bekijk de video en download technician notes van de Education in Chemistry website: rsc.li/2IoVGZG
De chemiluminescentie van luminol is een fascinerende manier om aan te tonen dat energieveranderingen in reacties niet altijd gepaard gaan met het vrijkomen of absorberen van warmte. Maar terwijl de gloed mooi en indrukwekkend is, kan het kort zijn en studenten vragen vaak hoe andere kleuren worden gemaakt.,
De Blauwe Kleur van Luminol kan door maskering met fluoresceïne tot meer geelgroen worden gewijzigd, maar commerciële glowsticks omvatten het genereren van tussenproducten die zelf geen zichtbaar licht afgeven, maar eerder energie doorgeven aan kleurstoffen of ‘sensibilisatoren’. Deze reacties lenen zich ook voor discussies of onderzoeken van kinetica.
bij glowstickreacties zijn echter vaak dure kleurstoffen en het gebruik van oplosmiddelen nodig die niet in een typische schoolwinkel (diethylftalaat) te vinden zijn, of die niet geschikt zijn voor gebruik op school (dichloormethaan)., In deze kolom zal ik me concentreren op een glowstickreactie die waarde, eenvoud en veiligheid vertegenwoordigt.1
bij glowstickreacties zijn echter vaak dure kleurstoffen en oplosmiddelen nodig die niet in een typische schoolwinkel (diethylftalaat) te vinden zijn, of die niet geschikt zijn voor gebruik op school (dichloormethaan). In deze kolom zal ik me concentreren op een glowstickreactie die waarde, eenvoud en veiligheid vertegenwoordigt.
Download de technican notes (MS Word of pdf) voor deze demonstratie.,
preparaat van de chemiluminescentieverbinding bis (2,4,6-trichloorfenyl) oxalaat (TCPO)
Er zijn verschillende difenylesterverbindingen die de gewenste resultaten kunnen opleveren. TCPO wordt gekozen om zijn gunstige stabiliteit na synthese, evenals de helderheid en de duur van de geproduceerde gloed. De verbinding is onbetaalbaar duur om te kopen, maar kan eenvoudig worden gesynthetiseerd door een leraar of technicus van tevoren – dit kan ook worden uitgevoerd door betrouwbare zesde-vormers onder nauw toezicht in een wetenschapsclub.,
het zuurchloride reageert veel sneller dan het carboxylzuurequivalent, en de verwijdering van het geëvolueerde waterstofchloride door de basistriethylamine helpt de reactie verder naar voltooiing te leiden met verwachte opbrengsten van ongeveer 65%.2
het zuurchloride reageert veel sneller dan het carboxylzuurequivalent, en de verwijdering van het geëvolueerde waterstofchloride door de basistriethylamine helpt de reactie verder naar voltooiing te leiden met verwachte opbrengsten van ongeveer 65%.,
Synthese van TCPO, met 2,4,6-trichlorophenol en oxalyl chloride
Kit
- 4.7 g 2,4,6-trichlorophenol (TCP) (irriterend, schadelijk bij opname door de mond, gevaarlijk voor het milieu, verdacht carcinogeen)
- 40 cm3 aceton (ontvlambaar, irriterend)
- 3.5 cm3 triethylamine (ontvlambaar, schadelijk bij opname door de mond vergiftig bij aanraking met de huid)
- 1.,5 cm3 oxalylchloride (corrosief, irriterend voor de luchtwegen, in contact met water komen ontvlambare gassen vrij)
- 100 cm3 rondbodemkolf
- Droogbuis
- Groot bekerglas en ongeveer 200 g ijs voor een ijsbad
- Aanzuigfiltratieapparaat
- magnetische roerder en volger
voorbereiding
werken in een zuurkast. Draag handschoenen en een spatwaterdichte bril. Plaats een beker die als ijsbad fungeert op een magneetroerder en klem er een rondbodemkolf van 100 cm3 in. Voeg 4,7 g TCP toe, gevolgd door 40 cm3 aceton. Begin het mengsel te roeren en voeg 3 toe.,5 cm3 triethylamine. Koel het mengsel af door ijs en water toe te voegen aan het bekerglas. Voeg langzaam 1,5 cm3 oxalyl chloride met de tijd voor het koelen op elke toevoeging. Voeg één druppel triethylamine toe, plaats een droogbuis op de erlenmeyer en laat 20 minuten roeren. Het product zal kristalliseren en kan worden gefilterd, aan de lucht gedroogd onder afzuiging en blijft gedurende enkele maanden stabiel in een monsterflacon.,
