Leuchtstab
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Ein Leuchtstab (auch Knicklicht genannt) ist ein rein chemisches Leuchtmittel. Er besteht aus einem durchsichtigen Kunststoffbehälter, in dem sich in getrennten Kammern zwei Flüssigkeiten befinden. Der Kunststoffbehälter ist mit einer Lösung unterschiedlicher Chemikalien gefüllt, wobei die Zusammensetzung dieser Flüssigkeit abhängig ist von der gewünschten Leuchtdauer und -farbe.
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[Bearbeiten] Geschichte
Cyalume wurde von Michael M. Rauhut, Robert W. Sombathy und Laszlo J. Bollyky auf Basis der Arbeit von Edwin A. Chandross (Bell Labs[1]) und Richard D. Sokolowski (Eh.M Labs[2]) erfunden. Zur gleichen Zeit wurden von Herbert Richter beim China Lake Naval Weapons Center ähnliche Experimente mit Chemoluminiszenz durchgeführt.
Richard Taylor Van Zandt ist der eingetragene Erfinder im US-Patent Patent US 4064428 , erteilt am 1. November 1976 mit dem Namen "Chemical Light Device"
Jährlich werden über 15 millionen Leuchtstäbe vom United States Department of Defense verbraucht[3].
[Bearbeiten] Chemische Reaktion
Der Leuchtstab enthält einen Farbstoff sowie zwei Chemikalien, wobei die eine in eine geschlossenen Glasröhrchen eingeschlossen ist. Das Glasröhrchen ist mit einer 30%igen Wasserstoffperoxid-Lösung gefüllt. Die andere Chemikalie, ein Ester mit dem Namen Diphenyloxalat (Cyalume), ist mit dem Farbstoff außerhalb des Glasröhrchens vermischt. Wird das Glasröhrchen etwa durch Knicken des Stabes zerbrochen, setzt eine Chemische Reaktion ein, die Chemolumineszenz.
Das Peroxid oxidiert den Ester, wodurch zwei Phenol-Moleküle und ein Peroxysäureester entstehen. Zusammen mit dem Farbstoff reagiert der Ester, wobei sich der Ester spontan zu Kohlenstoffdioxid (CO2) zersetzt und dabei Energie freigibt. Die freigewordene Energie regt den Farbstoff an, wobei dieser ein Photon emittiert, der Farbstoff „gibt Licht ab“.
Die Wellenlänge des Photons, die „Farbe“, hängt von der Struktur des verwendeten Farbstoffs ab. Die Reaktion ist nicht reversibel, kann jedoch durch Kühlung stark verlangsamt werden. Leuchtstäbe leuchten meist monochrom, wobei die Farben rot, gelb, orange, grün, violett, blau und weiß (dann natürlich nicht monochrom) verfügbar sind. Die Stabform ist dabei nicht zwingend. Es gibt sie auch als Ringe oder in anderen, aus einem Stab herstellbaren Formen.
Im Labor kann diese Reaktion stark beschleunigt werden, indem Natriumhydroxid hinzugefügt wird. Die Reaktion läuft dann in Sekunden, statt Stunden ab. Aus naheliegenden Gründen ist diese Anwendung für Leuchtstäbe jedoch nicht praktikabel.
Die Leuchtdauer von Leuchtstäben beträgt etwa zwei Stunden bis hin zu einigen Tagen. Verbrauchte Leuchtstäbe fluoreszieren unter ultraviolettem Licht („Schwarzlicht“), da der Farbstoff weiterhin durch Energie angeregt werden kann.
