Diffusión av metýlenbláum og permanganati: hvat agarroyndin vísir

Ein lærari sker tvær holur í eina agarplátu, fyllir aðra við bláum litevni og hina við eini lilla loysn og biður flokkin hyggja at. Ein tíma seinni er lilla ringurin breiðari. Flokkurin skrivar niður, at kaliumpermanganat diffunderar skjótari enn metýlenblátt, tí tað er lættari.

Hesin setningurin er hálvur rættur og hálvur villleiðandi, og tann villleiðandi helvtin er tann áhugaverda. Royndin er ein vanligur partur av undirvísing í diffusión og verður til dømis lýst í hesi starvsstovuroyndini við diffusión í agar, men tað, næmingarnir síggja, er ikki mýlvektin í verki. Tað er rørslan hjá einum sjónligum litjaðara gjøgnum eitt gel, ávirkað av jónastødd, hydratisering, binding av litevni, konsentratión, hita og mátanum, jaðarin verður mátaður uppá.

Litaði jaðarin er ikki diffusiónskoeffisienturin

Diffusión er spjaðingin av loystum bitlum frá høgari konsentratión til lága konsentratión. Diffusiónskoeffisienturin, vanliga skrivaður D, lýsir, hvussu skjótt henda spjaðingin fer fram hjá einum ávísum loystum evni í einum ávísum miðli við einum ávísum hita.

Ein pláta í eini undirvísingarroynd vísir ikki D beinleiðis. Hon vísir eitt mark, har liturin verður ov veikur til at síggjast. Hetta markið er treytað av ljósupptøkuni hjá litevninum, lýsingini, eksponeringini á myndatólinum, konsentratiónini í holuni og metingini hjá tí, sum heldur linjálina, umframt sjálvari diffusiónini.

Kalla mátingina í undirvísingini tað, hon er: rørslan hjá einum sjónligum diffusiónsfronti. Formligar viðgerðir knýta miðal kvadreraða flyting at D við sambondum av tí slagnum, sum finnast í greining av diffusión eftir Ficks lógum, men at finna D við tillaging krevur konsentratiónsprofilar yvir tíð, ikki bert eitt tvørmát við endan á tímanum. Ein útgivin undirvísingarkanning fann ein diffusiónskoeffisient fyri metýlenblátt nær 4.5 ferðir 10^-10 m^2/s í geli við at seta kvadreraða frástøðu upp móti tíð heldur enn at samanbera endaligu støddirnar á blettunum. Ein einstøk støðumynd kann ikki gera hetta arbeiðið.

Hetta er hugtakið aftan fyri royndina, og alt hitt snýr seg um, hvussu væl plátan endurspeglar tað.

Tvær litaðar jónir, ikki tvey mýl

Einki av teimum loystu evnunum ferðast gjøgnum agar við tí samanseting, sum formilin á fløskuni vísir. Bæði eru sterkir elektrolyttar, sum kloyvna í vatni.

Kaliumpermanganat (KMnO4, formilmassi umleið 158.03 g/mol) kloyvnar í kaliumjónir og permanganatjónir. Tað lilla evnið, sum ferðast, er permanganatjónin MnO4^-, við massa umleið 118.94 g/mol, umgird av einum lagi av vatni. Metýlenblátt klorid (vatnfrítt salt C16H18ClN3S, umleið 319.85 g/mol) kloyvnar í klorid og ta bláu lívrunnu katjónina MB^+, við massa umleið 284.41 g/mol, sum eisini er hydratiserað. Skrásetingin av metýlenbláum hjá NIST og uppslagið um metýlenblátt hjá ChEBI skjalprógva hesi form, og tilvísingin um evnafrøði og bygnað greiðir frá, hví katjónin, vatnfría saltið og hydratini krevja hvør sítt navn.

Hetta hevur tríggjar avleiðingar.

