Aplicaciones De La Quimiolumiscencia

INTRODUCCIÓN.

Las luciérnagas, las medusas y las barras – unas vuelan, otras viven en las profundidades del océano y las otras ofrecen entretenimiento en los clubs nocturnos. ¿Cuál es el vínculo? La respuesta son algunas reacciones químicas intrigantes que producen luz.

La Quimioluminiscencia es la producción de luz a partir de una reacción química. Dos compuestos químicos reaccionan para formar un intermediario en estado excitado (alta energía), que se desexcita liberando parte de su energía como fotones de luz (ver glosario para todos los términos en negrita) para alcanzar su estado fundamental (ver Figura 1, abajo).

A + B -> AB* -> Productos + Luz

Intermediario en

estado excitado

Figura 1: Movimiento entre órbitas electrónicas

Un átomo de hidrógeno en su estado fundamental. Un electrón se encuentra en órbita n=1. Cada capa tiene su propio nivel de energía.

Cuando el átomo de hidrógeno absorbe un cuanto (cantidad definida) de energía, es promovido a un estado energético superior (órbita n = 2) y ahora está en un estado excitado (alta energía). Esto se indica dibujando un asterisco (*) al lado de la molécula.

El electrón cae a la posición original en el estado fundamental (órbita n = 1). En el proceso, un paquete de energía (un fotón) es liberado en forma de radiación electromagnética. La longitud de onda depende de la cantidad de energía. Si la longitud de onda está dentro del rango de luz visible, la transición de electrones se percibe como la luz de un color particular. La longitud de onda determina el color.

Figura 2.- Espectro Electromagnético.

Las reacciones quimioluminiscentes no suelen liberar calor, porque en su lugar la energía se libera en forma de luz. El luminol produce luz cuando reacciona con un agente oxidante, la química de esta reacción se muestra en el Cuadro 1.

Cuadro 1: Luminol, una sustancia que brilla en la oscuridad

La liberación de un fotón de luz de una molécula de luminol es un proceso con varias etapas bastante complejo. En una solución básica (alcalina), el luminol está en equilibrio con su anión, que lleva una carga -2. El anión puede estar en dos formas (o tautómeros), con las dos cargas negativas deslocalizadas en cualquiera de los oxígenos (forma enol) o en los nitrógenos (forma ketol; véase la Figura 3, abajo).

El oxígeno molecular (O2)se combina con la forma enol del anión del luminol, oxidándolo en un peróxido cíclico. El oxígeno necesario se produce en una reacción redox (es decir cuando ocurre una reacción de reducción y oxidación) participando el peróxido de hidrógeno (H2O2), hidróxido potásico y (por ejemplo) hexacianoferrato potásico (III) (K3[Fe(CN)6], también conocido como ferrocianuro potásico). El hexacianoferrato (III) ión ([Fe(CN)6]3->) es reducido a ión hexacianoferrato (II) ([Fe(CN)6]4-, dando ferrocianuro potásico, K4[Fe(CN)6]), mientras que dos átomos de oxígeno del peróxido de hidrógeno se oxidan del estado de oxidación -1 al 0:

El peróxido cíclico se descompone para dar 3-aminoftalato (ácido 3-amino-1,2-benenodicarboxílico) en estado excitado, junto con una molécula de nitrógeno (N2) – ver Figura 3, abajo. Esta reacción de descomposición se ve favorecida porque la molécula de peróxido cíclico es altamente inestable, y la reacción consiste en romper algunos enlaces débiles. También se ve favorecida por el aumento de la entropía (desorden), debido a la liberación de una molécula de gas. Cuando el 3-aminoftalato excitado cae hasta el estado fundamental, un fotón de luz azul es liberado.

Figura 3: Reacciones que conducen a la emisión de luz del luminol

Los tautómeros son moléculas con la misma fórmula química, pero diferentes posiciones de los átomos o de los enlaces. Los dos tautómeros pueden interconvertirse; las flechas curvadas muestran el movimiento de electrones que provoca el cambio entre las dos formas.

La quimioluminiscencia en ciencia forense

Los científicos forenses utilizan la reacción del luminol para detectar sangre en la escena del crimen. Una mezcla de luminol en una solución diluida de peróxido de hidrógeno se aplica en la zona donde los forenses sospechan que hay sangre. El hierro presente en el grupo hemo de la hemoglobina (ver Figura 4) en la sangre actúa como catalizador de la reacción descrita en elCuadro 1. La habitación debe estar oscura y si la sangre está presenta, un resplandor azul, con una duración de 30 segundos, se observara. Los investigadores forenses pueden grabar el resplandor mediante el uso de película fotográfica, que puede ser utilizada como prueba en los tribunales de presencia de sangre en la escena. (Para una actividad de enseñanza de la ciencia forense, ver Wallace-Müller, 2011.

Debido a que el hierro actúa como catalizador, sólo se requiere en cantidades mínimos, por lo tanto, sólo una pequeña cantidad de sangre se requiere para producir un resultado positivo. Esto significa que la sangre se puede detectar incluso cuando no es visible a simple vista.

Figura 4: Grupo Hemo en la hemoglobina

El átomo de hierro (Fe) en el centro del anillo porfirina cataliza la reacción del luminol

Uno de los inconvenientes de la utilización del luminol es que la reacción puede ser catalizada por otras sustancias químicas que pueden estar presentes en la escena del crimen, por ejemplo, el cobre que contienen las aleaciones, algunos productos de limpieza como la lejía, e incluso el rábano picante. Los criminales inteligentes pueden limpiar la sangre con lejía, que destruye la evidencia de sangre, pero la lejía de la alfombra puede alertar a las personas más pronto del crimen. La orina también contiene pequeñas cantidades de sangre, que pueden ser suficientes para catalizar la reacción del luminol. Una vez que el luminol ha sido

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