মিথিলিন ব্লু এবং পারম্যাঙ্গানেটের বিসরণ: অ্যাগার পরীক্ষাটি কী দেখায়

একজন শিক্ষক একটি অ্যাগার প্লেটে দুটি কূপ কাটেন, একটিতে নীল রং এবং অন্যটিতে বেগুনি দ্রবণ ভরেন, তারপর শ্রেণিকে দেখতে বলেন। এক ঘণ্টা পরে বেগুনি বৃত্তটি আরও প্রশস্ত হয়। শিক্ষার্থীরা লিখে যে পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট মিথিলিন ব্লুর চেয়ে দ্রুত বিসরণ করে, কারণ এটি হালকা।

এই বাক্যটি অর্ধেক সঠিক এবং অর্ধেক বিভ্রান্তিকর, আর বিভ্রান্তিকর অংশটিই আকর্ষণীয়। প্রদর্শনটি একটি প্রচলিত বিসরণ পাঠ, যেমন এই agar diffusion lab exercise-এ বর্ণিত হয়েছে, কিন্তু শিক্ষার্থীরা যা দেখে তা অণুর ভরের কার্যপ্রকাশ নয়। এটি হলো জেলের মধ্য দিয়ে দৃশ্যমান রঙের প্রান্তের চলন, যা আয়নের আকার, জলায়ন, রঞ্জকের বন্ধন, ঘনত্ব, তাপমাত্রা এবং প্রান্ত কীভাবে পরিমাপ করা হয় তার দ্বারা প্রভাবিত হয়।

রঙিন প্রান্তটি বিসরণ সহগ নয়

বিসরণ হলো দ্রবীভূত কণার উচ্চ ঘনত্ব থেকে নিম্ন ঘনত্বের দিকে ছড়িয়ে পড়া। বিসরণ সহগ, সাধারণত D দ্বারা লেখা হয়, নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় নির্দিষ্ট মাধ্যমে নির্দিষ্ট দ্রবণের জন্য এই ছড়িয়ে পড়ার গতি বর্ণনা করে।

একটি শ্রেণিকক্ষের প্লেট সরাসরি D প্রদর্শন করে না। এটি এমন একটি সীমানা প্রদর্শন করে যেখানে রঙ এতটাই ক্ষীণ হয়ে যায় যে তা আর দেখা যায় না। সেই সীমানা রঞ্জকের শোষণক্ষমতা, আলো, ক্যামেরার এক্সপোজার, কূপে দেওয়া ঘনত্ব এবং স্কেল ধরে থাকা ব্যক্তির বিচারবোধের ওপর নির্ভর করে, পাশাপাশি বিসরণের ওপরও নির্ভর করে।

শ্রেণিকক্ষের পাঠকে তার প্রকৃত নাম দিন: দৃশ্যমান বিসরণ সম্মুখভাগের চলন। আনুষ্ঠানিক বিশ্লেষণে Fickian diffusion analysis-এ পাওয়া সম্পর্কের মতো সমীকরণের মাধ্যমে গড় বর্গ স্থানচ্যুতিকে D-এর সঙ্গে সম্পর্কিত করা হয়, কিন্তু D নির্ণয়ের জন্য সময়ের সঙ্গে ঘনত্বের প্রোফাইল প্রয়োজন, ক্লাসের শেষে একটি মাত্র ব্যাস নয়। একটি প্রকাশিত শ্রেণিকক্ষ গবেষণায় সময়ের বিপরীতে বর্গ দূরত্বের গ্রাফ তৈরি করে জেলের মধ্যে মিথিলিন ব্লুর বিসরণক্ষমতা প্রায় 4.5 times 10^-10 m^2/s নির্ণয় করা হয়েছিল, শেষ দাগের আকার তুলনা করে নয়। একটি মাত্র স্থিরচিত্র এই কাজ করতে পারে না।

