D’Experiment mat der bloer Fläsch: Chimie, Prozedur an Observatiounen

Eng kloer Fläsch steet um Labordësch. Si gesäit aus, wéi wann nëmme Waasser dra wier. Een schëttelt se, an d’Flëssegkeet gëtt intensiv blo. Wann d’Fläsch ofgestallt gëtt, verschwënnt déi blo Faarf bannent enger oder zwou Minutten. Schëttelt een nach eng Kéier, kënnt déi blo Faarf zeréck. Mat enger eenzeger Fëllung kann dat zwanzegmol oder méi widderholl ginn.

Schüler vermudden normalerweis, datt sech eppes an der Fläsch verstoppt huet oder datt duerch d'Schëttle zwou Schichten vermëscht ginn. Béid Vermutunge weisen op eng nëtzlech Aart, firwat se falsch sinn. D’Faarf kënnt vun engem eenzege Faarfstoff, Methylenblo, deen iwwerall an der Flëssegkeet verdeelt ass. Wat sech ännert, ass d’Zuel vun Elektronen, déi de Faarfstoff dréit. D’Demonstratioun mécht e Redoxzyklus sichtbar, an all Variabel, déi d’Klass observéiere kann – Schüttelzäit, Temperatur, Konzentratioun – entsprécht engem Bestanddeel vun der Chimie.

Zwou Forme vum selwechte Faarfstoff

Oxidéiert Methylenblo ass e flaacht, positiv geluedent Ranksystem. Et absorbéiert staark bei ongeféier 600 to 700 nanometres, wat d’A als déifblo Faarf erkennt. Déi zwou Formen an hir Spektre ginn am Guide iwwer d'Struktur an d’Eegeschafte vu Methylenblo behandelt.

Bei der Reduktioun ginn zwee Elektronen an e Proton bäigesat, wouduerch Leucomethylenblo entsteet: ongelueden, net planar an effektiv faarflos. An alkalescher Léisung gëtt d’Hallefreaktioun esou geschriwwen: MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Dëse Schrëtt ass komplett reversibel. Blo bedeit oxidéiert, faarflos bedeit reduzéiert, an et gëtt keen drëtten Zoustand, deen observéiert muss ginn. Genee dat mécht dëst Experiment zu engem kloren éischte Kontakt mat der Redoxchimie.

De Zyklus: Glukos reduzéiert, Sauerstoff reoxidéiert

D’Fläsch enthält dräi aktiv Bestanddeeler: Methylenblo, Glukos an eng staark Base, Kalium- oder Natriumhydroxid. D’Base bréngt d’Glukos a reaktiv deprotonéiert Formen, déi Elektronen un de Faarfstoff ofginn:

reduzéierenden Zocker + MB (blo, oxidéiert) -> oxidéiert Zockerprodukter + LMB (faarflos)

Dëse luesen Schrëtt léisst d’Faarf verschwannen, wann d’Fläsch steet. Glukos ass de sacrificialen Donor a gëtt dobäi verbraucht. De Faarfstoff transportéiert nëmmen Elektronen, sou datt e puer Drëpsen fir eng ganz Fläsch duergoen. An eelere Beschreiwunge fir de Cours heescht et, d’Glukos géif zu Gluconsäure ginn. Dës Ofkierzung erkläert d’Observatiounen, ass awer net komplett: eng mechanistesch Analys, déi an Royal Society Open Science publizéiert gouf, verfollegt d’Oxidatioun iwwer e reaktiven Enediolat bis zu engem Dicarbonyl, deen a méi kleng Saieren zerfällt.

Duerch d'Schëttle gëtt dat siichtbart Resultat ëmgedréint. D’Beweegung léist Sauerstoff aus der Loft am fräie Raum iwwer der Flëssegkeet, an de Sauerstoff reoxidéiert de reduzéierte Faarfstoff:

LMB (faarflos) + O2 -> MB (blo) + reduzéiert Sauerstoffprodukter

Wann d’Fläsch stoe bleift, gëtt de opgeléiste Sauerstoff verbraucht, d’Glukos reduzéiert de Faarfstoff nees, an d’Faarf verschwënnt. Iwwer vill Zyklen ass d’Nettochimie d’Oxidatioun vum Zocker duerch d’Loft, wärend de Faarfstoff als Redoxmediator onverännert tëscht senge Formen zirkuléiert. Et ass e Mediator an net e strikte Katalysator, well d’Zockeroxidatioun och ouni en ofleeft. An d’Verblasse ass keng Zersetzung: zerstéierte Faarfstoff kéint duerch d'Schëttle net nees blo ginn. Fir Faarfstoff-Stammléisungen tëscht Demonstratioune stabil ze halen, kuckt d’Hiweiser zur Handhabung a Lagerung vu Methylenblo-Léisungen.

