3/ Chimiluminescence - Une alternative à la bioluminescence

Certaines molécules, dans un état excité, peuvent restituer une partie de leur énergie sous forme de production de lumière lorsqu’elles retournent à leur état fondamental. On appelle ce phénomène la luminescence. On parle de chimiluminescence lorsque les molécules atteignent un état excité grâce à une réaction chimique.
La réaction du luminol avec le peroxyde d’hydrogène (ou eau oxygénée), de formule H2O2 est la plus souvent utilisée pour produire de la chimiluminescence.
Le luminol est un solide cristallin, blanc voire légèrement jaune, qui est soluble dans la plupart des solvants organiques polaires mais pas dans l’eau. Sa formule est C8H7N3O2. Il s’agit également d’un produit nocif.

Représentations d'une molécule de luminol

Molécule de luminol Luminol


Lors de la réaction du luminol avec l’eau oxygénée, la production de lumière, qui est d’origine non-thermique (il s’agit d’une lumière froide), résulte de la décomposition oxydative du luminol par le peroxyde d’hydrogène, ce qui donne un produit dans un état excité qui se désactive ensuite en émettant une lumière visible.

Lorsqu’il est oxydé, ici grâce à l’au oxygéné, le luminol libère du diazote gazeux pour obtenir une molécule dans un état excité. La molécule de luminol retourne à son état de repos après avoir dégagé son surplus d’énergie sous forme de photons.
La réaction qui se produit est une réaction d’oxydoréduction. Ici, l’oydant est l’eau oxygénée et le réducteur est le luminol ; l’eau oxygénée va donc capter des électrons cédés par le luminol. Le luminol appartient au couple C8H5NO42-/C8H7N3O2 et l’eau oxygénée au couple H2O2/H2O. Le fer, sous forme de Ferricyanure, est catalyseur il est donc négligé dans la réaction. Le luminol réagit alors avec l'eau oxygénée seulement.

Afin de mieux comprendre cette réaction, nous allons étudier les demi-équations des deux couples oxydant/réducteur.
Pour le couple H2O2/H2O : 2e- + 2H+ + H2O2 = 2H2O

Pour le couple C8H5NO42-/C8H7N3O2 : 6H+ + C8H5NO42- +N2 + 4e- = C8H7N3O2 + 2H2O

Ce qui donne pour équation de la réaction :
4H+ + 2H2O2 + C8H7N3O2 + 2H2O → 4H2O + 6H+ + C8H5NO42- + N2

On simplifie cette équation pour obtenir :
2H2O2 + C8H7N3O2 → 2H2O + C8H5NO42- + N2 + 2H+

Or cette réaction doit se faire en milieu basique (sinon elle est lente), d’où l’utilisation d’hydroxyde de sodium ; dans l’équation de la réaction, cela se traduit par l’ajout d’ions HO-.
L’équation de la réaction en milieu basique est donc :
2HO- + 2H2O2 + C8H7N3O2 → 2H2O + 2H+ + C8H5NO42- + N2 + 2HO-

Sachant que H+ + HO- → H2O, on obtient au final : 

2HO- + 2H2O2 + C8H7N3O2 → 4H2O + C8H5NO42- + N2

Les produits de la réaction sont donc de l’eau, des ions aminophtalates (C8H5NO42-) et du diazote, ainsi que des photons, responsables de la lumière bleue observée.

Expérience de chimiluminescence : 

Protocole :

- O,5g de luminol
- 25.0 mL de soude (NaOH) à 10% 
- 7.5 g d'hexacyanoferrate (III) de potassium K3Fe(CN)6
- 15 mL de peroxyde d'hydrogène (H2O2) à 30% 
- eau (H2O)

Solution 1 : Dissoudre dans 2 L d'eau 0,5 g de luminol puis ajouter 25 mL de soude.
Solution 2 : Dissoudre dans 2 L d'eau 7,5 g de hexacyanoferrate (III) de potassium. Ajouter au moment de la démonstration 15 mL de peroxyde d'hydrogène.

- Eteindre la lumière.
- A l'aide d'un grand entonnoir, verser simultanément les solutions 1 et 2 dans un cylindre gradué au fond duquel on a préalablement déposé quelques cristaux d'hexacyanoferrate (III) de potassium.

Une émission de lumière bleue-verdâtre se produit, comme ici :

  Luminol chimiluminescent

 


page suivante

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site

×