Vareta luminosa - Glow stick

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1. O invólucro de plástico cobre o fluido interno.
2. A cápsula de vidro cobre a solução.
3. Oxalato de difenila e solução de corante fluorescente
4. Solução de peróxido de hidrogênio
5. Depois que a cápsula de vidro é quebrada e as soluções se misturam, o bastão luminoso brilha.
Bastões luminosos de cores diferentes para serem usados ​​como pulseiras

UMA vareta luminosa é uma fonte de luz independente de curto prazo. Consiste em um material translúcido plástico tubo contendo substâncias isoladas que, quando combinadas, fazem luz através quimioluminescência, por isso não requer uma fonte de energia externa. A luz não pode ser desligada e pode ser usada apenas uma vez. Bastões luminosos são frequentemente usados ​​para recreação, mas também podem ser usados ​​para luz durante o serviço militar, policial, fogo ou Serviço de emergencia médica operações. Eles também são usados ​​por militares e policiais para marcar áreas "livres".

História

Bis (2,4,5-triclorofenil-6-carbopentoxifenil) oxalato, com a marca registrada "Cyalume", foi inventado em 1971 por Michael M. Rauhut[1] e Laszlo J. Bollyky de Cianamida americana, baseado no trabalho de Edwin A. Chandross de Bell Labs.[2][3]

Outro trabalho inicial sobre quimioluminescência foi realizado ao mesmo tempo, por pesquisadores de Herbert Richter em China Lake Naval Weapons Center.[4][5]

Vários dos EUA patentes para dispositivos do tipo "bastão de luz" foram recebidos por vários inventores. Bernard Dubrow e Eugene Daniel Guth patentearam um material quimioluminescente embalado em junho de 1965 (Patente 3.774.022) Em outubro de 1973, Clarence W. Gilliam, David Iba Sr. e Thomas N. Hall foram registrados como inventores do Dispositivo de Iluminação Química (Patente 3.764.796) Em junho de 1974, uma patente para um dispositivo quimioluminescente foi emitida com Herbert P. Richter e Ruth E. Tedrick listados como os inventores (Patente 3.819.925).

Em janeiro de 1976, uma patente foi emitida para o Dispositivo de Sinal Quimioluminescente, com Vincent J. Esposito, Steven M. Little e John H. Lyons listados como os inventores (Patente 3.933.118) Essa patente recomendava uma única ampola de vidro que fica suspensa em uma segunda substância, que quando quebrada e misturada, fornece a luz quimioluminescente. O projeto também incluiu um suporte para o dispositivo de sinalização, de forma que ele pudesse ser lançado de um veículo em movimento e permanecer em pé na estrada. A ideia era que isso substituiria os sinalizadores de emergência tradicionais de beira de estrada e seria superior, uma vez que não era um risco de incêndio, seria mais fácil e seguro de implantar e não seria ineficaz se atingido por veículos que passassem. Este projeto, com sua única ampola de vidro dentro de um tubo de plástico cheio de uma segunda substância que, quando dobrada, quebra o vidro e é sacudida para misturar as substâncias, mais se assemelha ao típico bastão luminoso vendido hoje.

Em dezembro de 1977, uma patente foi emitida para um dispositivo de luz química com Richard Taylor Van Zandt como o inventor (Patente 4.064.428) Esta alteração de design apresenta uma bola de aço que quebra a ampola de vidro quando o bastão luminoso é exposto a um nível predeterminado de choque; um exemplo é uma flecha voada no escuro, mas iluminando seu local de pouso após uma desaceleração repentina.

Desmontagem de bastão de luz quimioluminescente, da esquerda para a direita: (1) bastão de luz intacto original; (2) bastão luminoso aberto com mistura de peróxido vertida em um cilindro graduado e a ampola de vidro de fluoróforo removida; (3) todos os três sob iluminação UV mostrando fluorescência de fluoróforo e fluorescência de recipiente de plástico; (4) quimioluminescência de substâncias misturadas no cilindro graduado; (5) a mistura retornou ao recipiente plástico original, apresentando uma cor ligeiramente diferente (mais laranja) de emissão de luz.

