የሰማያዊ ጠርሙስ ሙከራ፦ ኬሚስትሪ፣ አሰራር እና ምልከታዎች

ግልጽ ጠርሙስ በሙከራ ጠረጴዛው ላይ ተቀምጧል። ውኃ ይመስላል። አንድ ሰው ሲነቃንቀው ፈሳሹ ደማቅ ሰማያዊ ይሆናል። ሲቀመጥ ሰማያዊው ቀለም በአንድ ወይም በሁለት ደቂቃ ውስጥ ይጠፋል። እንደገና ያንቀጥቅጡት፣ ሰማያዊውም ቀለም ይመለሳል። አንድ ጊዜ የተሞላ ጠርሙስ ይህንን ሃያ ጊዜ ወይም ከዚያ በላይ ሊደግም ይችላል።

ተማሪዎች ብዙውን ጊዜ በጠርሙሱ ውስጥ የተደበቀ ነገር እንዳለ ወይም መነቃነቁ ሁለት ንብርብሮችን እንደሚቀላቅል ይገምታሉ። ሁለቱም ግምቶች በሚያስተምር መንገድ የተሳሳቱ ናቸው። ቀለሙ በመላው ፈሳሽ ውስጥ ካለ አንድ ቀለም ሰጪ፣ ሜቲሊን ብሉ፣ ይመጣል። የሚለወጠው ቀለም ሰጪው ስንት ኤሌክትሮኖችን እንደያዘ ነው። ይህ ማሳያ በዓይን የሚታይ የሪዶክስ ዑደት ነው፣ እና ክፍሉ ሊመለከተው የሚችለው እያንዳንዱ ተለዋዋጭ፣ የመነቃነቅ ጊዜ፣ ሙቀት እና ኮንሰንትሬሽን፣ በኬሚስትሪው ውስጥ ካለ አንድ ግቤት ጋር ይዛመዳል።

የአንድ ቀለም ሰጪ ሁለት ቅርጾች

ኦክሲዳይዝድ ሜቲሊን ብሉ ጠፍጣፋ፣ አዎንታዊ ቻርጅ ያለው የቀለበት ስርዓት ነው። በ600 to 700 nanometres አካባቢ ብርሃንን በጠንካራ ሁኔታ ይውጣል፣ ይህንንም ዓይን እንደ ጥልቅ ሰማያዊ ቀለም ያያል። ሁለቱ ቅርጾችና ስፔክትራቸው ስለ ሜቲሊን ብሉ መዋቅርና ባህሪያት በሚገልጸው መመሪያ ውስጥ ተብራርተዋል።

ሪዳክሽን ሁለት ኤሌክትሮኖችንና አንድ ፕሮቶንን ይጨምራል፣ በዚህም ሉኮሜቲሊን ብሉ ይፈጠራል፦ ቻርጅ የሌለው፣ ፕላናር ያልሆነ እና በተግባር ቀለም የሌለው። በአልካላይን ሶሉሽን ውስጥ የግማሽ ምላሹ MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH- ይሆናል። ይህ ደረጃ ሙሉ በሙሉ ተመላሽ ነው። ሰማያዊ ማለት ኦክሲዳይዝድ፣ ቀለም አልባ ማለት ሪዱስድ ነው፣ እና ለመከታተል ሶስተኛ ሁኔታ የለም፤ ይህም ለሪዶክስ ኬሚስትሪ የመጀመሪያ ግልጽ መግቢያ ያደርገዋል።

ዑደቱ፦ ግሉኮስ ይቀንሳል፣ ኦክስጅን እንደገና ያኦክሲዳይዛል

ጠርሙሱ ሶስት ዋና የሚሠሩ ንጥረ ነገሮችን ይይዛል፦ ሜቲሊን ብሉ፣ ግሉኮስ እና ጠንካራ አልካላይ፣ ፖታሲየም ወይም ሶዲየም ሃይድሮክሳይድ። አልካላይ ግሉኮስን ኤሌክትሮኖችን ለቀለም ሰጪው ወደሚሰጡ ንቁ ዲፕሮቶኔትድ ቅርጾች እንዲገባ ያበረታታል፦

reducing sugar + MB (blue, oxidised) -> oxidised sugar products + LMB (colourless)

