oxida o luminol ao seu estado excitado. À medida que relaxa de volta ao estado fundamental, ele libera uma luz azul-esbranquiçada.

Referências

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