La chimiluminescence est définie comme la lumière émise à la suite d'un réaction chimique. Il est également connu, moins communément, comme la chimioluminescence. La lumière n'est pas nécessairement la seule forme d'énergie libérée par une réaction chimioluminescente. De la chaleur peut également être produite, ce qui rend la réaction exothermique.
Dans toute réaction chimique, les atomes, les molécules ou les ions réactifs entrent en collision les uns avec les autres, interagissant pour former ce qu'on appelle un état de transition. A partir de l'état de transition, les produits se forment. L'état de transition est celui où l'enthalpie est à son maximum, les produits ayant généralement moins d'énergie que les réactifs. En d'autres termes, une réaction chimique se produit car elle augmente la stabilité / diminue l'énergie des molécules. Dans les réactions chimiques qui libèrent de l'énergie sous forme de chaleur, l'état vibratoire du produit est excité. L'énergie se disperse à travers le produit, le rendant plus chaud. Un processus similaire se produit dans la chimioluminescence, sauf que ce sont les électrons qui deviennent excités. L'état excité est l'état de transition ou l'état intermédiaire. Lorsque les électrons excités reviennent à l'état fondamental, l'énergie est libérée sous forme
photon. La décroissance à l'état fondamental peut se produire par une transition autorisée (libération rapide de la lumière, comme la fluorescence) ou une transition interdite (plus comme la phosphorescence).Théoriquement, chaque molécule participant à une réaction libère un photon de lumière. En réalité, le rendement est beaucoup plus faible. Les réactions non enzymatiques ont une efficacité quantique d'environ 1%. Ajout d'un catalyseur peut augmenter considérablement la luminosité de nombreuses réactions.
En chimiluminescence, l'énergie qui conduit à l'excitation électronique provient d'une réaction chimique. En fluorescence ou en phosphorescence, l'énergie provient de l'extérieur, comme d'une source de lumière énergétique (par exemple, une lumière noire).
Certaines sources définissent une réaction photochimique comme toute réaction chimique associée à la lumière. Selon cette définition, la chimioluminescence est une forme de photochimie. Cependant, la définition stricte est qu'une réaction photochimique est une réaction chimique qui nécessite l'absorption de la lumière pour se produire. Certaines réactions photochimiques sont luminescentes, car de la lumière à basse fréquence est libérée.
La réaction du luminol est une démonstration classique de chimie de la chimioluminescence. Dans cette réaction, le luminol réagit avec le peroxyde d'hydrogène pour libérer la lumière bleue. La quantité de lumière libérée par la réaction est faible sauf si une petite quantité de catalyseur approprié est ajoutée. Typiquement, le catalyseur est une petite quantité de fer ou de cuivre.
Notez qu'il n'y a pas de différence dans la formule chimique de l'état de transition, seulement le niveau d'énergie des électrons. Le fer étant l'un des ions métalliques qui catalyse la réaction, la réaction du luminol peut être utilisé pour détecter le sang. Le fer de l'hémoglobine fait briller le mélange chimique.
Un autre bon exemple de luminescence chimique est la réaction qui se produit dans les bâtons lumineux. le couleur du bâton lumineux résulte d'un colorant fluorescent (un fluorophore), qui absorbe la lumière de la chimioluminescence et la libère comme une autre couleur.
La chimiluminescence est affectée par le même les facteurs qui affectent d'autres réactions chimiques. L'augmentation de la température de la réaction l'accélère, la libérant ainsi plus de lumière. Cependant, la lumière ne dure pas aussi longtemps. L'effet peut être facilement vu à l'aide de bâtons lumineux. Placer un bâton lumineux dans l'eau chaude le rend plus lumineux. Si un bâton lumineux est placé dans un congélateur, son éclat s'affaiblit mais dure beaucoup plus longtemps.
La bioluminescence est une forme de chimioluminescence qui se produit dans les organismes vivants, tel que lucioles, certains champignons, de nombreux animaux marins et certaines bactéries. Il ne se produit pas naturellement dans les plantes, sauf s'il est associé à des bactéries bioluminescentes. De nombreux animaux brillent en raison d'une relation symbiotique avec Vibrio les bactéries.
La plupart de la bioluminescence est le résultat d'une réaction chimique entre l'enzyme luciférase et le pigment luminescent luciférine. D'autres protéines (par exemple, l'équorine) peuvent aider la réaction, et cofacteurs (par exemple, des ions calcium ou magnésium) peuvent être présents. La réaction nécessite souvent un apport d'énergie, généralement de l'adénosine triphosphate (ATP). Bien qu'il y ait peu de différence entre les luciférines de différentes espèces, l'enzyme luciférase varie considérablement entre les phylums.
Les organismes utilisent des réactions bioluminescentes à diverses fins, notamment le leurre des proies, l'alerte, l'attraction des partenaires, le camouflage et l'éclairage de leur environnement.
La viande et le poisson pourris sont bioluminescents juste avant la putréfaction. Ce n'est pas la viande elle-même qui brille, mais les bactéries bioluminescentes. Les mineurs de charbon en Europe et en Grande-Bretagne utiliseraient des peaux de poisson séchées pour un faible éclairage. Bien que les peaux aient une odeur horrible, elles étaient beaucoup plus sûres à utiliser que les bougies, qui pouvaient déclencher des explosions. Bien que la plupart des gens modernes ne soient pas conscients des lueurs de chair morte, cela a été mentionné par Aristote et était un fait bien connu à une époque antérieure. Au cas où vous seriez curieux (mais n'êtes pas prêt pour l'expérimentation), la viande en décomposition devient verte.