ይህ ቀስተኛ ደረጃ ጠርሙሱ ቆሞ ሳለ ቀለሙን ያጠፋል። ግሉኮስ መስዋዕታዊ ለጋሽ ሲሆን ይጠቀማል። ቀለም ሰጪው ኤሌክትሮኖችን ብቻ ያጓጉዛል፣ ስለዚህ ጥቂት ጠብታዎች አንድ ሙሉ ጠርሙስን ያገለግላሉ። የቆዩ የክፍል ውስጥ ማብራሪያዎች ግሉኮስ ወደ ግሉኮኒክ አሲድ ይለወጣል ይላሉ። ይህ አጭር ማብራሪያ የሚታዩትን ውጤቶች ይተነብያል፣ ነገር ግን አስተማሪዎች ያልተሟላ መሆኑን ሊያውቁ ይገባል፦ በRoyal Society Open Science የታተመ ሜካኒስቲክ ትንታኔ ኦክሲዴሽኑ ከአንድ ንቁ ኢኔዲዮሌት በኩል ወደ ትንንሽ አሲዶች የሚከፋፈል ዳይካርቦኒል እንደሚያልፍ ይከታተላል።

መነቃነቅ የሚታየውን ውጤት ይቀለብሳል። መወዛወዝ ከታሰረው የአየር ቦታ ኦክስጅን በፈሳሹ ውስጥ እንዲሟሟ ያደርጋል፣ ኦክስጅኑም የተቀነሰውን ቀለም ሰጪ እንደገና ያኦክሲዳይዛል፦

LMB (colourless) + O2 -> MB (blue) + reduced oxygen products

ቆሞ ሲተው፣ የተሟሟው ኦክስጅን ያልቃል፣ ግሉኮስ ቀለም ሰጪውን እንደገና ይቀንሳል፣ ቀለሙም ይደበዝዛል። በብዙ ዑደቶች ውስጥ አጠቃላይ ኬሚስትሪው ስኳር በአየር መኦክሲዳይዝ ሲሆን፣ ቀለም ሰጪው እንደ ሪዶክስ ሚዲያተር ሳይለወጥ ይዞራል። የስኳር ኦክሲዴሽን ያለ እሱም ስለሚካሄድ ጥብቅ ካታሊስት ሳይሆን ሚዲያተር ነው፣ እና የቀለሙ መደብዘዝ ዲኮምፖዚሽን አይደለም፦ የተበላሸ ቀለም ሰጪ በመነቃነቅ እንደገና ሊነቃ አይችልም። በማሳያዎች መካከል የቀለም ሰጪ ስቶኮችን የተረጋጉ ለማድረግ ስለ ሜቲሊን ብሉ ሶሉሽኖች አያያዝና ማከማቻ የተዘጋጁትን ማስታወሻዎች ይመልከቱ።

በክትትል ለሚደረግ ማሳያ አሰራር

ይህ በክትትል የሚደረግ ማሳያ ነው፣ የቤት ውስጥ እንቅስቃሴ አይደለም። አልካላይ የዓይን መከላከያ፣ ጓንት እና ዝግጅትንና ጽዳትን የሚመራ አስተማሪ ይፈልጋል። ሁለት በሰነድ የተመዘገቡ ፎርሙሌሽኖች በአወቃቀር ይስማማሉ፣ በመጠን ግን ይለያያሉ።

በIndiana University የኬሚስትሪ ክፍል የታተመው ማሳያ የሚመራበት የመመሪያ ወረቀት በግምት 5 percent ፖታሲየም ሃይድሮክሳይድ፣ 4 percent ግሉኮስ እና 1 percent ውኃዊ ሜቲሊን ብሉ ይጠቀማል። እኩል መጠን ያላቸውን የአልካላይና የግሉኮስ ሶሉሽኖች በግልጽ 250 or 500 millilitre ጠርሙስ ውስጥ ግማሽ እስኪሞላ ድረስ ያፍሱ፣ የቀረውንም እንደ የአየር ቦታ ይተዉት። ጥቂት ጠብታ ቀለም ሰጪ ይጨምሩ፣ ክዳኑን ይዝጉ፣ መገጣጠሚያውን ያሽጉ፣ ከዚያም ሰማያዊው ቀለም እስኪጠፋ ድረስ ቆሞ ይቆይ። የRoyal Society of Chemistry አሰራር ይህንኑ ሀሳብ ወደ 1 litre በስቶፐር የሚዘጋ ብልቃጥ ያሳድገዋል፦ 300 millilitres ውኃ፣ 10 grams ግሉኮስ፣ 8 grams ፖታሲየም ሃይድሮክሳይድ (ወይም 6 grams ሶዲየም ሃይድሮክሳይድ)፣ ከዚህ በተጨማሪ ጥቂት millilitres የደበዘዘ የቀለም ሰጪ ስቶክ።

ለማከናወን በኃይል ያንቀጥቅጡት። ሙሉ ሰማያዊ ቀለም በሰከንዶች ውስጥ ይፈጠራል። ብልቃጡን ያስቀምጡና ቀለሙ ለመጥፋት የሚወስደውን ጊዜ ይለኩ። Royal Society of Chemistry በአንድ ሙሌት ከሃያ በላይ ዑደቶች እንደሚቻሉ ይገልጻል። ጠርሙሱን ፈጽሞ እስከ አፉ ድረስ አይሙሉ፦ የታሰረ አየር ከሌለ ለመሟሟት የኦክስጅን ክምችት አይኖርም።

