Reacciones luminiscentes

La luminiscencia, también conocida como “luz fría”, es un fenómeno que ha llamado la atención del hombre a lo largo de la historia (los chinos ya la conocían desde la antigüedad y la llamaban el “fuego frío” que emitía la “mosca del fuego”) y sigue siendo igual de atractiva para los estudiantes de cualquier nivele educativo.

Un proceso luminiscente se produce cuando un átomo es excitado, los  electrones pasan a niveles de energía superior, sin que sea por acción de la radiación térmica, y retornan posteriormente al nivel fundamental con emisión de luz.

Según el tiempo en que tarde en emitirse la luz después de la excitación la luminiscencia se clasifica en fluorescencia, si el fenómeno es prácticamente instantáneo, o en fosforescencia, si es más duradero. Las sustancias fluorescentes (como la quinina o la fluoresceína) necesitan ser irradiadas para mostrar luminiscencia (fotoluminiscencia). Estas sustancias absorben radiación de longitud de onda menor de la que emiten, normalmente absorben luz ultravioleta y emiten luz visible. Cuando se apaga el foco emisor de radiación, la sustancia deja de emitir luz.

Según la forma de excitar el electrón la luminiscencia recibe distintos nombres:

• Fotoluminiscencia si es por acción de la luz.
• Triboluminiscencia si es por fricción.
• Electroluminiscencia si es por impacto con partículas cargadas.
• Quimioluminiscencia si es por efecto de una reacción química.

La quimioluminiscencia es un fenómeno que nuestros alumnos reconocen fácilmente en algunos animales como las luciérnagas o también en las llamadas “barras de luz” que se utilizan en las acampadas o las que usan los pescadores.

Procedimiento experimental

Una de las sustancias más empleadas para realizar reacciones luminiscentes es el luminol (descubierto por Albrecht en 1928). El luminol (3-aminoftalhidracida) para exhibir su luminiscencia debe ser excitado mediante un agente oxidante.

En la experiencia que aquí se describe, el luminol es oxidado en medio básico por el oxígeno (liberado en la descomposición del peróxido de hidrógeno) a ión aminoftalato, que se forma en un estado excitado, es decir de mayor energía, el cual se desactiva emitiendo luz y produciéndose la luminiscencia. (Shakhashiri, 1983).

luminol(3-aminoftalhidracida) + H₂O₂/Fe³⁺  —->  Ión aminoftalato * +N₂ + H₂O

Esta reacción necesita ser catalizada para que se produzca la luminiscencia. Se pueden emplear diferentes catalizadores como sales de Cu (II) o de Co (II). En este caso utilizaremos como catalizador el ión hierro (III) (Fe³⁺) contenido en el hexacianoferrato (III) de potasio (K₃Fe(CN)₆), conocido también como ferricianuro de potasio.

Para ello, se prepararan las siguientes disoluciones:

• Disolución A: se disuelven 4g de hidróxido de sodio (NaOH) y 0,4g de luminol en un litro de agua destilada.
• Disolución B: se disuelven 4g de ferricianuro de potasio en un litro de agua destilada.

Se preparan tubos de ensayo (u otros recipientes), como se muestra en la figura a, cada uno con:

1. 30-40 ml de la disolución A. Opcionalmente se puede añadir unas gotas de disolución de colorante cromóforo (unos 0,5 ml).
2. El mismo volumen de la disolución B y unas gotas (unos 0,5 ml) de la disolución de agua oxigenada al 30% (110 volúmenes).

Para poder observar la luminiscencia se oscurece la habitación y se añade poco a poco el contenido del tubo 2 sobre el 1. Aparecerá un destello luminoso azul (la longitud de onda de la luz emitida es de 425 nm) por la quimioluminiscencia del luminol.

Si se han añadido además diferentes cromóforos, aparecerán distintos colores para la luz emitida: amarillento, si se añade fluoresceína; rojo rosáceo, si se añade rodamina B; rojo violáceo, con rodamina 6G y naranja, si es eosina (mezclando fluoresceína y rodamina B en proporción 3:1 aparece rosa pálido). Las disoluciones de cromóforos se preparan al 0,5% en agua excepto la de rodamina 6G que es una disolución al 0,5% en alcohol.

En esta experiencia se han utilizado como colorantes cromóforos: rodamina 6G,  fluoresceína con timolftaleína (indicador de pH), fluoresceína y timolftaleína (figura a), dando lugar a luz de color azul, amarillo, verde y violeta respectivamente (figura b).

Recomendaciones didácticas.

• Si no se dispone de luminol, que es un reactivo caro, se pueden comprar las “barras de luz” (se pueden adquirir en tiendas de equipos para aire libre) que contienen otra sustancia luminiscente, un éster de un feniloxalato, junto con una base fluorescente dentro de un tubo de cristal que se encuentra dentro de otro de plástico que contiene la disolución de agua oxigenada. Cuando dicho tubo se dobla, se rompe el de cristal y ambas disoluciones se mezclan produciéndose la reacción. En este caso no se podrían realizar los experimentos anteriores tal como están descritos.
• Se puede hacer un estudio cualitativo de cómo influye la temperatura en la velocidad de reacción calentando o enfriando estas “barras de luz” o bien, las soluciones antes descritas. Cuánto mayor sea la temperatura, más intensa será la luz emitida, pero menos duradera.
• Habría que resaltar que esta reacción del luminol tiene diversas aplicaciones en distintos campos de la vida, como por ejemplo para encontrar la presencia de agua oxigenada en el agua. La policía científica la utiliza para detectar rastros de sangre y en medicina general, para investigar la presencia de óxido nítrico en los gases exhalados de enfermos asmáticos. (Martín y Martín, 2001)