Mavi şüşə eksperimenti: kimya, prosedur və müşahidələr

Skamyanın üzərində şəffaf bir şüşə dayanır. Suya bənzəyir. Kimsə onu çalxalayır və maye parlaq mavi rəngə çevrilir. Yerə qoyulduqda mavi rəng bir-iki dəqiqə ərzində yox olur. Yenidən çalxaladıqda mavi rəng geri qayıdır. Bir doldurma ilə bunu iyirmi dəfə və ya daha çox təkrarlamaq olar.

Şagirdlər adətən şüşənin içində nəyinsə gizləndiyini və ya çalxalamanın iki təbəqəni qarışdırdığını güman edirlər. Hər iki ehtimal öyrədici şəkildə yanlış çıxır. Rəng bütün maye boyunca mövcud olan tək bir boyadan, metilen mavisindən gəlir. Dəyişən, boyanın neçə elektron daşımasıdır. Nümayiş görünən hala gətirilmiş redoks dövrüdür və sinfin müşahidə edə bildiyi hər dəyişən, çalxalama müddəti, temperatur, konsentrasiya, kimyadakı müəyyən bir amillə əlaqələnir.

Eyni boyanın iki forması

Oksidləşmiş metilen mavisi yastı, müsbət yüklü halqa sistemidir. O, 600 ilə 700 nanometr ətrafında güclü udulma göstərir və göz bunu tünd mavi kimi qəbul edir. İki forma və onların spektrləri metilen mavisinin quruluşu və xassələri üzrə bələdçidə izah olunur.

Reduksiya iki elektron və bir proton əlavə edərək leykometilen mavisi yaradır: yüksüz, qeyri-planar və praktik olaraq rəngsiz. Qələvi məhlulda yarımreaksiya belə yazılır: MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Mərhələ tamamilə geri dönəndir. Mavi oksidləşmiş, rəngsiz isə reduksiya olunmuş vəziyyət deməkdir və izlənəcək üçüncü vəziyyət yoxdur; bu da onu redoks kimyası ilə ilk tanışlıq üçün aydın nümunəyə çevirir.

Dövr: qlükoza reduksiya edir, oksigen yenidən oksidləşdirir

Şüşədə üç işlək komponent var: metilen mavisi, qlükoza və güclü qələvi, kalium və ya natrium hidroksid. Qələvi qlükozanı boyaya elektron verən reaktiv deprotonlaşmış formalara keçirir:

reduksiyaedici şəkər + MB (mavi, oksidləşmiş) -> oksidləşmiş şəkər məhsulları + LMB (rəngsiz)

Bu yavaş mərhələ şüşə sakit dayandıqda rəngi yox edir. Qlükoza qurban verən donordur və sərf olunur. Boya yalnız elektronları daşıyır, buna görə bir neçə damcı bütün şüşə üçün kifayət edir. Köhnə sinif izahlarında qlükozanın qlükon turşusuna çevrildiyi deyilir. Bu sadələşdirmə müşahidələri proqnozlaşdırır, lakin müəllimlər bilməlidirlər ki, tam deyil: Royal Society Open Science jurnalında dərc olunmuş mexanistik təhlil oksidləşməni reaktiv enediolat vasitəsilə daha kiçik turşulara parçalanan dikarbonilə qədər izləyir.

Çalxalama görünən nəticəni əksinə çevirir. Hərəkət şüşənin üst boşluğunda qalmış havadan oksigeni həll edir və oksigen reduksiya olunmuş boyanı yenidən oksidləşdirir:

LMB (rəngsiz) + O2 -> MB (mavi) + reduksiya olunmuş oksigen məhsulları

Sakit saxlandıqda həll olmuş oksigen tükənir, qlükoza boyanı yenidən reduksiya edir və rəng solur. Çoxsaylı dövrlər ərzində yekun kimyəvi proses şəkərin hava ilə oksidləşməsidir; boya isə redoks mediatoru kimi dəyişmədən dövr edir. O, ciddi mənada katalizatordan çox mediatordur, çünki şəkərin oksidləşməsi onsuz da gedir; rəngin solması isə parçalanma deyil, çünki məhv olmuş boya çalxalama ilə yenidən bərpa oluna bilməzdi. Nümayişlər arasında boya ehtiyatlarını sabit saxlamaq üçün metilen mavisi məhlullarının işlənməsi və saxlanması haqqında qeydlərə baxın.

