Mọi người đều quen thuộc với que phát sáng, nhưng có khả năng ít người biết đến hóa học đằng sau sự phát sáng của chúng. Bạn có thể đã tự hỏi điều gì sẽ xảy ra khi bạn chụp một que phát sáng để kích hoạt nó; bằng cách này, bạn đang thực sự khởi động một quá trình hóa học cuối cùng dẫn đến việc tạo ra ánh sáng màu. Nhưng quy trình này hoạt động như thế nào, và tại sao bạn cần uốn cong thanh phát sáng để bắt đầu? Hãy theo dõi bài viết này để hiểu rõ hơn nhé!
Đôi nét
Theo wikipedia thì que phát sáng, còn được gọi là gậy phát sáng hay Cyalume and Lumica Light, là một nguồn ánh sáng ngắn hạn, khép kín. Nó bao gồm một ống nhựa trong mờ chứa các chất cô lập mà khi kết hợp với nhau sẽ tạo ra ánh sáng thông qua sự phát quang hóa học. Đèn không thể tắt và chỉ sử dụng được một lần. Ống đã sử dụng sau đó được vứt bỏ.
Que phát sáng thường được sử dụng để giải trí, chẳng hạn như cho các sự kiện, cắm trại, khám phá ngoài trời và các buổi hòa nhạc. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng để phát sáng trong các dịch vụ quân sự, cảnh sát, cứu hỏa và các hoạt động y tế khẩn cấp. Sử dụng trong công nghiệp bao gồm hàng hải, giao thông vận tải và khai thác mỏ.
Lịch sử ra đời
Từ đồ trang trí xe đạp đến phụ kiện Halloween, que phát sáng được sử dụng rộng rãi để giải trí, nhưng ban đầu chúng được cấp bằng sáng chế như một thiết bị phát tín hiệu. Chức năng này khác với tín hiệu hóa học phân tử – que phát sáng được dùng làm pháo sáng khẩn cấp trừ ngọn lửa trần. Nguồn sáng đáng tin cậy của nó có thể được triển khai trong trường hợp khẩn cấp hoặc bởi các dịch vụ ứng cứu đầu tiên. Quân nhân, thợ lặn, cảnh sát và lính cứu hỏa được trang bị que phát sáng để chiếu sáng các khu vực hoạt động của họ.
Với mục đích ban đầu này được mở rộng, giờ đây chúng ta thấy các thiết bị tương tự đang được sử dụng tại các buổi hòa nhạc và được đeo bởi những học sinh tiểu học trang trọng. Ngay cả người phát minh ra que phát sáng đương đại, Tiến sĩ Edwin Chandross, cũng ngạc nhiên vì sự phổ biến trong giải trí của chúng. Khi được nói về việc sử dụng chúng ở các địa điểm âm nhạc, ông ấy trả lời là “Vậy à? Có lẽ cháu gái tôi sẽ nghĩ bây giờ tôi rất ngầu.”
Tiến sĩ Chandross đã được truyền cảm hứng khi chứng kiến sự phát quang hóa học của luminol tại Viện Công nghệ Massachusetts. Ông đã biết được các ester peroxalate có tính phát quang hóa học khi phản ứng với hydrogen peroxide; Việc khám phá ra tỷ lệ lý tưởng của ông mất một ngày, nhưng ông chưa bao giờ được cấp bằng sáng chế. Vài năm sau, que phát sáng sử dụng công thức của ông đã được sản xuất và bán cho công chúng.
Que phát sáng sản xuất hàng loạt lần đầu tiên được ứng dụng trong các hoạt động quân sự, sau đó được sử dụng lại cho trang phục hòa nhạc. Vice đã công bố truyền thuyết từ cộng đồng âm nhạc, trích dẫn ví dụ đầu tiên của việc làm này tại buổi hòa nhạc Grateful Dead ở New Haven, Conn năm 1971. Tại đây, đám đông bắt đầu ném những chiếc que phát sáng đã được kích hoạt lên sân khấu để những người biểu diễn cầm. Sự kiện này đã trở thành một xu hướng mà bây giờ là một truyền thống phân phối rộng rãi que phát sáng tại các buổi biểu diễn âm nhạc trên toàn thế giới.
