化学発光とは

化学発光の例とその仕組み

チャールズ・オリア/ゲッティイメージズ

化学発光は、化学発光の結果として放出される光として定義されます。 化学反応 .あまり一般的ではありませんが、化学発光としても知られています。化学発光反応によって放出されるエネルギーは必ずしも光だけではありません。熱も発生し、反応が起こります。 発熱 .

化学発光のしくみ

WikiProfPC / ウィキメディア・コモンズ / CCJ

' id='mntl-sc-block-image_2-0-1' />

WikiProfPC / ウィキメディア・コモンズ / CCJ

化学反応では、反応物の原子、分子、またはイオンが互いに衝突し、相互作用していわゆる 遷移状態 .遷移状態から、製品が形成されます。遷移状態は、エンタルピーが最大になる場所であり、一般に生成物は反応物よりもエネルギーが少なくなります。言い換えれば、化学反応は、分子の安定性を高める/エネルギーを低下させるために発生します。エネルギーを熱として放出する化学反応では、製品の振動状態が励起されます。エネルギーが製品全体に分散し、より暖かくなります。同様のプロセスが化学発光でも発生しますが、励起されるのは電子です。励起状態は、遷移状態または中間状態です。励起された電子が基底状態に戻るとき、エネルギーは 光子 .基底状態への崩壊は、許可された遷移 (蛍光のような光の迅速な放出) または禁止された遷移 (リン光のような) を通じて発生する可能性があります。

理論的には、反応に関与する各分子は 1 つの光子を放出します。実際には、利回りははるかに低くなります。非酵素反応の量子効率は約 1% です。を追加する 触媒 多くの反応の明るさを大幅に高めることができます。

化学発光と他の発光との違い

化学発光では、電子励起につながるエネルギーは化学反応に由来します。蛍光またはリン光では、エネルギーはエネルギー光源 (ブラック ライトなど) などの外部からもたらされます。

一部の情報源は、光化学反応を光に関連する化学反応と定義しています。この定義では、化学発光は光化学の一形態です。しかし厳密には、光化学反応とは光の吸収を必要とする化学反応のことです。より低い周波数の光が放出されるため、一部の光化学反応は発光します。

化学発光反応の例

グロースティックは、化学発光の優れた例です。 ジェームズ・マッキラン/ゲッティイメージズ

ルミノール反応は、化学発光の古典的な化学デモンストレーションです。この反応では、ルミノールが過酸化水素と反応して青色の光を放出します。少量の適切な触媒を添加しない限り、反応によって放出される光の量は少ない。通常、触媒は少量の鉄または銅です。

反応は次のとおりです。

ハ₈ひ₇N₃〇₂(ルミノール) + H₂〇₂(過酸化水素) → 3-APA (振電励起状態) → 3-APA (より低いエネルギー準位に崩壊) + 光

3-APA は 3-アミノフタラートです。

遷移状態の化学式に違いはなく、電子のエネルギー準位のみに違いがあることに注意してください。鉄は反応を触媒する金属イオンの 1 つであるため、ルミノール反応は血液の検出に使用.ヘモグロビンからの鉄は、化学混合物を明るく輝かせます。

化学発光のもう 1 つの良い例は、グロー スティックで発生する反応です。の グロースティックの色 化学発光からの光を吸収し、別の色として放出する蛍光色素 (フルオロフォア) に起因します。

化学発光は液体だけではありません。たとえば、 白リンの緑色の輝き 湿った空気中では、気化したリンと酸素の間の気相反応です。

化学発光に影響を与える要因

化学発光は同じ影響を受けます 要因 他の化学反応に影響を与えます。反応温度を上げると反応速度が上がり、より多くの光を放出します。ただし、光はそれほど長くは続きません。効果は簡単に グロースティックを使用して見られる .グロースティックをお湯に入れると、より明るく光ります。グロースティックを冷凍庫に入れると、そのグローは弱くなりますが、より長く持続します。

生物発光

腐敗する魚は生物発光です。 ポール・テイラー/ゲッティイメージズ

生物発光は、化学発光の一形態であり、 生物 、 そのような ホタル 、いくつかの菌類、多くの海洋動物、およびいくつかの細菌。植物が生物発光バクテリアに関連していない限り、植物に自然に発生することはありません。多くの動物は、 ビブリオ バクテリア。

ほとんどの生物発光は、酵素ルシフェラーゼと発光色素ルシフェリンとの間の化学反応の結果です。他のタンパク質 (エクオリンなど) が反応を補助する場合があります。 補因子 (例えば、カルシウムまたはマグネシウムイオン) が存在する可能性があります。この反応は、多くの場合、通常はアデノシン三リン酸 (ATP) からのエネルギー入力を必要とします。異なる種のルシフェリン間にほとんど違いはありませんが、ルシフェラーゼ酵素は門間で劇的に異なります。

緑と青の生物発光が最も一般的ですが、赤い輝きを放つ種もあります。

生物は、獲物をおびき寄せる、警告する、配偶者を誘引する、カモフラージュする、環境を照らすなど、さまざまな目的で生物発光反応を使用します。

興味深い生物発光の事実

腐った肉や魚は、腐敗する直前に生物発光します。発光するのは肉そのものではなく、生物発光バクテリアです。ヨーロッパと英国の炭鉱労働者は、弱い照明に乾燥した魚の皮を使用していました.皮はひどいにおいがしましたが、爆発を引き起こす可能性のあるろうそくよりもはるかに安全に使用できました.ほとんどの現代人は死んだ肉の輝きに気づいていませんが、それはアリストテレスによって言及されており、以前はよく知られた事実でした.興味がある方のために (ただし、実験するつもりはありません)、腐った肉は緑色に光ります。

ソース

• 笑って、サミュエル。 エンジニアの命: 3 .ロンドン：マレー、1862年。 107。