Magiczne sztuczki z kryształami: o pewnych niezwykłych właściwościach cukru i salicylanu metylu

Zwykły cukier. Tak, ten, którym słodzimy herbatę. Mówi się, że herbata jest słodka od mieszania, a cukier sypie się po to, żeby było wiadomo jak długo trzeba mieszać. Jednakże co w nim jest ciekawego? W sklepie dostępny jako kryształ biały, jako puder, jako złocisty lub brązowy (trzcinowy). Czym tak naprawdę różnią się poszczególne gatunki cukru od siebie? Z chemicznego punktu widzenia każdy z nich jest sacharozą C12H22O11, która powstaje w wyniku kondensacji glukozy i fruktozy. Różnice w kolorze wynikają jedynie z obecności dodatkowych zanieczyszczeń i sposobów produkcji. Cukier złocisty to zwykły cukier buraczany, ale nie poddany etapowi oczyszczania (rafinacji, czyli jest to tzw. surowy produkt.My, chemicy, tak wydzielone związki surowe dodatkowo oczyszczamy, np. przez krystalizację. I usuwanie zanieczyszczeń np. na węglu aktywnym oraz krystalizacja cukru prowadzi do otrzymania białego cukru. Cukier brązowy to także nierafinowany cukier trzcinowy. Jednakże zostańmy przy cukrze białym, krysztale. Pomińmy jednakże też politykę i nie wnikajmy w to, czy cukier krzepi, czy jest „białą śmiercią”, bo to zależy od dominujących w danej chwili interesów. Ponieważ związek ten znajdziemy w każdym polskim domu, to nie ma problemów z jego dostępnością, o ile nie panuje w nim jakaś ignorancja i nadgorliwy strach przed szkodliwymi produktami żywnościowymi. Czy tak jest czy nie, warto mu się przyjrzeć od nieco mniej kulinarnej strony, a bardziej naukowej. Przyjrzyjmy mu się się. Jego widok nie robi specjalnego wrażenia, łatwo go skruszyć naciskając np. łyżeczką. Cukier jednakże ma jedną ciekawą właściwość – jest tryboluminoforem. Tryboluminescencja to zjawisko wydzielania światła podczas łamania, kruszenia kryształów. Dostarczając energii mechanicznej jej część jest wypromieniowywana przez kryształy jako światło. Nie każdy związek ma takowe właściwości, ale cukier należy akurat do tryboluminoforów, jego kruszeniu czy mieleniu towarzyszy wydzielanie zielonego światła. Sami możemy się o tym przekonać. Do elektrycznego młynka do kawy z przeźroczystym wieczkiem wsypmy cukru. Zgaśmy światło i odczekajmy aż oko przyzwyczai się do ciemności, najlepiej wykonywać doświadczenie w pomieszczeniach bez okien, lub przynajmniej zasłoniętymi oknami. I poczekamy tę chwilę, aż oko przyzwyczai się do ciemności. Oko potrzebuje chwili, aby zwiększyć czułość widzenia. Gdy już ten moment nastąpi włączamy młynek. Mieleniu towarzyszy zielona poświata! to samo doświadczenie można wykonać w prostszy sposób, ale wymaga poćwiczenia. Do szklanki wsypujemy nieco cukru. Następnie łyżeczkę dociskamy do ścianki kilka kryształków i rozcieramy. Gdy już opanujemy tę technikę, to gasimy światło, odczekujemy chwilę i ponownie rozcieramy. Roztarciu towarzyszy zielonkawy błysk. W sumie to dość pouczający eksperyment dla dzieci czy sztuczka na jakiejś imprezie chociażby.

Istnieje szereg krystalicznych substancji wykazujących tryboluminescencję. Bardzo znany z silnych właściwości jest kwas acetyloantranilowy, jednakże jest on trudny do zdobycia i jego właściwości opiszę innym razem. Jednym z pospolitych natomiast jest kwarc. Kwarc można znaleźć jako białe, szkliste kamienie tzw. otoczaki w rzekach lub w żwirze. Kilkanaście takich kamyków wsypujemy do plastikowej butelki i w ciemności wstrząsamy. Uderzające się kamienie pękają, czemu towarzyszą rozbłyski żółtego światła, podobne nieco do iskrzenia.

Jeśli jest możliwość nabycia cukierków wintergrinowych (na gardło), to jest zawierających olejek przęślowy (salicylan metylu), to kolor luminescencji ulegnie zmianie. Zamiast barwy zielonej pojawi się niebieska. Z czego to wynika? Salicylan metylu jest tzw. sensybilizatorem (uczulaczem). Sensybilizator pochłania   promieniowanie i oddaje je w innej barwie. Salicylan metylu pochłania promieniowanie nadfioletowe, niewidzialne dla ludzkiego oka, które powstaje także podczas kruszenia cukru i oddaje w postaci niebieskiej. Cukierki z salicylanem metylu są powszechne w Ameryce Północnej. Świecą one znacznie intensywniej niż cukier i podczas przegryzienia takiego cukierka w ciemności z ust błyska niebieskie światło!

Jeśli mamy do dyspozycji trochę salicylanu metylu, to możemy sami się pobawić, np. stopić nieco cukru i dodać trochę salicylanu metylu. Salicylan metylu jest bardzo prosty w otrzymywaniu, o ile mamy kwas siarkowy i metanol.

A na koniec wrzucam link do filmiku prezentującego zjawisko tryboluminescencji cukierka z salicylanem metylu:

I na koniec dodam że tryboluminescencję zaobserwujemy też w przypadku niektórych kopert i taśm klejących. Warstwa kleju, choć na pozór nie robi takiego wrażenia, to jednak polimery także potrafią się organizować w struktury krystaliczne. Ich łamaniu podczas otwierania koperty czy rozwijania taśmy klejącej towarzyszy czasem niebieska poświata. Jeśli macie łut szczęścia, to wasza koperta lub taśma ma takie właściwości.