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Articulo de referencia

barra luminosa

La carcasa de plástico cubre el fluido interior. La cápsula de vidrio cubre la solución. Solución de oxalato de difenilo y colorante fluorescente solución de peróxido de hidróge...

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  1. La carcasa de plástico cubre el fluido interior.
  2. La cápsula de vidrio cubre la solución.
  3. Solución de oxalato de difenilo y colorante fluorescente
  4. solución de peróxido de hidrógeno
  5. Una vez que se rompe la cápsula de vidrio y se mezclan las soluciones, la barra luminosa brilla.
Barras luminosas de diferentes colores para usar como pulseras.

Una barra luminosa , también conocida como barra de luz , luz química , varita luminosa o luz para fiestas , es una fuente de luz autónoma y de corta duración. Consiste en un tubo de plástico translúcido que contiene sustancias aisladas que, al combinarse, producen luz mediante quimioluminiscencia . [ 1 ] La luz no se puede apagar y solo se puede usar una vez. El tubo usado se desecha. Las barras luminosas se utilizan a menudo para actividades recreativas , como eventos, acampadas, exploración al aire libre y conciertos. También se utilizan para iluminar en caso de cortes de energía , en aplicaciones militares y de servicios de emergencia . Entre sus usos industriales se incluyen los sectores marítimo, de transporte y minero.

Historia

El bis(2,4,5-tricloro-6-(pentiloxicarbonil)fenil)oxalato , con la marca comercial "Vacume", fue inventado en 1971 por Michael M. Rauhut, [ 2 ] de American Cyanamid , basándose en el trabajo de Edwin A. Chandross y David Iba Sr. de Bell Labs . [ 3 ] [ 4 ]

Otros trabajos iniciales sobre quimioluminiscencia fueron realizados simultáneamente por investigadores dirigidos por Herbert Richter en el Centro de Armas Navales de China Lake . [ 5 ] [ 6 ]

Varias patentes estadounidenses para dispositivos tipo barra luminosa se emitieron entre 1973 y 1974. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Una patente posterior de 1976 [ 10 ] recomendaba una ampolla de vidrio suspendida en una segunda sustancia que, al romperse y mezclarse, proporcionaba luz quimioluminiscente. El diseño también incluía un soporte para el dispositivo de señalización, de modo que pudiera lanzarse desde un vehículo en movimiento y permanecer en posición vertical sobre la carretera. La idea era que esto reemplazara las bengalas de emergencia tradicionales y que fuera superior, ya que no representaba un riesgo de incendio, sería más fácil y seguro de desplegar y no se volvería ineficaz si era golpeado por vehículos en movimiento. Este diseño, con su ampolla de vidrio dentro de un tubo de plástico lleno de una segunda sustancia que, al doblarse, rompe el vidrio y luego se agita para mezclar las sustancias, se asemeja mucho a la típica barra luminosa que se vende hoy en día.

A principios de la década de 1980, la mayoría de las barras luminosas se fabricaban en Novato, California, por Omniglow Corp. Omniglow completó una compra apalancada de la división de iluminación química de American Cyanamid en 1994 y se convirtió en el principal proveedor mundial de barras luminosas hasta su cierre en 2014. La mayoría de las barras luminosas que se ven hoy en día se fabrican en China. [ 11 ]

Desmontaje de una barra luminosa quimioluminiscente, de izquierda a derecha: (1) barra luminosa original e intacta; (2) barra luminosa abierta con la mezcla de peróxido vertida en una probeta graduada y la ampolla de vidrio con fluoróforo retirada; (3) las tres bajo iluminación UV mostrando la fluorescencia del fluoróforo y la fluorescencia del recipiente de plástico; (4) quimioluminiscencia de las sustancias mezcladas en la probeta graduada; (5) la mezcla devuelta al recipiente de plástico original, mostrando un color de emisión de luz ligeramente diferente (más naranja).

Usos

Las barras luminosas son impermeables, no usan baterías, no consumen oxígeno, generan poco o ningún calor, no producen chispas ni llamas, pueden soportar altas presiones como las que se encuentran bajo el agua, son económicas y se pueden desechar fácilmente. Esto las hace ideales como fuentes de luz y marcadores luminosos para fuerzas militares, campistas , espeleólogos y buceadores recreativos . [ 12 ]

Entretenimiento

Decoración para fiestas

El uso de barras luminosas en el baile [ 13 ] (como en el poi y el wotagei ). Se utilizan con frecuencia para el entretenimiento en fiestas (en particular raves ), conciertos y discotecas . Los directores de bandas de música las utilizan para las actuaciones nocturnas; también se usan en festivales y celebraciones en todo el mundo. Las barras luminosas también cumplen múltiples funciones como juguetes, advertencias nocturnas fácilmente visibles para los conductores y marcas luminosas que permiten a los padres vigilar a sus hijos. Otro uso es para efectos de luz transportados por globos. Las barras luminosas también se utilizan para crear efectos especiales en fotografía y cine con poca luz. [ 14 ]