Usos

Os bastões incandescentes são à prova d'água, não usam baterias, geram calor desprezível, são baratos e são razoavelmente descartáveis. Eles podem tolerar altas pressões, como as encontradas debaixo d'água. Eles são usados ​​como fontes de luz e marcadores de luz por forças militares, campistase mergulhadores recreativos.[6]

Entretenimento

Bastões brilhantes para decoração de festa

Glowsticking é o uso de bastões luminosos na dança.[7] Este é um dos seus usos mais conhecidos na cultura popular, visto que são frequentemente usados ​​para entretenimento em festas (em particular raves), concertose clubes de dança. Eles são usados ​​por banda Marcial maestros para apresentações noturnas; bastões luminosos também são usados ​​em festivais e celebrações em todo o mundo. Os bastões luminosos também têm várias funções como brinquedos, avisos noturnos prontamente visíveis para os motoristas e marcações luminosas que permitem que os pais acompanhem seus filhos. Ainda outro uso é para efeitos de luz transportados por balão. Glow sticks também são usados ​​para criar efeitos especiais em filmes e fotografias com pouca luz.[8]

o Livro dos recordes do Guinness diz que o maior bastão luminoso do mundo foi quebrado a 150 metros (492 pés 2 pol.) de altura. Foi criado por University of Wisconsin – Whitewaterdo Departamento de Química para comemorar o sesquicentenário da escola, ou 150º aniversário em Whitewater e rachou em 09 de setembro de 2018.[9]

Operação

Os bastões luminosos emitem luz quando dois produtos químicos são misturados. A reação entre os dois produtos químicos é catalisada por uma base, geralmente salicilato de sódio.[10] Os palitos consistem em um recipiente minúsculo e quebradiço dentro de um recipiente externo flexível. Cada contêiner contém uma solução diferente. Quando o recipiente externo é flexionado, o recipiente interno se quebra, permitindo que as soluções se combinem, causando a reação química necessária. Após quebrar, o tubo é agitado para misturar completamente os componentes.

O bastão de luz contém dois produtos químicos, um catalisador básico e um corante adequado (sensibilizador, ou fluoróforo) Isso cria um reação exergônica. Os produtos químicos dentro do tubo de plástico são uma mistura do corante, do catalisador básico e difenil oxalato. O produto químico no frasco de vidro é o peróxido de hidrogênio. Ao misturar o peróxido com o éster fenil oxalato, um reação química ocorre, produzindo dois moles de fenol e um mole de éster de peroxiácido (1,2-dioxetanediona).[11] O peroxiácido decompõe-se espontaneamente para dióxido de carbono, liberando energia que excita o corante, que então relaxa ao liberar um fóton. o Comprimento de onda do fóton - a cor da luz emitida - depende da estrutura do corante. A reação libera energia principalmente na forma de luz, com muito pouco calor.[10] A razão para isso é que o inverso [2 + 2] condições de fotociclo de 1,2-dioxetanediona é um transição proibida (viola Regras de Woodward-Hoffmann) e não pode prosseguir através de um mecanismo térmico normal.

Oxidação de um oxalato de difenil (topo), decomposição de 1,2-dioxetanodiona (meio), relaxamento do corante (inferior)

Ao ajustar as concentrações dos dois produtos químicos e da base, os fabricantes podem produzir bastões luminosos que brilham intensamente por um curto período de tempo ou mais fracamente por um longo período de tempo. Isso também permite que os bastões luminosos tenham um desempenho satisfatório em climas quentes ou frios, compensando a dependência da temperatura da reação. Na concentração máxima (normalmente encontrada apenas em ambientes de laboratório), a mistura dos produtos químicos resulta em uma reação furiosa, produzindo grandes quantidades de luz por apenas alguns segundos. O mesmo efeito pode ser alcançado adicionando grandes quantidades de salicilato de sódio ou outras bases. Aquecer um bastão luminoso também faz com que a reação seja mais rápida e o bastão luminoso brilhe mais intensamente por um breve período. Resfriar um bastão de luz retarda a reação um pouco e faz com que dure mais, mas a luz é mais fraca. Isso pode ser demonstrado refrigerando ou congelando um bastão de luz ativo; quando aquecer novamente, ele voltará a brilhar. Os corantes usados ​​em bastões luminosos geralmente exibem fluorescência quando exposto a ultravioleta radiação - mesmo um bastão luminoso gasto pode, portanto, brilhar sob um luz negra.

