Eksperimen botol biru: kimia, prosedur, lan pengamatan

Ana botol bening ing meja laboratorium. Katone kaya banyu. Nalika ana wong ngocok botol kasebut, cairane dadi biru cetha. Yen didiamake, warna birune ilang sajrone semenit utawa rong menit. Dikocok maneh, warna birune bali. Siji isian bisa mbaleni proses iki nganti rong puluh kaping utawa luwih.

Siswa biasane ngira ana barang sing didhelikake ing njero botol, utawa yen dikocok bakal nyampur rong lapisan. Loro-lorone dugaan kasebut kanthi migunani kabukten salah. Werna kasebut asal saka siji pewarna, methylene blue, sing ana ing saindhenging larutan. Sing owah yaiku jumlah elektron sing digawa pewarna kasebut. Demonstrasi iki minangka siklus redoks sing bisa dideleng, lan saben variabel sing bisa diamati kelas, wektu ngocok, suhu, konsentrasi, cocog karo salah siji unsur ing kimiane.

Rong wujud saka pewarna sing padha

Methylene blue sing teroksidasi minangka sistem cincin rata kanthi muatan positif. Senyawa iki nyerep kanthi kuwat ing sekitar 600 nganti 700 nanometres, sing katon dening mripat minangka biru peteng. Rong wujud kasebut lan spektrume dibahas ing pandhuan babagan struktur lan sifat methylene blue.

Reduksi nambah rong elektron lan siji proton, ngasilake leucomethylene blue: ora bermuatan, ora planar, lan sakbenere ora ana werna. Ing larutan alkali, setengah reaksine ditulis MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Tahap iki bisa dibalik kanthi lengkap. Biru tegese teroksidasi, tanpa werna tegese tereduksi, lan ora ana kahanan katelu sing kudu dilacak, mula iki dadi cara wiwitan sing resik kanggo sinau kimia redoks.

Sikluse: glukosa ngreduksi, oksigen ngoksidasi maneh

Botol kasebut ngemot telung bahan aktif: methylene blue, glukosa, lan alkali kuwat, yaiku kalium utawa natrium hidroksida. Alkali nyengkuyung glukosa dadi wujud deprotonasi reaktif sing nyumbang elektron marang pewarna:

gula pereduksi + MB (biru, teroksidasi) -> produk gula teroksidasi + LMB (tanpa werna)

Tahap alon iki ngilangake werna nalika botol didiamake. Glukosa minangka donor sing dikorbanake lan bakal entek. Pewarna mung ngangkut elektron, mula sawetara tetes cukup kanggo sakbotol. Katrangan kelas lawas nyebutake yen glukosa dadi asam glukonat. Ringkesan kasebut bisa prédhiksi pengamatan, nanging instruktur kudu ngerti yen katrangan kasebut durung lengkap: analisis mekanisme sing diterbitake ing Royal Society Open Science nglacak oksidasi liwat enediolat reaktif menyang dikarbonil sing banjur pecah dadi asam-asam sing luwih cilik.

Ngocok mbalikke asil sing katon. Agitasi nglarutake oksigen saka udara ing ruang kosong ing ndhuwur cairan, lan oksigen ngoksidasi maneh pewarna sing wis tereduksi:

LMB (tanpa werna) + O2 -> MB (biru) + produk oksigen tereduksi

Yen didiamake, oksigen terlarut bakal entek, glukosa ngreduksi pewarna maneh, lan warnane luntur. Sajrone akeh siklus, kimia netone yaiku oksidasi gula dening udara, dene pewarna muter tanpa owah minangka mediator redoks. Iki mediator, dudu katalis sejati, amarga oksidasi gula isih bisa lumaku tanpa pewarna kasebut, lan lunture warna dudu dekomposisi: pewarna sing wis rusak ora bakal bisa dibalekake kanthi ngocok. Kanggo njaga stok pewarna tetep stabil ing antarane demonstrasi, delengen cathetan babagan penanganan lan panyimpenan larutan methylene blue.

Prosedur kanggo demonstrasi kanthi pengawasan

Iki demonstrasi kanthi pengawasan, dudu kegiatan rumah tangga. Alkali mbutuhake pelindung mripat, sarung tangan, lan instruktur sing tanggung jawab marang persiapan lan reresik. Rong formulasi sing wis didokumentasikake nduweni struktur sing padha nanging beda skala.

Lembar instruksi kanggo demonstrasi sing diterbitake dening departemen kimia Indiana University nggunakake kira-kira 5 percent kalium hidroksida, 4 percent glukosa, lan 1 percent methylene blue akuatik. Tuang volume sing padha saka larutan alkali lan glukosa menyang botol transparan 250 utawa 500 millilitre nganti setengah kebak, lan sisane ditinggal dadi ruang udara. Tambahake sawetara tetes pewarna, tutup, segel sambungane, banjur tinggalake nganti warna birune ilang. Prosedur Royal Society of Chemistry ngetrapake gagasan sing padha ing labu bertutup 1 litre: 300 millilitres banyu, 10 grams glukosa, 8 grams kalium hidroksida (utawa 6 grams natrium hidroksida), ditambah sawetara millilitres stok pewarna encer.