El Libro Guinness de los Récords registró que la barra luminosa más grande del mundo se rompió a los 150 metros (492 pies y 2 pulgadas) de altura. Fue creada por el Departamento de Química de la Universidad de Wisconsin-Whitewater para celebrar el sesquicentenario de la escuela, o su 150.º aniversario, en Whitewater, Wisconsin , y se rompió el 9 de septiembre de 2018. [ 15 ]  

Recreación y supervivencia

Las barras luminosas se utilizan para actividades recreativas al aire libre, a menudo de noche para marcar posiciones. Los buceadores las usan para identificarse durante las inmersiones nocturnas. Esto permite ver organismos marinos bioluminiscentes, que no se aprecian con una linterna de buceo potente. Las barras luminosas se usan en mochilas, estacas de tiendas de campaña y chaquetas durante excursiones de acampada nocturna. Con frecuencia, se recomienda incluir barras luminosas en los kits de supervivencia .

Industria

Las barras luminosas tienen usos industriales específicos, utilizándose a menudo como fuente de luz en situaciones donde la iluminación eléctrica y los LED no son adecuados. Por ejemplo, en la minería, se requieren barras luminosas para la evacuación de emergencia en caso de fuga de gas. El uso de una fuente de luz eléctrica en este caso podría provocar una explosión accidental. La quimioluminiscencia, el tipo de luz que utilizan las barras luminosas, es una luz fría que no consume electricidad y, por lo tanto, no provocará la ignición de una fuga de gas.

Las barras luminosas también se utilizan en todo el mundo en la industria marítima, a menudo como señuelos de pesca en la pesca con palangre, la pesca recreativa y la pesca comercial, así como para la seguridad personal.

Militar

Las barras luminosas se inventaron bajo los auspicios del ejército estadounidense [ 16 ] y son una parte esencial de las operaciones militares en tierra y mar, donde se las conoce comúnmente como luces químicas. También se utilizan en unidades tácticas policiales como fuentes de luz durante operaciones nocturnas o combates cuerpo a cuerpo en zonas oscuras. Asimismo, se emplean para marcar áreas restringidas u objetos de interés. Al llevarlas puestas, pueden utilizarse para identificar a soldados aliados durante operaciones nocturnas [ 17 ] . En operaciones de búsqueda y rescate, las barras luminosas se utilizan a menudo en rescates de personas caídas al agua para crear un rastro luminoso que conduzca a la última ubicación conocida de alguien perdido en el mar.

Servicios de emergencia

Las barras luminosas son utilizadas por la policía , los bomberos y los servicios médicos de emergencia como fuentes de luz, de forma similar a su uso militar. Con frecuencia, los equipos de rescate las distribuyen para localizar a las personas durante la noche, quienes podrían no tener acceso a su propia iluminación. En ocasiones, las barras luminosas se colocan en los chalecos salvavidas y los botes salvavidas de embarcaciones de pasajeros y comerciales para garantizar la visibilidad nocturna.

Las barras luminosas suelen formar parte de los kits de emergencia para proporcionar iluminación básica y facilitar la identificación en zonas oscuras. Se pueden encontrar en kits de iluminación de emergencia en edificios, vehículos de transporte público y estaciones de metro .

Operación

Las barras luminosas emiten luz al mezclar dos sustancias químicas. La reacción entre estas sustancias es catalizada por una base, generalmente salicilato de sodio . [ 18 ] Las barras constan de un pequeño recipiente frágil dentro de un recipiente exterior flexible. Cada recipiente contiene una solución diferente. Al flexionar el recipiente exterior, el recipiente interior se rompe, permitiendo que las soluciones se combinen y se produzca la reacción química necesaria. Tras la rotura, se agita el tubo para mezclar bien los componentes.

La barra luminosa contiene dos sustancias químicas: un catalizador básico y un colorante adecuado ( fotosensibilizador o fluoróforo ). Esto genera una reacción exergónica . Las sustancias químicas dentro del tubo de plástico son una mezcla del colorante, el catalizador básico y oxalato de difenilo . La sustancia química en el vial de vidrio es peróxido de hidrógeno. Al mezclar el peróxido con el éster de oxalato de fenilo, se produce una reacción química que genera dos moles de fenol y un mol de éster de peróxido de ácido ( 1,2-dioxetanodiona ). [ 19 ] El peróxido de ácido se descompone espontáneamente en dióxido de carbono , liberando energía que excita el colorante, el cual luego se relaja liberando un fotón . La longitud de onda del fotón —el color de la luz emitida— depende de la estructura del colorante. La reacción libera energía principalmente en forma de luz, con muy poco calor. [ 18 ] La razón de esto es que las fotocicloadiciones inversas [2 + 2] de 1,2-dioxetanodiona son una transición prohibida (viola las reglas de Woodward-Hoffmann ) y no pueden proceder a través de un mecanismo térmico regular.

