Difizyon ble metilèn ak pèrmanganat: sa eksperyans ak agar la montre

Yon pwofesè fè de twou nan yon plak agar, li ranpli youn ak koloran ble epi lòt la ak solisyon vyolèt, epi li di klas la pou l gade. Yon èdtan apre, bag vyolèt la pi laj. Klas la ekri pèrmanganat potasyòm difize pi vit pase ble metilèn paske li pi lejè.

Fraz sa a mwatye kòrèk, mwatye twonpe moun, epi se pati ki twonpe moun nan ki enteresan. Demonstrasyon an se yon leson klasik sou difizyon, jan yo dekri l pa egzanp nan egzèsis laboratwa sou difizyon nan agar sa a, men sa elèv yo wè a se pa mas molekilè k ap aji. Se mouvman yon limit koulè vizib atravè yon jèl, kote gwosè iyon yo, idratasyon, koloran ki mare ak jèl la, konsantrasyon, tanperati ak fason yo mezire limit la tout gen enfliyans.

Limit koulè a se pa koyefisyan difizyon an

Difizyon se pwopagasyon patikil ki fonn soti nan yon zòn ki gen gwo konsantrasyon pou ale nan yon zòn ki gen ti konsantrasyon. Koyefisyan difizyon an, yo ekri anjeneral D, dekri vitès pwopagasyon sa a pou yon solite presi nan yon medyòm presi ak nan yon tanperati presi.

Yon plak nan klas pa montre D dirèkteman. Li montre yon limit kote koulè a vin twò fèb pou moun wè l. Limit sa a depann de kapasite koloran an pou absòbe limyè, ekleraj la, ekspozisyon kamera a, konsantrasyon yo mete nan twou a ak jijman moun ki kenbe règ la, anplis difizyon an li menm.

Bay mezi klas la non ki koresponn ak sa li ye a: mouvman yon fwon difizyon vizib. Tretman fòmèl yo relye mwayèn kare deplasman an ak D atravè relasyon tankou sa yo jwenn nan analiz difizyon dapre Fick, men pou estime D ak done yo, fòk gen pwofil konsantrasyon sou tan, pa sèlman yon dyamèt nan fen klas la. Yon etid sou eksperyans nan klas ki te pibliye te jwenn yon difizivite ble metilèn ki toupre 4.5 fwa 10^-10 m^2/s nan jèl, lè li te trase kare distans lan an fonksyon tan olye li te konpare gwosè final tach yo. Yon sèl imaj nan yon moman presi pa ka fè travay sa a.

Se konsèp sa a ki dèyè demonstrasyon an, epi tout rès la se detay sou fason plak la reprezante l fidèlman.

De iyon ki gen koulè, pa de molekil

Ni youn ni lòt solite pa deplase nan agar sou fòm fòmil ki enprime sou boutèy la. Toude se elektwolit fò ki disosye nan dlo.

Pèrmanganat potasyòm (KMnO4, mas fòmil apeprè 158.03 g/mol) separe an iyon potasyòm ak iyon pèrmanganat. Sa k ap deplase ak koulè vyolèt la se iyon pèrmanganat MnO4^-, ki gen yon mas apeprè 118.94 g/mol, antoure ak yon kouch dlo. Klori ble metilèn (sèl anid C16H18ClN3S, apeprè 319.85 g/mol) separe an klori ak katyon òganik ble MB^+, ki gen yon mas apeprè 284.41 g/mol, e ki idrate tou. Dosye NIST sou ble metilèn ak antre ChEBI sou ble metilèn dokimante fòm sa yo, epi referans sou chimi ak estrikti a esplike poukisa katyon an, sèl anid la ak idrat yo bezwen non apa.

Gen twa konsekans ki soti nan sa.

Premyèman, konpare 158 ak 320 fè diferans reyèl nan gwosè iyon ki gen koulè yo parèt pi piti pase li ye, paske espès vyolèt la, ki apeprè 119 g/mol, pi piti anpil pase katyon ble a, ki apeprè 284 g/mol, epi toude pote kouch idratasyon ki ogmante gwosè efektif yo.

Dezyèmman, katyon ble metilèn yo kole sou bagay. Yo fòme dimè ak pi gwo agrega lè konsantrasyon an monte, epi yo adsòbe sou agar; etid sou adsòpsyon nan agar rapòte ni monomè ni dimè ki mare ak agar la. Koloran ki adsòbe a rete anplas. Li bay jèl la koulè san li pa fè fwon an avanse.

Twazyèmman, poud reyaktif yo itilize souvan an se yon idrat, kidonk yon gram yo peze gen dlo nan kristal la. Konparezon ant triidrat ak fòm anid la montre kijan sa chanje molarite a. Pou yon konparezon ekitab nan klas, prepare solisyon kote sèl yo gen menm konsantrasyon molè epi note ki fòm solid yo te itilize.

Poukisa pi lejè pa vle di pi vit isit la

Nan likid kote solisyon yo dilye, modèl Stokes-Einstein lan se yon pi bon premye modèl pase mas la: ladan l, difizivite a varye selon tanperati a divize pa viskozite a ak reyon idwodinamik la. Pi piti gwosè idrate a, se li ki gen avantaj. Nan yon menm fanmi chimik, yon mas pi ba souvan asosye ak yon gwosè pi piti, kidonk lefèt ke yon patikil pi lejè ka sanble yon eksplikasyon. Se yon korelasyon, se pa mekanis la.

