Zeptali jsme se vědců: Jaké chemické látky jsou ve svítících tyčinkách?

Energie se většinou uvolňuje ve formě tepla. Existují však i chemické reakce, při nichž se může uvolnit v podobě světelného záření. Takové reakce jsou poměrně vzácné a označují se jako chemiluminiscenční.

Mezi nejvíce využívané chemiluminiscenční reakce patří reakce peroxidu vodíku (H2O2) s aromatickými estery kyseliny šťavelové, takzvanými aryloxaláty. Ta je i podstatou fungování svítících tyčinek.

Reakce ve skutečnosti probíhá v několika krocích. V prvním kroku se rozkládá molekula esteru a vzniká zvláštní sloučenina: dimerní oxid uhličitý (C2O4). Jeho molekula v sobě nese velké množství energie a není stabilní, takže se rychle rozpadá na dvě molekuly oxidu uhličitého (CO2). Zároveň se uvolní přebytečná energie.

Posledním krokem je pak absorpce (pohlcení) uvolněné energie speciálním barvivem, které se v reakční směsi také nachází. Barvivo je podobné látkám, jež se používají třeba ve zvýrazňovačích, a dokáže přeměnit energii chemické reakce na světlo. Různě barevné tyčinky se tedy odlišují pouze přidaným barvivem – ve všech jinak probíhá stejná reakce.

Konstrukce tyčinek je zcela jednoduchá. Nejsnazším způsobem, jak zajistit, že se chemická reakce nespustí předčasně, je držet výchozí látky oddělené. Uvnitř svítící tyčinky jsou proto dva prostory.

Prvním je skleněná ampulka obsahující aryloxalát a barvivo rozpuštěné ve vhodném organickém rozpouštědle (například dibutylftalátu). Druhá polovina výchozích látek – peroxid vodíku rozpuštěný v organickém rozpouštědle – je uzavřena mezi ampulkou a vnějším plastovým obalem.

Jakmile tyčinku ohneme, tenká stěna skleněné ampulky praskne, roztoky se smíchají a rozběhne se reakce produkující světlo.

Dávkováním různého množství výchozích látek a použitím různých rozpouštědel se dá regulovat, jak dlouho a jak intenzivně bude tyčinka svítit. Pomocí svítících tyčinek se dá také pěkně demonstrovat vliv teploty na rychlost chemických reakcí. Přesvědčte se sami pomocí jednoduchého pokusu.

Pomůcky: Dvě stejně velké svítící tyčinky, dvě sklenice, horká voda, studená voda, led (nebo sníh).

Provedení: Do jedné sklenice nalijte horkou vodu. Do druhé nalijte studenou vodu a přidejte do ní led. Ve stejný okamžik aktivujte (zlomte) dvě svítící tyčinky a pak promíchejte jejich obsah zatřepáním. Nyní každou tyčinku ponořte do jedné sklenice. Po zhruba 10 minutách je vyjměte a pozorujte intenzitu záření.

Vysvětlení: Při vyšší teplotě probíhají chemické reakce rychleji. Pokud tyčinku ohřejeme, bude svítit více než ta, která je chladnější. Při hodně nízkých teplotách se může dokonce stát, že se reakce úplně zastaví. Protože obsah reagujících látek je v obou tyčinkách stejný, bude ohřátá svítit sice intenzivněji, zato však daleko kratší dobu než ochlazená.