Szentjánosbogár, trópusi halak, sarki fény Mi a közös a természet fénytüneményeiben? Szalay Péter egyetemi tanár ELTE, Kémiai Intézet Elméleti Kémiai Laboratórium
Van közös bennük?
Egy kis történelem Ókor: Arisztotelész: világító gombákat írt le (hideg fény) idősebb Plinius: olívaültetvényen világító fa
Egy kis történelem Boyle 1667-ben kísérleteket végez: lumineszkáló fával rothadó halakkal
Boyle kísérletei Részletesen leírja: Elsötétítés menetét A levegő kiszívását Megfigyeléseket
Boyle kísérletei Megfigyelések: A levegő szükséges A levegő nem a fény közvetítéséhez kell, mert az izzó vas a vákuumban is tovább izzik!
Egy kis történelem A XIX. század: A fa lumineszkálását gomba okozza Világító tölcsérgomba
Egy kis történelem A XX. század: A rothadó hal lumineszkálását baktériumok okozzák
ELMÉLETI HÁTTÉR Newton kísérletei a napfénnyel: Sir Isaac Newton (1642 1727)
A hidrogénatom spektruma Ångström (1871) XX. század eleje: A hidrogénatom energiája nem lehet akármekkora Bohr-féle atommodell Kvantummechanika
A fény és az anyag kölcsönhatása Az előző kísérlet is jól mutatja a kvantummechanika egyik legfontosabb elvét: A kvantummechanika szerint mikrorendszerek, így atomok és molekulák energiája nem lehet bármekkora Az energiaszintek között átmenetet lehet létrehozni a megfelelő hullámhosszú fénnyel: Bohr-feltétel : E = E2 E1 = hν Ha a rendszer fényt nyel el, magasabb energiaszintre kerül:
A fény és az anyag kölcsönhatása Az előző kísérlet is jól mutatja a kvantummechanika egyik legfontosabb elvét: A kvantummechanika szerint mikrorendszerek, így atomok és molekulák energiája nem lehet bármekkora Az energiaszintek között átmenetet lehet létrehozni a megfelelő hullámhosszú fénnyel: Bohr-feltétel : E = E2 E1 = hν A rendszer fény kibocsátásával visszakerül az alacsonyabb energiájú állapotba: A GERJESZTETT ÁLLAPOT ÉLETTARTAMA VÉGES!!!!!
A fény és az anyag kölcsönhatása mikrohullám infravörös látható UV Röntgen γ -sugárzás kis frekvencia, nagy hullámhossz ν / Hz λ/ m rádióhullám infravörös sugárzás UV fény hullámhossz / nm ato mm ag ato mo k feh érj ék Látható színkép vír us eg ys ejt ű ok a tű f ha ng ya ép üle tek em be rek méret nagy frekvencia, kis hullámhossz
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénmolekula elektronszerkezete konfiguráció
Az oxigénmolekula elektronszerkezete + szinglett gerjesztett állapot (1Σg ) szinglett gerjesztett állapot (1Δg) - triplett alapállapot (3Σg ) konfiguráció állapot
Az oxigénmolekula elektronszerkezete + Energia szinglett gerjesztett állapot (1Σg ) szinglett gerjesztett állapot (1Δg) - triplett alapállapot (3Σg ) konfiguráció állapot
Az oxigénmolekula elektronszerkezete 2p 2p 2s 2s 1s 1s O O2 O
Az oxigénatom elektronszerkezete szinglett gerjesztett állapot (1S) szinglett gerjesztett állapot (1D) triplett alapállapot (3P) konfiguráció állapot
Az oxigénatom elektronszerkezete Energia szinglett gerjesztett állapot (1S) szinglett gerjesztett állapot (1D) triplett alapállapot (3P) konfiguráció állapot
Sarki fény (aurora borealis) Jelenség: Zöldes, sötétpiros (esetleg kékes vagy rózsaszínű) fényjelenség a sarkok közelében
Sarki fény (aurora borealis) Magyarországon is látható: Galéria: http://www.mcse.hu/galeria/main.php/asztrofotok/20031120_aurora/ Előrejelzés: http://www.mcse.hu/sarki_feny_elorejelzes/
Sarki fény (aurora borealis) Magyarországon is látható: Galéria: http://www.mcse.hu/galeria/main.php/asztrofotok/20031120_aurora/ Előrejelzés: http://www.mcse.hu/sarki_feny_elorejelzes/
Sarki fény (aurora borealis) A napból napkitörésből származó töltött részecskék (elektronok, protonok, egyéb ionok) gerjesztik a légkörben található atomokat/molekulákat A gerjesztett állapotok megszűnésekor fénykibocsátás történik.
