Arbrawf y botel las: cemeg, gweithdrefn ac arsylwadau

Mae potel glir yn sefyll ar y fainc. Mae'n edrych fel dŵr. Mae rhywun yn ei hysgwyd, ac mae'r hylif yn troi'n las llachar. Ar ôl ei rhoi i lawr, mae'r glas yn diflannu o fewn munud neu ddau. Ysgwydwch hi eto ac mae'r glas yn dychwelyd. Gall un llenwad ailadrodd hyn ugain gwaith neu fwy.

Fel arfer, mae myfyrwyr yn dyfalu bod rhywbeth wedi'i guddio yn y botel, neu fod ysgwyd yn cymysgu dwy haen. Mae'r ddau ddyfaliad yn methu mewn ffordd addysgiadol. Daw'r lliw o un llifyn, glas methylen, sydd yn bresennol drwyddi draw. Yr hyn sy'n newid yw faint o electronau y mae'r llifyn yn eu cario. Mae'r arddangosiad yn gylchred rhydocs wedi'i gwneud yn weladwy, ac mae pob newidyn y gall y dosbarth ei weld, amser ysgwyd, tymheredd, crynodiad, yn cyfateb i derm yn y cemeg.

Dau ffurf ar yr un llifyn

Mae glas methylen ocsidiedig yn system gylch wastad â gwefr bositif. Mae'n amsugno'n gryf tua 600 i 700 nanometres, y mae'r llygad yn ei weld fel glas dwfn. Trafodir y ddwy ffurf a'u sbectra yn y canllaw i adeiledd a phriodweddau glas methylen.

Mae rhydwythiad yn ychwanegu dau electron a phroton, gan roi glas lewcomethylen: heb wefr, heb fod yn blanar, ac i bob pwrpas yn ddi-liw. Mewn hydoddiant alcalïaidd, mae'r hanner-adwaith yn darllen MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Mae'r cam yn gwbl wrthdroadwy. Mae glas yn golygu ocsidiedig, mae di-liw yn golygu rhydwythiedig, ac nid oes trydydd cyflwr i'w olrhain, a dyna sy'n gwneud hwn yn gyflwyniad cyntaf clir i gemeg rhydocs.

Y gylchred: mae glwcos yn rhydwytho, mae ocsigen yn ailocsidio

Mae'r botel yn cynnwys tri chynhwysyn gweithredol: glas methylen, glwcos, ac alcali cryf, potasiwm hydrocsid neu sodiwm hydrocsid. Mae alcali yn hyrwyddo glwcos i ffurfiau dadbrotonedig adweithiol sy'n rhoi electronau i'r llifyn:

siwgr rhydwythol + MB (glas, ocsidiedig) -> cynhyrchion siwgr ocsidiedig + LMB (di-liw)

Mae'r cam araf hwn yn clirio'r lliw tra bo'r botel yn sefyll. Glwcos yw'r rhoddwr aberthol ac mae'n cael ei ddefnyddio. Dim ond cludo electronau mae'r llifyn, felly mae ychydig ddiferion yn gwasanaethu potel gyfan. Mae disgrifiadau ystafell ddosbarth hŷn yn dweud bod glwcos yn troi'n asid glwconig. Mae'r talfyriad hwnnw'n rhagweld yr arsylwadau, ond dylai hyfforddwyr wybod ei fod yn anghyflawn: mae dadansoddiad mecanistig a gyhoeddwyd yn Royal Society Open Science yn olrhain yr ocsidiad drwy enediolat adweithiol i ddeucarbonyl sy'n darnio'n asidau llai.

Mae ysgwyd yn gwrthdroi'r canlyniad gweledol. Mae cynnwrf yn hydoddi ocsigen o'r aer sydd wedi'i ddal yn y gofod pen, ac mae ocsigen yn ailocsidio'r llifyn rhydwythiedig:

LMB (di-liw) + O2 -> MB (glas) + cynhyrchion ocsigen rhydwythiedig

Pan gaiff ei adael i sefyll, mae'r ocsigen toddedig yn darfod, mae glwcos yn rhydwytho'r llifyn eto, ac mae'r lliw'n pylu. Dros lawer o gylchoedd, y cemeg net yw ocsidiad siwgr gan aer, gyda'r llifyn yn cylchredeg heb newid fel cyfryngwr rhydocs. Cyfryngwr ydyw yn hytrach na chatalydd caeth, gan fod ocsidiad y siwgr yn digwydd hebddo, ac nid dadelfennu yw'r pylu: ni ellid adfywio llifyn a ddinistriwyd drwy ysgwyd. I gadw stociau llifyn yn sefydlog rhwng arddangosiadau, gweler y nodiadau ar drin a storio hydoddiannau glas methylen.

