Knicklichter sind ein faszinierendes Beispiel für Chemolumineszenz – eine Form der Lichtemission, die ohne externe Licht- oder Wärmequelle stattfindet. Im Gegensatz zu anderen Leuchtverfahren, wie der Fluoreszenz oder Phosphoreszenz, entsteht bei der Chemolumineszenz das Licht durch eine direkte chemische Reaktion.

Diese Reaktion ist auch verantwortlich für das Leuchten vieler Lebewesen, wie Glühwürmchen oder Tiefseefische. Ihre biochemische Variante wird als Biolumineszenz bezeichnet. Solche Lebewesen nutzen das Leuchten zur Kommunikation, Partnersuche oder um Beute anzulocken.

Das Prinzip der Knicklichter beruht auf einer chemischen Reaktion zwischen zwei Flüssigkeiten, die erst durch das Knicken des Stabes in Kontakt kommen. Im Inneren befindet sich ein Glasröhrchen, das beim Knicken zerbricht und einen Reaktionspartner freisetzt. Diese Flüssigkeit vermischt sich mit der äußeren Lösung und startet die chemische Reaktion.

Die Hauptbestandteile der chemischen Reaktion in Knicklichtern sind normalerweise:

• Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel.
• Phenyl-Oxalat-Ester, der mit dem Wasserstoffperoxid reagiert.
• Ein fluoreszierender Farbstoff, der die endgültige Farbe des Lichts bestimmt.

Die Temperatur beeinflusst stark die Intensität und Dauer des Leuchtens. Wird ein Knicklicht z. B. ins Eisfach gelegt, verlangsamt sich die chemische Reaktion und es leuchtet viel länger, jedoch weniger hell. In z. B. heißem Wasser hingegen leuchtet es intensiver, aber dafür kürzer.

Durchführung der Spektroskopie

Genutzt wurde für die Aufnahme der Spektren eines unserer DIY-Spektrometer mit Lichtleiter-Einkopplung und folgenden Daten:

• Anordnung: Czerny-Turner
• Brenweite: 150 mm
• Spaltgröße: 10 µm
• Gitter: 300 lp/mm
• Detektor: Zeilenkamera e9u-LSMD-1304-STD mit 3648 Pixel
• Auflösung: 0,17 nm/Pixel
• Lichtleiter: Toslink

Die Knicklichter wurden vorsichtig geöffnet, um die enthaltenen Flüssigkeiten zu entnehmen. Diese wurden für die Messung in eine Küvette gefüllt, vor die dann der Lichtleiter unmittelbar positioniert wurde.

Die aufgenommenen Spektren zeigen relativ breite Emissionsbanden, wie diese für fluoreszierende organische Moleküle typisch sind, in denen die Fluoreszenz aus einer Vielzahl von vibronischen Übergängen resultiert. Teilweise sind in einem Knicklicht auch zwei Farbstoffe enthalten, um das resultierende Licht durch additive Farbmischung zu erzeugen.

Fazit

Die Untersuchung von Knicklichtern mit dem DIY-Spektrometer ist nicht nur ein spannendes Experiment zur Demonstration chemischer Prozesse, sondern bietet auch die Möglichkeit, grundlegende spektroskopische Techniken zu erlernen. Knicklichter sind ein beeindruckendes Beispiel dafür, wie man chemische Energie direkt in sichtbares Licht umwandeln kann – ganz ohne externe Stromquelle.

Mit diesem Experiment können Schüler und Interessierte einen direkten Zugang zur faszinierenden Welt der Chemie und Spektroskopie erhalten und dabei entdecken, dass Wissenschaft nicht nur lehrreich, sondern auch unterhaltsam sein kann!

Wollen Sie das Experiment auch durchführen und brauchen Sie Hilfe beim Aufbau der Spektrometers oder bei der Durchführung, dann kontaktieren Sie uns bitte. Wir helfen gern!

Blaues Knicklicht

Grünes Knicklicht

Gelbes Knicklicht

Oranges Knicklicht

Rotes Knicklicht

Violettes Knicklicht

Mischen von Knicklichtern

Spannende Experimente können auch durch das Mischen der Flüssigkeiten zweier unterschiedlicher Knicklichter gemacht werden. Hierbei kommt es nämlich nicht immer, wie vielleicht zu erwarten wäre, zu einer Mischfarbe aus einer resultierenden additiven Farbmischung.

Bei den für diese Applikationsbeschreibung genutzten Knicklichtern leuchtete z. B. eine Mischung der Flüssigkeit des gelben Knicklichtes mit der des blauen Knicklichtes weiterhin gelb während das blaue Leuchten gänzlich verschwand.

Es gibt hierfür einige mögliche Erklärungen, die noch weiter untersucht werden könnten:

1. Energieübertragung (FRET-ähnlicher Effekt):
   Wenn das Emissionsspektrum der blauen Komponente in den Absorptionsbereich der gelben Komponente überlappt, kann es zu einer nicht-strahlenförmigen Energieübertragung kommen. Das heißt, die blaue Energie wird vom gelben Fluorophor absorbiert und anschließend als gelbes Licht wieder emittiert.
2. Innere Filtereffekte:
   Ein hoher Absorptionsgrad der gelben Lösung im blauen Bereich kann bewirken, dass das blaue Licht »im Inneren« der Lösung absorbiert wird, bevor es den Detektor erreicht. Dadurch erscheint das blaue Signal stark abgeschwächt oder ganz verschwunden.
3. Chemische Wechselwirkungen:
   Beim Mischen der beiden Systeme können chemische Prozesse in Gang kommen, die das blaue Leuchtmittel quenchieren (d. h. dessen Lichtausbeute unterdrücken). Faktoren wie pH-Wert, Lösungsmittelbedingungen oder auch konkurrierende Reaktionswege könnten dabei eine Rolle spielen.

Wahrscheinlich liegt es sogar an einer Kombination aus optischen (z. B. Energieübertragung bzw. innere Filtereffekte) und chemischen Wechselwirkungen, die dazu führen, dass das blaue Leuchtmittel in der Mischung nicht mehr zur Geltung kommt.