এটাই প্রদর্শনের মূল ধারণা, এবং বাকি সবকিছু হলো প্লেটটি ধারণাটিকে কতটা সঠিকভাবে উপস্থাপন করে তার বিস্তারিত।

দুটি রঙিন আয়ন, দুটি অণু নয়

কোনো দ্রবণই বোতলের গায়ে লেখা সূত্র হিসেবে অ্যাগারের মধ্য দিয়ে ভ্রমণ করে না। উভয়ই শক্তিশালী ইলেক্ট্রোলাইট, যা পানিতে বিয়োজিত হয়।

পটাশিয়াম পারম্যাঙ্গানেট (KMnO4, সূত্র ভর প্রায় 158.03 g/mol) পটাশিয়াম আয়ন এবং পারম্যাঙ্গানেট আয়নে বিভক্ত হয়। বেগুনি ভ্রমণকারী হলো পারম্যাঙ্গানেট আয়ন MnO4^-, যার ভর প্রায় 118.94 g/mol, এবং এটি জলের একটি আবরণ দ্বারা ঘেরা থাকে। মিথিলিন ব্লু ক্লোরাইড (নির্জল লবণ C16H18ClN3S, প্রায় 319.85 g/mol) ক্লোরাইড এবং নীল জৈব ক্যাটায়ন MB^+, যার ভর প্রায় 284.41 g/mol, এ বিভক্ত হয় এবং এটিও জলায়িত থাকে। NIST methylene blue record এবং ChEBI methylene blue entry এই রূপগুলো নথিভুক্ত করে, এবং chemistry and structure reference ব্যাখ্যা করে কেন ক্যাটায়ন, নির্জল লবণ এবং হাইড্রেটগুলোর আলাদা নাম প্রয়োজন।

তিনটি ফলাফল অনুসরণ করে।

প্রথমত, 158 এবং 320 তুলনা করলে প্রকৃত আকারের পার্থক্য কম দেখা যায়, কারণ প্রায় 119 g/mol ভরের বেগুনি প্রজাতি প্রায় 284 g/mol ভরের নীল ক্যাটায়নের তুলনায় অনেক ছোট, এবং উভয়েরই কার্যকর আকার বাড়ানো জলায়ন আবরণ রয়েছে।

দ্বিতীয়ত, মিথিলিন ব্লু ক্যাটায়ন বিভিন্ন কিছুর সঙ্গে আটকে যায়। ঘনত্ব বাড়লে এটি ডাইমার এবং বৃহত্তর সমষ্টি তৈরি করে, এবং এটি অ্যাগারের সঙ্গে শোষিত হয়, যেখানে agar adsorption studies-এ মনোমার ও ডাইমার উভয়ের বন্ধন রিপোর্ট করা হয়েছে। শোষিত রঞ্জক স্থির থাকে। এটি জেলকে রঙিন করে, কিন্তু সম্মুখভাগ এগিয়ে নিয়ে যায় না।

তৃতীয়ত, সাধারণ রিএজেন্ট পাউডার একটি হাইড্রেট, তাই ওজন করা এক গ্রামে স্ফটিকে থাকা জল থাকে। trihydrate versus anhydrous comparison দেখায় এটি কীভাবে মোলারিটি পরিবর্তন করে। ন্যায্য শ্রেণিকক্ষ তুলনার জন্য, লবণের সমান মোলার ঘনত্বের দ্রবণ প্রস্তুত করুন এবং কোন কঠিন রূপ ব্যবহার করা হয়েছে তা নথিভুক্ত করুন।

হালকা মানেই এখানে দ্রুত নয়

পাতলা তরলে, ভরের চেয়ে ভালো প্রথম মডেল হলো Stokes-Einstein ধারণা, যেখানে বিসরণক্ষমতা তাপমাত্রাকে সান্দ্রতা এবং হাইড্রোডাইনামিক ব্যাসার্ধের সঙ্গে সম্পর্কিত করে। ছোট জলায়িত আকার এগিয়ে থাকে। একই রাসায়নিক পরিবারের মধ্যে কম ভর প্রায়ই ছোট আকারের সঙ্গে সম্পর্কিত হয়, তাই হালকা হওয়াকে ব্যাখ্যা মনে হতে পারে। এটি একটি সম্পর্ক, প্রক্রিয়া নয়।

