Цэнхэр лонхны туршилт: хими, аргачлал ба ажиглалт

Тунгалаг лонх лабораторийн ширээн дээр байна. Ус шиг харагдана. Хэн нэгэн сэгсрэхэд шингэн тод цэнхэр болно. Тавьж орхиход нэг эсвэл хоёр минутын дотор цэнхэр өнгө арилна. Дахин сэгсрэхэд цэнхэр өнгө эргэн гарч ирнэ. Нэг удаа бэлтгэсэн уусмалаар үүнийг хорь болон түүнээс олон удаа давтаж болно.

Сурагчид ихэвчлэн лонхон дотор ямар нэг зүйл нуугдсан байсан, эсвэл сэгсрэхэд хоёр үе холилдсон гэж таамагладаг. Аль аль таамаг нь буруу бөгөөд үүгээрээ сургамжтай. Өнгө нь бүх уусмалд тархсан нэг будагч бодис болох метилен хөхөөс үүснэ. Өөрчлөгдөж буй зүйл нь будагч бодис хэдэн электрон агуулж байгаа явдал. Энэ үзүүлэн нь исэлдэн ангижрах мөчлөгийг нүдэнд харагддаг болгосон хэлбэр бөгөөд ангид ажиглаж болох сэгсрэх хугацаа, температур, концентраци зэрэг хувьсагч бүр химийн тодорхой хүчин зүйлтэй шууд холбоотой.

Нэг будагч бодисын хоёр хэлбэр

Исэлдсэн метилен хөх нь хавтгай, эерэг цэнэгтэй цагирагт бүтэцтэй. Энэ нь 600 to 700 nanometres орчимд гэрлийг хүчтэй шингээдэг бөгөөд нүд үүнийг гүн цэнхэр өнгө гэж хардаг. Хоёр хэлбэр болон тэдгээрийн спектрийн талаар метилен хөхийн бүтэц ба шинж чанарын гарын авлагад тайлбарласан.

Ангижрах үед хоёр электрон болон нэг протон нэмэгдэж, цэнэггүй, хавтгай бус, бараг өнгөгүй лейкометилен хөх үүснэ. Шүлтлэг уусмалд хагас урвалыг MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH- гэж бичнэ. Энэ шат бүрэн буцаах боломжтой. Цэнхэр өнгө нь исэлдсэн, өнгөгүй байдал нь ангижирсан хэлбэрийг илэрхийлдэг бөгөөд хянах гурав дахь төлөв байхгүй. Иймээс энэ нь исэлдэн ангижрах химитэй анх танилцахад ойлгомжтой жишээ болдог.

Мөчлөг: глюкоз ангижруулж, хүчилтөрөгч дахин исэлдүүлнэ

Лонхонд гурван үндсэн найрлага байна: метилен хөх, глюкоз, мөн хүчтэй шүлт болох калийн эсвэл натрийн гидроксид. Шүлт нь глюкозыг электрон будагч бодист өгөх чадвартай идэвхтэй, протонгүйжсэн хэлбэрүүдэд шилжихэд дэмжлэг үзүүлнэ:

ангижруулагч сахар + MB (цэнхэр, исэлдсэн) -> исэлдсэн сахарын бүтээгдэхүүнүүд + LMB (өнгөгүй)

Энэ удаан шат нь лонх хөдөлгөөнгүй байх үед өнгийг арилгана. Глюкоз нь зарцуулагдах электрон донор бөгөөд урвалын явцад хэрэглэгдэнэ. Будагч бодис зөвхөн электроныг зөөвөрлөдөг тул хэдхэн дусал нь бүтэн лонхонд хангалттай. Хуучин сургалтын тайлбаруудад глюкоз глюконы хүчил болдог гэж дурддаг. Энэ товчилсон тайлбар ажиглагдах үр дүнг зөв таамагладаг ч бүрэн биш гэдгийг багш нар мэдэх хэрэгтэй: Royal Society Open Science-д нийтлэгдсэн механизмын шинжилгээ нь исэлдэлт идэвхтэй энедиолатын завсрын төлөвөөр дамжин, дараа нь жижиг хүчлүүдэд задардаг дикарбонил үүсэх хүртэлх замыг мөрдөн тайлбарласан.