Í fyrsta lagi gevur samanberingin millum 158 og 320 eina ov lítla mynd av veruliga støddarmuninum millum tær litaðu jónirnar, tí lilla jónin við umleið 119 g/mol er nógv minni enn bláa katjónin við umleið 284 g/mol, og báðar hava vatnløg rundan um seg, sum økja virknu støddina.

Í øðrum lagi festa metýlenbláar katjónir seg á ymiskt. Tær mynda dimerar og størri aggregat, tá ið konsentratiónin hækkar, og tær adsorberast á agar. Binding av bæði monomerum og dimerum er staðfest í kanningum av adsorptión á agar. Adsorberað litevni stendur í stað. Tað litar gelið uttan at flyta frontin fram.

Í triðja lagi er vanliga reagenspulvurið eitt hydrat, so eitt avvigað gramm inniheldur vatn í krystallinum. Samanberingin millum trihydrat og vatnfrítt salt vísir, hvussu hetta broytir molaritetin. Til eina rættvísa samanbering í undirvísingini skulu loysnirnar gerast við somu molaru konsentratión av søltunum, og skrivað skal verða niður, hvør fastur formur varð brúktur.

Hví lættari ikki merkir skjótari her

Í tunnum loysnunum er Stokes-Einstein-myndilin eitt betri fyrsta útgangsstøði enn massin. Har er diffusiónskoeffisienturin í lutfalli við hitan býttan við viskositeti og hydrodynamiskum radiusi. Minni hydratiserað stødd gevur skjótari diffusión. Lægri massi fylgist ofta við minni stødd innan somu evnafamilju, so lættari kann síggja út sum ein frágreiðing. Tað er eitt samband, ikki mekanisman.

Lóg Grahams, sum sigur, at ferðin, ið gass streymar út gjøgnum eitt lítið hol við, er í lutfalli við øvugta kvadratrót av mólmassanum, stýrir ikki hesi plátuni. Útleiðingin hoyrir til kinetisku ástøðina um gass, sum er samandráttarliga lýst í hesi viðgerð hjá OpenStax av effusión og diffusión í gassi. Í vætum koma viskost mótstøðuafl, hydratisering, skapsávirkan og trong rúmd aftrat. Í gelum koma porubygnaður, krókutar flutningsleiðir, adsorptión og løðingarsamspæl við polymerið aftrat.

Tølini vísa munin. Nýtt við 158 móti 320 spáar lóg Grahams eitt ferðarlutfall á umleið 1.42. Mátaðir diffusiónskoeffisientar í tunnum vatnloysnum siga nakað annað: permanganat nær 1.6 til 1.8 ferðir 10^-9 m^2/s móti metýlenbláum nær 4.5 til 5 ferðir 10^-10 m^2/s, eitt lutfall nærri 3 ella 4. Massin einsamallur kann ikki geva hetta lutfallið. Hydratiserað stødd, aggregatgerð og binding til gelið greiða frá restini.

Viðger lættari-skjótari sum ein myndil við fortreytum: kúluskapaðir bitlar, eingin binding, eingin aggregatgerð og somu umstøður. Plátan brýtur í minsta lagi tvær av hesum fortreytunum.

Hvussu ein rættvís samanbering verður gjørd

Royndin kann miseydnast á sama hátt sum ritbúnaður: sjálv hugmyndin er røtt, men leiðin frá hugmynd til máting er full av fellum. Hvørt av hesum viðurskiftunum broytir úrslitið uttan at broyta nakran mýleginleika.

