Хемилюминесценция определяется как свет, испускаемый в результате химическая реакция. Он также известен, реже, как хемолюминесценция. Свет не обязательно является единственной формой энергии, выделяемой хемилюминесцентной реакцией. Тепло также может быть произведено, что делает реакцию экзотермический.
В любой химической реакции атомы, молекулы или ионы реагента сталкиваются друг с другом, взаимодействуя, образуя то, что называется переходное состояние. Из переходного состояния продукты формируются. В переходном состоянии энтальпия максимальна, а продукты обычно имеют меньшую энергию, чем реагенты. Другими словами, химическая реакция происходит потому, что она увеличивает стабильность / уменьшает энергию молекул. В химических реакциях, которые выделяют энергию в виде тепла, колебательное состояние продукта возбуждается. Энергия рассеивается через продукт, делая его теплее. Подобный процесс происходит в хемилюминесценции, за исключением того, что электроны становятся возбужденными. Возбужденное состояние является переходным состоянием или промежуточным состоянием. Когда возбужденные электроны возвращаются в основное состояние, энергия выделяется как
фотон. Распад в основное состояние может происходить через разрешенный переход (быстрое выделение света, например, флуоресценция) или запрещенный переход (более похожий на фосфоресценцию).Теоретически каждая молекула, участвующая в реакции, выделяет один фотон света. На самом деле урожай намного ниже. Неферментативные реакции имеют около 1% квантовой эффективности. Добавление катализатор может значительно увеличить яркость многих реакций.
В хемилюминесценции энергия, которая приводит к электронному возбуждению, происходит из химической реакции. При флуоресценции или фосфоресценции энергия исходит извне, как от источника энергетического света (например, черного света).
В некоторых источниках фотохимическая реакция определяется как любая химическая реакция, связанная со светом. Согласно этому определению, хемилюминесценция является формой фотохимии. Однако строгое определение состоит в том, что фотохимическая реакция - это химическая реакция, которая требует поглощения света для продолжения. Некоторые фотохимические реакции являются люминесцентными, так как излучается низкочастотный свет.
Реакция люминола - это классическая химическая демонстрация хемилюминесценции. В этой реакции люминол реагирует с перекисью водорода с выделением синего света. Количество света, выделяемого при реакции, мало, если не добавляют небольшое количество подходящего катализатора. Как правило, катализатор представляет собой небольшое количество железа или меди.
Обратите внимание, что нет никакой разницы в химической формуле переходного состояния, только уровень энергии электронов. Поскольку железо является одним из ионов металла, который катализирует реакцию, реакция люминола может быть используется для обнаружения крови. Железо от гемоглобина заставляет химическую смесь ярко светиться.
Другим хорошим примером химического свечения является реакция, которая происходит в светящихся палочках. цвет светящейся палки происходит от флуоресцентного красителя (флуорофора), который поглощает свет от хемилюминесценции и выпускает его как другой цвет.
На хемилюминесценцию влияет то же факторы которые влияют на другие химические реакции. Повышение температуры реакции ускоряет его, заставляя выпустить больше света. Однако свет не длится так долго. Эффект может быть легко видел, используя светящиеся палочки. Помещение светящейся палочки в горячую воду делает ее более яркой. Если светящийся стержень помещается в морозильник, его свечение ослабевает, но длится намного дольше.
Биолюминесценция является формой хемилюминесценции, которая происходит в живые организмы, такие как светлячковнекоторые грибы, много морских животных и некоторые бактерии. Это не происходит в природе в растениях, если они не связаны с биолюминесцентными бактериями. Многие животные светятся из-за симбиотических отношений с вибрион бактерии.
Большая часть биолюминесценции является результатом химической реакции между ферментом люциферазой и люминесцентным пигментом люциферином. Другие белки (например, экворин) могут способствовать реакции, и кофакторов (например, ионы кальция или магния) могут присутствовать. Реакция часто требует ввода энергии, обычно из аденозинтрифосфата (АТФ). Несмотря на то, что между люциферинами разных видов мало различий, фермент люциферазы сильно различается между типами.
Организмы используют биолюминесцентные реакции для различных целей, включая привлечение добычи, предупреждение, привлечение партнера, маскировку и освещение окружающей среды.
Гниющее мясо и рыба являются биолюминесцентными непосредственно перед гниением. Светится не само мясо, а биолюминесцентные бактерии. Шахтеры в Европе и Великобритании будут использовать шкуры высушенной рыбы для слабого освещения. Хотя шкуры пахли ужасно, их было гораздо безопаснее использовать, чем свечи, которые могли вызвать взрывы. Хотя большинство современных людей не знают о сиянии мертвой плоти, об этом упоминал Аристотель, и это был известный факт в более ранние времена. Если вам любопытно (но не для экспериментов), гниющее мясо светится зеленым.