Graham's law, যা বলে গ্যাসের নির্গমন হার মোলার ভরের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতিক, এই প্লেটের ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয়। এর উৎপত্তি গ্যাসের গতিতত্ত্বে, যা এই OpenStax treatment of effusion and diffusion of gases-এ সংক্ষেপে ব্যাখ্যা করা হয়েছে। তরলে সান্দ্র টান, জলায়ন, আকৃতির প্রভাব এবং ভিড় যুক্ত হয়। জেলে ছিদ্রের গঠন, বক্রতা, শোষণ এবং পলিমারের সঙ্গে চার্জের পারস্পরিক ক্রিয়া যুক্ত হয়।

সংখ্যাগুলো পার্থক্য দেখায়। 158 বনাম 320-এর ক্ষেত্রে Graham's law প্রয়োগ করলে প্রায় 1.42 অনুপাত পাওয়া যায়। পাতলা জলে মাপা বিসরণক্ষমতা ভিন্ন চিত্র দেয়: পারম্যাঙ্গানেট প্রায় 1.6 থেকে 1.8 times 10^-9 m^2/s, যেখানে মিথিলিন ব্লু প্রায় 4.5 থেকে 5 times 10^-10 m^2/s, অর্থাৎ অনুপাত 3 বা 4-এর কাছাকাছি। শুধু ভর এই অনুপাত তৈরি করতে পারে না। জলায়িত আকার, সমষ্টি গঠন এবং জেলের সঙ্গে বন্ধন বাকি কাজ করে।

হালকা-দ্রুত ধারণাটিকে অনুমানসহ একটি মডেল হিসেবে বিবেচনা করুন: গোলাকার কণা, কোনো বন্ধন নেই, কোনো সমষ্টি নেই, অভিন্ন শর্ত। প্লেটটি অন্তত দুটি শর্ত ভঙ্গ করে।

কীভাবে একটি ন্যায্য তুলনা চালাবেন

প্রদর্শনটি যেভাবে সফটওয়্যার ব্যর্থ হয় সেভাবেই ব্যর্থ হয়: মূল ধারণা সঠিক, কিন্তু ধারণা থেকে পরিমাপে রূপান্তরের পথে অনেক ফাঁদ রয়েছে। এগুলোর প্রতিটি উত্তর পরিবর্তন করে, কিন্তু কোনো আণবিক বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করে না।

একই ব্যাচের অ্যাগার ব্যবহার করুন, একই গভীরতায় ঢালুন, একই কূপ কাটার যন্ত্র ব্যবহার করুন, সমান তরল পরিমাণ, সমান মোলার ঘনত্ব এবং এমন কম ঘনত্ব ব্যবহার করুন যাতে মিথিলিন ব্লুর সমষ্টি গঠন সীমিত হয় এবং রঙ অতিরিক্ত সম্পৃক্ত না হয়। প্রতিটি দ্রবণের জন্য অন্তত তিনটি পুনরাবৃত্ত কূপ কাটুন, যাতে সম্মুখভাগ কখনো মিলিত না হয়। পাত্র ঢেকে রাখুন, সমতল রাখুন এবং তাপমাত্রা স্থির রাখুন, কারণ অ্যাগার রঞ্জক পরীক্ষায় temperature and concentration dependence-এর শক্তিশালী প্রভাব দেখা যায়। ভরার মুহূর্তকে সময় শূন্য নির্ধারণ করুন এবং পরিমাপের আগে প্রান্ত নির্ধারণ করুন: একটি নির্দিষ্ট ফটোগ্রাফিক সীমা চোখে দেখা সীমানার চেয়ে ভালো, কারণ নীল এবং বেগুনির দৃশ্যমান শনাক্তকরণ সীমা আলাদা। প্রতিটি দাগের দুটি লম্ব ব্যাস রেকর্ড করুন এবং গড় ব্যাসার্ধে রূপান্তর করুন, কারণ ব্যাসার্ধ ও ব্যাস গুলিয়ে ফেললে বর্গ-দূরত্বের গ্রাফে চার গুণ ত্রুটি হয়।

