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1. La carcasa de plástico cubre el fluido interior.
2. La cápsula de vidrio cubre la solución.
3. Solución de oxalato de difenilo y colorante fluorescente
4. Solución de peróxido de hidrógeno
5. Después de que se rompe la cápsula de vidrio y se mezclan las soluciones, la barra luminiscente se ilumina.
Varillas luminosas de diferentes colores para su uso como pulseras.

Una barra luminosa es una fuente de luz autónoma de corta duración. Consiste en un tubo de plástico translúcido que contiene sustancias aisladas que, cuando se combinan, producen luz mediante quimioluminiscencia . La luz no se puede apagar y solo se puede usar una vez. Las varillas luminosas se utilizan a menudo para la recreación, pero también se puede confiar en ellas como luz durante las operaciones militares, policiales, de bomberos o de servicios médicos de emergencia .

Historia [ editar ]

El bis (2,4,5-triclorofenil-6-carbopentoxifenil) oxalato , marca registrada "Cyalume", fue inventado en 1971 por Michael M. Rauhut [1] y Laszlo J. Bollyky de American Cyanamid , basado en el trabajo de Edwin A. Chandross de Bell Labs . [2] [3]

Otros trabajos iniciales sobre quimioluminiscencia se llevaron a cabo al mismo tiempo, por investigadores de Herbert Richter en el Centro de Armas Navales de China Lake . [4] [5]

Varios inventores recibieron varias patentes estadounidenses para dispositivos de tipo "barra luminosa". Bernard Dubrow y Eugene Daniel Guth patentaron un material quimioluminiscente empaquetado en junio de 1965. [6] En octubre de 1973, Clarence W. Gilliam, David Iba Sr. y Thomas N. Hall se registraron como inventores del dispositivo de iluminación química. [7] En junio de 1974, se emitió una patente para un dispositivo quimioluminiscente con Herbert P. Richter y Ruth E. Tedrick listados como los inventores. [8]

En enero de 1976, se emitió una patente para el dispositivo de señal quimioluminiscente, con Vincent J. Esposito, Steven M. Little y John H. Lyons listados como los inventores. [9]Esta patente recomendaba una ampolla de vidrio única que se suspende en una segunda sustancia, que cuando se rompe y se mezcla, proporciona la luz quimioluminiscente. El diseño también incluía un soporte para el dispositivo de señalización para que pudiera ser lanzado desde un vehículo en movimiento y permanecer en posición vertical en la carretera. La idea era que esto reemplazaría las tradicionales bengalas de emergencia al borde de la carretera y sería superior, ya que no era un peligro de incendio, sería más fácil y seguro de desplegar y no se volvería ineficaz si lo golpearan vehículos que pasaran. Este diseño, con su única ampolla de vidrio dentro de un tubo de plástico lleno de una segunda sustancia que cuando se dobla rompe el vidrio y luego se agita para mezclar las sustancias, se parece más a la típica barra luminosa que se vende hoy en día. [ cita requerida ]

En diciembre de 1977, se emitió una patente para un dispositivo químico de luz con Richard Taylor Van Zandt como inventor. [10] Esta alteración Características del diseño una bola de acero que se rompe la ampolla de vidrio cuando el palo de luz está expuesta a un nivel predeterminado de choque; un ejemplo es una flecha que vuela en la oscuridad pero ilumina su ubicación de aterrizaje tras una desaceleración repentina. [ Citación necesaria ]

Desmontaje de una barra luminiscente quimioluminiscente, de izquierda a derecha: (1) barra luminosa original e intacta; (2) barra luminosa abierta con mezcla de peróxido vertida en un cilindro graduado y ampolla de vidrio de fluoróforo eliminado; (3) los tres bajo iluminación ultravioleta que muestran fluorescencia de fluoróforo y fluorescencia de recipiente de plástico; (4) quimioluminiscencia de sustancias mezcladas en el cilindro graduado; (5) la mezcla volvió al recipiente de plástico original, mostrando un color de emisión de luz ligeramente diferente (más naranja).