A intensidade da luz é alta imediatamente após a ativação e, em seguida, decai exponencialmente. O nivelamento dessa alta saída inicial é possível refrigerando o bastão de luz antes da ativação.[12]

Emissão espectral de quimioluminescência (linha verde) de fluoróforo misturado e peróxido, que foi removido de um bastão de brilho laranja, fluorescência de fluoróforo líquido em ampola de vidro apenas (antes da mistura) enquanto sob luz negra (linha amarelo-laranja), fluorescência de plástico externo recipiente de bastão luminoso laranja sob luz negra (linha vermelha) e espectro de bastão luminoso quimioluminescente remontado (líquido brilhante despejado de volta no frasco de plástico laranja original) (linha laranja mais escura) Este gráfico mostra, portanto, que a luz laranja de um bastão luminoso laranja (idêntico ao da imagem de desmontagem do bastão luminoso acima) é criada por um líquido quimioluminescente que emite luz amarelo-esverdeada induzindo parcialmente fluorescência em (e sendo filtrado por) um plástico laranja recipiente.

Uma combinação de dois fluoróforos pode ser usada, um na solução e outro incorporado às paredes do recipiente. Isso é vantajoso quando o segundo fluoróforo se degradaria em solução ou seria atacado por produtos químicos. O espectro de emissão do primeiro fluoróforo e o espectro de absorção do segundo têm que se sobrepor amplamente, e o primeiro tem que emitir em comprimento de onda mais curto do que o segundo. Uma conversão para baixo de ultravioleta para visível é possível, assim como a conversão entre comprimentos de onda visíveis (por exemplo, verde para laranja) ou visível para infravermelho próximo. O deslocamento pode ser de até 200 nm, mas geralmente o intervalo é cerca de 20–100 nm mais longo do que o espectro de absorção.[13] Os bastões de brilho que usam essa abordagem tendem a ter recipientes coloridos, devido ao corante embutido no plástico. Os bastões luminosos infravermelhos podem aparecer de vermelho escuro a preto, já que os corantes absorvem a luz visível produzida dentro do recipiente e reemitem próximo ao infravermelho.

Luz emitida por um bastão luminoso branco. Quatro ou cinco picos são observados no espectro, sugerindo a presença de quatro ou cinco fluoróforos diferentes contidos no bastão luminoso.

Por outro lado, várias cores também podem ser obtidas pela simples mistura de vários fluoróforos na solução para obter o efeito desejado.[10][14] Essas várias cores podem ser alcançadas devido aos princípios de cor aditiva. Por exemplo, uma combinação de fluoróforos vermelhos, amarelos e verdes é usada em bastões de luz laranja,[10] e uma combinação de vários fluorescentes é usada em bastões de luz branca.[14]

Fluoróforos usados

Problemas de segurança

Em bastões luminosos, fenol é produzido como um subproduto. É aconselhável manter a mistura longe da pele e evitar ingestão acidental se a caixa do bastão luminoso se partir ou quebrar. Se derramados na pele, os produtos químicos podem causar leve irritação da pele, inchaço ou, em circunstâncias extremas, vômitos e náuseas. Alguns dos produtos químicos usados ​​em bastões luminosos mais antigos eram considerados potenciais cancerígenos.[17] Os sensibilizadores usados ​​são hidrocarbonetos aromáticos polinucleares, uma classe de compostos conhecidos por suas propriedades cancerígenas.

