Dalla loro invenzione 25 anni fa, i bastoncini luminosi sono diventati un punto fermo di Halloween. Sono perfette come luci di sicurezza perché sono portatili, a buon mercato ed emettono un bagliore spettrale. Anche i bastoncini luminosi sono estremamente popolari nella scena rave (così come le collane leggere, occhiali leggeri e corda leggera), e fanno una lampada ideale per subacquei e camper.
Anche se può sembrare magia soprannaturale, la tecnologia dietro i bastoncini luminosi è in realtà molto semplice. In questo articolo, guarderemo all'interno di un bastoncino luminoso per scoprire come emette una luce così forte senza lampadina e senza batteria.
La luce è una forma di energia, che può essere emesso attraverso una varietà di processi. Questi processi includono:
Tutti questi processi funzionano secondo lo stesso principio di base:una fonte esterna di energia eccita gli atomi, facendoli rilasciare particelle di luce chiamate fotoni . Quando bruci qualcosa, Per esempio, l'energia termica fa accelerare gli atomi che compongono il materiale. Quando gli atomi accelerano, si scontrano tra loro con maggiore forza. Se gli atomi sono abbastanza eccitati, le collisioni trasferiranno energia ad alcuni degli elettroni dell'atomo. Quando questo accade, un elettrone sarà temporaneamente potenziato a un livello energetico più alto (più lontano dal nucleo dell'atomo). Quando alla fine ricade al suo livello originale (più vicino al nucleo), rilascia parte della sua energia sotto forma di fotoni luminosi. (Vedi Come funzionano gli atomi e Come funziona la luce per maggiori informazioni.)
Un bastoncino luminoso fa la stessa cosa di base, ma usa a reazione chimica eccitare gli atomi di un materiale. Vedremo questa reazione nella prossima sezione.
I bastoncini luminosi sono disponibili in una varietà di colori. Il colore della luce è determinato dalla composizione chimica del colorante fluorescente nel bastoncino. Abbiamo visto che i bastoncini luminosi usano l'energia di una reazione chimica per emettere luce. Questa reazione chimica è innescata dalla miscelazione di più composti chimici .
Composti sono sostanze costituite da atomi di elementi diversi, legati insieme in una struttura rigida. Quando unisci due o più composti, i vari atomi possono riorganizzarsi per formare nuovi composti. A seconda della natura dei composti, questa reazione provocherà un rilascio di energia o un assorbimento di energia.
La reazione tra i diversi composti in un bastoncino luminoso provoca un sostanziale rilascio di energia. Proprio come in una lampadina a incandescenza, gli atomi nei materiali sono eccitati, facendo sì che gli elettroni salgano a un livello energetico superiore e poi tornino ai loro livelli normali. Quando gli elettroni tornano ai loro livelli normali, rilasciano energia sotto forma di luce. Questo processo si chiama chemiluminescenza .
La reazione chimica in un bastoncino luminoso di solito comporta diversi passaggi. Un tipico bastoncino luminoso commerciale contiene una soluzione di perossido di idrogeno e una soluzione contenente un estere di ossalato di fenile e a colorante fluorescente . Ecco la sequenza di eventi quando le due soluzioni vengono combinate:
Il bastoncino luminoso stesso è solo un alloggiamento per le due soluzioni coinvolte nella reazione - essenzialmente, è un esperimento di chimica portatile. Successivamente vedremo come piegare il bastoncino luminoso mette in moto questo esperimento.
Un bastoncino luminoso è costituito da una fiala di vetro, contenente una soluzione chimica, alloggiato all'interno di una fiala di plastica più grande, contenente un'altra soluzione. Quando pieghi la fiala di plastica, la fiala di vetro si rompe, le due soluzioni confluiscono, e la reazione chimica risultante fa sì che un colorante fluorescente emetta luce. Abbiamo appena visto che un bastoncino luminoso è un alloggiamento per due soluzioni chimiche, che emettono luce quando vengono combinati. Prima di attivare lo stick luminoso, le due soluzioni sono conservate in camere separate. L'estere di fenil ossalato e la soluzione colorante riempiono la maggior parte del bastoncino di plastica stesso. La soluzione di perossido di idrogeno, chiamato il attivatore , è contenuto in un piccolo, fragile fiala di vetro al centro del bastoncino.
Quando pieghi il bastoncino di plastica, la fiala di vetro si apre con uno scatto, e le due soluzioni scorrono insieme. Le sostanze chimiche reagiscono immediatamente l'una all'altra, e gli atomi iniziano a emettere luce. Il particolare colorante utilizzato nella soluzione chimica dona alla luce un colore caratteristico.
A seconda dei composti utilizzati, la reazione chimica può protrarsi per pochi minuti o per molte ore. Se riscaldi le soluzioni, l'energia extra accelererà la reazione, e il bastone brillerà più luminoso, ma per un tempo più breve. Se raffreddi il bastoncino luminoso, la reazione rallenterà, e la luce si affievolirà. Se vuoi conservare il tuo stick luminoso per il giorno successivo, mettilo nel congelatore - non fermerà il processo, ma trascinerà notevolmente la reazione.
Il riscaldamento di un bastoncino luminoso accelererà la reazione chimica, facendo sì che il colorante emetta un bagliore più luminoso. Lo stick luminoso a sinistra è stato attivato e mantenuto a temperatura ambiente. Lo stick luminoso a destra è stato attivato e posto in acqua bollente per un minuto. I bastoncini di luce sono solo un'applicazione di un importante fenomeno naturale: luminescenza . Parlando in generale, la luminescenza è qualsiasi emissione di luce che non sia causata dal riscaldamento. Tra l'altro, la luminescenza viene utilizzata nei televisori, luci al neon e adesivi fosforescenti. È anche il principio che accende una lucciola e fa brillare alcune rocce dopo il tramonto.
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