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Come rilevare tracce di sangue sul luogo del delitto

Come rilevare tracce di sangue sul luogo del delitto

2 Apr. 2012 | categoria didattica della chimica, laboratorio, tecniche di indagine | 1 commento

Le reazioni chemiluminescenti

In tutte le reazioni chimiche si hanno scambi di energia con l’ambiente circostante, ad esempio sotto forma di calore, di radiazione luminosa o di entrambi, come in una candela che brucia. Nel caso in  cui l’energia è rilasciata nell’ambiente tramite luce visibile “fredda” si ha la chemiluminescenza (l’incandescenza, al contrario, è la luce generata ad alte temperature). L’ossidazione del luminol è un esempio di reazione chemiluminescente. Il rilascio di energia luminosa da una molecola di luminol è il risultato di un processo a più stadi abbastanza complicato. In una soluzione alcalina, il luminol esiste in equilibrio con il suo anione di carica -2. L’anione può esistere in più forme (o tautomeri), con le due cariche negative delocalizzate sugli atomi di ossigeno (forma enolica) o sugli atomi di azoto (forma chetonica). La molecola di ossigeno (O2) reagisce con la forma enolica dell’anione del luminol, ossidandolo a perossido ciclico. Quindi il perossido ciclico si decompone per dare il 3-amminoftalato in uno stato “eccitato”, cioè di alta energia. Questa reazione di decomposizione è favorita poiché essa fa sì che si rompano alcuni legami deboli della molecola del perossido ciclico, molto instabile. È inoltre favorita dall’aumento dell’entropia (grado di disordine del sistema) dovuta alla liberazione di una molecola allo stato gassoso. Quando la molecola eccitata di 3-amminoftalato abbassa la sua energia fino allo stato fondamentale, viene rilasciato un fotone di luce blu.

 L’ossigeno necessario per far avvenire la reazione è prodotto tramite una redox che coinvolge il perossido di idrogeno (H2O2), l’idrossido di potassio KOH e un composto del ferro, ad esempio l’esacianoferrato (III) di potassio (K3[Fe(CN)6], noto anche come ferricianuro di potassio. Durante la redox, lo ione esacianoferrato (III), ([Fe(CN)6]3-), si riduce allo ione esacianoferrato (II) ([Fe(CN)6]4-, ovvero l’anione del ferrocianuro di potassio K4[Fe(CN)6]), mentre i due atomi di ossigeno che provengono dal perossido di idrogeno si ossidano passando dallo stato di ossidazione – 1 a 0 (nella molecola di O2):

2 K3[Fe(CN)6] + 2 KOH + H2O2     –>    2 K4[Fe(CN)6] + 2 H2O + O2

La chemiluminescenza nelle scienze forensi

La polizia scientifica usa la reazione del luminol per rilevare tracce di sangue sulla scena del crimine. Una miscela di luminol in una soluzione diluita di perossido di idrogeno è spruzzata sulle superfici su cui gli scienziati sospettano la presenza di sangue. Il ferro presente nel gruppo eme dell’emoglobina del sangue agisce da catalizzatore della reazione prima descritta. Se la stanza è buia ed è presente del sangue, si vedrà risplendere un colore blu per una trentina di secondi:

Poiché il ferro funziona da catalizzatore, la sua presenza è richiesta solo in tracce, quindi è necessaria una presenza esigua di sangue per un risultato positivo. Uno degli inconvenienti dell’uso del luminol è che la reazione può essere catalizzata da altre sostanze chimiche eventualmente presenti sulla scena del crimine, per esempio leghe contenenti rame, detergenti come la candeggina, persino il rafano! Un assassino previdente può pulire il sangue con la candeggina per distruggere ogni traccia di sangue, ma un tappeto scolorito rafforza ancor prima i sospetti di un crimine. Anche l’urina contiene piccole quantità di sangue, abbastanza per catalizzare la reazione del luminol. Inoltre, una volta che il luminol è stato applicato può essere d’intralcio per eseguire altri test sulla stessa superficie. Ad ogni modo, a dispetto di questi inconvenienti il luminol è ancora usato nella chimica forense come strumento per risalire all’autore di un crimine.

In laboratorio

Si preparano due soluzioni: la prima si ottiene sciogliendo 1 g di luminol e 50 ml di NaOH al 10% in 450 ml d acqua; la seconda sciogliendo 15 g di K3[Fe(CN)6] in 485 ml di acqua. A 50 ml della prima soluzione si aggiungono 350 ml di acqua, mentre a 50 ml della seconda soluzione si aggiungono 3 ml d H2O2 al 30% e 350 ml di acqua. Le soluzioni così ottenute, in un ambiente opportunamente oscurato, devono essere versate contemporaneamente in un matraccio contenente alcuni granuli di K3[Fe(CN)6]. Immediatamente si osserva l’emissione di luce azzurrina. Invece di versare le due soluzioni in un matraccio, le si può far scorrere attraverso una spirale di vetro o un tubo di plastica trasparente, raccogliendo la soluzione luminescente in un grande becher contenente K3[Fe(CN)6]; quest’ultimo funge da catalizzatore incrementando la velocità e l’intensità dell’emissione luminescente di tale reazione. Nel breve filmato che segue può essere osservato l’effetto che risulta dallo scorrimento della soluzione lungo un tubo a spirale:

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La chemiluminescenza negli esseri viventi

Se la reazione che produce luce avviene in un organismo vivente si parla di bioluminescenza. La lucciola Lampyris noctiluca, un animale diffuso in molte parti del globo, è certamente l’organismo bioluminescente studiato più a fondo. Ma il fenomeno della bioluminescenza riguarda le più svariate specie viventi: batteri, funghi, protozoi, idre, vermi marini, spugne, coralli, meduse (come la Pelagia noctiluca mostrata a lato), crostacei, molluschi, lumache, calamari, pesci e insetti! Sulla bioluminescenza nelle lucciole la collega Francesca E. Magni ha scritto un bell’articolo, vi consiglio di leggerlo!

Per approfondire:

Chimica e luce, articolo del magazine Science in School nel quale Peter Douglas e Mike Garley indagano su come chimica e luce interagiscono in molti aspetti della nostra vita quotidiana.

What is chemiluminescence? Un altro articolo del magazine Science in School, nel quale l’autrice Emma Welsh ci introduce al bello e misterioso mondo della chemiluminescenza.

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Un commento a “Come rilevare tracce di sangue sul luogo del delitto”

  1. Per un’etica della tesina: no all’insalata mista! - Urto efficace - di Teresa Celestino - Chimica ha scritto:

    [...] Come scoprire tracce di sangue sul luogo del delitto (chimica, biologia) [...]

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