Nəzarətli nümayiş üçün prosedur

Bu, məişət fəaliyyəti deyil, nəzarət altında aparılan nümayişdir. Qələvi göz qoruyucusu, əlcək və hazırlıqla təmizləməyə cavabdeh müəllim tələb edir. Sənədləşdirilmiş iki formulasiya quruluş baxımından eynidir, yalnız miqyasları fərqlənir.

Indiana University kimya şöbəsinin yayımladığı nümayişin təlimatında təxminən 5 faiz kalium hidroksid, 4 faiz qlükoza və 1 faiz sulu metilen mavisi istifadə olunur. Şəffaf 250 və ya 500 millilitrlik şüşəyə qələvi və qlükoza məhlullarından bərabər həcmlərdə tökün və qabı yarısına qədər doldurun, qalan hissəni hava boşluğu kimi saxlayın. Bir neçə damcı boya əlavə edin, qapağı bağlayın, birləşmə yerini möhürləyin və mavi rəng yox olana qədər saxlayın. Royal Society of Chemistry proseduru eyni ideyanı 1 litrlik tıxaclı kolbaya uyğunlaşdırır: 300 millilitr su, 10 qram qlükoza, 8 qram kalium hidroksid (və ya 6 qram natrium hidroksid), üstəgəl bir neçə millilitr durulaşdırılmış boya ehtiyat məhlulu.

İcra etmək üçün güclü şəkildə çalxalayın. Tam mavi rəng bir neçə saniyə ərzində yaranır. Kolbanı yerə qoyun və rəngin solma müddətini ölçün. Royal Society of Chemistry bir doldurma ilə iyirmidən çox dövrün mümkün olduğunu bildirir. Şüşəni heç vaxt ağzınadək doldurmayın: içəridə hava qalmasa, həll olmaq üçün oksigen ehtiyatı da olmaz.

Nəyi müşahidə etmək və vaxtı nə dəyişir

Üç şeyi vaxtla ölçün: tam mavi rəngə qədər çalxalama müddəti (saniyə), rəngsizləşənə qədər sakit qalma müddəti (bir neçə dəqiqəyədək) və mavi rəng zəifləyənə qədər dövrlərin sayı. Hər solmanın sonuna yaxın səthə baxın. Oksigenin diffuziyası davam etdiyi üçün hava ilə təmas sərhədində çox vaxt nazik mavi təbəqə qalır. Bu xətt görünən diffuziyadır.

Mavi şüşə reaksiyası Royal Society of Chemistry proseduru ilə birlikdə verilən empirik sürət qanununa tabedir: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Hər termin sinif eksperimenti üçün bir dəyişəndir. Daha çox qlükoza, qələvi və ya boya mavi qalma müddətini qısaldır. İstilik solmanı sürətləndirir; soyuq kolbada proses ləngiyir. Daha güclü çalxalama daha çox oksigen həll edir, buna görə mavi rəng daha uzun qalır. Daha böyük hava boşluğu təcrübənin davametmə müddətini artırır. Dövrlər nəhayət zəiflədikdə və maye saralmağa başladıqda şəkər tükənmiş, yan məhsullar isə yığılmış olur. Bu son nöqtə özü də qeydə alınmağa dəyər nəticədir.

Müşahidə iş vərəqi

Bu cədvəli dəftərlərə köçürün, hər sınaq üçün bir sətir. Bu iş vərəqi və yuxarıdakı reaksiya diaqramı bu məqalənin çap edilə bilən materiallarıdır.