Usos [ editar ]

Las varillas luminosas son impermeables, no usan baterías, generan un calor insignificante, son económicas y razonablemente desechables. Pueden tolerar altas presiones, como las que se encuentran bajo el agua. Se utilizan como fuentes de luz y marcadores de luz por las fuerzas militares , los campistas y los buceadores recreativos . [11]

Entretenimiento [ editar ]

Palos luminosos que decoran una fiesta

Glowsticking es el uso de barras luminosas en el baile. [12] Este es uno de sus usos más conocidos en la cultura popular, ya que se utilizan con frecuencia para el entretenimiento en fiestas (en particular raves ), conciertos y clubes de baile . Son utilizados por directores de bandas de música para actuaciones nocturnas; Las barras luminosas también se utilizan en festivales y celebraciones en todo el mundo. Las barras luminosas también cumplen múltiples funciones como juguetes, advertencias nocturnas fácilmente visibles para los automovilistas y marcas luminosas que permiten a los padres realizar un seguimiento de sus hijos. Otro uso más es para efectos de luz transportados por globos.. Las barras luminosas también se utilizan para crear efectos especiales en fotografías y películas con poca luz. [13]

El Libro Guinness de los Récords dice que la barra luminosa más grande del mundo se agrietó a 150 metros (492 pies 2 pulgadas) de altura. Fue creado por el Departamento de Química de la Universidad de Wisconsin-Whitewater para celebrar el sesquicentenario o 150 cumpleaños de la escuela en Whitewater, Wisconsin y se agrietó el 09 de septiembre de 2018. [14]

Operación [ editar ]

Más información: Cinética química

Las barras luminosas emiten luz cuando se mezclan dos productos químicos. La reacción entre los dos productos químicos es catalizada por una base, generalmente salicilato de sodio . [15] Los palos consisten en un recipiente pequeño y quebradizo dentro de un recipiente exterior flexible. Cada recipiente contiene una solución diferente. Cuando se flexiona el recipiente exterior, el recipiente interior se rompe, permitiendo que las soluciones se combinen, provocando la reacción química necesaria. Después de romperse, el tubo se agita para mezclar bien los componentes.

La barra luminosa contiene dos productos químicos, un catalizador base y un tinte adecuado ( sensibilizador o fluoróforo ). Esto crea una reacción exergónica . Los productos químicos dentro del tubo de plástico son una mezcla del tinte, el catalizador base y el oxalato de difenilo . El químico en el vial de vidrio es peróxido de hidrógeno. Al mezclar el peróxido con el éster de oxalato de fenilo, tiene lugar una reacción química que produce dos moles de fenol y un mol de éster de peroxiácido ( 1,2-dioxetanediona ). [16] El peroxiácido se descompone espontáneamente en dióxido de carbono., liberando energía que excita el tinte, que luego se relaja liberando un fotón . La longitud de onda del fotón, el color de la luz emitida, depende de la estructura del tinte. La reacción libera energía principalmente en forma de luz, con muy poco calor. [15] La razón de esto es que las fotocicloadiciones [2 + 2] inversas de la 1,2-dioxetanediona es una transición prohibida (viola las reglas de Woodward-Hoffmann ) y no puede proceder a través de un mecanismo térmico regular.