ምን መመልከት እንዳለብዎት እና የጊዜውን ርዝመት ምን እንደሚቀይር

ሶስት ነገሮችን ጊዜ ይለኩ፦ ሙሉ ሰማያዊ ለመሆን የሚያስፈልገው የመነቃነቅ ጊዜ (ሰከንዶች)፣ ቆሞ ከቀለም ነፃ ለመሆን የሚወስደው ጊዜ (እስከ ጥቂት ደቂቃዎች)፣ እና ሰማያዊው ቀለም ከመዳከሙ በፊት የሚደረጉ ዑደቶች ብዛት። እያንዳንዱ የቀለም መጥፋት ወደ መጨረሻው ሲቃረብ የፈሳሹን ገጽ ይመልከቱ። ኦክስጅን ወደ ውስጥ መስፋፋቱን በሚቀጥልበት የአየር መገናኛ አካባቢ ቀጭን ሰማያዊ ንብርብር ብዙውን ጊዜ ትንሽ ይቆያል። ያ መስመር በዓይን የሚታይ ዲፊውዥን ነው።

የሰማያዊ ጠርሙስ ምላሽ ከRoyal Society of Chemistry አሰራር ጋር የተዘገበውን ኢምፔሪካል የፍጥነት ሕግ ይከተላል፦ rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. እያንዳንዱ ግቤት የክፍል ውስጥ ሙከራ ሊሆን ይችላል። ተጨማሪ ግሉኮስ፣ አልካላይ ወይም ቀለም ሰጪ የሰማያዊውን ጊዜ ያሳጥራል። ሙቀት የቀለሙን መጥፋት ያፋጥናል፤ ቀዝቃዛ ብልቃጥ ዝግ ይሆናል። ከፍተኛ መነቃነቅ ተጨማሪ ኦክስጅን ያሟሟል፣ ስለዚህ ሰማያዊው ቀለም ረዘም ላለ ጊዜ ይቆያል። ትልቅ የአየር ቦታ ሙከራውን ያራዝመዋል። በመጨረሻ ዑደቶቹ ሲዳከሙና ፈሳሹ ወደ ቢጫነት ሲዞር፣ ስኳሩ አልቋል እና የጎን ምርቶች ተከማችተዋል። ያ የመጨረሻ ነጥብ ራሱ ለመመዝገብ የሚገባ ውጤት ነው።

የምልከታ የሥራ ወረቀት

ይህን ሰንጠረዥ ወደ ማስታወሻ ደብተሮች ይቅዱ፣ ለእያንዳንዱ ሙከራ አንድ ረድፍ። ይህ የሥራ ወረቀት እና ከላይ ያለው የምላሽ ሥዕላዊ መግለጫ ለዚህ ጽሑፍ ሊታተሙ የሚችሉ ሀብቶች ናቸው።

ከእያንዳንዱ ሙከራ በፊት የሚመለሱ የትንበያ ጥያቄዎች፦

• ጠርሙሱ ከተነቃነቀ ወዲያውኑ ሰማያዊ ነው። የትኛው የቀለም ሰጪ ቅርጽ የበላይ ነው፣ እና ወደዚያ ሁኔታ ያደረሰው ምንድን ነው?
• ጠርሙሱ ቆሞ ይቆያል እና ቀለሙ ይደበዝዛል። የትኛው ምላሽ የበላይ ነው፣ እና የትኛው ንጥረ ነገር ይጠቀማል?
• ከብዙ ዑደቶች በኋላ ሰማያዊው ቀለም ደብዛዛና ቢጫማ ይሆናል። በቀለም ሰጪ፣ አልካላይ ወይም ግሉኮስ እንደገና ሊነቃ የሚችለው በየትኛው ነው፣ እና ለምን?
• ለአንድ ዑደት ቀለምን ከጊዜ ጋር የሚያሳይ ግራፍ ይሳሉ። ኦክስጅን ወደ ሶሉሽኑ የሚገባበትን ቦታ ምልክት ያድርጉ።

የአስተማሪ መልሶች፦ (1) ኦክሲዳይዝድ ሜቲሊን ብሉ፣ በተሟሟ የአየር ቦታ ኦክስጅን እንደገና የተኦክሲዳይዘ፤ (2) በግሉኮስ የሚደረግ ሪዳክሽን፣ ግሉኮስ ይጠቀማል፤ (3) ግሉኮስ፣ ውስን ለጋሹ፣ ምክንያቱም ቀለም ሰጪው ሳይለወጥ ይዞራል፤ (4) ሲነቃነቅ ፈጣን መጨመር፣ ቆሞ ሲተው ቀስ በቀስ መቀነስ፣ ኦክስጅን የሚገባው በመጨመሩ ወቅት ብቻ ነው።

