12.4.2018

Valotikkujen kemiaa

Kuva Indiamart.com

Olemme kaikki käyttäneet ja äimistelleet (ainakin pienenä) mm. laivojen ravintoloista saatavia valotikkuja, jotka myös kulkevat kansan suussa nimillä hohtotikku, hehkutikku tai loistetikku. Tyttöystäväni osti paketin näitä ja inspiroi minua näpyttelemään pienen blogipostauksen valotikun kemiasta.

Tikku koostuu ulommasta osasta eli muoviputkesta (1) ja sen sisällä olevasta lasiputkesta (2), joka taivuteltaessa menee rikki. Muoviputken sisällä on difenyylioksalaattia ja väriainetta (3) ja lasiputken sisällä vetyperoksidia (4). Kun nesteet yhdistyvät, kemiallinen reaktio alkaa tuottamaan valoa (kemiluminesenssi).


Kuva Wikimedia Commons

Kemiallisemmalta kannalta katsottuna reaktiossa tapahtuu seuraavaa, kun lasiputki rikotaan:

1. Vetyperoksidi hapettaa fenyylioksalaatin, josta lohkeaa kaksi fenolia ja yksi 1,2-dioksietaanidioni.

2. 1,2-dioksietaanidioni hajoaa spontaanisti kahdeksi hiilidioksidimolekyyliksi (tämän vuoksi muoviputken sisällä voi näkyä kuplia) käänteisen [2+2]-fotosykloaddition tuloksena. 1,2-dioksietaanidionin hajotessa siitä vapautuu energiaa, joka siirtyy väriaineelle ja virittää sen.

3. Virittynyt väriainemolekyyli palaa perustilaansa ja emittoi fotonin eli valohiukkasen. Valohiukkasen aallonpituus eli väri, jonka ihmissilmä näkee, riippuu käytetystä väriaineesta.

Kun kaikki 1,2-dioksietaanidioni on muuttunut hiilidioksidiksi, ei väriaine saa enää energiaa eikä valotikku siis enää loista. Väriainemolekyylit reagoivat kuitenkin vielä UV-säteilyyn eli ne fluoresoivat, sillä UV-valo voi virittää niitä. Valo sammuu kuitenkin saman tien, kun sammuttaa UV-valon.

Väriaineina käytetään esim. seuraavia yhdisteitä: