Versuch 42: Chemolumineszenz - Einleitung

Unter Chemolumineszenz (lumen = lat. für Licht), also das „chemische Leuchten“ versteht man das Ausstrahlen von Licht bei einer chemischen Reaktion. Der findige Leser bemerkt, dass Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung, also Licht, des sichtbaren Spektrums des öfteren bei chemischen Reaktionen entsteht.

Das Licht der Chemolumineszenz ist nicht Produkt hoher Temperaturen, sondern kaltes Licht. Dieses Licht ohne spürbaren Wärmeanteil entsteht analog zum Prozess der „warmen Lichtproduktion“. Durch den Übergang eines Elektrons von einem zuvor angeregten Zustand in den Grundzustand wird Energie in Form elektromagnetischer Strahlung abgegeben. Der angeregte Zustand des lumineszierenden Stoffes wird durch die zuvor ablaufende chemische Reaktion erreicht.

Chemolumineszenz kommt in Natur und Alltag vielfach vor. In tiefen Bereichen des Ozeans findet man bei manchen Raubfischen oder Quallenarten Leuchten in verschiedenen Farben. Glühwürmchen sind die alltäglich bekannteren Vertreter der chemischen Kaltleuchten. Im häuslichen Alltag kennen wir das kalte Licht z.B. von Knicklichtern, die auch die nötige chemische Reaktion verdeutlichen.

Beim Knicken mischen sich die „lichtlosen“ Edukte, die im Zusammenspiel in bunten Farben leuchten. Aus dem Fernsehen ist ein weiteres Beispiel für Chemolumineszenz bekannt. Nicht nur dort, sondern auch in der wahren Praxis nutzen Kriminalbeamte, Profiler und ähnliche Sherrifs den Effekt des kalten Leuchtens zum Nachweis von Blutspuren an Tatorten. Bekanntester Vertreter der kalten Leuchten ist das 5-Amino-1,2,3,4-tetrahydrophthalazin-1,4-dion: Luminol!

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Schutzhandschuhe tragen! Ätzend Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln.

Chemikalien

  • Luminol
  • NaOH-Lösung (10%)
  • Kaliumhexacyanoferrat III
  • Wasserstoffperoxid-Lösung (30%)

Materialien

  • Rundkolben (200ml)
  • 2 Bechergläser (600ml)
  • 2 Bechergläser (400ml)
  • 2 Messzylinder (50ml)
  • Schutzhandschuhe
  • Schutzbrille

Durchführung

Zuerst werden folgende Lösungen angesetzt:

Lösung 1: 1g Luminol und 50mL NaOH-Lösung (10%) in 450mL Wasser

Lösung 2: 500mL Kaliumhexacyanoferrat-Lösung (3%) in 485mL Wasser

Diese angesetzten Lösungen bieten einen großen Vorrat, der für mehrere Präsentationen reicht. Für eine einzelne Demonstration werden aus diesen Lösungen folgende Verdünnungen angesetzt:

Lösung 3: 50mL von Lösung 1 in 350mL Wasser

Lösung 4: 50mL von Lösung 2 in 350mL Wasser

Unmittelbar vor der Versuchsdurchführung werden zu Lösung 4 noch 3mL Wasserstoffperoxid (30%) hinzu gegeben. In einen Rundkolben oder großes Becherglas werden einige Körner Kaliumhexacyanoferrat gegeben. Der Raum wird verdunkelt. Danach können mit Hilfe eines Trichters die Lösungen 3 und 4 gleichzeitig in den Kolben gegossen werden.

Durch weitere Zugabe von Natronlauge oder Kaliumhexacyanoferrat kann die abklingende Reaktion wieder aufgefrischt werden. Um den Versuch noch spektakulärer zu gestalten ist Kreativität gefragt. Aus Glasrohren lassen sich leicht Schriftzüge, oder Formen basteln, durch die die Lösungen hindurch geleitet werden.

Entsorgung

Auf einer Kochplatte wird die Lösung im Abzug auf 100ml eingedampft . Der Rückstand wird in den Sammelbehälter für Schwermetalle gegeben

Ergebnisse

Luminol zeigt in alkalischem Milieu eine Chemolumineszenz durch Reaktion mit dem Wasserstoffperoxid. Man nimmt an, dass das Luminol durch ein Hyperoxidradikalion O2- oxidiert wird.

Eisen(III) Komplexe, wie das Kaliumhexacyanoferrat katalysieren die Freisetzung solcher Radikale aus dem Wasserstoffperoxid. Unter Aussendung von blauem Licht geht das entstandene 3-Aminophthalat wieder in den Grundzustand über.

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Hinweise

Die Giftigkeit von Luminol ist nicht bekannt. Die Sensibilisierung durch Einatmen von Luminolstäuben und Hautkontakten ist möglich. 30% Wasserstoffperoxid-Lösung ist ein starkes Oxidationsmittel. Der Kontakt mit der Haut führt zu starken Zerstörungen. Schutzhandschuhe und Schutzbrille tragen.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Chemolumineszenz

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NEU

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