Oxidación de un oxalato de difenilo (arriba), descomposición de 1,2-dioxetanediona (medio), relajación del tinte (abajo)

Al ajustar las concentraciones de los dos productos químicos y la base, los fabricantes pueden producir barras luminosas que brillan intensamente durante un período corto de tiempo o más tenuemente durante un período prolongado. Esto también permite que las barras luminosas funcionen satisfactoriamente en climas cálidos o fríos, al compensar la dependencia de la temperatura de la reacción. A la concentración máxima (que generalmente se encuentra solo en entornos de laboratorio), mezclar los productos químicos da como resultado una reacción furiosa, que produce grandes cantidades de luz durante solo unos segundos. Se puede lograr el mismo efecto agregando grandes cantidades de salicilato de sodio u otras bases. Calentar una barra luminosa también hace que la reacción avance más rápido y la barra luminosa brille más intensamente durante un breve período. Enfriar una barra luminosa ralentiza la reacción un poco y hace que dure más tiempo, pero la luz es más tenue.Esto se puede demostrar refrigerando o congelando una barra luminosa activa; cuando vuelva a calentarse, volverá a brillar. Los tintes utilizados en barras luminosas suelen exhibirfluorescencia cuando se expone a radiación ultravioleta ; por lo tanto, incluso una barra luminosa gastada puede brillar bajo una luz negra .

La intensidad de la luz es alta inmediatamente después de la activación, luego decae exponencialmente. La nivelación de este alto rendimiento inicial es posible refrigerando la barra luminosa antes de la activación. [17]

Emisión espectral de quimioluminiscencia (línea verde) de una mezcla de fluoróforo y peróxido, que se eliminó de una barra luminosa naranja, fluorescencia del fluoróforo líquido solo en ampollas de vidrio (antes de mezclar) mientras está bajo luz negra (línea amarillo-naranja), fluorescencia de plástico exterior recipiente de barra luminosa naranja bajo luz negra (línea roja) y espectro de barra luminiscente quimioluminiscente reensamblada (líquido brillante vertido nuevamente en el vial de plástico naranja original) (línea naranja más oscura). Por lo tanto, este gráfico muestra que la luz naranja de una barra luminosa naranja (idéntica a la de la imagen de desmontaje de la barra luminosa anterior) se crea mediante un líquido quimioluminiscente que emite luz de color amarillo verdoso que induce parcialmente la fluorescencia en (y se filtra por) un plástico naranja envase.

Se puede utilizar una combinación de dos fluoróforos, uno en la solución y otro incorporado a las paredes del recipiente. Esto es ventajoso cuando el segundo fluoróforo se degrada en solución o es atacado por los productos químicos. El espectro de emisión del primer fluoróforo y el espectro de absorción del segundo tienen que superponerse en gran medida, y el primero tiene que emitir a una longitud de onda más corta que el segundo. Es posible una conversión descendente de ultravioleta a visible, al igual que la conversión entre longitudes de onda visibles (por ejemplo, verde a naranja) o visible a infrarrojo cercano. El desplazamiento puede ser de hasta 200 nm, pero normalmente el rango es de 20 a 100 nm más largo que el espectro de absorción. [18]Las barras luminosas que utilizan este enfoque tienden a tener recipientes de colores, debido al tinte incrustado en el plástico. Las barras luminosas infrarrojas pueden aparecer de color rojo oscuro a negro, ya que los tintes absorben la luz visible producida dentro del recipiente y reemiten el infrarrojo cercano.

Luz emitida por una barra luminosa blanca. Se observan cuatro o cinco picos en el espectro, lo que sugiere la presencia de cuatro o cinco fluoróforos diferentes contenidos en la barra luminosa.

Por otro lado, también se pueden lograr varios colores simplemente mezclando varios fluoróforos dentro de la solución para lograr el efecto deseado. [15] [19] Estos diversos colores se pueden lograr debido a los principios del color aditivo . Por ejemplo, una combinación de fluoróforos rojos, amarillos y verdes se usa en las barras de luz naranja, [15] y una combinación de varios fluorescentes se usa en las barras de luz blanca. [19]

Fluoróforos utilizados [ editar ]

