Archiwa tagu: błysk

#34 Świecąca fontanna

Share

Chemiluminescencja to zjawisko emisji światła w wyniku reakcji chemicznej. Najbardziej znaną substancją zdolną do emisji światła jest Luminol (rysunek 1). Związek ten w środowisku zasadowym i obecności utleniacza oraz aktywatora emituje światło o barwie niebieskiej, niebiesko-zielonej – długości fali 441-452 nm (Manna & Montpetit, 2000).

Rysunek 1. Wzór półstrukturalny luminolu (hydrazyd 3-aminoftalowy).

W środowisku zasadowym luminol zostaje przekształcony w dianion zgodnie ze schematem (Panzarasa, 2014):

Rysunek 2. Przekształcenie luminolu w dianion.

Aktywator czyli np. jony Cu2+ lub jony Fe3+ (porównaj: #23 Wykrywanie śladów krwi) katalizują rozkład nadtlenku wodoru zgodnie z równaniem (Panzarasa, 2014), (Young, 2005):

2H2O2 → 2H2O + O2

Powstały tlen utlenia luminol. Początkowo luminol tworzy nadtlenek, a następnie odszczepione zostają atomy azotu. Końcowym produktem utlenienia jest anion dikarboksylowy (Schneider, 1970):

Rysunek 3. Utlenianie luminolu.

Pękające wiązania powodują wzbudzenie elektronów w atomach tlenu. Powrót do stanu podstawowego przebiega z wydzieleniem energii w postaci światła.

Rysunek 4. Chemiluminescencja

Czas luminescencji jest dość krótki. Widzimy, że roztwór pod koniec filmu traci intensywna niebieską barwę.

Doświadczenie wykonano według przepisu opracowanego przez Thomasa (1990).

Roztwór A otrzymuje się przez rozpuszczenie w 500 cm3 wody destylowanej:

  • 2 g Na2CO3
  • 0,1 g luminolu
  • 12 g NaHCO3
  • 0,25 g (NH4)2CO3
  • 0,2 g CuSO4

Roztwór B: do 475 cm3 wody destylowanej należy dodać 25 cm3 3% roztworu H2O2

Efekt fontanny wywoływany jest w analogiczny sposób jak w doświadczeniu #13 Fontanna chlorowodorowa, jednak w tym wypadku należy użyć amoniak, ponieważ chemiluminescencja luminolu zachodzi w środowisku zasadowym. Aby wypełnić kolbę gazowym amoniakiem należy wykorzystać stężony roztwór wody amoniakalnej. Można go ogrzewać w osobnym naczyniu, tak jak to pokazano na filmie, lub bezpośrednio w kolbie. Wprowadzenie niewielkiej ilości wody do kolby z gazowym amoniakiem powoduje, że amoniak zaczyna rozpuszczać się we wprowadzonej wodzie co powoduje zmniejszenie ciśnienia w kolbie, a tym samym zassanie roztworów A i B.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

  • Luminol

Literatura

Manna, A. D. i Montpetit, S., 2000. A novel approach to obtaining reliable PCR results from luminol treated bloodstains. Journal of Forensic Sciences, Tom 45(4), pp. 886-90.

Panzarasa, G., 2014. Shining Light on Nanochemistry Using Silver Nanoparticle-Enhanced Luminol Chemiluminescence. Journal of Chemical Education, Tom 91 (5), pp. 696-700.

Schneider, H. W., 1970. A new, long-lasting luminol chemiluminescent cold light. Journal of Chemical Education, Tom 47(7), p. 519.

Thomas, N. C. (1990). A chemiluminescent ammonia fountain. Journal of Chemical Education, 67 (4), str. 339. doi: 10.1021/ed067p339

Young, J. (2005). Luminol (3-Aminophthalhydrazide). Journal of Chemical Education, 82 (10), str. 1465. doi:10.1021/ed082p1465

© 2016, www.ChemVlog.pl.

Share

#25 Chemiczne świetliki

Share

Przedstawione doświadczenie pod nazwą „Chemiczne świetliki” to proces katalitycznego utleniania amoniaku. Katalizatorami tego procesu są metale, takie jak platyna czy miedź, jak również tlenki metali przejściowych. Wykorzystanie tlenku chromu(III) sprawia, że doświadczenie to jest bardzo spektakularne.

