Chemilumineszenz - Die leuchtende Spirale

Demonstrationsexperiment auf Video

Chemolumineszenz - Die leuchtende Spirale

Lernziel: Chemilumineszenz

Peter Keusch

English version

Chemikalien:
Fluoreszein (Sigma)
Lucigenin (Sigma)
Luminol (Fluka)
Rodamin (Aldrich)
Ethanol 96 %
Na₂CO₃
NaHCO₃
Wasserstoffperoxid 30 %
(NH₄)₂CO₃ · H₂O
CuSO₄ · 5 H₂O

Geräte und Glaswaren:
Glasspirale mit Glastrichter
2 Scheidetrichter
4 Erlenmeyerkolben 200 mL
Messkolben 100 mL
4 Bechergläser 200 mL
Magnetrührer
2 Magnetrührstäbchen
Rührstabentferner

Gefahren und Sicherheitsmaßnahmen:

Wasserstoffperoxid 30 % ist giftig, ätzend - kann ernsthafte Verbrennungen bedingen. Augen können irreversibel geschädigt werden.

Ethanol ist leicht entzündlich.

Schutzbrille und Schutzhandschuhe erforderlich. Effektive Raumdurchlüftung!

Die folgenden Lösungen werden vorbereitet:

Lösung A: · 0.4 g Na₂CO₃ werden in 60 mL dest. H₂O gelöst. Anschließend werden 0.2 g Luminol hinzugefügt. Das Gemisch wird gerührt bis der Feststoff vollständig gelöst ist. Nun fügt man 2.4 g NaHCO₃, 5 g (NH₄)₂CO₃ · H₂O und 0.4 g CuSO₄ · 5 H₂O hinzu und rührt, bis eine homogene Lösung vorliegt. Die Lösung wird auf 100 mL verdünnt.

Lösung B: · 6 mL Wasserstoffperoxid 30% versetzt mit 95 mL of dest. H₂O.

Lösung C: · 0.8 g NaOH werden in 65 mL dest. H₂O gelöst und mit 30 mL EtOH sowie 5 ml 30 % H₂O₂versetzt.

Lösung D: · 0.02 g Lucigenin gelöst in 100 mL dest. H₂O.

Lösung E: · 0.05 g Rhodamin B gelöst in 100 mL dest. H₂O.

Lösung F: · 0.1 g Fluorescein gelöst in 100 mL dest. H₂O.

Versuchsdurchführung:

Die Glasspirale wird vertikal ausgerichtet. Zwei Scheidetrichter werden so gehaltert, dass das Ende ihres Auslaufs an die innere Wand des Glastrichters gelegt werden kann, mit dem die Spirale an ihrem oberen Ende ausgestattet ist. Die Scheidetrichter werden mit den Reaktionslösungen gefüllt: mit Lösung A und B. Der Raum wird verdunkelt. Die Hähne der beiden Scheidetrichter werden gleichzeitig geöffnet. Die Lösungen fließen über des Trichter in die Glasspirale. Die ausfließende Lösung wird in einem Erlenmeyerkolben aufgefangen.

In einem weiteren Experiment werden die Scheidetrichter mit den Lösungen C und D gefüllt und wie oben verfahren. Durch Hinzufügen von D und F lässt sich die Grundfarbe der Luminiszenz variieren.

Versuchsergebnisse:

Luminol gibt mit Wasserstoffperoxid eine kräftig blaue Chemilumineszenz.

Die Reaktion von Lucigenin mit Wasserstoffperoxid erzeugt ein fahlblaues Leuchten. Wird dem Reaktionsgemisch Fluoreszein beigegeben, kann eine gelb-grüne Lumineszenz beobachtet werden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Fluoreszenz. Mit Rhodamin B schlägt die Lumineszenz von blau nach rot um. Verwendet man ein Gemisch von Fluoreszein und Rhodamin, leuchtet die Spirale orange.

Videoclip (Download RealPlayer .rm Datei)

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Deutung des Versuchsergebnisses:

Unter Chemilumineszenz versteht man die Emission von Licht während einer chemischen Reaktion. Das dabei ausgestrahlte Licht wird als "kaltes" Licht bezeichnet, da es nicht gekoppelt mit Wärme auftritt.

Luminol (5-Amino-2,3-dihydrophthalazin-1,4-dion) und Lucigenin (N,N'-Dimethyl-9,9'-diacridiniumnitrat) bilden in chemischen Reaktionen angeregte Moleküle, die ihre Energie durch Abgabe eines Lichtquants verlieren.

· · Luminol reagiert mit Hydroxidionen unter Bildung eines mesomeriestabilisierten Diazachinon-Dianions, welches durch Wasserstoffperoxid zu einem instabilen Peroxo-Dianion oxdiert wird. Die Oxdation wird durch Cu²⁺ katalysiert. Durch Zersetzung dieses Peroxids entsteht ein angeregtes Dicarboxylat-Anion, das bei Übergang in den Grundzustand Licht emittiert (1).

· · Lucigenin bildet mit Wasserstoffperoxid ein instabiles Dioxetan, dessen Zersetzung zu einem angeregten N-Methylacridon führt (2). Beim Übergang in den stabilen Zustand emittiert Acridon Licht.

· · Sensibilisatoren, wie Rhodamin B und Fluoreszein verstärken die Chemilumineszenz.

Liste der Experimente