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Reproduction de la bioluminescence par la chimiluminescence

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by

Véronique Veilleux

on 10 April 2014

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Transcript of Reproduction de la bioluminescence par la chimiluminescence

Notre objectif
Reproduire le phénomène de la bioluminescence par le biais de la chimiluminescence. La réussite ou l'échec de notre expérience dépend de la production ou de l'absence de lumière à partir d'un composé chimique.
Expérimentation
Résultats
Manipulations & matériel
Luminescence, point de fusion & masse expérimentale de luminol obtenue

Applications dans la vie courante
La bioluminescence est un processus qui permet à certains êtres vivants, tels que les lucioles, à convertir l'énergie stockée dans certaines de leurs molécules organiques sous forme d'énergie lumineuse. La lumière produite constitue une lumière froide, qui n'entraîne aucune formation d'énergie thermique.
Présenté par Alissa Fortin et Véronique Veilleux
Reproduction de la bioluminescence par la chimiluminescence grâce à la synthèse du luminol
La Bioluminescence
La chimie derrière ce phénomène
La bioluminescence est une réaction enzymatique. Durant ce processus, la luciférine, un substrat protéique, est transformée en oxylucéférine grâce à l'action de la luciférase, une enzyme.
Chimiluminescence
La Bioluminescence
L'utilité de ce phénomène
Dans la nature, la grande majorité des organismes qui produisent de la bioluminescence sont des êtres marins, qui vivent principalement dans les profondeurs abyssales. Ce phénomène est relativement peu courant dans le mileu aérien. Les chercheurs estiment à 95% le nombre d'organismes marins qui produisent leur propre lumière au-delà de 4 000m de profondeur.
Notre but
Reproduire le phénomène de la bioluminescence par la chimiluminescence
Notre hypothèse
La reproduction de la bioluminescence des lucioles est possible grâce au mélange de luminol et de peroxyde d'hydrogène.
Comment la
bioluminescence

intervient avec la
luciférine
et la
luciférase
1-Procurer de l'éclairage
En milieu profond et obscur, plusieurs organismes vivants produisent leur propre lumière. À partir de 200m de profondeur, de nombreux poissons émettent une lumière bleutée, qui correspond aux longueurs d'onde les mieux propagées dans l'eau de mer. Ces espèces possèdent des pigments visuels sensibles à cette couleur.
2-Permettre le camouflage
Les prédateurs traquant leurs proies par dessous, leur contour se dessine sous forme d'ombres dans la faible lumière provenant de la surface de l'eau.
3-Séduire!
La bioluminescence permet au mâle d'attirer la femelle durat la période de reproduction, comme c'est le cas notamment pour la luciole. Sachant que les lucioles mâles sont généralement 50 fois plus nombreuses que les lucioles femelles, le mâle doit se mettre en valeur. Ce dernier va donc émettre un code lumineux et attendre la réponse d'une femelle de son espèce.
Le krill, petite crevette d'eau froide
La Chimiluminescence
Depuis peu, le domaine de la bioluminescence est très prisé du milieu scientifique. Effectivement, de nombreux organismes vivants transforment leur énergie chimique sous forme d'énergie lumineuse, et ce, sans le moindre dégagement d'énergie thermique. Cette propriété de la bioluminescence poussa les chercheurs à développer la chimiluminescence, une alternative à ce phénomène. La chimiluminescence se caractérise par une réaction entre le luminol et le peroxyde d'hydrogène.
Le luminol
Le luminol
Qu'est-ce que le luminol?
Le luminol est un produit chimique que l'on retrouve sous forme d'un solide cristallin variant du blanc au jaune pâle et qui est soluble dans l'eau ainsi que la plupart des solvants organiques polaires. Bien que le luminol fût synthétisé en laboratoire pour la toute première fois en 1934, ce fut seulement 8 années plus tard qu'un autre scientifique découvrit ses propriétés luminescentes au contact du peroxyde d'hydrogène.
La chimie derrière ce phénomène
Chimiluminescence
La réaction entre le luminol et peroxyde d'hydrogène libère du diazote gazeux, ce qui entraîne la formation d'une molécule dans un état excité. La molécule étant instable, cette dernière cherche a retrouver son état stable en dégageant des photons. C'est ce qui entraîne le dégagement d'une lumière non thermique semblable à celle produite par la bioluminescence.
Synthèse d'une molécule intermédiaire
Recueillir le 3-Nitrophtalhydrazine par filtration sous vide
Chauffer le 3-Nitrophtalhydrazine, le NaOH et l'hydrosulfite de sodium dihydraté puis laisser refroidir.
Recueillir le luminol par une filtration sous vide.
Placer le luminol recueilli dans un dessiccateur afin d'éliminer l'eau du produit.
Préparer deux bécher -l'un contenant une solution à base de luminol et l'autre une solution à base de peroxyde d'hydrogène.
Verser les deux solutions simultanément et observer le phénomène de chimiluminescence!
Criminologie
Bracelets lumineux
à Oleotek pour le prêt de matériel et à Lia Tarini, notre superviseure de projet!
La chimiluminescence, une idée
brillante
pour l'avenir!
La chimiluminescence est utilisée par la police scientifique afin de détecter des traces de sang. Le luminol réagit avec les ions ferreux du sang en entraînant une réaction lumineuse d'intensité moyenne de couleur bleue caractéristique qui persiste pendant environ 5 minutes.

Cependant, cette technique est loin d'être infailible. Bien que la chimiluminescence permet de détecter des tâches de sang, elle détecte également l'eau de javel.
À ce jour, le projet
Glowing Plants
a réussi a produire des arbres luminescents grâce à la chimiluminescence. Cette découverte pourrait révolutionner notre futur en remplaçant les lampadaires par des arbres lumineux, ce qui constituerait une solution beaucoup plus écologique.
La coloration des solutions lumineuses concorde avec la couleur attendue tout dépendemment de la nature du colorant utilisé.
L’intensité lumineuse diffère tout dépendamment de la nature du colorant utilisé. La fluorescéinate de sodium ainsi que le bleu de méthylène produisent des solutions de forte intensité lumineuse, ce qui n’est pas le cas pour l’éosine Y et la rhodamine B. Cependant, le résultat est optimal pour la solution sans addition de colorant.

En ce qui concerne la synthèse du luminol, une masse expérimentale de 0,82g était attendue. Toutefois, une masse de 0,2604g a été recueillie, ce qui correspond approximativement au quart de la masse désirée.
Les points de fusion mesurés expérimentalement se rapprochent grandement de leurs valeurs théoriques.

Tableau 2 : Masses et points de fusion du produit intermédiaire et du produit final

Tableau 1 : Couleur et intensité lumineuse en fonction des divers colorants
Figure 1 : Coloration des solutions luminescentes selon le type de colorant ajouté

(De gauche à droite) Solution sans colorant, solution additionnée de fluorescéinate de sodium, solution additionnée de bleu de méthylène, solution additionnée d’éosine Y et solution additionnée de rhodamine B
Causes d'erreurs probables concernant la masse recueillie de manière expérimentale
1- Taille du papier filtre
2- Chauffage à l'aide d'un coussinet chauffant au lieu d'un brûleur de Bunsen
3- Refroidissement incomplet
4- Impuretés du luminol

Références
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