Kolbę stożkową należy wypełnić niewielką ilością stężonego roztworu amoniaku. Do przeprowadzenia reakcji wystarcza tlen zawarty w powietrzu, jednak bardziej widowiskowy efekt uzyskuje się, jeżeli zwiększymy stężenie tlenu w kolbie. W naszym doświadczeniu tlen otrzymaliśmy w wyniku katalitycznego rozkładu 10% roztworu nadtlenku wodoru (Podobnie jak w doświadczeniu #7: Otrzymywanie piany). Do mieszaniny amoniaku i tlenu należy dodawać małymi porcjami rozgrzany katalizator – tlenek chromu(III). Można wykorzystać tlenek otrzymany w wyniku termicznego rozkładu chromianu(VI) amonu czyli w tzw. „Wulkanie chemicznym” – doświadczenie #14.

Mechanizm katalitycznego utleniania amoniaku nie jest do końca znany. Większa część amoniaku utleniana jest do azotu, czemu towarzyszy emisja żółto-pomarańczowego światła. Reakcja zachodzi zgodnie z równaniem (Handforth i Tilley, 1934; Volkovich i Griffiths, 2000):

4NH3 + 2O2 → 2N2 + 6H2O

Amoniak może być również utleniany do tlenku azotu(II), który następnie w reakcji z amoniakiem może prowadzić do powstania azotanu(V) amonu:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

4NO + 4NH3 + 3O2 + 2H2O → 4NH4NO3

Wydajność tego procesu jest jednak niska. Reakcja pomiędzy NH3 i NO może również prowadzić do powstania N2, N2O i H2O (Volkovich i Griffiths, 2000).

Dziękujemy Pani Klaudii Ciurze z Naukowego Koła Chemików UJ za pomoc w przygotowaniu i wykonaniu doświadczenia

Uwaga! Doświadczenie należy wykonywać pod sprawnie działającym wyciągiem! Nie należy przygotowywać mieszaniny o zbyt dużym stężeniu tlenu, ponieważ proces może zajść wybuchowo. Rozgrzany tlenek chromu(III) należy dodawać małymi porcjami.

Substancje niebezpieczne:

  • Amoniak r-r 25% GHS05GHS07GHS09
  • Perhydrol

Literatura:

Handforth, S. i Tilley, J. (1934). Catalysts for Oxidation of Ammonia to Oxides of Nitrogen. Jouranl of Chemical Education, 26(12), strony 1287–1292. doi:10.1021/ie50300a016

Volkovich , V. A. i Griffiths, T. R. (2000). Catalytic oxidation of ammonia: A sparkling experiment. Journal of Chemical Education(77 (2)), str. 177. doi:10.1021/ed077p177

© 2015, www.ChemVlog.pl.

Share

#24 Piroforyczne właściwości żelaza oraz bizmutu

Share

Piroforyczność to właściwość pierwiastków i związków chemicznych do samozapłonu w kontakcie z tlenem z powietrza. Właściwość ta często nie jest stałą cechą substancji, lecz zależy od ich postaci. Na przykład żelazo w postaci płytki utlenia się bardzo powoli. Natomiast żelazo koloidalne, czyli o rozmiarach cząstek 10-6 – 10-9 m, w zetknięciu z tlenem z powietrza utlenia się gwałtownie, czemu towarzyszą pojawiające się iskry. Żelazo koloidalne można otrzymać poprzez rozkład termiczny szczawianu żelaza(II). Proces ten wymaga temperatury powyżej 848 K (Bielański, 2010) i zachodzi dwuetapowo (Ushakov, et al., 2013):

FeC2O4 → FeO + CO2 + CO

Powstały w tej reakcji czarny tlenek żelaza(II) ulega dalszej redukcji do czystego żelaza:

