Bláa fløskuroyndin: evnafrøði, mannagongd og eygleiðingar

Ein klár fløska stendur á borðinum. Hon sær út sum vatn. Onkur ristir hana, og vætan gerst sterkt blá. Tá hon verður sett niður, hvørvur blái liturin eftir einum ella tveimum minuttum. Rist hana aftur, og blái liturin kemur aftur. Sama fylling kann endurtaka hetta tjúgu ferðir ella meira.

Næmingar gita vanliga, at okkurt var fjalt í fløskuni, ella at ristingin blandaði tvey løg. Báðar gitingarnar vísa seg á læruríkan hátt at vera skeivar. Liturin kemur frá einum einstøkum litarevni, metylenbláum, sum er til staðar allastaðni í vætuni. Tað, sum broytist, er, hvussu nógvar elektronir litarevnið ber. Sýningin er ein redoxringrás, sum er gjørd sjónlig, og hvør variabul, sum flokkurin kann eygleiða — ristingartíð, hitastig og styrki — samsvarar við ein lið í evnafrøðini.

Tvey form av sama litarevni

Oxiderað metylenblátt er ein flatur, positivt løddur ringskipnaður. Tað absorberar sterkt um 600 til 700 nanometrar, sum eygað sær sum djúpblátt. Tey bæði formini og spektra teirra verða viðgjørd í leiðbeiningini um bygnaðin og eginleikarnar hjá metylenbláum.

Reduktión leggur tvær elektronir og eina proton afturat og gevur leukometylenblátt: óløtt, ikki-planart og í roynd og veru litleyst. Í basiskari loysn er hálvreaktiónin MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Stigið er fullkomiliga reversibult. Blátt merkir oxiderað, litleyst merkir redukerað, og einki triðja stig er at fylgja við. Tað ger hetta til eina greiða fyrstu innleiðslu í redoxevnafrøði.

Ringrásin: glukosa reducerar, súrevni enduroxiderar

Fløskan inniheldur trý virkin evni: metylenblátt, glukosu og sterkt alkali, kalium- ella natriumhydroxid. Alkali fær glukosu yvir í reaktiv, deprotonerað form, sum lata elektronir til litarevnið:

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

Hetta seina stigið fær litin at hvørva, meðan fløskan stendur. Glukosa er offurgávan av elektronum og verður nýtt upp. Litarevnið flytur bert elektronir, so nakrir fáir dropar røkka til eina heila fløsku. Eldri frágreiðingar til undirvísing siga, at glukosa verður til glukonsýru. Hendan stutta frágreiðingin samsvarar við eygleiðingarnar, men undirvísarar eiga at vita, at hon er ófullfíggjað: ein mekanistisk greining, sum er útgivin í Royal Society Open Science fylgir oxideringini gjøgnum eitt reaktivt enediolat til eitt dikarbonyl, sum verður kloyvt í smærri sýrur.

Risting vendir tí sjónliga úrslitinum. Rørslan loysir súrevni úr luftini í rúminum omanfyri vætuna, og súrevnið enduroxiderar tað redukeraða litarevnið:

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

Tá fløskan stendur, verður upploysta súrevnið brúkt upp, glukosa reducerar litarevnið aftur, og liturin viknar. Eftir nógvar ringrásir er samlaða evnafrøðin oxidering av sukri við luft, meðan litarevnið ringrásar óbroytt sum redoxmiðlari. Tað er ein miðlari heldur enn ein strangt skilmarkaður katalysator, tí sukur-oxideringin fer eisini fram uttan tað, og litmissurin er ikki niðurbroting: oyðilagt litarevni kundi ikki komið aftur við risting. Um, hvussu litarevnisgoymsluloysnir verða hildnar støðugar millum sýningar, sí viðmerkingarnar um handfaring og goymslu av metylenbláum loysnunum.

Mannagongd til eina sýning undir eftirliti

Hetta er ein sýning undir eftirliti, ikki eitt húsarhaldsítriv. Alkali krevur eygnavernd, handskar og ein undirvísara, sum hevur ábyrgd av fyrireiking og upprudding. Tvær skjalfestar samansetingar hava sama grundbygnað, men ymiskan skala.

Vegleiðingin aftan fyri sýningina, sum evnafrøðideildin á Indiana University hevur útgivið nýtir umleið 5 prosent kaliumhydroxid, 4 prosent glukosu og 1 prosent metylenblátt í vatnloysn. Hell somu rúmd av alkali- og glukosuloysn í eina gjøgnumskygda 250 ella 500 millilitra fløsku, til hon er hálvfull, so restin verður eftir sum luftarrúm. Lat nakrar fáar dropar av litarevni í, set lok á, tættið samskeytið og lat hana standa, til blái liturin hvørvur. Mannagongdin hjá Royal Society of Chemistry skalerar somu hugsan upp til eina 1 litur proppaða kolbu: 300 millilitrar av vatni, 10 gramm av glukosu, 8 gramm av kaliumhydroxidi (ella 6 gramm av natriumhydroxidi), umframt nakrar fáar millilitrar av tunnari litarevnisgoymsluloysn.