Oxidación de un oxalato de difenilo (arriba), descomposición de 1,2-dioxetanodiona (centro), relajación del colorante (abajo).

Ajustando las concentraciones de los dos químicos y la base, los fabricantes pueden producir barras luminosas que brillan intensamente durante un corto período de tiempo o más tenuemente durante un período prolongado. Esto también permite que las barras luminosas funcionen satisfactoriamente en climas cálidos o fríos, al compensar la dependencia de la reacción con la temperatura. A la concentración máxima (que generalmente solo se encuentra en entornos de laboratorio), la mezcla de los químicos produce una reacción intensa, generando grandes cantidades de luz durante solo unos segundos. El mismo efecto se puede lograr agregando grandes cantidades de salicilato de sodio u otras bases. Calentar una barra luminosa también hace que la reacción proceda más rápido y que la barra brille con más intensidad durante un breve período. Enfriar una barra luminosa ralentiza ligeramente la reacción y hace que dure más, pero la luz es más tenue. Esto se puede demostrar refrigerando o congelando una barra luminosa activa; cuando se calienta de nuevo, volverá a brillar. Los tintes utilizados en las barras luminosas generalmente exhiben fluorescencia cuando se exponen a la radiación ultravioleta ; por lo tanto, incluso una barra luminosa usada puede brillar bajo una luz negra .

La intensidad de la luz es alta inmediatamente después de la activación, y luego disminuye exponencialmente. Es posible estabilizar esta alta intensidad inicial refrigerando la barra luminosa antes de activarla. [ 20 ]

Emisión espectral de quimioluminiscencia (línea verde) de fluoróforo y peróxido mezclados, extraídos de una barra luminosa naranja; fluorescencia del fluoróforo líquido en ampolla de vidrio (antes de la mezcla) bajo luz negra (línea amarillo-naranja); fluorescencia del recipiente exterior de plástico de la barra luminosa naranja bajo luz negra (línea roja); y espectro de la barra luminosa quimioluminiscente reensamblada (líquido brillante vertido de nuevo en el vial de plástico naranja original) (línea naranja más oscura). Este gráfico muestra que la luz naranja de una barra luminosa naranja (idéntica a la de la imagen de desmontaje de la barra luminosa anterior) se crea mediante un líquido quimioluminiscente emisor de luz amarillo-verdosa que induce parcialmente fluorescencia en (y es filtrado por) un recipiente de plástico naranja.

Se puede utilizar una combinación de dos fluoróforos, uno en la solución y otro incorporado a las paredes del recipiente. Esto resulta ventajoso cuando el segundo fluoróforo se degradaría en la solución o sería atacado por los productos químicos. El espectro de emisión del primer fluoróforo y el espectro de absorción del segundo deben superponerse en gran medida, y el primero debe emitir a una longitud de onda más corta que el segundo. Es posible una conversión descendente de ultravioleta a visible, así como una conversión entre longitudes de onda visibles (por ejemplo, de verde a naranja) o de visible a infrarrojo cercano. El desplazamiento puede ser de hasta 200  nm, pero generalmente el rango es de aproximadamente 20 a 100  nm más largo que el espectro de absorción. [ 21 ] Las barras luminosas que utilizan este método suelen tener recipientes de colores, debido al tinte incrustado en el plástico. Las barras luminosas infrarrojas pueden aparecer de rojo oscuro a negro, ya que los tintes absorben la luz visible producida dentro del recipiente y la reemiten en el infrarrojo cercano.

Luz emitida por una barra luminosa blanca. Se observan cuatro o cinco picos en el espectro, lo que sugiere la presencia de cuatro o cinco fluoróforos diferentes contenidos en la barra luminosa.

Por otro lado, también se pueden obtener diversos colores simplemente mezclando varios fluoróforos en la solución para lograr el efecto deseado. [ 18 ] [ 22 ] Estos diversos colores se pueden obtener gracias a los principios de la coloración aditiva . Por ejemplo, en las barras luminosas naranjas se utiliza una combinación de fluoróforos rojos, amarillos y verdes, [ 18 ] y en las barras luminosas blancas se utiliza una combinación de varios fluorescentes. [ 22 ]

Fluoróforos utilizados

Problemas y advertencias para el consumidor

Toxicidad

En las barras luminosas, el fenol se produce como subproducto. Los expertos han aconsejado a los consumidores que mantengan la mezcla alejada de la piel y que eviten la ingestión accidental si la carcasa de la barra luminosa se abre o se rompe. Si se derrama sobre la piel, los químicos podrían causar irritación cutánea, hinchazón o, en casos extremos, vómitos y náuseas. Algunos de los químicos utilizados en las barras luminosas antiguas son carcinógenos . [ 25 ] Los sensibilizantes utilizados son hidrocarburos aromáticos policíclicos , una clase de compuestos conocidos por sus propiedades carcinogénicas.