Gweithdrefn ar gyfer arddangosiad dan oruchwyliaeth

Arddangosiad dan oruchwyliaeth yw hwn, nid gweithgaredd cartref. Mae alcali yn gofyn am amddiffyniad llygaid, menig, a hyfforddwr sy'n gyfrifol am baratoi a glanhau. Mae dau fformiwleiddiad wedi'u dogfennu yn cytuno o ran strwythur ac yn wahanol o ran graddfa.

Mae'r daflen gyfarwyddiadau y tu ôl i yr arddangosiad fel y'i cyhoeddwyd gan adran gemeg Indiana University yn defnyddio tua 5 percent potasiwm hydrocsid, 4 percent glwcos, ac 1 percent glas methylen dyfrllyd. Arllwyswch gyfeintiau cyfartal o hydoddiannau alcali a glwcos i mewn i botel dryloyw 250 neu 500 millilitre nes ei bod yn hanner llawn, gan adael y gweddill fel gofod pen o aer. Ychwanegwch ychydig ddiferion o lifyn, caewch y cap, seliwch y sêm, a gadewch iddo sefyll nes bod y glas yn clirio. Mae gweithdrefn y Royal Society of Chemistry yn graddio'r un syniad i fflasg 1 litre â stopiwr: 300 millilitres o ddŵr, 10 grams o glwcos, 8 grams o botasiwm hydrocsid (neu 6 grams o sodiwm hydrocsid), ynghyd ag ychydig millilitres o stoc llifyn gwanedig.

I'w berfformio, ysgwydwch yn egnïol. Mae glas llawn yn datblygu o fewn eiliadau. Rhowch y fflasg i lawr a mesurwch amser y pylu. Mae'r Royal Society of Chemistry yn adrodd mwy nag ugain cylch fesul llenwad. Peidiwch byth â llenwi'r botel hyd at yr ymyl: heb aer wedi'i ddal nid oes cronfa ocsigen i'w hydoddi.

Beth i'w arsylwi, a beth sy'n newid yr amseriad

Mesurwch amser tri pheth: ysgwyd tan las llawn (eiliadau), sefyll tan fod yn ddi-liw (hyd at ychydig funudau), a nifer y cylchoedd cyn i'r glas wanhau. Tua diwedd pob pylu, gwyliwch yr arwyneb. Mae haen las denau yn aml yn aros wrth y rhyngwyneb ag aer, lle mae ocsigen yn parhau i dryledu i mewn. Dyna drylediad wedi'i wneud yn weladwy.

Mae adwaith y botel las yn dilyn y gyfraith gyfradd empirig a adroddir gyda gweithdrefn y Royal Society of Chemistry: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Mae pob term yn arbrawf ystafell ddosbarth. Mae mwy o glwcos, alcali, neu lifyn yn byrhau'r cyfnod glas. Mae cynhesrwydd yn cyflymu'r pylu; mae fflasg oer yn mynd yn araf. Mae ysgwyd yn galetach yn hydoddi mwy o ocsigen, felly mae'r glas yn para'n hirach. Mae gofod pen mwy yn ymestyn y rhediad. Pan fydd y cylchoedd yn gwanhau o'r diwedd a'r hylif yn melynu, mae'r siwgr wedi darfod ac mae sgil-gynhyrchion wedi cronni. Mae'r pwynt terfyn hwnnw ynddo'i hun yn ganlyniad sy'n werth ei gofnodi.

Taflen waith arsylwi

Copïwch y tabl hwn i lyfrau nodiadau, un rhes fesul prawf. Y daflen waith hon ynghyd â'r diagram adwaith uchod yw'r asedau argraffadwy ar gyfer yr erthygl hon.

