A kemilumineszcenciát úgy határozzuk meg, mint a kémiai reakció. Ritkábban kemolumineszcenciaként is ismert. A fény nem feltétlenül az egyetlen energiaforma, amelyet egy kemilumineszcens reakció szabadul fel. Hő is előállítható, ami a reakciót eredményezi hőtermelő.
Bármely kémiai reakcióban a reaktáns atomok, molekulák vagy ionok ütköznek egymással, és kölcsönhatásba lépve úgynevezett átmeneti állapot. Az átmeneti állapotból a termékek képződnek. Az átmeneti állapotban az entalpia maximuma van, és a termékeknek általában kevesebb energiája van, mint a reagenseknek. Más szavakkal, kémiai reakció akkor fordul elő, mert növeli a stabilitást / csökkenti a molekulák energiáját. Kémiai reakciók során, amelyek hőként energiát bocsátanak ki, a termék vibrációs állapota gerjesztődik. Az energia eloszlik a terméken, melegebbé téve. Hasonló folyamat zajlik a kemilumineszcenciában is, kivéve az elektronokat, amelyek gerjesztik. A gerjesztett állapot az átmeneti vagy a közbenső állapot. Amikor a gerjesztett elektronok visszatérnek az alapállapotba, az energia felszabadul, mint a
foton. A talaj állapotba eső romlás megengedett átmeneten keresztül (a fény gyors felszabadulása, mint például a fluoreszcencia) vagy egy tiltott átmeneten (inkább, mint a foszforeszcencia) léphet fel.Elméletileg minden egyes reakcióban részt vevő molekula egy fényfotót bocsát ki. A valóságban a hozam sokkal alacsonyabb. A nem enzimatikus reakciók kvantitatív hatékonysága körülbelül 1%. Hozzáadása a katalizátor jelentősen megnövelheti sok reakció fényességét.
A kemilumineszcencia során az elektronikus gerjesztéshez vezető energia kémiai reakcióból származik. Fluoreszcencia vagy foszforeszcencia során az energia kívülről származik, például egy energikus fényforrásból (például egy fekete fényből).
Egyes források a fotokémiai reakciót úgy határozzák meg, mint bármely, a fényhez kapcsolódó kémiai reakciót. E meghatározás értelmében a kemilumineszcencia a fotokémia egyik formája. A szigorú meghatározás azonban az, hogy a fotokémiai reakció olyan kémiai reakció, amely a fény abszorpciójához szükséges. Egyes fotokémiai reakciók lumineszcensek, mivel alacsonyabb frekvenciájú fény szabadul fel.
A luminol reakció a kemilumineszcencia klasszikus kémiai demonstrációja. Ebben a reakcióban az luminol hidrogén-peroxiddal reagál, és kék fényt bocsát ki. A reakció által felszabaduló fény mennyisége alacsony, kivéve, ha kis mennyiségű megfelelő katalizátort adunk hozzá. A katalizátor általában kis mennyiségű vas vagy réz.
Megjegyzés: nincs változás az átmeneti állapot kémiai összetételében, csak az elektronok energiaszintje. Mivel a vas az egyik fémion, amely a reakciót katalizálja, a luminol reakció lehet vér kimutatására használják. A hemoglobinból származó vas miatt a kémiai keverék fényesen világít.
A kémiai lumineszcencia egy másik jó példája a fényszálban fellépő reakció. Az az izzó bot színe egy fluoreszcens festékből (fluoroforból) származik, amely elnyeli a kemilumineszcencia fényét, és egy másik színként engedi fel.
A kemilumineszcenciát ugyanez befolyásolja tényezők amelyek befolyásolják más kémiai reakciókat. A reakció hőmérsékletének emelése felgyorsítja, és több fény szabadul fel. A fény azonban nem tart sokáig. A hatás könnyen elérhető látszott izzó botokkal. Ha egy ragyogó botot forró vízbe helyezi, akkor még fényesebben ragyog. Ha egy izzópálcát helyezünk a fagyasztóba, akkor a fény gyengül, de sokkal hosszabb ideig tart.
A biolumineszcencia a kemilumineszcencia egyik formája, amely a élő organizmusok, úgymint szentjánosbogarak, néhány gombát, sok tengeri állatot és néhány baktériumot. Természetesen a növényekben nem fordul elő, kivéve, ha biolumineszcens baktériumokhoz kapcsolódnak. Számos állat ragyog, mivel szimbiotikus kapcsolat van Vibrió baktérium baktériumok.
A legtöbb biolumineszcencia a luciferáz enzim és a lumineszcens pigment luciferin kémiai reakciójának eredménye. Más proteinek (például azequorin) elősegíthetik a reakciót, és cofactors (például kalcium- vagy magnéziumionok) lehetnek jelen. A reakció gyakran energiabevitelt igényel, általában az adenozin-trifoszfátból (ATP). Noha a kis fajtájú luciferinek között nincs különbség, a luciferáz enzim drámaian drasztikusan változik a phyla között.
A szervezetek a biolumineszcens reakciókat különféle célokra használják, ideértve a zsákmányok csábítását, figyelmeztetését, társak vonzását, álcázást és környezetük megvilágítását.
A rothadó hús és a halak biolumineszcensek, közvetlenül a fogazás előtt. Nem maga a hús ragyog, hanem biolumineszcens baktériumok. Európában és Nagy-Britanniában a szénbányászok szárított halbőröket használnának a gyenge megvilágításhoz. Noha a bőr szörnyű szaga volt, sokkal biztonságosabban használhatóak, mint a gyertyák, amelyek robbanást idézhetnek elő. Noha a legtöbb modern ember nem ismeri a holt test világosságát, Arisztotelész említette, és a korábbi időkben ismert tény volt. Abban az esetben, ha kíváncsi (de nem készen áll a kísérletezésre), a rothadó hús zölden világít.