Kanggo nindakake, kocok kanthi kuat. Werna biru kebak muncul sajrone sawetara detik. Lebokake labu lan ukur wektu nganti warnane luntur. Royal Society of Chemistry nglaporake luwih saka rong puluh siklus saben isian. Aja tau ngisi botol nganti kebak tekan pucuk: tanpa udara sing kejebak, ora ana cadangan oksigen sing bisa larut.

Apa sing kudu diamati, lan apa sing ngowahi wektune

Ukur telung perkara: wektu ngocok nganti dadi biru kebak (seconds), wektu didiamake nganti tanpa werna (nganti sawetara minutes), lan jumlah siklus sadurunge warna birune dadi saya ringkih. Cedhak pungkasan saben proses luntur, delengen permukaane. Lapisan biru tipis kerep isih katon ing antarmuka udara, ing ngendi oksigen terus berdifusi mlebu. Garis kasebut nuduhake difusi kanthi kasatmata.

Reaksi botol biru manut hukum laju empiris sing dilapurake bebarengan karo prosedur Royal Society of Chemistry: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Saben unsur bisa dadi eksperimen kelas. Glukosa, alkali, utawa pewarna sing luwih akeh nyepetake periode biru. Suhu luwih anget nyepetake lunture; labu adhem dadi luwih alon. Ngocok luwih kuat nglarutake luwih akeh oksigen, mula warna biru tahan luwih suwe. Ruang udara sing luwih gedhe ndawakake eksperimen. Nalika siklus pungkasane saya ringkih lan cairane dadi semu kuning, gula wis entek lan produk sampingan wis nglumpuk. Titik pungkasan iki dhewe minangka asil sing pantes dicathet.

Lembar kerja pengamatan

Salin tabel iki menyang buku cathetan, siji baris kanggo saben uji coba. Lembar kerja iki bebarengan karo diagram reaksi ing ndhuwur minangka aset sing bisa dicithak kanggo artikel iki.

Pitakon prédhiksi, dijawab sadurunge saben uji coba:

• Botol dadi biru sakwise dikocok. Wujud pewarna endi sing dominan, lan apa sing ndadekake dadi kaya mangkono?
• Botol didiamake lan warnane luntur. Reaksi endi sing luwih dominan, lan bahan endi sing dikonsumsi?
• Sawise akeh siklus, warna birune dadi samar lan semu kuning. Kanggo mbalekake, tambah pewarna, alkali, utawa glukosa, lan apa alesane?
• Gambar grafik werna marang wektu kanggo siji siklus. Tandhani ing endi oksigen mlebu ing larutan. Jawaban instruktur: (1) methylene blue teroksidasi, dioksidasi maneh dening oksigen terlarut saka ruang udara; (2) reduksi dening glukosa, glukosa dikonsumsi; (3) glukosa, donor pembatas, amarga pewarna muter tanpa owah; (4) munggah tajem nalika dikocok, mudhun alon nalika didiamake, oksigen mlebu mung nalika fase munggah.

Kerabat cedhak sing pantes disebutake

Demonstrasi lampu lalu lintas ngganti methylene blue nganggo indigo carmine lan liwat urutan kuning, abang, lan ijo nalika oksigenasi. Jeneng botol ijo digunakake kanthi longgar: kadhangkala kanggo varian kasebut, kadhangkala kanggo formulasi sing luwih ijo kayata sistem asam askorbat utawa sistem siklus enzimatik sing diterangake dening American Chemical Society. Sebutake kanthi cetha varian endi sing ana ing meja supaya siswa ora nyampur pengamatan saka kimia sing beda.

Keamanan lan penanganan

Pengawasan kudu ana saindhenging kegiatan. Gunakake pelindung mripat saka cipratan kimia lan sarung tangan nalika nangani larutan alkali utawa ngocok wadhah sing ditutup. Alkali bisa nyebabake kobongan kimia, pewarna bisa ninggalake noda ing kulit lan kain, lan stok pewarna sing digawe nganggo etanol nambah pelarut gampang kobong ing meja laboratorium. Wadhah kudu tetep ditutup nalika dikocok. Sawise rampung, simpen larutan bekas kanggo ditangani miturut aturan laboratorium institusi sampeyan dhewe. Syarat kanggo limbah alkali sing ngemot pewarna beda antarane institusi lan yurisdiksi, mula tindakake prosedur laboratorium sampeyan dhewe tinimbang njupuk prosedur saka sumber liya.

Yen sampeyan pengin data angka tinimbang mung owah-owahan werna, analisis kuantitatif kanggo methylene blue bisa diterusake saka titik nalika demonstrasi iki rampung.

Napa guru tetep nggunakake botol iki

Siji labu ngringkes papat gagasan. Redoks dadi werna, dudu mung definisi. Mediator nuduhake kepiye jumlah cilik saka siji zat bisa menehi pratandha babagan jumlah gedhe zat liyane. Kinetika bisa dipisahake saka termodinamika kanthi kasatmata: oksigen unggul nalika ngocok terus nyedhiyakake oksigen, glukosa unggul nalika pasokan mandheg. Lan difusi, salah siji proses sing paling meneng ing kimia, dadi dhasar kabeh pertunjukan iki, amarga saben kilatan biru diwiwiti nalika oksigen nyabrang saka udara menyang banyu. Demonstrasi sing ngidini siswa prédhiksi, ngukur wektu, lan nerangake kabeh mau mung nganggo stopwatch lan tabel pancen pantes nduweni papan ing meja laboratorium.