LIGHTSTICK®
žákovský/demonstrační - bezpečný - kdekoliv - před 5 min - po 5-20 min
odkazy:
1 - http://www.chem.leeds.ac.uk/delights/texts/expt_26.html
2 - http://www.kaiser.iol.cz
3 - http://www.lightstick.com
4 - http://www.happyend.cz
Legenda: "Trvalo to více než tři staletí než-li se podařilo splnit jeden odvěký lidský sen - vyrábět bezpečné, levné a intenzivní studené světlo, tolik podobné světlu, kterým vládnou světlušky, některé houby nebo třeba někteří mořští živočichové. Vědci vyvinuli v 80. tých letech 20. století svítící tyčinky, které lze dnes již běžně koupit v mnoha obchodech, zejména s tzv. outdoorovým vybavením. Soustřeďme se teď na jejich důkladné prozkoumání."
Stručný popis: "Koupit svítící tyčinku(y) nebo polštářek apod. Připravit dvě lázně - horkou a ledovou. Vložit do nich svítící tyčinku. Po 30 minutách ve tmě sledovat změny v intenzitě světla.."
Podrobný popis: Zpočátku se řiďte informacemi uvedenými na obalu. Ohněte vnější plastovou trubičku a zlomte skleněnou ampulku uvnitř. Trubičkou zatřeste. Jednu svítící trubičku umístěte do mrazničky (nebo ledové lázně). Druhou trubičku vložte do kádinky s horkou vodou (asi 40°C). Během pokusu kontrolujte teplotu laboratorním teploměrem a snažte se ji udržovat na stálé hodnotě. Asi po 20 minutách porovnejte intenzitu světla produkovaného oběma trubičkami. V dalším pozorování můžete pokračovat vždy po hodině. Která trubička vydrží déle svítit?
Pomůcky: svítící předmět(y) Light-Stick®, led (mranička), horká voda (sušárna), laboratorní teploměr (0-120°C)
Jak prodloužit dobu svitu svítící tyčinky?Vysvětlení: Obecně se rychlost chemické reakce zdvojnásobí vždy se zvýšením teploty o 10°C. Umístěním Light-Stick do mrazničky se sníží teplota z okolní, řekněme +20°C na -20°C. Speciálně tyčinky Glow-Stick vydrží při 20°C svítit 8 hodin . Ochlazením na 10°C můžeme očekávat pokles intenzity jejich světla na polovinu a dobu svitu asi 16 hodin. Podobně se při 0°C sníží intenzita světla opět na polovinu, tedy 1 původní intenzity a vydrží svítit až 32 hodin. Tudíž při -20°C vyzařuje 1/16 původní intenzity světelné energie a na místo osmi hodin světélkuje 128 hodin !!!
K zamyšlení…
Likvidace odpadu:
Klíčová slova: studené světlo, chemiluminiscence (CL), chemické světlo, Cyalume® Light-Stick, svítící tyčinka, nouzové světlo, peroxyoxalátový systém, rychlost reakce
1. Jak se mění intenzita "studeného chemického" světla s teplotou?
Intenzitu světla svítící trubičky můžeme zvýšit nebo snížit zvýšením nebo snížením teploty, ale světlo nemůžeme úplně vypnout, tj. světlo bude vznikat, dokud neustane chemická reakce (jeden z reaktantů se vyčerpá).
Pomůcky: mraznička nebo ledová tříšť, laboratorní teploměr (-20°C - (+100°C), kde lze zakoupit svítící tyčinky hledejte třebas na www.happyend.cz, hodinky, kádinka
2. Jak vzniká světlo ve svítící trubičce?
Zdrojem světla ve svítících trubičkách - chemických světlech - nejsou baterie (galvanické články apod.), ale vždy chemická reakce! Při takové reakci vzniká světlo přímo, bez tepelných ztrát. V tom se zásadně liší od běžných, tepelných zdrojů světla.
V každé trubičce jsou dva od sebe oddělené roztoky obsahující nejedovaté a nehořlavé chemikálie. Jak je vše v trubičce uspořádáno? A co se odehrává uvnitř?
Návod: Nasaďte si gumové rukavice. Ostrým nožem opatrně trubičku rozřízněte a vyjměte skleněnou ampulku. Roztok z plastové trubičky nalijte do zkumavky. Porovnejte barvu a další zjevné vlastnosti roztoku uzavřeného ve skleněné ampulce s roztokem ve zkumavce. Skleněnou ampulku vložte volně do kousku hadičky, zlomte a obsah vylijte do druhé zkumavky.
Například - nehořlavost roztoků zkusíme tak, že na destičku kápneme po kapce každého z roztoků a přiblížíme hořící zápalku. Kapky obou roztoků můžeme rovněž podrobit důkazu na přítomnost peroxidu vodíku - do každé kapky vhodíme krystalek hypermanganu a nebo burelu (oxid manganičitý MnO2). Začne-li některý z roztoků šumět, je v něm přítomen peroxid vodíku. Pokus můžete provést i ve zkumavce a unikající plyn dokázat žhnoucí špejlí.
Do roztoků ve zkumavce přilijte pár mililitrů vody. Co se stalo?
Upozornění: Protože kapaliny v svíticí tyčince nejsou toxické, nezpůsobí poranění kůže ani očí. Kontakt s okem může způsobit přechodné nepříjemnosti podobné působení mýdla nebo opalovacích prostředků. Pokud dojde k nenadálému kontaktu, opakovaně důkladně opláchněte zasaženou oblast vodou. Kapaliny ve svíticích tyčinkách Snaplight a Cyalume barví tkaniny a změkčují nebo poškozují barvy a laky.
Pomůcky: ostrý nůž, preparační miska apod., ochranné gumové rukavice, zkumavky, kapkovací destička (nebo zrcátko, sklíčko), 2 kapátka (nebo tyčinky), oxid manganičitý MnO2 (burel) nebo např. manganistan draselný KMnO4 (hypermangan), hadička (průměr asi 7 mm),
Uvnitř každé svítící trubičky z polyethylenu (PE) se nachází fluoreskující kapalina. Ze 7,5 ml objemu připadá 80-90% na rozpouštědlo dibutylftalát, 10-20% na ester kyseliny šťavelové a pouhá 0,1% na příslušný fluorofor (= fluorescenční barvivo).
V této kapalině plave skleněná, lehce zlomitelná, ampulka se 2,5 ml kapaliny - z toho 80% připadá na dimethylftalát, 15% terciální butanol (obojí rozpouštědla) a 5% na H2O2 jako oxidační činidlo.
Mimoto mohou být v trubičce přítomny ještě určité katalyzátory, které zvyšují intenzitu a prodlužují trvání světla.
R-OOC-COO-R + H2O2 + F = 2 R-OH + 2 CO2 + F* (I)
F* = F + h? (= světlo, jehož barva závisí na použitém fluorescenčním barvivu)
Legenda: (I): ester kyseliny šťavelové; R = arylester; F = fluorofor (fluorescenční barvivo) v základním stavu; F* = fluorofor v elektronicky excitovaném (vzbuzeném) stavu