FeO + CO → Fe + CO2

Produktem reakcji zazwyczaj jest mieszanina żelaza i tlenku żelaz(II). Prawdopodobnie obydwie te substancje w zetknięciu z tlenem z powietrza ulegają samozapłonowi i utleniają się do czerwonego tlenku żelaza(III) (Miller, 1987) (Ushakov, et al., 2013):

4FeO + O2 → 2Fe2O3

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

Właściwości piroforyczne wykazuje również bizmut. W postaci koloidalnej można otrzymać ten pierwiastek poprzez rozkład zasadowego galusanu bizmutu. Związek ten jest sprzedawany w aptekach pod nazwą Dermatol, jako zasypka na skórę posiadająca właściwości odkażające, osuszające, ściągające i przeciwzapalne. Pod wpływem wysokiej temperatury galusan ulega rozkładowi m.in. do tlenku bizmutu(III), który w czasie dalszego ogrzewania ulega redukcji do metalu (Bielański, 2010). Podobnie jak w przypadku żelaza, w kontakcie z tlenem z powietrza następuje gwałtowna reakcja spalania bizmutu do tlenku bizmutu(III).

4Bi + 3O2 → 2Bi2O3­­

Literatura:

Bielański, A., 2010. Podstawy Chemii Nieorganicznej. szóste red. Warszawa: PWN.

Miller, C. D., 1987. Iron(II) oxide. Journal of Chemical Education, Tom 64 (6), p. 545.

Ushakov, A. V. i inni, 2013. Thermodynamics of LiFePO4 Solid-Phase Synthesis Using Iron(II) Oxalate and Ammonium Dihydrophosphate as Precursors. Journal of Chemical & Engineering, Tom 58 (6), pp. 1747-1759.

© 2015, www.ChemVlog.pl.

Share

#23 Wykrywanie śladów krwi

Share

Jednym z najczęściej używanych odczynników do wykrywania śladów krwi jest roztwór luminolu.

Rys. 1. Wzór półstrukturalny luminolu (hydrazyd 3-aminoftalowy).

Luminol w środowisku zasadowym i obecności utleniacza oraz aktywatora wykazuje właściwości chemiluminescencjne, emituje światło o długości fali 441-452 nm (Manna & Montpetit, 2000) (barwa niebieska, niebiesko-zielona). Zjawisko to związane jest z utlenianiem luminolu.

W środowisku zasadowym luminol zostaje przekształcony w dianion zgodnie ze schematem (Panzarasa, 2014):

Rys. 2. Przekształcenie luminolu w dianion.

Następnie aktywator czyli np. jony Fe3+ zawarte w hemoglobinie, katalizują rozkład nadtlenku wodoru zgodnie z równaniem (Manna & Montpetit, 2000):

2H2O2 → 2H2O + O2

Powstały tlen utlenia luminol. Początkowo powstaje nadtlenek, a następnie odszczepione zostają atomy azotu. Końcowym produktem utlenienia jest anion dikarboksylowy (Schneider, 1970):

Rys. 3. Utlenianie luminolu.

Pękające wiązania powodują wzbudzenie elektronów w atomach tlenu. Powrót do stanu podstawowego przebiega z wydzieleniem energii w postaci światła.

Rys. 4. Chemiluminescencja

Przedstawiona metoda pozwala na wykrycie nawet starych, zatartych śladów krwi. Niestety roztwór ten nie może być długo przechowywany, a czas luminescencji jest dość krótki. Ponadto roztwór luminolu może wpływać destrukcyjnie na strukturę DNA badanego materiału.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

  • Luminol
  • Perhydrol
  • Wodorotlenek sodu

Literatura:

Manna, A. D. i Montpetit, S., 2000. A novel approach to obtaining reliable PCR results from luminol treated bloodstains. Journal of Forensic Sciences, Tom 45(4), pp. 886-90.

Panzarasa, G., 2014. Shining Light on Nanochemistry Using Silver Nanoparticle-Enhanced Luminol Chemiluminescence. Journal of Chemical Education, Tom 91 (5), pp. 696-700.

Schneider, H. W., 1970. A new, long-lasting luminol chemiluminescent cold light. Journal of Chemical Education, Tom 47(7), p. 519.

© 2015 – 2016, www.ChemVlog.pl.

Share