Südamerikanische Cucujo-Käfer leuchten so hell, dass die Menschen sie als Lampen verwenden können. Leuchtstab-Spielzeuge faszinieren Kinder und Erwachsene, indem sie Licht erzeugen, ohne eine scheinbare Energiequelle zu verwenden. Dies sind zwei Beispiele für chemische Reaktionen, die in lebenden und nicht lebenden Organismen unterschiedliche Arten von Beleuchtung erzeugen.
Das Licht, das Sie sehen, beginnt auf der atomaren Ebene. Wenn Energie Elektronen anregt, die ein Atom umkreisen, setzen diese Elektronen Photonen frei, nachdem sie in ihren nicht angeregten Grundzustand zurückkehren. Sie sehen diese Photonen als sichtbares Licht. Dieses Prinzip gilt sowohl für eine glühende Straßenlaterne als auch für eine im Wind flackernde Kerze. In einer Taschenlampe liefert eine Batterie die Energie, die benötigt wird, um den Lichterzeugungsprozess auszulösen. Bei einem Cucujo-Käfer erzeugen chemische Reaktionen die Beleuchtung.
Organismen wie Glühwürmchen sind biolumineszent – sie erzeugen Licht, indem sie ein Enzym mit einem Substrat kombinieren. Dinoflagellaten, mikroskopisch kleine Meeresbewohner, produzieren ebenfalls ihr eigenes Licht. Wenn Millionen von ihnen zusammenschwimmen, können sie das Wasser als große, leuchtende Wirbel erleuchten. Die Chemikalien, die Organismen verwenden, um Licht zu erzeugen, variieren je nach Art. Es braucht mindestens zwei Chemikalien, um Biolumineszenz zu erzeugen – ein Luciferin, das das Licht erzeugt, und eine Luciferase, die die chemische Reaktion antreibt. Photoproteine verwenden einen etwas anderen Mechanismus als Luciferase-Luciferin-Systeme, sind aber dennoch auch enzymatisch. Ein Ion – oft Kalzium – kann den Lichtproduktionsprozess starten, wenn es in das System einiger Organismen eindringt.
Es ist möglich, künstliche Biolumineszenz zu erzeugen, indem man Chemikalien kombiniert, die beim Mischen in einem Behälter Licht erzeugen – das passiert mit einem Leuchtstab. Diese Sticks enthalten oft Phenyloxylatester, Wasserstoffperoxid und einen fluoreszierenden Farbstoff. Wenn sich diese Chemikalien verbinden, treten eine Reihe von Reaktionen auf, die dazu führen, dass Energie in den Farbstoff eintritt. Diese Energie regt die Elektronen des Farbstoffs an, die Photonen freisetzen, wenn sie in den Grundzustand zurückkehren.
Der Unabhängigkeitstag ist eine ausgezeichnete Zeit, um chemische Reaktionen zu beobachten, die durch Wärme Licht erzeugen. Viele bunte Feuerwerkskörper, die über Kopf erscheinen, leuchten, weil die Hitze nach einer Explosion dazu führt, dass Metallsalze Energie absorbieren. Wenn das passiert, emittieren sie sichtbares Licht. Die Farbe, die Sie sehen, hängt vom Metall oder der Metallmischung im Feuerwerk ab. Strontium- und Lithiumsalze erzeugen beispielsweise Rot, während Kupferverbindungen Blau erzeugen.