Одним из признаков протекания химических реакций является излучение света в процессе химических превращений реагирующих веществ. Биолюминесценция, или свечение живых организмов, является наглядным примером химических реакций, осуществляемых белковыми молекулами организма и протекающих с излучением света. Анализ литературы показывает, что в ходе реакций данного типа избыток химической энергии при реагировании веществ выделяется в виде квантов света — наблюдается хемилюминесценция. Биолюминесценция является разновидностью хемилюминесценции- свечения, возникающего в результате протекания как органических, так и неорганических реакций. [1] В настоящее время наибольший интерес представляет изучение хемилюминесцентных систем. Актуальность исследований определяется существующим ростом научного и практического применения явлений хемилюминесценции.
В целях изучения хемилюминесценции и исследования природы процессов излучения света был проведен ряд экспериментов.
Известно, что яркое свечение, отчетливо заметное глазу, наблюдается при окислении кислородом различных органических соединений в растворах, разложении перекиси водорода и ряде других реакций. [2] Так, синтезированное органическое соединение — люминол (C8H7N3O2) способно выделять свет при соединении с перекисью водорода или другими окислителями. В чистом виде люминол приобрести довольно сложно, поэтому для проведения эксперимента в бытовых условиях использовались таблетки «Галавит». Каждая таблетка «Галавита» содержит 25 мг натриевого производного люминола.
В качестве окислителя в мерный стакан прилили 50 мл перекиси водорода 3 % и растворили в нем 2 таблетки «Галавита». Реакция должна протекать в щелочной среде, поэтому к раствору добавили 3 капли аммиака 10 %. Полученный раствор по 10 мл разлили по трем пробиркам. Поскольку реакция каталитическая, к раствору необходимо добавить ион железа, как катализатор (Рис.1). Эксперимент проводился при стандартных температурных условиях при 250С.
Рис. 1. Подготовка к проведению экспериментов по изучению органических химических реакций с люминесценцией с различными катализаторами
В первую пробирку в качестве катализатора было добавлено производное гемина — аптечный «Гематоген». Яркое свечение наблюдалось сразу же, после помещения «Гематогена» в раствор. Постепенно, со временем, свечение затухало, но при встряхивании пробирки снова активизировалось вследствие увеличения доступа кислорода воздуха к реакционной смеси. Во вторую пробирку в качестве катализатора был добавлен железный купорос. Свечение в начале эксперимента было ярче, чем в предыдущем опыте, но реакция прошла быстрее, поскольку закончились исходные соединения. В третью пробирку в качестве катализатора была добавлена кровь человека. В крови содержится железо, которое также активирует люминол. Наблюдалось моментальное яркое свечение раствора, визуально по интенсивности и длительности превосходящее свечение в предыдущих экспериментах (Рис.2).
Рис. 2. Хемилюминесценция. На фото в пробирках слева направо в качестве катализатора: производное гемина «Гематоген», железный купорос, кровь человека
Дополнительно был проведен эксперимент с катализатором — производным гемина, при более высокой концентрации натриевого производного люминола — «Галавита». Яркость свечения и его длительность при более высокой концентрации последнего реагента была выше (Рис. 3а). Затем было исследовано влияние температуры на интенсивность свечения. Две пробирки с одинаковыми составами, как в первом эксперименте, поместили в разные температурные условия — 300С и 150С. Визуально фиксировалась яркость свечения содержимого пробирок. Свечение в пробирке с более высокой температурой было интенсивнее, чем в пробирке с более низкой температурой. Измерить силу излучаемого света в бытовых условиях без высокочувствительного прибора не представилось возможным (Рис. 3б).
Рис. 3. Фиксация люминесценции: при различных концентрациях натриевого производного люминола (а) и при изменении температуры реакционной смеси (б)
Проведенные экспериментальные исследования показывают, что хемилюминесценция может сопровождать органические реакции и подтверждают, что излучение света происходит именно в результате химической реакции. На процесс хемилюминесценции влияет множество факторов, как и на процессы реакции любых химических веществ. Зависимость интенсивности свечения от вида и концентрации реагирующих веществ, от температуры реакционной смеси доказывает химическое происхождение излучаемого света. А яркостью свечения при хемилюминесценции можно управлять, так как она напрямую зависит от особенностей протекания реакций и от химического состава системы.
Литература:
- Васильев Р. Ф. Химическое свечение// [Журнал] Химия и химики, № 1, 2010 г.
- Леенсон И. А. Химические реакции: Тепловой эффект, равновесие, скорость. — М.: Астрель; АСТ, 2002. — 192 с.: ил.