Az oxigénatom lumineszkálása szinglett gerjesztett állapot (1S) 558 nm szinglett gerjesztett állapot (1D) 630 nm triplett alapállapot (3P) O atom
Sarki fény (aurora borealis) Zöldes fény: O atom 1S 1D átmenet Sötétpiros fény: O atom 1D 3P átmenet Kék fény: N atom 2D 4S átmenet Rózsaszín fény: N2 molekula IR, UV, sőt röntgen sugárzás is, de ezek csak az űrből láthatók
Sarki fény: miért csak a sarkok közelében? A föld mágneses tere eltéríti ezeket a részecskéket, azok csak a pólusoknál juthatnak be.
Déli sarkon is: aurora australis A NASA IMAGE satellite felvétele (2005. szeptember 11.) (a föld csak alá van montírozva!)
Kemilumineszcencia Mit láttunk a kísérletben? _ 2 OH + Cl2 _ OCl + Cl + H2O _ H2O2 +OCl = H2O + Cl + O2 (szinglett)
Kemilumineszcencia Intenzitás Mit láttunk a kísérletben? 200 400 600 800 Hullámhossz / nm 1000
Az oxigén lumineszkálása + szinglett gerjesztett állapot (1Σg ) 762 nm szinglett gerjesztett állapot (1Δg) 1270 nm - triplett alapállapot (3Σg ) O2
Kemilumineszcencia Miért nem csak egy színt látunk? O2 (triplett) + hν (1270 nm) O2 (szinglett) O 2 (s zi ng l et t) 2 O2 (triplett) + hν (633 nm és 703 nm)
Az O2 - O2 komplex lumineszkálása + szinglett gerjesztett állapot + triplett alapállapot 703 és 633 nm O2 + O2
Kemilumineszcencia: általános mechanizmus
Közvetett kemilumineszcencia 2 O2 (szinglett) + fluoreszcens 2 O2 (triplett) + fluoreszcens* fluoreszcens* fluoreszcens + hν Lumineszcensek: Naracssárga: rubrén Kék: 9,10-difenil-antracén Kékeszöld: perilén Zöld: 9,10-biszfenil-etinil-antracén Forrás: http://www.dingwerth.de/bjoern/chemistry/xmasvl.html
Dioxetán kemilumineszcenciája
Luminol kemilumineszcenciája
Biolumineszcencia Erdei Norbert: Utolsó este II. díj, Nimród Magazin fotópályázata
Biolumineszcencia Biológiai rendszerben létrejövő kemilumineszcencia Szubsztrát: luciferin (gyűjtőnév) ezen történik a reakció: luciferin oxoluciferin Enzim (fehérje): luciferáz (gyűjtőnév) ez katalizálja a folyamatot Lucifer = lux-fero (fényt hozó)
A luciferin reakciójának mechanizmusa
Mi befolyásolja a kibocsátott fény színét? A természetes és módosított luciferáz enzimek szerkezete Változtatva a 286-os illetve a 288-as aminosavakat, a szín változik
Mi befolyásolja a kibocsátott fény színét? Tehát a környezet polarizációs hatása, illetve a hidrogénkötések hol egyik, hol másik formát stabilizálják
Néhány további luciferin molekula H O N O N H N N H N H CHO NH 2 Latia Luciferin NH Cypridina Luciferin HO O N O N N N H Renilla Luciferin NH N HO Chromophore of Aequorin
Néhány további luciferin molekula H O N O N H N N H N H CHO NH 2 Latia Luciferin NH Cypridina Luciferin HO O N O N N N H Renilla Luciferin NH N HO Chromophore of Aequorin A híres GFP (Green Fluorescent Protein)
Van közös bennük?