[Bearbeiten] Häufig verwendete Farbstoffe
| Name | Kurzname | Emissionsfarbe | Struktuformel | Bemerkung |
|---|---|---|---|---|
| Dihydro-9,10-Diphenylanthracen | Dihydro(DPA) | lila | ||
| 9,10-Diphenylanthracen mit 2,4-di-tert-butylphenyl 1,4,5,8-tetracarboxynaphthalen diamid | pink | emittiert pink oder weiß, abhängig vom Mischungsverhältniss | ||
| 9,10-Diphenylanthracen | DPA | blau |  |
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| 1-Chlor-9,10-Diphenylanthracen | 1-Chlor(DPA) | blau |  |
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| 2-Chlor-9,10-Diphenylanthracen | 2-Chlor(DPA) | blau | ||
| 9,10-Bis(phenylethynyl)anthracen | BPEA | grün |  |
|
| 2-Chlor-9,10-bis(phenylethynyl)anthracen | grün | |||
| 1-Chlor-9,10-bis(phenylethynyl)anthracen | gelb-grün | |||
| 1,8-dichloro-9,10-Bis(phenylethynyl)anthracen | gelb | |||
| 5,6,11,12-Tetraphenyl Naphthacen | Rubren | gelb |  |
|
| 5,12-bis(phenylethynyl)naphthacen | orange |  |
||
| Rhodamin 6G | rot |  |
||
| Rhodamin B | rot |  |
wird selten verwendet, da es zusammen mit Phenyloxalat zerfällt | |
| 2,4-di-tert-butylphenyl 1,4,5,8-tetracarboxynaphthalen diamid | tief-rot |
[Bearbeiten] Einsatzgebiete
Leuchtstäbe dienen als leicht transportierbare Notbeleuchtung, zur Markierung oder auch einfach als Accessoir. Als Spaßgerät werden Knicklichter oftmals im Mund, ähnlich wie ein Bonbon, getragen und bewegt. Aufgrund der angeblich ungiftigen, aber färbenden und teilweise übel riechenden/schmeckenden chemischen Substanzen ist allerdings von direktem Hautkontakt abzuraten. Häufig werden Knicklichter auch im Bereich des Fischfangs eingesetzt, um auch bei Dunkelheit den Schwimmer oder die Spitze der Angelrute beobachten zu können. Es gibt auch Golfbälle, die mit einem kleinen Knicklicht ausgestattet werden können, um bei Dunkelheit spielen zu können. Weitere Einsatzgebiete liegen im Militär- und Sicherheitsbereich.
Knicklichter werden auch beim Spinning verwendet, einer Teildisziplin der Jonglage. Bogenschützen schätzen die karottengroße Variante zur Markierung von Zielen sowie die kleinen Anglerstäbchen zur Anbringung an Pfeilen für das Nachtschießen.
Weiterhin können kleine Leuchtstäbe im Innern von mit Helium gefüllten (durchsichtigen) Luftballons untergebracht werden, wobei Ballone mit ein bis zwei Leuchtstäben im Innern noch problemlos flugfähig sind und einen sehr effektvollen Nachtstart einer Ballonpost erlauben.
Ebenso sind Leuchtstäbe auf dem Markt, die Strahlung im infraroten Bereich abgeben, welche mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar ist. Mit dem Einsatz eines Nachtsichtgerätes kann ein solcher Leuchtstab im Dunkeln gesehen werden.
Beim Speed Badminton werden kleine Knicklichter (Speedlights) in den Federbällen genutzt, um auch bei Nacht spielen zu können.
In den 1990er Jahren wurden Leuchtstäbe durch ihren Einsatz auf Technopartys sehr populär.
[Bearbeiten] Gefahren und häufige Irrtümer
[Bearbeiten] Gefahren
Leutstäbe enthalten Wasserstoffperoxid, zusätzlich entsteht Phenol als Nebenprodukt der Reaktion. Die Flüssigkeit sollte nicht geschluckt werden und auch nicht auf die Haut gelangen. Wenn die Flüssigkeit auf die Haut gelangt kann es zu leichten Hautreizungen kommen. In Extremfällen ist Übelkeit oder Erbrechen möglich. Die Flüssigkeit in den Leuchtstäben kann einige Kunststoffsorten auflösen. Zusätzlich sind einige der Chemikalien in Leuchtstäben brennbar.
Leuchtstäbe aus neuerer Produktion werden mit dem Attribut "non-toxic" (ungiftig) verkauft.
[Bearbeiten] Häufige Irrtümer
Die Reaktion kann durch Kälte nicht gestoppt oder gar umgekehrt werden. Kälte bewirkt nur einen deutlich verlangsamten Ablauf der Reaktion. Umgekehrt kann der Ablauf durch Wärme stark beschleunigt werden.
Es ist unzutreffend, dass Knicklichter mit "Kristallen" gefüllt sind. Es handelt sich lediglich um die beim Knicken entstehenden Splitter des Glasröhrchens.
[Bearbeiten] Weblinks
[Bearbeiten] Video
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Einzelnachweise
- ↑ Elizabeth Wilson: What's that stuff? Light Sticks. In: Chemical & Engineering News. 77, Nr. 3, 18 January 1999, S. 65
- ↑ Richard D. Sokolowski: Electro House: attaining electro perfection through fluid luminescence. 69, Nr. standard, 8 March 2008, S. >60%
- ↑ Steve Givens. „The great glow stick controversy (Forum Section)“, Student Life, 27 July 2005.