Cwestiynau rhagfynegi, i'w hateb cyn pob prawf:

• Mae'r botel yn las yn syth ar ôl ei hysgwyd. Pa ffurf ar y llifyn sy'n dominyddu, a beth a'i rhoddodd yno?
• Mae'r botel yn sefyll ac yn pylu. Pa adwaith sy'n ennill, a pha gynhwysyn sy'n cael ei ddefnyddio?
• Ar ôl llawer o gylchoedd mae'r glas yn mynd yn wan ac yn felynaidd. Adfywiwch ef gyda llifyn, alcali, neu glwcos, a pham?
• Brasluniwch liw yn erbyn amser ar gyfer un cylch. Nodwch lle mae ocsigen yn mynd i mewn i'r hydoddiant.

Atebion yr hyfforddwr: (1) glas methylen ocsidiedig, wedi'i ailocsidio gan ocsigen toddedig y gofod pen; (2) rhydwythiad gan glwcos, glwcos yn cael ei ddefnyddio; (3) glwcos, y rhoddwr cyfyngol, gan fod y llifyn yn cylchredeg heb newid; (4) codiad serth wrth ysgwyd, cwymp graddol wrth sefyll, ocsigen yn mynd i mewn yn ystod y codiad yn unig.

Perthnasau agos sy'n werth eu henwi

Mae'r arddangosiad goleuadau traffig yn defnyddio indigo carmine yn lle ac yn symud drwy felyn, coch a gwyrdd wrth ocsigeneiddio. Defnyddir yr enw potel werdd yn llac: weithiau ar gyfer yr amrywiad hwnnw, weithiau ar gyfer fformiwleiddiadau mwy gwyrdd megis systemau asid asgorbig neu system gylchu ensymatig a ddisgrifir gan yr American Chemical Society. Enwch ba bynnag amrywiad sydd ar y fainc fel nad yw myfyrwyr yn cyfuno arsylwadau o gemegau gwahanol.

Diogelwch a thrin

Goruchwyliaeth drwy gydol yr amser. Amddiffyniad llygaid rhag tasgiadau cemegol a menig wrth drin yr hydoddiant alcalïaidd neu ysgwyd y llestr â stopiwr. Mae alcali yn llosgi, mae'r llifyn yn staenio croen a ffabrig, ac mae stociau llifyn wedi'u paratoi mewn ethanol yn ychwanegu toddydd fflamadwy at y fainc. Cadwch y llestr wedi'i stopio wrth ysgwyd. Wedyn, cadwch hydoddiannau wedi'u defnyddio i'w trin o dan reolau labordy eich sefydliad eich hun. Mae'r gofynion ar gyfer gwastraff alcalïaidd sy'n cynnwys llifyn yn amrywio rhwng sefydliadau ac awdurdodaethau, felly dilynwch y weithdrefn sydd gan eich labordy yn hytrach na mewnforio un o ffynhonnell arall.

Os ydych am gael rhifau yn hytrach na newidiadau lliw, mae profion meintiol ar gyfer glas methylen yn parhau o'r man lle mae'r arddangosiad hwn yn gorffen.

Pam mae athrawon yn cadw'r botel hon

Mae un fflasg yn cywasgu pedwar syniad. Mae rhydocs yn troi'n lliw yn hytrach na diffiniad. Mae cyfryngwr yn dangos sut mae swm olrhain o un sylwedd yn rhoi gwybodaeth am swmp sylwedd arall. Mae cineteg yn gwahanu oddi wrth thermodynameg mewn ffordd weladwy: mae ocsigen yn ennill tra bo ysgwyd yn ei gyflenwi, mae glwcos yn ennill pan fydd y cyflenwad yn stopio. Ac mae trylediad, y broses dawelaf mewn cemeg, yn gyfrifol am y perfformiad cyfan, oherwydd mae pob fflach las yn dechrau gydag ocsigen yn croesi o aer i ddŵr. Mae arddangosiad sy'n galluogi myfyrwyr i ragfynegi, amseru ac esbonio hynny i gyd gyda stopwats a thabl wedi ennill ei le ar y fainc.