El ftalato de dibutilo , un plastificante que a veces se usa en barras luminosas (y en muchos plásticos), ha generado cierta preocupación por la salud. Fue incluido en la lista de teratógenos sospechosos de California en 2006. [ 26 ] El líquido de las barras luminosas contiene ingredientes que pueden actuar como plastificante, ablandando los plásticos sobre los que se derrama. [ 27 ] El oxalato de difenilo puede causar escozor y ardor en los ojos, irritar y escocer la piel y quemar la boca y la garganta si se ingiere.

Investigadores brasileños, preocupados por los residuos de barras luminosas utilizadas en la pesca en su país, publicaron un estudio en 2014 sobre este tema. [ 28 ] En él se midieron las reacciones secundarias que se producen dentro de las barras luminosas usadas, la toxicidad para las células en cultivo y las reacciones químicas con el ADN in vitro. Los autores hallaron una alta toxicidad de las soluciones de las barras luminosas y evidencia de reactividad con el ADN. Concluyeron que las soluciones de las barras luminosas "son peligrosas y que los riesgos para la salud asociados a la exposición aún no se han evaluado adecuadamente".

Muchas barras luminosas utilizan el compuesto químico TCPO, o triclorofenol, que es altamente tóxico si se inhala o ingiere y es tóxico para los órganos si se ingiere o se expone de otra manera. [ 29 ]

Un informe del Ministerio de Medio Ambiente danés investigó las barras luminosas disponibles comercialmente y encontró evidencia de barras luminosas que contenían ftalato de dibutilo, y concluyó que esto constituye una violación de la ley. [ 30 ] Según el informe, "esa sustancia no debe usarse en juguetes ni artículos de broma o de broma, ya que, según la clasificación, puede dañar la fertilidad o al feto. El riesgo surge después de una exposición repetida o prolongada". En esta investigación de consumidores, también se observó que algunos empaques de barras luminosas presentaban imágenes de niños en el frente, mientras que el reverso tenía una etiqueta de advertencia que decía "no apto para niños". Esta inconsistencia puede generar confusión en los consumidores y plantea interrogantes sobre la comercialización adecuada del producto y la comunicación de seguridad. [ 30 ] Los productos en Amazon pueden comercializarse como seguros para niños y no tóxicos, pero estas afirmaciones no están validadas.

plásticos de un solo uso

Las barras luminosas también contribuyen al problema de los residuos plásticos , ya que son artículos de un solo uso y están hechas de plástico. Además, dado que el recipiente interior suele ser de vidrio y los productos químicos que contiene son peligrosos si no se manipulan correctamente, el plástico utilizado en las barras luminosas no se puede reciclar, por lo que se clasifican como residuos no reciclables.

Las fichas de datos de seguridad de los componentes individuales de las fórmulas de las barras luminosas recomiendan absorber los residuos con serrín u otro material absorbente, y en particular, recalcan la importancia de mantenerlos alejados de las fuentes de agua. También desaconsejan verter el líquido usado de las barras luminosas por el desagüe.

Mejoras en materia de seguridad

En la década de 2020, se estaba trabajando para crear barras luminosas más seguras. La empresa canadiense Lux Bio ha desarrollado dos barras luminosas alternativas: la Light Wand, que es biodegradable y funciona con bioluminiscencia , en lugar de quimioluminiscencia, [ 31 ] [ 32 ] y LÜMI, que es una barra luminosa reutilizable y no tóxica que brilla con fosforescencia [ 33 ] y es química y biológicamente inerte.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "¿Qué son las barras luminosas y cuál es la reacción química que las hace brillar?" . Chemical & Engineering News . 21 de enero de 2025 . Consultado el 18 de febrero de 2025 .
  2. ↑ Rauhut, Michael M. (1969). "Quimioluminiscencia a partir de reacciones concertadas de descomposición de peróxido (ciencia)". Accounts of Chemical Research . 2 (3): 80– 87. doi : 10.1021/ar50015a003 .
  3. ↑ Wilson, Elizabeth (22 de agosto de 1999). "¿Qué es eso? Barras luminosas" . Chemical & Engineering News . 77 (3): 65. doi : 10.1021/cen-v077n003.p065 . Archivado del original (reimpresión) el 19 de mayo de 2012.
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  • La química de las barras luminosas