Brúka eina og somu blanding av agar, stoypta í somu tjúkt, sama amboð at skera holur við, somu væturúmd, somu molaru konsentratión og nóg lágar konsentratiónir til at avmarka aggregatgerð hjá metýlenbláum og halda litin ómettaðan. Sker í minsta lagi tríggjar endurtøkuholur fyri hvørt loyst evni, við so stórum frástøðum, at frontarnir ongantíð møtast. Legg lok á skálirnar, halt tær vatnrættar og halt hitan støðugan, tí arbeiði við litevnum í agar vísir sterkt heftni at hita og konsentratión. Áset tíðarnull til ta løtuna, tá ið holurnar verða fyltar, og áset jaðaran áðrenn máting: eitt fast markvirði í myndum er betri enn eitt mark, sum verður mett við eygunum, tí blátt og lilla hava ymisk sjónlig ávísingarmørk. Skráset tvey tvørmát, sum standa hornrætt á hvør annað, fyri hvønn blett og rokna tey um til miðalradius, tí um radius og tvørmát verða blandað saman, verður ein og hvør mynd av kvadreraðari frástøðu skeiv við einum faktori á fýra.

Merkingar: vinstra myndin vísir radiusin sæddan omanífrá, mátaðan frá holujaðaranum til litjaðaran hjá hvørjum fronti; høgra myndin vísir tvørskurðin av agar við holudýpd og ringum við minkandi konsentratión úteftir; frágreiðingin listar tær stýrdu variablarnar (agarprosent, tjúkt, molaritetur hjá litevninum, rúmd, holustødd, hiti, tíðarnull, lýsing).

Ver varugur við villleiðandi fyribrigdi. Væta, sum rennur út yvir agaryvirflatuna, líkist skjótari diffusión og er ein skjalprógvað feilkelda við smáum holum í agar. Permanganat er eitt sterkt oksiderandi evni og kann verða brúkt upp av sporum av lívrunnum tilfari, sum steðgar ella bleikir frontin. Metýlenblátt er redox-virkið og kann fána í ljósi ella undir reduserandi umstøðum; redox-evnafrøðin hjá metýlenbláum og litloysi reduseraði formur tess greiðir frá hesum.

Ein stutt viðmerking um loysingarevni: báðar holurnar í vanligu royndini innihalda vatnloysnir. Um ein royndarvegleiðing broytir loysingarevnið, kanna fyrst vegleiðingina um loysingarføri og tilgerð av loysn, tí loysingarføri og aggregatgerð broytast við miðlinum.

Eygleiðingarskjal til undirvísingina

Avrita hesa talvuna í notatbøkur ella prenta eina røð fyri hvørja holu. Ein talva fyri hvørja skál tryggjar, at endurtøkurnar verða hildnar sundur.

Til greiningina skal miðalradius í øðrum setast upp móti farnari tíð fyri hvørja holu, og hallini skulu samanberast. Greið frá skilmarkingini av jaðaranum saman við myndini. Verða allar seks kurvarnar vístar við sínum spjaðingi, sær flokkurin variatión sum dátur heldur enn sum nakað at skammast um.

Trygd er ein partur av royndarmannagongdini: brúka handskar og verndarbrillur, tí metýlenblátt litar húð og klæði, og permanganat er eitt oksiderandi evni, sum litar og ertir. Halt loysnirnar burtur frá munninum, arbeið oman á einum bakka og lat plátur og vætur fara í skipanina hjá skúlanum fyri evnafrøðiligt burturkast heldur enn í vaskið.

Setningurin, sum er verdur at skriva niður

Undir hesum umstøðum viðvíkjandi agar, konsentratión og hita breiðir sjónligi permanganatfronturin seg vanliga skjótari enn metýlenblái fronturin. Tað samsvarar við, at permanganat hevur størri virknan diffusiónskoeffisient, í stóran mun tí hydratiseraða jónin er nógv minni og ikki myndar aggregat ella bindur seg til agar á sama hátt sum metýlenblátt. Mýlmassin fylgist her við hesum støddarmuninum, men massin einsamallur avger ikki diffusiónsferðina í vætum ella gelum.

Ein flokkur, sum skrivar henda setningin, hevur lært tvey ting: eina sannroynd um tvær litríkar jónir og ein vana at spyrja, hvat ein roynd mátar, áðrenn hann lítur á tað, hon tykist siga.