Prozedur fir eng iwwerwaacht Demonstratioun

Dëst ass eng iwwerwaacht Demonstratioun, keng Aktivitéit fir doheem. D’Base erfuerdert Aeschutz, Händschen an eng Léierpersoun, déi fir d’Virbereedung an d’Botze verantwortlech ass. Zwou dokumentéiert Formuléierunge benotzen dee selwechte Prinzip, awer ënnerscheede sech an der Skala.

D’Instruktiounsblat fir d’Demonstratioun, wéi se vum Chimiedepartement vun der Indiana University publizéiert gouf, benotzt ongeféier 5 percent Kaliumhydroxid, 4 percent Glukos an 1 percent Methylenblo an enger wässerlecher Léisung. Gidd déiselwecht Volumë vun der Base- a Glukosléisung an eng transparent 250 oder 500 millilitre Fläsch, bis se hallef voll ass, a loosst de Rescht als Loftraum. Gitt e puer Drëpse Faarfstoff dobäi, maacht d’Fläsch zou, dicht d’Verbindung of a loosst se stoen, bis déi blo Faarf verschwënnt. D’Prozedur vun der Royal Society of Chemistry iwwerdréit dee selwechte Prinzip op eng zougestoppt 1 litre Kolb: 300 millilitres Waasser, 10 grams Glukos, 8 grams Kaliumhydroxid (oder 6 grams Natriumhydroxid), plus e puer millilitres vun enger verdënnter Faarfstoff-Stammléisung.

Fir d’Demonstratioun duerchzeféieren, kräfteg schëddelen. Déi voll blo Faarf entwéckelt sech bannent Sekonnen. Stellt d’Kolb of a moosst d’Zäit, bis d’Faarf verschwënnt. D’Royal Society of Chemistry bericht iwwer méi wéi zwanzeg Zyklen pro Fëllung. Fëllt d’Fläsch ni bis un de Rand: ouni agespaart Loft gëtt et keng Sauerstoffreserve, déi sech opléise kann.

Wat observéiert soll ginn, a wat den Zäitverlaf beaflosst

Moosst dräi Saachen: d’Schüttelzäit bis déi voll blo Faarf erreecht ass (seconds), d’Stoe bis d’Léisung faarflos ass (bis zu e puer Minutten), an d’Zuel vun den Zyklen, ier déi blo Faarf méi schwaach gëtt. Géint d’Enn vun all Verblasse soll d’Uewerfläch observéiert ginn. Eng dënn blo Schicht bleift dacks un der Grenz mat der Loft bestoen, wou weider Sauerstoff andiffundéiert. Dës Linn mécht Diffusioun sichtbar.

D’Reaktioun vun der bloer Fläsch befollegt dat empirescht Geschwindegkeetsgesetz, dat zesumme mat der Prozedur vun der Royal Society of Chemistry uginn ass: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. All Faktor kann als Experiment am Cours ënnersicht ginn. Méi Glukos, Base oder Faarfstoff verkierzt déi blo Period. Wäermt beschleunegt d’Verblasse; eng kal Kolb reagéiert méi lues. Méi staarkt Schëttle léist méi Sauerstoff, sou datt d’blo Faarf méi laang bestoe bleift. E méi grousse Loftraum verlängert d’Serie vun den Zyklen. Wann d’Zykle schliisslech méi schwaach ginn an d’Flëssegkeet gielzeg gëtt, ass den Zocker verbraucht a Nieweprodukter hu sech ugesammelt. Dësen Endpunkt ass selwer e Resultat, dat derwäert ass, festgehalen ze ginn.

Aarbechtsblat fir Observatiounen

Kopéiert dës Tabell an d’Notizbicher, eng Rei pro Versuch. Dëst Aarbechtsblat an d’Reaktiounsdiagramm uewen sinn déi dréckbar Materialien zu dësem Artikel.

