Палка при переломе светится

Наверняка вы хоть раз видели химические источники света — светящиеся палочки, которые начинают работать после «переламывания». Внутри — стеклянная капсула, которая при этом ломается, и начинается какая-то мистическая химическая реакция. Мне всегда было интересно разобраться, как это работает.

Энергия связи молекул, освобождающаяся во время химической реакции — может выделится в виде тепла (к чему мы все привыкли), а в редких случаях может — в виде излучения кванта света. Излучение света во время химической реакции называется хемилюминесценцией. Существуют 2 наиболее распространенных реакции с хемилюминесценцией: окисление Люминола и окисление TCPO в присутствии органических красителей.

Отличие в том, что Люминол светится сам, а TCPO — передает энергию молекулам органического красителя (вроде Родамина), и таким образом можно управлять цветом свечения выбирая краситель. Про TCPO (включая его синтез) можно посмотреть на YouTube (использование синтез), а вариант с Люминолом — под катом.

В первую очередь — Люминол. Его можно найти на форумах химиков (1 2), или купить в аптеке под названием Галавит (натриевая соль люминола, этот вариант я не пробовал). Я нашел на барахолке по ~1$ за грамм. Не жадничайте, 1-2-3 грамма вполне хватит для экспериментов.

Люминол растворяется только в щелочной среде — потому нужен гидроксид натрия (NaOH) или калия (KOH). Продается в химическом магазине (например Русхим).

Во многих примерах, которые можно найти в интернете — реакцию с Люминолом проводят в водной среде (добавляя перекись водорода). Но свечение в этом случае слабое, и очень кратковременное (единицы/десятки секунд). Намного лучшего результата можно добиться, если в качестве растворителя использовать диметилсульфоксид (DMSO), продается в аптеке под именем Димексид. При работе с ним нужно соблюдать осторожность и надевать перчатки — он хоть сам и не ядовит, но легко проникает через кожу, унося с собой в кровь любую растворимую грязь на руках. Может иметь легкий неприятный запах из-за примесей, так что лучше не нюхать. Цвет свечения кстати отличается — в водной среде он синий, в DMSO — бирюзовый. Почему так получается — вопрос интересный.

В качестве источника кислорода — в простейшем случае может использоваться кислород воздуха, или гидроперит из аптеки. Перекись водорода использовать нельзя, т.к. там есть вода.

И наконец катализатор — в случае DMSO он не обязателен, но можно пробовать варианты с кровью, гематогеном и соком хрена(!). Я пробовал с высохшей кровью и сульфатом меди — ничего хорошего не вышло. Возможно катализатор важен только для реакции в водной среде.

Основная сложность — как и сколько чего класть, чтобы все работало? Немало попыток ушло на поиск хорошо работающего варианта.

Как оказалось, гидроксида много не бывает, и его можно брать примерно на половину объема DMSO, даже если он не растворяется. Люминола — по объему 1-2-3 спичечных головки на 100мл. Именно наличие не растворившихся гранул гидроксида — ключевой фактор для начала реакции. Яркость свечения — зависит от температуры, и количества растворенного кислорода. Без гидроперита свечение очень быстро остается только в поверхностном слое жидкости — где есть доступ кислорода воздуха:

Стоит заметить, что об абсолютной яркости по снимкам и видео судить сложно из-за автоэкспозиции. Например следующий пример — ярче предыдущего, но из-за бОльшей светящейся массы экспозиция получилась короче. В целом, при такой яркости можно читать, хоть и не комфортно.

Если добавить ~1г гидроперита на 100мл жидкости, и перемешать — свечение будет по всему объему:

Свечение постепенно будет затухать, но даже после 30 часов реакция все еще идет:

Первый кадр — DMSO с растворенным люминолом и KOH приливается в колбу с DMSO и гидроксидом калия на дне. Этот эксперимент показывает необходимость наличия не растворенных чешуек KOH на дне для начала реакции.

3:40 — к сухому люминолу и KOH приливается DMSO. Сразу начинается реакция.
6.19 — то же в «широкой» емкости.

Update: Вариант без гидроперита, с барботацией кислородом. Смотрим с 40-й секунды, кислород — с 2.09. В данном случае — DMSO был подогрет до ~60 градусов, что давало красивые эффекты из-за конвекции.

↓ Где могут быть использованы светящиеся палочки? ↓

Отличный атрибут для различных праздничных мероприятий таких как фестивали, вечеринки или корпоративы.
Также могут быть использованы в туризме, во время походов, охоты, рыбалки или дайвинга для сигнализации в экстренных ситуациях.
Незаменимы в случае отсутствия других источников света и в случаях, когда обычные источники не подходя (например во время утечек газа)

↓ За счет чего светятся неоновые палочки и другие химические источники света? ↓

Свет излучаемый палочками возникает благодаря химическому процессу называемому хемилюминесценцией, который возникает благодаря реакции при смешении компонентов находящихся внутри светящихся палочек. Внутренний сосуд «плавает» в перекиси водорода и содержит компонент реагирующий с перекисью и краску определенного цвета. При надломе содержимое внутреннего и внешних сосудов смешивается и начинается Свет Подробнее процесс описан в статье посвященной процессу под названием Хемилюминесценция

↓ Какова длительность свечения ХИС ↓

Длительность свечения химических источников света напрямую зависит от 2-х факторов — структуры и количества компонентов внутри и температуры окружающей среды. Наименьшие светящиеся палочки светятся до 2-х часов, в то время как наибольшие светятся до 12 часов.
Существуют специальные светящиеся палочки с очень ярким свечением, но его длительность не превышает 10-15 минут.