Van közös bennük? Gerjesztett atomi vagy molekuláris állapotok fény kibocsátásával kerülnek vissza alapállapotba Oxigén jelenléte Elméleti háttér
Biolumineszcencia Észak-amerikai szentjánosbogár
Biolumineszcencia Mélytengeri lámpáshal (Chaenophryne longiceps)
Biolumineszcencia Nyíl kukac forrás: http://www.lifesci.ucsb.edu/~biolum
Biolumineszcencia Bambusz-korall forrás: http://www.hboi.edu
Biolumineszcencia forrás: http://earthguide.ucsd.edu
Biolumineszcencia Vasút-kukac: két színben lumineszkál
Biolumineszcencia Medúza (Aequorea victoria) forrás: http://www.lifesci.ucsb.edu/~biolum
ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával minden második csütörtökön 17 órakor (legközelebb október 20-án) www.chem.elte.hu/pr
ALKÍMIA MA október 20-án Varga Szilárd: Molekulák, amelyek megváltoztatták a világot érdekes szerves molekulák a múltban és a jelenben www.chem.elte.hu/pr
ALKÍMIA MA november 17-én Pulay Péter: Mi tartja össze az atomokat a molekulákban? Az elektronszerkezet megismerésének története 1900-tól www.chem.elte.hu/pr
AZ ELTE Kémiai Intézet más rendezvényei Észbontó és Észbontogató Látványos kísérletek középiskolások illetve általános iskolások számára, péntekenként 16 órától (065-ös előadó) Nyílt laborok (részvétel hallgatói laboratóriumi gyakorlatokon) Kutató Diákok Mozgalma (www.kutdiak.hu) Kémiai Érettségi Előkészítő (érettségi kísérletek) Intézetlátogatás (megbeszélés szerint) info@chem.elte.hu, www.chem.elte.hu/pr
KÉMIA ALAPSZAK - BSc Vegyész szakirány Kémiatanár szakirány MESTERSZAKOK - MSc Vegyész Tanárszak Kémia + X X + Kémia Szakirányok Analitikai Preparatív Gyógyszerkutat ó Szerkezetkutató Informatikai Anyagkutató Környezetkémiai Határtudományok Interdiszciplináris Biomolekuláris kémia, Szerkezeti molekuláris biológia Anyagtudomány KÉMIA DOKTORI ISKOLA - PhD
KÉMIA ALAPSZAK - BSc Időtartam: 6 szemeszter, 180 kredit Szakirányok: Vegyész Kémiatanár Nemzetközileg elismert (EuroBachelor) Hogyan tovább? Munkaerőpiac Mesterképzés - MSc - Államigazgatás - Szolgáltatás - Vegyipari és kutatóintézetek - Gyógyszergyárak - Környezetvédelem
MESTERKÉPZÉSEK - MSc Vegyész és más kutatói szakirányok Időtartam: 4 szemeszter, 120 kredit Kémia + X tanárszak Időtartam: 5 szemeszter, 150 kredit Vegyész Tanárszak Kémia + X X + Kémia Szakirányok Analitikai Preparatív Gyógyszerkutat ó Szerkezetkutató Informatikai Anyagkutató Környezetkémiai Határtudományok Interdiszciplináris Biomolekuláris kémia, szerkezeti molekuláris biológia Anyagtudomány
MESTERKÉPZÉSEK - MSc Vegyész és más kutatói szakirányok Időtartam: 4 szemeszter, 120 kredit Kémia + X tanárszak Időtartam: 5 szemeszter, 150 kredit Hogyan tovább? Munkaerőpiac Doktori Iskola - PhD - Államigazgatás - Szolgáltatás - Vegyipari és kutatóintézetek - Gyógyszergyárak - Környezetvédelem