ስማቸው ሊጠቀስ የሚገባ ተመሳሳይ ማሳያዎች

የትራፊክ መብራት ማሳያ ኢንዲጎ ካርሚንን ይጠቀማል እና በኦክሲጅኔሽን ቢጫ፣ ቀይ እና አረንጓዴ ደረጃዎችን ያልፋል። ግሪን ቦትል የሚለው ስም በሰፊው ይጠቀማል፦ አንዳንድ ጊዜ ለዚያ ቫሪያንት፣ አንዳንድ ጊዜ ደግሞ እንደ አስኮርቢክ አሲድ ስርዓቶች ወይም በAmerican Chemical Society የተገለጸ ኢንዛይማዊ ዑደት ስርዓት ላሉ አረንጓዴ የሚመስሉ ፎርሙሌሽኖች። ተማሪዎች ከተለያዩ ኬሚስትሪዎች የመጡ ምልከታዎችን እንዳያቀላቅሉ በሙከራ ጠረጴዛው ላይ ያለውን ቫሪያንት በስሙ ይጠሩ።

ደህንነት እና አያያዝ

በሙሉ ሂደቱ ውስጥ ክትትል ያስፈልጋል። አልካላይን ሶሉሽኑን ሲይዙ ወይም በስቶፐር የተዘጋውን ዕቃ ሲያንቀጥቅጡ ከኬሚካል ፍንጭ የሚከላከል የዓይን መከላከያ እና ጓንት ይጠቀሙ። አልካላይ ያቃጥላል፣ ቀለም ሰጪው ቆዳንና ጨርቅን ያቆሽሻል፣ እና በኢታኖል የተዘጋጁ የቀለም ሰጪ ስቶኮች ተቀጣጣይ ሶልቬንትን ወደ ሙከራ ጠረጴዛው ያክላሉ። ሲነቃነቅ ዕቃውን በስቶፐሩ እንደተዘጋ ያቆዩት። ከዚያ በኋላ የተጠቀሙ ሶሉሽኖችን በተቋምዎ የላቦራቶሪ ደንቦች መሠረት ለአያያዝ ያስቀምጡ። አልካላይንና ቀለም ሰጪ የያዙ ቆሻሻዎች መስፈርቶች በተቋማትና በሕጋዊ ስልጣን ክልሎች ይለያያሉ፣ ስለዚህ ከሌላ ምንጭ አሰራር ከመውሰድ ይልቅ የራስዎ ላቦራቶሪ የሚከተለውን አሰራር ይከተሉ።

ከቀለም ለውጦች ይልቅ ቁጥራዊ ውጤቶችን ከፈለጉ፣ የሜቲሊን ብሉ ቁጥራዊ አሴይዎች ይህ ማሳያ ከሚያበቃበት ቦታ ይቀጥላሉ።

አስተማሪዎች ይህን ጠርሙስ ለምን እንደሚቀጥሉበት

አንድ ብልቃጥ አራት ሀሳቦችን በአንድ ላይ ያጠቃልላል። ሪዶክስ ከትርጉም ይልቅ ቀለም ይሆናል። ሚዲያተር ጥቂት መጠን ያለው አንድ ንጥረ ነገር ስለ ብዙ መጠን ያለው ሌላ ንጥረ ነገር እንዴት መረጃ እንደሚሰጥ ያሳያል። ኪኔቲክስ ከቴርሞዳይናሚክስ በዓይን የሚታይ ሁኔታ ይለያል፦ መነቃነቅ ኦክስጅን እያቀረበ ሳለ ኦክስጅን የበላይ ይሆናል፣ አቅርቦቱ ሲቆም ግሉኮስ የበላይ ይሆናል። እና በኬሚስትሪ ውስጥ በጣም ጸጥ ያለው ሂደት፣ ዲፊውዥን፣ ሙሉውን ትዕይንት ያንቀሳቅሳል፤ ምክንያቱም እያንዳንዱ የሰማያዊ ብልጭታ ኦክስጅን ከአየር ወደ ውኃ በመሻገሩ ይጀምራል። ተማሪዎች ይህንን ሁሉ በስቶፕዎችና በሰንጠረዥ እንዲተነብዩ፣ ጊዜውን እንዲለኩ እና እንዲያብራሩ የሚያስችል ማሳያ በሙከራ ጠረጴዛው ላይ ቦታውን ይገባዋል።