При температурах близких к 0 градусов Цельсия реакция либо совсем прекращается, либо очень медленна — соответственно свечение либо не наблюдается вовсе либо очень тусклое…зато очень долго. В жаркую же погоду или при нагреве светящихся палочек яркость увеличивается, но время свечения сокращается.

Также существует явление называемое AfterGlow, тоесть после-свечение, которое в некоторых случаях может наблюдаться в полной темноте и спустя 2-3 дня после использования светящихся палочек.

↓ Как «перезаряжать» светящиеся палочки? ↓

Химические источники света являются одноразовыми — однажды активировав их процесс нельзя остановить, можно только замедлить. В связи с чем возник распространенный миф о возможности «перезаряжать» светящиеся палочки положив их в морозильную камеру.

На самом деле реакция внутри всего-навсего замедляется до практически полной остановки. Таким образом появляется возможность несколько раз использовать активированные палочки на протяжении 1-2 дней.

↓ Как долго хранятся химические источники света? ↓

Срок хранения неактивированных светящихся палочек составляет 3-4 года, при условии соблюдения правил хранения: отсутствие воздействия прямых солнечных лучей, температур ниже 0 и выше 35 градусов Цельсия. Оптимальный режим для хранения температура от 10 до 20 градусов Цельсия в темном помещении

Необходимо учитывать, что даже кратковременный контакт с солнечным светом сокращает срок хранения до нескольких недель

↓ Как активировать светящуюся палочку? ↓

Большинство химических источников света активируются путем изгиба, вследствие чего содержимое смешивается и вступает в реакцию.
После этого можно несколько раз резко встряхнуть светящуюся палочку, чтоб получить максимальное количество света и в реакцию вступило все вещество, находящееся внутри.

Не стоит чрезмерно изгибать светящиеся палочки — достаточно слегка согнуть их, Вы услышите характерный треск (это знак того, что внутренний сосуд сломался и его содержимое смешалось с перекисью).

↓ Какие условия использования светящихся палочек? ↓

Химические источники света можно использовать практически в любых погодных условиях, т.к. они являют пыле и влагонепроницаемыми. Исключением являются низкие температуры. Визуальное восприятие яркости свечения зависит от интенсивности освещения от других источников в конкретном месте.

Оптимальное свечение наблюдается при температурах выше 10 градусов Цельсия в темное или сумеречное время суток на открытом пространстве и в любых темных местах. С яркостью Солнца или сценических прожекторов они не способны конкурировать, поэтому свечение будет не заметно в ясную погоду и лишь слегка заметным в пасмурную.

↓ Безопасны ли светящиеся палочки? ↓

При надлежащем использовании, химические источники света абсолютно безопасны. Химические компоненты нетоксичны, не являются легковоспламеняемыми, но в огне горят, конечно же. Воздействие на окружающую среду сопоставимо с пластиковыми стаканчиками или полиэтиленовыми кульками.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Избегайте чрезмерного и множественного сгибания светящихся палочек — они прочны, но не бессмертны. Это единственная причина нарушения герметичности оболочки, кроме умышленного ее повреждения.

Следите за соблюдением этого простого правила вашими детьми, а также не позволяйте им грызть светящиеся палочки.

↓ Что делать в случае попадания содержимого светящихся палочек на тело или одежду? ↓

Соблюдение правил описанных в предыдущем пункте предотвращает такую возможность практически на 100%, не исключая при этом вероятность наличия фабричных или транспортировочных повреждений.

Признаком протекания оболочки является характерный запах и наличие слегка маслянистой жидкости в упаковке или на самой светящейся палочке.

При попадании содержимого на одежду постарайтесь как можно быстрее промыть область загрязнения в теплой воде с моющим средством. В случае засыхания может остаться невыводимое пятно.

В случае попадания жидкости из светящихся палочек на кожу — помойте ее теплой водой с мылом. В редких случаях, при повышенной аллергической чувствительности, может возникнуть легкое раздражение кожи.

Попадание содержимого химических источников света в глаза вызывает жжение и раздражение слизистой — ни в коем случае не растирайте и немедленно промойте глаза большим количеством теплой воды.

Если по случайности содержимое жидкости попало в ротовую полость или было проглочено — необходимо прополоскать рот. Может возникнуть аллергическая реакция, а при больших количествах проглоченного отравление. Хотя как-то кошка одного нашего клиента съела чуть ли 3 светящихся браслета и осталась жива))