  • El 9,10-difenilantraceno (DPA) emite luz azul
  • 9- (2-feniletenil) antraceno emite luz verde azulado
  • El 1-cloro-9,10-difenilantraceno (1-cloro (DPA)) y el 2-cloro-9,10-difenilantraceno (2-cloro (DPA)) emiten luz azul verdosa de manera más eficiente que el DPA no sustituido
  • 9,10-bis (feniletinil) antraceno (BPEA) emite luz verde con un máximo a 486 nm
  • El 1-cloro-9,10-bis (feniletinil) antraceno emite luz verde amarillenta, que se utiliza en barras de Cyalume de alta intensidad de 30 minutos.
  • El 2-cloro-9,10-bis (feniletinil) antraceno emite luz verde, utilizado en barras de Cyalume de baja intensidad de 12 horas
  • El 1,8-dicloro-9,10-bis (feniletinil) antraceno emite luz amarilla, que se utiliza en las barras de Cyalume.
  • Rubrene emite amarillo anaranjado a 550 nm
  • La 2,4-di-terc-butilfenil 1,4,5,8-tetracarboxinaftalen diamida emite luz de color rojo intenso, junto con el DPA se utiliza para producir luz blanca o rosa fuerte, según su proporción.
  • La rodamina B emite luz roja. Rara vez se usa, ya que se descompone en contacto con CPPO , acortando la vida útil de la mezcla.
  • 5,12-bis (feniletinil) naftaceno emite luz naranja
  • Violanthrone emite luz naranja a 630 nm
  • 16,17- (1,2-etilendioxi) violantrona emite rojo a 680 nm
  • La 16,17-dihexiloxiviolantrona emite infrarrojos a 725 nm [20]
  • 16,17-butiloxiviolantrona emite infrarrojos [21]
  • N, N'-bis (2,5, -di-terc-butilfenil) -3,4,9,10-perilendicarboximida emite rojo [21]
  • 1-N, N-dibutilaminoantraceno emite infrarrojos [21]
  • El yoduro de 6-metilacridinio emite infrarrojos [21]

  • 9,10-difenilantraceno produce luz azul

  • 9,10-bis (feniletinil) antraceno produce luz verde

  • 1-cloro- 9,10-bis (feniletinil) antraceno produce luz verde amarillenta

  • rubrene (5,6,11,12-tetrafenil naftaceno) produce luz amarilla

  • 5,12-bis (feniletinil) naftaceno produce luz naranja

  • La rodamina 6G produce luz naranja

  • La rodamina B produce luz roja

Problemas de seguridad [ editar ]

En las barras luminosas, el fenol se produce como subproducto. Es aconsejable mantener la mezcla alejada de la piel y evitar la ingestión accidental si la caja de la barra luminosa se rompe o se rompe. Si se derrama sobre la piel, los productos químicos pueden causar una ligera irritación de la piel, hinchazón o, en circunstancias extremas, vómitos y náuseas. Se pensaba que algunos de los productos químicos utilizados en las barras luminosas más antiguas eran carcinógenos potenciales . [22] Los sensibilizadores utilizados son hidrocarburos aromáticos polinucleares , una clase de compuestos conocidos por sus propiedades cancerígenas.

El ftalato de dibutilo, un ingrediente que a veces se usa en barras luminosas, ha planteado algunos problemas de salud. Si bien no hay pruebas de que el ftalato de dibutilo represente un riesgo importante para la salud, se incluyó en la lista de teratógenos sospechosos de California en 2006. [23]

Las barras luminosas contienen ingredientes que actúan como plastificantes. Esto significa que si una barra luminosa se filtra sobre cualquier plástico, puede licuarlo. [24]

El oxalato de difenilo puede picar y quemar los ojos, irritar y picar la piel y puede quemar la boca y la garganta si se ingiere.