Lwa Graham lan, ki di vitès efizyon gaz yo varye selon envès rasin kare mas molè a, pa gouvène sa k ap pase nan plak sa a. Derivasyon li soti nan teyori sinetik gaz yo, jan yo rezime l nan eksplikasyon OpenStax sou efizyon ak difizyon gaz sa a. Likid yo ajoute rezistans viskoz, idratasyon, efè fòm ak ankonbreman. Jèl yo ajoute estrikti pò yo, chemen ki gen anpil detou, adsòpsyon ak entèraksyon chaj ak polymè a.

Chif yo mete diferans lan an evidans. Lè yo aplike lwa Graham lan sou 158 kont 320, li prevwa yon rapò vitès apeprè 1.42. Difizivite yo mezire nan solisyon akeuz dilye bay yon lòt rezilta: pèrmanganat toupre 1.6 rive 1.8 fwa 10^-9 m^2/s, kont ble metilèn toupre 4.5 rive 5 fwa 10^-10 m^2/s, sa ki bay yon rapò pi pre 3 oswa 4. Mas pou kont li pa ka bay rapò sa a. Gwosè idrate a, agregasyon ak lyezon ak jèl la esplike rès la.

Konsidere lide pi lejè-pi vit la kòm yon modèl ki gen sipozisyon: patikil esferik, pa gen lyezon, pa gen agregasyon, menm kondisyon. Plak la pa respekte omwen de ladan yo.

Kijan pou fè yon konparezon ekitab

Demonstrasyon an echwe menm jan lojisyèl konn echwe: lide ki dèyè l la bon, men pasaj soti nan lide a pou rive nan mezi a plen pyèj. Chak nan bagay sa yo chanje repons lan san li pa chanje okenn pwopriyete molekilè.

Sèvi ak yon sèl lo agar vide nan menm epesè a, yon sèl zouti pou fè twou yo, menm volim likid, menm konsantrasyon molè, ak konsantrasyon ki ase ba pou limite agregasyon ble metilèn epi evite koulè a satire. Fè omwen twa twou repete pou chak solite, ak ase espas ant yo pou fwon yo pa janm rankontre. Kouvri resipyan yo, kenbe yo byen plat epi kenbe tanperati a konstan, paske travay sou koloran nan agar montre yon gwo depandans sou tanperati ak konsantrasyon. Defini tan zewo kòm moman ou ranpli twou a, epi defini limit la anvan ou mezire: yon papòt fiks sou foto pi bon pase yon limit ou estime ak je, paske ble ak vyolèt gen diferan limit deteksyon vizyèl. Note de dyamèt pèpandikilè pou chak tach epi konvèti yo an reyon mwayen, paske konfonn reyon ak dyamèt defòme nenpòt grafik kare distans lan pa yon faktè kat.

Etikèt: panno agoch la montre reyon an nan yon vizyon anlè, mezire soti nan bò twou a rive nan limit koulè a pou chak fwon; panno adwat la montre yon koup agar la ak pwofondè twou a ak halo gradyan ki pwopaje deyò; lejand la bay lis varyab yo kontwole yo (pousantaj agar, epesè, molarite koloran, volim, gwosè twou, tanperati, tan zewo, ekleraj).

Veye sa ki ka bay fo aparans. Likid ki debòde sou sifas agar la sanble ak difizyon rapid, epi se yon atifak yo dokimante pou ti twou nan agar. Pèrmanganat se yon oksidan fò, epi tras matyè òganik ka konsome l, sa ki bloke fwon li oswa fè koulè li disparèt. Ble metilèn aktif nan reyaksyon oksidoreduksyon epi li ka pèdi koulè anba limyè oswa nan kondisyon rediktè; chimi oksidoreduksyon ble metilèn ak fòm redui li ki san koulè a esplike konpòtman sa a.

Yon ti nòt sou sòlvan: toude twou yo nan demonstrasyon nòmal la gen solisyon akeuz. Si yon pwotokòl ta chanje sòlvan an, tcheke gid sou solibilite ak preparasyon solisyon an anvan, paske solibilite ak agregasyon chanje selon medyòm nan.

Fèy obsèvasyon pou klas la

Kopye tablo sa a nan kaye yo oswa enprime yon liy pou chak twou. Yon tablo pou chak resipyan ede kenbe mezi repete yo byen separe.

Pou analiz la, trase kare reyon mwayen an an fonksyon tan ki pase a pou chak twou epi konpare pant yo, pandan ou mete definisyon limit la bò kote grafik la. Si ou montre tout sis koub yo ak diferans ant yo, klas la wè varyasyon kòm done olye kòm yon bagay pou wont.

Sekirite fè pati pwotokòl la: mete gan ak pwoteksyon pou je, paske ble metilèn tache po ak rad, epi pèrmanganat se yon oksidan ki tache epi ki irite. Pa mete solisyon yo nan bouch, travay sou yon plato, epi jete plak yo ak likid yo atravè sistèm lekòl la pou dechè chimik olye ou vide yo nan lavabo.

Fraz ki vo ekri a

Nan kondisyon agar, konsantrasyon ak tanperati sa yo, fwon vizib pèrmanganat la anjeneral pwopaje pi vit pase fwon ble metilèn nan. Sa ann amoni ak lefèt ke pèrmanganat gen pi gwo difizivite efektif la, sitou paske iyon idrate li a pi piti anpil epi li pa fòme agrega ni mare ak agar menm jan ble metilèn fè sa. Mas molekilè a gen yon korelasyon ak diferans gwosè sa a isit la, men mas pou kont li pa detèmine vitès difizyon nan likid oswa nan jèl.

Yon klas ki ekri fraz sa a aprann de bagay: yon reyalite sou de iyon ki gen koulè, ak abitid pou mande sa yon demonstrasyon mezire anvan li fè konfyans sa demonstrasyon an sanble di.