Froe fir eng Prognos, déi virun all Versuch beäntwert ginn:

• D’Fläsch ass direkt nom Schëttle blo. Wéi eng Form vum Faarfstoff dominéiert, a wat huet si an dësen Zoustand bruecht?
• D’Fläsch steet an d’Faarf verschwënnt. Wéi eng Reaktioun dominéiert, a wéi en Zutat gëtt verbraucht?
• No ville Zyklen gëtt déi blo Faarf schwaach a gielzeg. Soll se mat Faarfstoff, Base oder Glukos reaktivéiert ginn, a firwat?
• Zeechent d’Faarf géint d’Zäit fir een Zyklus. Markéiert, wou Sauerstoff an d’Léisung erakënnt.

Äntwerte fir d’Léierpersoun: (1) oxidéiert Methylenblo, reoxidéiert duerch opgeléiste Sauerstoff aus dem Loftraum; (2) Reduktioun duerch Glukos, Glukos gëtt verbraucht; (3) Glukos, de limitéierenden Donor, well de Faarfstoff onverännert zirkuléiert; (4) staarken Opstig beim Schëttle, graduelle Réckgang beim Stoen, Sauerstoff trëtt nëmme beim Opstig an.

No verwandte Demonstratiounen, déi derwäert sinn ze nennen

Bei der Verkéiersluucht-Demonstratioun gëtt Indigo-Karmin benotzt, an duerch Sauerstoffzoufuhr wiesselt d’Faarf tëscht giel, rout a gréng. D’Bezeechnung gréng Fläsch gëtt net eenheetlech benotzt: heiansdo fir dës Variant, heiansdo fir méi gréng Formuléierungen, wéi Systemer mat Ascorbinsäure oder en enzymatescht Zyklussystem, dat vun der American Chemical Society beschriwwe gouf. Nennt ëmmer déi Variant, déi tatsächlech um Labordësch steet, fir datt d'Schüler d’Observatioune vu verschiddene chemesche Systemer net vermëschen.

Sécherheet an Handhabung

Duerchgoend Iwwerwaachung. Chemeschen Aeschutz géint Sprëtzer an Händsche beim Ëmgang mat der alkalescher Léisung oder beim Schëttle vum zougestoppte Gefäss. Base verursaacht Verbrennungen, de Faarfstoff mécht Flecken op Haut an Textilien, a Faarfstoff-Stammléisungen, déi mat Ethanol preparéiert goufen, bréngen zousätzlech e brennbart Léisungsmëttel op de Labordësch. Halt d’Gefäss beim Schëttle zougestoppt. Duerno sollen déi verbrauchte Léisunge fir d’Entsuergung no den eegene Laborreegele vun Ärer Institutioun zeréckbehale ginn. D’Ufuerderunge fir alkaleschen, faarfstoffhaltegen Offall ënnerscheede sech tëscht Institutiounen a Juridictiounen; befollegt dofir d’Prozedur vun Ärem eegene Labor amplaz eng vun enger anerer Quell ze iwwerhuelen.

Wann Dir Zuele statt Faarfännerunge wëllt, setzen quantitativ Analysë vu Methylenblo do un, wou dës Demonstratioun ophält.

Firwat Léierpersounen dës Fläsch weider benotzen

Eng eenzeg Kolb vereent véier Iddien. Redox gëtt zu enger Faarf amplaz nëmmen zu enger Definitioun. E Mediator weist, wéi eng Spuer vun enger Substanz Informatioun iwwer eng vill méi grouss Quantitéit vun enger anerer liwwert. Kinetik an Thermodynamik kënnen direkt visuell ënnerscheet ginn: Sauerstoff dominéiert, soulaang d'Schëttle fir seng Zufuhr suergt; Glukos dominéiert, wann dës Zufuhr ophält. An d’Diffusioun, ee vun de rouegste Prozesser an der Chimie, mécht déi ganz Demonstratioun méiglech, well all bloen Opluechte domat ufänkt, datt Sauerstoff vun der Loft an d’Waasser iwwertrëtt. Eng Demonstratioun, bei där Schüler dat alles mat enger Stoppauer an enger Tabell viraussoe kënnen, d’Zäit moosse kënnen an et erkläre kënnen, huet hir Plaz um Labordësch verdéngt.