Ánh sáng lỏng

Vào những dịp lễ hội hẳn bạn thấy người ta bán những chiếc vòng phát sáng với đủ các màu sắc trông thật đẹp mắt. Bạn có muốn tự mình chế tạo một chiếc vòng như vậy không? Thí nghiệm này sẽ giúp bạn tìm hiểu nguyên tắc làm ra những chiếc vòng như vậy đấy.

Ứng dụng hiện tượng quang hóa, ta có thể tạo thành một hỗn hơp lỏng phát sáng khi trộn hai chất vào nhau. Tùy theo chất tạo màu, ta có thể thu được nhiều màu khác nhau như đỏ, da cam, hồng, vàng, xanh lá cây, xanh da trời sẫm, xanh da trời nhạt. Có nhiều phản ứng quang hóa rất đẹp, khán giả xem sẽ rất thích.

1 Dụng cụ và hóa chất

• Cốc thủy tinh 100 mL
• Cân chính xác
• Tủ lạnh
• Đũa thủy tinh
• Đũa thủy tinh
• Luminol (5-amino-2,3-dihydrophtalazine-1,4-dione)
• Natri hydroxit NaOH dạng viên
• Kali sắt cyanua K₃[Fe(CN)₆]
• Nước oxy già đặc 30% (= 130 thể tích)
• Các chất phát quang màu (xem bảng dưới đây)

2 Quy trình tiến hành thực nghiệm

Đổ dung dịch C vào một ống đong có chứa sẵn dung dịch A (không chứa phẩm màu), ta thu được màu xanh da trời.

Màu thu được khi dung dịch A có chứa fluoresceine.

• Chuẩn bị 1 L dung dịch A:
  • Hòa tan 40 g natri hydroxit trong 1 L nước cất, khuấy dung dịch nếu thấy cần thiết.
  • Thêm 4 g luminol (bột màu nâu), khuấy cho đến tan hoàn toàn.
• Chuẩn bị dung dịch B:
  • Hòa tan khoảng 40 g kali sắt cyanua trong 1 L nước cất.
• Cất giữ hai dung dịch Avà B ở nơi lạnh và tối (tủ lạnh) để dùng cho các thí nghiệm sắp tới. Hai dung dịch này có thể giữ được dài ngày nếu ta tuân thủ đúng các điều kiện. (Nhớ dán nhãn và các lọ để tránh nhầm lẫn và xảy ra tai nạn, nhất là nếu bạn cất các dung dịch này trong tủ lạnh gia đình !).
• Ngay trước khi tiến hành thí nghiệm :
  • Nếu ta muốn tiến hành nthí nghiệm (ví dụ n màu khác nhau), chuẩn bị n cốc thủy tinh và cho vào mỗi cốc 50 mL dung dịch A. Tùy theo màu muốn làm mà thêm vào mỗi cốc phẩm màu tương ứng.

• Đổ (n*50) mL dung dịch Bvào một cốc thủy tinh. Ngay trước khi tiến hành thí nghiệm, thêm vào đó đúng n*0,5 mL nước oxy già đặc, ta thu được dung dịch C. Lắc đều dung dịch này.
• àm tối phòng, rồi chia đều dung dịch Cra n cốc thủy tinh các dung dịch mang màu (mỗi cốc 50 mL)
• Quan sát :
  • Các quang phổ khác nhau thu được (màu).
  • Cường độ ánh sáng giảm dần theo thời gian.
  • Không có sự thải nhiệt trong quá trình phát quang.
  • Một số bọt khí nhỏ xuất hiện trên thành bình thủy tinh.
  • Ánh sáng sẽ tắt nhanh nếu dung dịch không lạnh.

3 Giải thích

• Bị oxy hóa trong môi trường kiềm, luminol giải phóng nitơ để tạo thành một phân tử ở trạng thái kích thích, trạng thái không bền (ký hiệu bằng dấu sao). Phẩn tử này sẽ trở về trạng thái cơ bản bằng cách phát ra một photon (ánh sáng), tương tự như trong thí nghiệm những ngọn lửa có màu và những bàn tay phát quang. Photon phát ra có bước sóng nằm trong vùng khả kiến. Vì thế, chúng ta nhìn thấy ánh sáng có màu.
• Cường độ ánh sáng giảm dần theo thời gian vì chất tham gia phản ứng bị tiêu thụ dần dần. Nếu tất cả các phân tử luminol phản ứng cùng một lúc, ta sẽ thấy một chớp sáng. Cường độ ánh sáng giảm dần có thể dùng để nghiên cứu động học (tốc độ) của phản ứng.
• Phản ứng này là một quá trình phát quang chứ không phải một quá trình phát nhiệt. Đó là lý do vì sao không có nhiệt phát ra. Ánh sáng phát ra từ phản ứng này còn gọi là ánh sáng lạnh để phân biệt với ánh sáng nóng phát ra từ bóng đèn điện.
• Những bọt khí bám trên thành cốc là khí nitơ thoát ra.
• Với dung dịch lạnh, phản ứng kéo dài lâu hơn là so với dung dịch ở nhiệt độ phòng. Thực ra, phản ứng xảy ra nhanh hơn ở nhiệt độ cao.

4 Những điều cần ́lưu ý

• Nước oxy già đặc và natri hydroxit  có thể gây bỏng nặng.
• Nhớ làm tối phòng để ánh sáng phát ra thêm “hoành tráng” nhé !

3 cốc thủy tinh đựng luminol (dung dịch A) và phẩm màu (fluorescéine, xanh méthylène, mercurescéine) và dung dịch chất oxy hóa C trong cốc nhựa.

Sau khi thểm dung dịch C vào cốc đầu tiên. Cường độ ánh sáng giảm dần trong một phút.