Rist kraftiga fyri at gera royndina. Fullur bláur litur kemur fram eftir fáum sekundum. Set kolbuna niður og máta tíðina, til liturin viknar. Royal Society of Chemistry upplýsir, at sama fylling kann geva meira enn tjúgu ringrásir. Fyll ongantíð fløskuna heilt upp: uttan luft, sum er innibyrgd, er eingin súrevnisgoymsla at loysa upp.

Hvat skal eygleiðast, og hvat broytir tíðina

Máta tríggjar tíðir: risting til fullan bláan lit (sekund), tíð í friði til litleyst (upp til nakrar fáar minuttir) og tal av ringrásum, áðrenn blái liturin viknar. Tá hvør litmissur nærkast endanum, hygg at yvirflatuni. Eitt tunt blátt lag verður ofta verandi við markið móti luftini, har súrevni framvegis diffunderar inn. Hendan linjan er diffusión gjørd sjónlig.

Reaktiónin í bláu fløskuni fylgir empirisku ferðarlógini, sum verður upplýst saman við mannagongdini hjá Royal Society of Chemistry: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Hvør liður er ein roynd, sum kann gerast í flokkinum. Meira glukosa, alkali ella litarevni styttir bláa tíðarskeiðið. Hiti skundar undir litmissin; ein køld kolba reagerar seint. Harðari risting loysir meira súrevni, so blái liturin varir longur. Eitt størri luftarrúm leingir royndina. Tá ringrásirnar at enda vikna og vætan verður gulig, er sukrið brúkt upp, og hjáevni eru savnað upp. Hetta endapunktið er sjálvt eitt úrslit, sum er vert at skráseta.

Eygleiðingarblað

Avrita hesa talvuna í skrivibøkurnar, eina reglu fyri hvørja roynd. Hetta arbeiðsblaðið saman við reaktiónsmyndini omanfyri eru prenttilfeingið til hesa grein.

Forsagnarspurningar, svaraðir undan hvørjari roynd:

• Fløskan er blá beint eftir risting. Hvør formur av litarevninum er ráðandi, og hvat fekk tað í tað støðuna?
• Fløskan stendur, og liturin viknar. Hvør reaktión vinnur, og hvør ingrediensur verður brúktur upp?
• Eftir nógvar ringrásir verður blái liturin veikur og guligur. Skal hann fáast aftur við litarevni, alkali ella glukosu, og hví?
• Tekna lit móti tíð fyri eina ringrás. Merk, hvar súrevni kemur inn í loysnina.

Svar til undirvísaran: (1) oxiderað metylenblátt, enduroxiderað av upplystum súrevni úr luftarrúminum; (2) reduktión við glukosu, glukosa verður brúkt; (3) glukosa, tann avmarkandi gevarin, tí litarevnið ringrásar óbroytt; (4) brøtt hækking við risting, stigvís lækking í friði, súrevni kemur bert inn undir hækkingini.

Nærskyldar royndir, sum eru verdar at nevna

Sokallaða ferðsluljósroyndin nýtir indigo carmine í staðin og skiftir millum gult, reytt og grønt við súrevnisupptøku. Heitið green bottle verður nýtt leysliga: viðhvørt um hesa útgávuna, viðhvørt um grønari samansetingar, til dømis skipanir við askorbinsýru ella eina enzymatiska ringrásarskipan, sum American Chemical Society hevur lýst. Nevnið ta útgávuna, sum veruliga stendur á borðinum, so næmingar ikki blanda eygleiðingar úr ymiskum evnafrøðiligum skipanum saman.

Trygd og handfaring

Eftirlit alla tíðina. Verndarbrillur móti evnafrøðiligum skvettum og handskar skulu nýtast, tá tann basiska loysnin verður handfarin, ella tá proppaða ílatið verður rist. Alkali kann geva brunasár, litarevnið litar húð og toy, og litarevnisgoymsluloysnir við etanoli føra eitt eldfimt loysingarevni inn á arbeiðsborðið. Halt ílatið proppað undir risting. Aftaná skulu brúktu loysnirnar goymast og handfarast sambært egnu starvsstovureglunum hjá stovninum. Krøv til basiskt burturkast, sum inniheldur litarevni, eru ymisk millum stovnar og lógarøki, so fylg mannagongdini hjá tykkara starvsstovu heldur enn at taka eina frá einari aðrari keldu.

Um tú vilt hava tøl heldur enn litbroytingar, taka kvantitativar greiningar av metylenbláum við, har henda sýningin endar.

Hví lærarar framvegis brúka hesa fløskuna

Ein kolba savnar fýra hugtøk. Redox verður ein litur heldur enn ein allýsing. Ein miðlari vísir, hvussu ein lítil nøgd av einum evni kann vísa, hvat hendir við eini stórari nøgd av einum øðrum. Kinetikkur verður sjónliga skildur frá termodynamikki: súrevni vinnur, meðan risting veitir tað, glukosa vinnur, tá veitingin steðgar. Og diffusión, tann friðarligasta tilgongdin í evnafrøði, ber alla sýningina, tí hvørt blátt glamp byrjar við, at súrevni fer úr luft í vatn. Ein sýning, sum letur næmingar gera forsagnir, máta tíð og greiða frá øllum hesum við einum stoppuri og einari talvu, hevur uppiborið plássið á arbeiðsborðinum.