O ftalato de dibutila, um ingrediente às vezes usado em bastões luminosos, levantou algumas questões de saúde. Embora não haja evidências de que o ftalato de dibutila represente qualquer risco importante para a saúde, ele foi colocado na lista de suspeitos da Califórnia teratógenos em 2006.[18]

Os bastões brilhantes contêm ingredientes que agem como um plastificante. Isso significa que se um bastão luminoso vazar em qualquer plástico, ele pode liquefazer.[19]

O oxalato de difenila pode arder e queimar os olhos, irritar e arder a pele e pode queimar a boca e a garganta se ingerido.

Veja também

Referências

  1. ^ Rauhut, Michael M. (1969). "Quimioluminescência de reações de decomposição combinada de peróxido (ciência)". Contas de pesquisa química. 3 (3): 80–87. doi:10.1021 / ar50015a003.
  2. ^ Wilson, Elizabeth (22 de agosto de 1999). "O que é isso? Bastões de luz". Notícias de Química e Engenharia. 77 (3): 65. doi:10.1021 / cen-v077n003.p065. Arquivado de o original (reimprimir) em 19 de maio de 2012.
  3. ^ Chandross, Edwin A. (1963). “Um novo sistema quimioluminescente”. Letras de Tetraedro. 4 (12): 761–765. doi:10.1016 / S0040-4039 (01) 90712-9.
  4. ^ Rood, S. A. "Capítulo 4 Casos Pós-Legislação" (PDF). Transferência de tecnologia de laboratório governamental: Avaliação de processo e impacto (Dissertação de doutorado). Arquivado de o original em 26/10/2015. Recuperado 2020-09-23. Link externo em | trabalho = (Socorro)
  5. ^ Steve Givens (27 de julho de 2005). "A grande controvérsia dos bastões luminosos (seção do fórum)". Vida de estudante.
  6. ^ Davies, D (1998). "Dispositivos de localização de mergulhadores". Journal of the South Pacific Underwater Medicine Society. 28 (3). Arquivado de o original em 19/05/2009.
  7. ^ "O que é Glowsticking?". Glowsticking.com. 19-09-2009. Arquivado de o original em 28/01/2013. Recuperado 2012-12-21.
  8. ^ "Jai Glow! PCD vs. Team Ef Em El". Youtube. 21/02/2011. Recuperado 2012-12-21.
  9. ^ "O maior bastão luminoso". guinnessworldrecords.com. Recuperado 2020-05-15.
  10. ^ uma b c d Kuntzleman, Thomas Scott; Rohrer, Kristen; Schultz, Emeric (12/06/2012). "The Chemistry of Lightsticks: Demonstrations To Illustrate Chemical Processes". Journal of Chemical Education. 89 (7): 910–916. Bibcode:2012JChEd..89..910K. doi:10.1021 / ed200328d. ISSN 0021-9584.
  11. ^ "Dados" (PDF). www.bnl.gov. Recuperado 2019-12-15.
  12. ^ "Info". www.dtic.mil. Recuperado 2019-12-15.
  13. ^ "Dispositivo de iluminação química - American Cyanamid Company". Freepatentsonline.com. 19/02/1981. Recuperado 2012-12-21.
  14. ^ uma b Kuntzleman, Thomas S .; Comfort, Anna E .; Baldwin, Bruce W. (2009). "Glowmatography". Journal of Chemical Education. 86 (1): 64. Bibcode:2009JChEd..86 ... 64K. doi:10.1021 / ed086p64.
  15. ^ Karukstis, Kerry K .; Van Hecke, Gerald R. (2003-04-10). Conexões químicas: a base química dos fenômenos cotidianos. Academic Press. p.139. ISBN 9780124001510. Recuperado 2012-12-21. bastão de luz infravermelho.
  16. ^ uma b c d "Composições quimioluminescentes e métodos de fabricação e uso delas - pedido de patente". Faqs.org. 18/12/2008. Recuperado 2012-12-21.
  17. ^ "Artigos online da SCAFO". scafo.org.
  18. ^ "Debutyl Phthalate". PubChem.
  19. ^ "Tudo o que há para saber sobre bastões luminosos ..." glowsticks.co.uk.

links externos

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