bron: © Declan Fleming
waaruit de glowstickreactie blijkt
De chemiluminescente reactie wordt geïnitieerd door de oxidatie van de oxalaatester in aanwezigheid van waterstofperoxide en gekatalyseerd door een base zoals natriumacetaat. Het eerste oxidatieproduct is 1,2-dioxetaandion, dat snel ontbindt tot elektronisch aangeslagen kooldioxide. Alleen zal dit niet efficiënt chemiluminesce, maar een fluorescente kleurstof kan energie uit de CO2 efficiënt vangen en vrijgeven in de vorm van zichtbaar licht.,3
De chemiluminescente reactie wordt geïnitieerd door de oxidatie van de oxalaatester in aanwezigheid van waterstofperoxide en gekatalyseerd door een base zoals natriumacetaat. Het eerste oxidatieproduct is 1,2-dioxetaandion, dat snel ontbindt tot elektronisch aangeslagen kooldioxide. Alleen zal dit niet efficiënt chemiluminesce, maar een fluorescente kleurstof kan energie uit de CO2 efficiënt vangen en vrijgeven in de vorm van zichtbaar licht.,
De glow stick reactie: de oxidatie van het product 1,2-dioxetanedione snel ontleedt formulier elektronisch opgewonden CO2 – een fluorescerende kleurstof kan de opname van deze energie en laat het in de vorm van zichtbaar licht
Kit
- Glas 20 cm3 monsterflesje met deksel
- 5 cm3 ethyl acetaat (ontvlambaar, irriterend)
- 5 cm3 ethanol (ontvlambaar, schadelijk bij opname door de mond)
- 2 cm3 10 vol waterstofperoxide in ethanol (brandbare)
- 0,1 g TCPO (irriterend)
- 0,05 g natrium acetaat
- 0.,05 G rhodamine B (Schadelijk bij inslikken, Veroorzaakt ernstige oogschade, gevaarlijk voor het aquatisch milieu)
- spatels en houten spalken / microspatels
voor de klasse
voor het beste effect werken in een donkere kamer. Draag oogbescherming en handschoenen. Breng ongeveer ½ spatel TCPO over op de monsterflacon (ongeveer 0,1 g) en de punt van een spalk / microspautula van de andere twee vaste stoffen (ongeveer 0,05 g). Voeg de ethylacetaat en ethanol toe en schud met het deksel erop om de kleurstof op te lossen en de basis op te schorten., Voeg ten slotte de waterstofperoxide toe en schud het mengsel nog een keer om de reactie te starten. De rode gloed zal enkele minuten aanhouden.
Onderwijsdoel
talrijke kinetische effecten kunnen hier worden aangetoond. Ten eerste is het mogelijk om het katalytische gedrag van de basis aan te tonen. Het herhalen van de demonstratie zonder dit reagens zal weinig tot geen zichtbare gloed achterlaten, maar bij toevoeging van de basis zal de gloed initiëren – bij nauwgezette inspectie kan de gloed worden gezien als de meest dramatische rond de zwevende basispoeder deeltjes., Verdere verkenningen die het effect van toenemende waterstofperoxide concentratie aantonen zijn zeer eenvoudig.
andere (potentieel duurdere) kleurstoffen zijn beschikbaar om verschillende en helderdere kleuren te genereren – rhodamine B is gekozen voor zijn relatief goedkope prijs, maar rubreen geeft een aanzienlijk sterkere en langduriger oranje gloed. 9,10-difenylantraceen produceert ook een helderdere blauwe gloed. Chlorofyl gewonnen uit spinazie bladeren genereert een rode gloed die kan worden besproken in de context van de groene kleur onder zichtbaar licht.,
temperatuureffecten op de reactiesnelheid kunnen gemakkelijk worden aangetoond door de gesloten monsterflacon in een ijsbad te dompelen en terug te keren in warm water – de gloed zal afnemen en dienovereenkomstig terugkeren.
verwijdering
het mengsel kan worden laten verdampen in een bekerglas aan de achterkant van een zuurkast om een kristallijn residu van 2,4,6-Trichloorfenol en kleurstof achter te laten. Het grootste deel van het vaste materiaal kan in een container worden geschraapt voor inzameling door een geregistreerde afvalaannemer en het resterende materiaal kan worden verdund en in een vuilwaterafvoer worden gegoten.
Geef een reactie