Ver también [ editar ]

  • Iluminación de tritio
  • Glowmatografía

Referencias [ editar ]

  1. ^ Rauhut, Michael M. (1969). "Quimioluminiscencia de reacciones de descomposición de peróxido concertadas (ciencia)". Cuentas de Investigación Química . 3 (3): 80–87. doi : 10.1021 / ar50015a003 .
  2. ^ Wilson, Elizabeth (22 de agosto de 1999). "¿Qué es eso? Light Sticks" . Noticias de Química e Ingeniería . 77 (3): 65. doi : 10.1021 / cen-v077n003.p065 . Archivado desde el original (reimpresión) el 19 de mayo de 2012.
  3. ^ Chandross, Edwin A. (1963). "Un nuevo sistema quimioluminiscente". Letras de tetraedro . 4 (12): 761–765. doi : 10.1016 / S0040-4039 (01) 90712-9 .
  4. ^ Rood, SA "Casos posteriores a la legislación del capítulo 4" (PDF) . Transferencia de Tecnología de Laboratorio Gubernamental: Evaluación de Procesos e Impacto (Tesis Doctoral) . Archivado desde el original el 26 de octubre de 2015 . Consultado el 23 de septiembre de 2020 . Enlace externo en |work=( ayuda )
  5. ^ Steve Givens (27 de julio de 2005). "La gran controversia de la barra luminosa (sección del foro)" . Vida de estudiante.
  6. ^ ( Patente 3.774.022 )
  7. ^ ( Patente 3.764.796 )
  8. ^ ( Patente 3.819.925 )
  9. ^ ( Patente 3.933.118 )
  10. ^ ( Patente 4.064.428 )
  11. ^ Davies, D (1998). "Dispositivos de localización de buceadores" . Revista de la Sociedad de Medicina Subacuática del Pacífico Sur . 28 (3). Archivado desde el original el 19 de mayo de 2009.
  12. ^ "¿Qué es Glowsticking?" . Glowsticking.com. 2009-09-19. Archivado desde el original el 28 de enero de 2013 . Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
  13. ^ "¡Jai Glow! PCD contra el equipo Ef Em El" . YouTube. 2011-02-21 . Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
  14. ^ "La barra luminosa más grande" . guinnessworldrecords.com . Consultado el 15 de mayo de 2020 .
  15. ↑ a b c d Kuntzleman, Thomas Scott; Rohrer, Kristen; Schultz, Emeric (12 de junio de 2012). "La química de las barras de luz: demostraciones para ilustrar los procesos químicos". Revista de educación química . 89 (7): 910–916. Código bibliográfico : 2012JChEd..89..910K . doi : 10.1021 / ed200328d . ISSN 0021-9584 . 
  16. ^ "Datos" (PDF) . www.bnl.gov . Consultado el 15 de diciembre de 2019 .
  17. ^ "Información" . www.dtic.mil . Consultado el 15 de diciembre de 2019 .
  18. ^ "Dispositivo de iluminación química - American Cyanamid Company" . Freepatentsonline.com. 1981-02-19 . Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
  19. ↑ a b Kuntzleman, Thomas S .; Comfort, Anna E .; Baldwin, Bruce W. (2009). "Glowmatography". Revista de educación química . 86 (1): 64. Código Bibliográfico : 2009JChEd..86 ... 64K . doi : 10.1021 / ed086p64 .
  20. ^ Karukstis, Kerry K .; Van Hecke, Gerald R. (10 de abril de 2003). Conexiones químicas: la base química de los fenómenos cotidianos . Prensa académica. pag. 139 . ISBN 9780124001510. Consultado el 21 de diciembre de 2012 . barra de luz infrarroja.
  21. ^ a b c d "Composiciones quimioluminiscentes y métodos de fabricación y uso de las mismas - Solicitud de patente" . Faqs.org. 2008-12-18 . Consultado el 21 de diciembre de 2012 .
  22. ^ "Artículos en línea de SCAFO" . scafo.org .
  23. ^ "Ftalato de debutilo" . PubChem.
  24. ^ "Todo lo que hay que saber sobre las barras luminosas ..." glowsticks.co.uk . 

Enlaces externos [ editar ]

  • Química de las barras luminosas