লেবেল: বাম প্যানেল প্রতিটি সম্মুখভাগের জন্য কূপের প্রান্ত থেকে রঙের প্রান্ত পর্যন্ত উপর থেকে দেখা ব্যাসার্ধ পরিমাপ দেখায়; ডান প্যানেল কূপের গভীরতা এবং বাইরের দিকে গ্রেডিয়েন্ট হ্যালোসহ অ্যাগারের ক্রস-সেকশন দেখায়; লেজেন্ডে নিয়ন্ত্রিত পরিবর্তনশীলগুলো তালিকাভুক্ত আছে (অ্যাগারের শতাংশ, পুরুত্ব, রঞ্জকের মোলারিটি, আয়তন, কূপের আকার, তাপমাত্রা, সময় শূন্য, আলো)।

ভুল সংকেতগুলোর দিকে নজর রাখুন। অ্যাগারের পৃষ্ঠে তরল ছড়িয়ে পড়া দ্রুত বিসরণের মতো দেখায় এবং এটি ছোট অ্যাগার কূপের একটি নথিভুক্ত ত্রুটি। পারম্যাঙ্গানেট একটি শক্তিশালী অক্সিডাইজার এবং জৈব পদার্থের ক্ষুদ্র পরিমাণের সঙ্গে বিক্রিয়ায় ব্যবহৃত হয়ে যেতে পারে, যা এর সম্মুখভাগ থামিয়ে দেয় বা বিবর্ণ করে। মিথিলিন ব্লু রেডক্স সক্রিয় এবং আলো বা বিজারক অবস্থায় ফিকে হতে পারে; redox chemistry of methylene blue and its colorless reduced form এই আচরণ ব্যাখ্যা করে।

একটি সংক্ষিপ্ত দ্রাবক নোট: প্রচলিত প্রদর্শনে উভয় কূপই জলীয়। কোনো প্রোটোকলে যদি দ্রাবক পরিবর্তন করা হয়, আগে solubility and solution preparation guide পরীক্ষা করুন, কারণ দ্রাব্যতা এবং সমষ্টি গঠন মাধ্যমের সঙ্গে পরিবর্তিত হয়।

শ্রেণিকক্ষ পর্যবেক্ষণ কার্যপত্র

এই টেবিলটি খাতায় অনুলিপি করুন বা প্রতি কূপের জন্য একটি সারি মুদ্রণ করুন। একটি প্লেটের জন্য একটি টেবিল রাখলে পুনরাবৃত্তিগুলো সঠিক থাকে।

বিশ্লেষণের জন্য, প্রতিটি কূপের গড় ব্যাসার্ধের বর্গ বনাম অতিবাহিত সময়ের গ্রাফ তৈরি করুন এবং গ্রাফের পাশে প্রান্ত নির্ধারণের পদ্ধতি উল্লেখ করে ঢাল তুলনা করুন। যদি ছয়টি বক্ররেখা তাদের বিস্তারের সঙ্গে দেখানো হয়, শ্রেণি দেখতে পায় যে বৈচিত্র্য ডেটার অংশ, লজ্জার বিষয় নয়।

নিরাপত্তা প্রোটোকলের অংশ: গ্লাভস এবং চোখের সুরক্ষা ব্যবহার করুন, কারণ মিথিলিন ব্লু ত্বক ও কাপড়ে দাগ ফেলে এবং পারম্যাঙ্গানেট একটি অক্সিডাইজ