Hóa học đằng sau
Que phát sáng thực tế chứa hai ngăn riêng biệt, với hai dung dịch hóa chất khác nhau. Một dung dịch, trong trường hợp của hầu hết các loại que phát sáng, có chứa hợp chất diphenyl oxalate, cùng với thuốc nhuộm có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào màu sắc mong muốn.
Dung dịch còn lại là hydrogen peroxide, một chất hóa học gần đây có tên trong bài viết ‘Tại sao oxy già sủi bọt trên vết thương?’, và được chứa trong một hình trụ thủy tinh bên trong. Hình trụ này giữ cho hai dung dịch tách biệt với nhau và ngăn chúng phản ứng. Hành động búng vào que phát sáng làm vỡ hình trụ thủy tinh, cho phép hai dung dịch trộn lẫn và kích thích phản ứng dẫn đến phát sáng.
Phản ứng xảy ra giữa dung dịch hydrogen peroxide và diphenyl oxalate hoặc bis(2,4,6-trichlorophenyl oxalate (TCPO). Diphenyl oxalate bị oxy hóa bởi hydrogen peroxide, trong số các sản phẩm khác, tạo ra hợp chất không bền 1,2-dioxetanedione. Hợp chất này không ổn định đến mức nó dễ dàng phân hủy thành carbon dioxide, cũng giải phóng năng lượng như vậy. Tại thời điểm này, hợp chất được sử dụng làm thuốc nhuộm bắt đầu phát huy tác dụng.
Tham khảo thêm phản ứng giữa TCPO và hydrogen peroxide tại đây.
Mặc dù không tham gia vào phản ứng, các điện tử trong phân tử của thuốc nhuộm có thể hấp thụ năng lượng do sự phân hủy 1,2-dioxetanedione tạo ra, và khi làm như vậy chúng được chuyển sang trạng thái ‘kích thích’. Khi các electron trở lại ‘trạng thái cơ bản’ (tức là năng lượng ban đầu), chúng sẽ mất đi năng lượng dư thừa, dưới dạng các photon ánh sáng. Quá trình này được gọi là sự phát quang hóa học.
Năng lượng chính xác của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào cấu trúc của phân tử và điều này cho phép đạt được các màu sắc khác nhau. Một loạt các hóa chất khác nhau có thể được sử dụng, bao gồm cả những hóa chất được hiển thị như hình bên dưới, cũng như một hoặc hai loại thuốc nhuộm bổ sung. Trong khi các phân tử của thuốc nhuộm luôn tồn tại trong dung dịch, hydrogen peroxide và diphenyl oxalate được phản ứng từ từ sử dụng hết, cho đến khi hết một phân tử và phản ứng kết thúc – và tại thời điểm này, que phát sáng sẽ ngừng phát ra ánh sáng.
Bạn cũng có thể nhận thấy rằng bao bì của que phát sáng thường khuyên rằng không nên mở chúng ra. Cũng có một lý do hóa học cho điều này. Cũng như hydrogen peroxide chứa trong ống đong thủy tinh bên trong que phát sáng, phản ứng của diphenyl oxalate với hydrogen peroxide cũng có thể tạo ra một lượng nhỏ phenol như một sản phẩm phụ. Do đó, da tiếp xúc với dung dịch chứa trong que phát sáng có thể gây ra một số tác dụng không mong muốn, bao gồm kích ứng và viêm da.
Một lưu ý cuối cùng, phản ứng que phát sáng, giống như nhiều quá trình hóa học, có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nhiệt độ ấm hơn sẽ đẩy nhanh tốc độ phản ứng, trong khi nhiệt độ lạnh hơn sẽ làm giảm tốc độ phản ứng. Bạn muốn làm cho que phát sáng của bạn tồn tại lâu hơn? Hãy dán chúng vào tủ đông!
Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!
Tham khảo Compound Interest, Goldbio, Chem-Station và Wikipedia.
