Chemiluminescenza e bioluminescenza

La chemiluminescenza è l’emissione di radiazione elettromagnetica, in particolare nel visibile e nel vicino infrarosso, che può accompagnare una reazione chimica
Gli intermedi decadono da uno stato eccitato a uno stato fondamentale perdendo energia che è emessa sotto forma di radiazione. Se la radiazione cade nella zona del visibile dello spettro elettromagnetico della luce appare colorata. Un caso particolare di chemiluminescenza è la bioluminescenza.

Gli organismi viventi in grado di dar luogo a bioluminescenza possono essere:

  • di origine terrestre come le lucciole e alcuni tipi di vermi e funghi
  • di organismi marini come alghe, meduse, batteri e pesci.

Esistono casi di chemiluminescenza in cui le radiazioni emesse cadono nella regione dell’I.R. o dell’U.V
In ogni reazione chimica gli atomi, le molecole o gli ioni che reagiscono collidono tra loro formando uno stato di transizione da cui si ottengono i prodotti di reazione.
Lo stato di transizione corrisponde allo stato energetico più elevato rispetto sia ai reagenti che ai prodotti.

 

luminescenza
luminescenza

Consideriamo due reagenti che formano un intermedio reattivo. Se esso emette energia sotto forma di luce rilasciando un fotone di opportuna lunghezza d’onda si verifica il fenomeno della chemiluminescenza.
La chemiluminescenza si differenzia dalla fluorescenza in quanto quest’ultima è dovuta ad un assorbimento della luce incidente da parte del campione. Si ha poi una successiva emissione di radiazioni di lunghezza d’onda diversa da quella incidente.

La differenza chiave tra chemiluminescenza e fluorescenza è che la chemiluminescenza è la luce emessa a seguito di una reazione chimica, mentre la fluorescenza è la luce emessa a seguito dell’assorbimento di luce o radiazione elettromagnetica.

Esempi di chemiluminescenza

Un esempio di reazione che avviene con emissione di luce è quella tra monossido di azoto e ozono. dalla reazione si ottiene biossido di azoto in uno stato eccitato e ossigeno:
NO + O3 → NO2* + O2
Il biossido di azoto dallo stato di transizione ritorna allo stato fondamentale con produzione di luce:
NO2* → NO2 + luce

Un altro esempio di reazione in cui si manifesta la chemiluminescenza è quella del luminol ovvero il 5-ammino-2,3diidro-1,4-ftalazimdione. Esso reagisce con il perossido di idrogeno per dare il 3-amminoftalato secondo la reazione
C8H7N3O2 + H2O2 → [3-amminoftalato]* → 3-amminoftalato + luce
Poiché il ferro è uno degli ioni metallici che catalizza la reazione, questa reazione può essere utilizzata per rilevare tracce di sangue che contiene l’emoglobina ed è quindi tuttora utilizzata nella ricerca di piccole quantità di sangue sulla scena di un crimine.

Il primo esempio di chemiluminescenza risale alla scoperta del fosforo elementare da parte dell’alchimista tedesco Hennig Brand nel 1669.

Egli isolò dalle urine un materiale bianco e ceroso che si ossidava lentamente a temperatura ambiente dando una tenue luce verde a cui diede il nome di fosforo dal greco ϕωσϕόρος ovvero portatore di luce. Il meccanismo della reazione prevede la formazione di intermedi (PO)2 e HPO che sono i responsabili della colorazione.

bastoni di incandescenza
bastoni di incandescenza

Un altro esempio di chemiluminescenza che trova utilizzo nei braccialetti che emettono luce è la reazione tra un estere aromatico che viene ossidato dal perossido di idrogeno per dare un perossiossalato che rapidamente si trasforma in 1,2-diossietandione.

Quest’ultimo reagisce con il colorante per dare biossido di carbonio e colorante ad alta energia. Esso ricade allo stato fondamentale emettendo luce.

La chemiluminescenza è influenzata dagli stessi fattori che influenzano le altre reazioni chimiche: un aumento della temperatura provoca un aumento della velocità della reazione. Ciò può essere evidenziato utilizzando un bastone di incandescenza che ha un certo tempo di durata a temperatura ambiente. Tuttavia, se è messo in freezer emette una luce minore ma dura più a lungo.

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