La Quimioluminiscencia es una reacción química con una propiedad muy llamativa. Los reactivos van a dar lugar a unos productos en estado excitado (alta energía) que al volver a su estado fundamental (mínima energía) van a liberar esa energía extra en forma de luz.
A + B → C* → C + Luz
C* = Producto en estado excitado
Energía C* > Energía C
En general, las reacciones de quimioluminiscencia no suelen liberar calor porque la energía se libera en forma de luz. Vamos a observar dos procesos luminiscentes. El primero será con el Luminol y el segundo con los Barritas Luminosas que se emplean en actividades al aire libre o en espectáculos por la noche.
El luminol es un compuesto químico, derivado del ácido ftálico, de aspecto verdoso y textura granulada que la serie CSI ha hecho famoso en más de medio mundo. Su fama se debe a la capacidad que tiene para detectar la presencia de restos de sangre en la escena del crimen. Pero no solo es lo que hace sino cómo lo hace lo que ha hecho de esta sustancia una auténtica estrella televisiva. Al mejor estilo de Hollywood, el luminol emite luz, por emisión de fotones, al ponerse en contacto con los restos de sangre.
El oxígeno molecular se combina con la forma enol del anión del luminol y se forma un peróxido cíclico. El oxígeno necesario se produce en una reacción donde participa el peróxido de hidrógeno, hidróxido de sodio y la sal de hierro 3+. El hierro 3+ se transforma en hierro 2+ y el peróxido de hidrógeno lo hace en oxígeno molecular y agua. El peróxido cíclico se descompone para dar 3-aminoftalato (ácido 3-amino-1,2-benenodicarboxílico) en estado excitado, junto con una molécula de nitrógeno. Cuando el 3-aminoftalato excitado cae hasta el estado fundamental, un fotón de luz azul es liberado.
LUMINOL
El luminol es un compuesto químico, derivado del ácido ftálico, de aspecto verdoso y textura granulada que la serie CSI ha hecho famoso en más de medio mundo. Su fama se debe a la capacidad que tiene para detectar la presencia de restos de sangre en la escena del crimen. Pero no solo es lo que hace sino cómo lo hace lo que ha hecho de esta sustancia una auténtica estrella televisiva. Al mejor estilo de Hollywood, el luminol emite luz, por emisión de fotones, al ponerse en contacto con los restos de sangre.
La pregunta siguiente es obvia: ¿cómo lo hace? Para dar respuesta a esta cuestión, vamos a partir de los componentes de las dos disoluciones que necesitamos preparar para jugar al más puro estilo Sherlock Holmes en la búsqueda del culpable...
Disolución 1: Luminol e hidróxido de sodio (NaOH).
Disolución 2: Una sal de hierro (3+), que generalmente es hexacianuroferrato (III) de potasio (K3[Fe(CN)6]), y peróxido de hidrógeno H2O2
La liberación de un fotón de luz en este proceso es bastante complejo. En una solución básica (debido a la presencia del NaOH o del KOH), el luminol está en equilibrio con su anión (con carga -2). El anión puede presentar dos tautómeros, con las dos cargas negativas deslocalizadas en cualquiera de los oxígenos (forma enol) o en los nitrógenos (forma ketol).
La liberación de un fotón de luz en este proceso es bastante complejo. En una solución básica (debido a la presencia del NaOH o del KOH), el luminol está en equilibrio con su anión (con carga -2). El anión puede presentar dos tautómeros, con las dos cargas negativas deslocalizadas en cualquiera de los oxígenos (forma enol) o en los nitrógenos (forma ketol).
El oxígeno molecular se combina con la forma enol del anión del luminol y se forma un peróxido cíclico. El oxígeno necesario se produce en una reacción donde participa el peróxido de hidrógeno, hidróxido de sodio y la sal de hierro 3+. El hierro 3+ se transforma en hierro 2+ y el peróxido de hidrógeno lo hace en oxígeno molecular y agua. El peróxido cíclico se descompone para dar 3-aminoftalato (ácido 3-amino-1,2-benenodicarboxílico) en estado excitado, junto con una molécula de nitrógeno. Cuando el 3-aminoftalato excitado cae hasta el estado fundamental, un fotón de luz azul es liberado.
¿Por qué se utiliza en la ciencia forense?... La hemoglobina, presente en la sangre, presenta en su composición química hierro 3+. Basta con preparar una disolución de luminol y una sustancia básica e impregnar la zona sospechosa de contener restos de sangre con ella. La aparición de la quimioluminiscencia es indicativa de la presencia de restos de sangre. Te los mostramos en el siguiente vídeo:
BARRAS LUMINOSAS
Las barras luminosas están formadas por un tubo de plástico que contiene una mezcla de oxalato de difenilo y un colorante que será el responsable de dar a la barra su color. En el interior del tubo de plástico existe otro pequeño pequeño de vidrio que contiene peróxido de hidrógeno. Cuando el tubo exterior de plástico es doblado, el tubo de cristal interior se rompe, liberando el peróxido de hidrógeno e iniciando la reacción química que producirá luz. El color de la luz que la barra luminosa produce está determinado por el tipo de colorante usado.
Cuando el oxalato de difenilo reacciona con el peróxido de hidrógeno se forma dos moléculas de fenol y una de un peróxido cíclico. Este peróxido cíclico reacciona a su vez con una molécula de colorante para dar dos moléculas de dióxido de carbono. Además, un electrón en la molécula de colorante (Dye) se promueve a un estado excitado (de mayor energía, Dye*). Cuando el colorante vuelve a su estado fundamental (mínima energía) se emite un fotón de luz.
El color de la barra luminosa depende del colorante utilizado que, en general, suelen ser compuestos aromáticos conjagados (denominados, arenos). Ejemplos:
En el siguiente vídeo, mostramos la reaccíon del oxalato de difenilo (barra luminosa). Además, se muestra la influencia de la temperatura en esta reacción quimioluminiscente.
Trabajo experimental del alumnado