Hər sınaqdan əvvəl cavablandırılan proqnoz sualları:

• Şüşə çalxalandıqdan dərhal sonra mavidir. Boyanın hansı forması üstünlük təşkil edir və onu həmin vəziyyətə nə gətirib?
• Şüşə sakit dayanır və rəng solur. Hansı reaksiya üstün gəlir və hansı komponent sərf olunur?
• Çoxlu dövrdən sonra mavi rəng zəif və sarımtıl olur. Onu boya, qələvi, yoxsa qlükoza ilə bərpa etmək lazımdır və niyə?
• Bir dövr üçün rəngin zamandan asılılığını çəkin. Oksigenin məhlula daxil olduğu yeri qeyd edin.

Müəllim cavabları: (1) oksidləşmiş metilen mavisi, üst boşluqda həll olmuş oksigen tərəfindən yenidən oksidləşdirilir; (2) qlükoza ilə reduksiya, qlükoza sərf olunur; (3) qlükoza, məhdudlaşdırıcı donor, çünki boya dəyişmədən dövr edir; (4) çalxalama zamanı kəskin yüksəliş, sakit vəziyyətdə tədricən eniş, oksigenin daxil olması yalnız yüksəliş zamanı.

Adlandırmağa dəyər yaxın qohumlar

Svetofor nümayişində indiqo karmin istifadə olunur və oksigenləşmə zamanı sarı, qırmızı və yaşıl mərhələlərdən keçir. Yaşıl şüşə adı qeyri-dəqiq işlədilir: bəzən həmin variant, bəzən askorbin turşusu sistemləri və ya American Chemical Society tərəfindən təsvir edilmiş fermentativ dövri sistem kimi daha yaşıl formulasiyalar üçün istifadə olunur. Şagirdlərin fərqli kimyəvi sistemlərdən əldə olunan müşahidələri bir-birinə qarışdırmaması üçün skamyada hansı variant varsa, onu dəqiq adlandırın.

Təhlükəsizlik və işləmə qaydaları

Bütün müddət ərzində nəzarət tələb olunur. Qələvi məhlulla işləyərkən və ya tıxaclı qabı çalxalayarkən kimyəvi sıçramalara qarşı göz qoruyucusu və əlcək istifadə edin. Qələvi yanıqlara səbəb olur, boya dərini və parçanı ləkələyir, etanolda hazırlanmış boya ehtiyat məhlulları isə iş sahəsinə alışan həlledici əlavə edir. Çalxalama zamanı qabın tıxacını bağlı saxlayın. Daha sonra istifadə olunmuş məhlulları müəssisənizin laboratoriya qaydalarına uyğun işlənməsi üçün saxlayın. Qələvi və boya tərkibli tullantılarla bağlı tələblər müəssisə və yurisdiksiyaya görə fərqlənir, buna görə başqa mənbədən prosedur götürmək əvəzinə laboratoriyanızın öz qaydasına əməl edin.

Rəng dəyişiklikləri əvəzinə rəqəmlər istəyirsinizsə, metilen mavisi üçün kəmiyyət analizləri bu nümayişin bitdiyi yerdən davam edir.

Müəllimlərin bu şüşəni saxlama səbəbi

Bir kolba dörd ideyanı bir araya gətirir. Redoks anlayışı tərifdən çox rəng kimi görünür. Mediator cüzi miqdarda bir maddənin başqa bir maddənin böyük miqdarı haqqında necə məlumat verdiyini göstərir. Kinetika termodinamikadan görünən şəkildə ayrılır: çalxalama oksigen təmin etdiyi müddətdə oksigen üstün gəlir, təchizat dayandıqda isə qlükoza üstün olur. Kimyada ən sakit proses olan diffuziya isə bütün nümayişi mümkün edir, çünki hər mavi parıltı oksigenin havadan suya keçməsi ilə başlayır. Şagirdlərə bütün bunları saniyəölçən və cədvəllə proqnozlaşdırmağa, vaxtını ölçməyə və izah etməyə imkan verən nümayiş laboratoriya skamyasında öz yerini qazanıb.