Сэгсрэхэд харагдах үр дүн эсрэгээрээ болно. Хөдөлгөөн нь лонхны дээд хэсэгт баригдсан агаараас хүчилтөрөгчийг уусгаж, хүчилтөрөгч ангижирсан будагч бодисыг дахин исэлдүүлнэ:

LMB (өнгөгүй) + O2 -> MB (цэнхэр) + ангижирсан хүчилтөрөгчийн бүтээгдэхүүнүүд

Хөдөлгөөнгүй орхиход ууссан хүчилтөрөгч дуусаж, глюкоз будагч бодисыг дахин ангижруулснаар өнгө бүдгэрнэ. Олон мөчлөгийн нийлбэр үр дүн нь агаараар сахарыг исэлдүүлэх явдал бөгөөд будагч бодис өөрөө өөрчлөгдөхгүйгээр исэлдэн ангижрах медиаторын үүргээр мөчлөгдөнө. Энэ нь яг утгаараа катализатор биш, медиатор юм. Учир нь сахарын исэлдэлт түүнгүйгээр ч явагдана. Мөн өнгө бүдгэрэх нь задрал биш: хэрэв будагч бодис устсан бол сэгсрэхэд өнгө нь дахин сэргэх боломжгүй. Үзүүлэнгийн хооронд будагч бодисын нөөц уусмалыг тогтвортой хадгалах талаар метилен хөхийн уусмалыг хэрэглэх ба хадгалах тэмдэглэлээс үзнэ үү.

Хяналттай үзүүлэн хийх аргачлал

Энэ бол гэр ахуйн туршилт биш, хяналттай үзүүлэн юм. Шүлттэй ажиллахад нүдний хамгаалалт, бээлий, мөн бэлтгэл ба цэвэрлэгээг хариуцах багш шаардлагатай. Баримтжуулсан хоёр арга ижил үндсэн бүтэцтэй боловч хэмжээгээрээ ялгаатай.

Indiana University-ийн химийн тэнхимээс нийтэлсэн үзүүлэнгийн зааварт ойролцоогоор 5 percent калийн гидроксид, 4 percent глюкоз, 1 percent усан метилен хөхийн уусмал ашигладаг. Шүлт болон глюкозын уусмалаас ижил эзлэхүүнийг тунгалаг 250 or 500 millilitre лонхонд хийж, хагас хүртэл дүүргээд үлдсэн хэсгийг агаарын зай болгон үлдээнэ. Хэдэн дусал будагч бодис нэмээд таглаж, холбоосыг битүүмжилж, цэнхэр өнгө арилтал хөдөлгөөнгүй байлгана. Royal Society of Chemistry-ийн аргачлал ижил санааг 1 litre таглаатай колбонд хэрэглэхээр томруулсан: 300 millilitres ус, 10 grams глюкоз, 8 grams калийн гидроксид (эсвэл 6 grams натрийн гидроксид), дээр нь хэдэн millilitres шингэрүүлсэн будагч бодисын нөөц уусмал.

Гүйцэтгэхдээ хүчтэй сэгсэрнэ. Хэдхэн секундэд бүрэн цэнхэр өнгө үүснэ. Колбыг тавиад өнгө бүдгэрэх хугацааг хэмж. Royal Society of Chemistry нэг удаагийн бэлтгэлээр хорь гаруй мөчлөг хийх боломжтой гэж мэдээлсэн. Лонхыг хэзээ ч амсар хүртэл нь бүү дүүргэ: дотор нь агаарын зай байхгүй бол уусах хүчилтөрөгчийн нөөц байхгүй.

Юуг ажиглах, хугацаанд юу нөлөөлөх вэ

Гурван зүйлийн хугацааг хэмж: бүрэн цэнхэр болтол сэгсрэх хугацаа (секунд), өнгөгүй болтол хөдөлгөөнгүй байлгах хугацаа (хэдэн минут хүртэл), мөн цэнхэр өнгө сулрах хүртэлх мөчлөгийн тоо. Өнгө бүдгэрэх мөчлөг бүрийн төгсгөлд гадаргууг ажигла. Агаартай зааг дээр хүчилтөрөгч үргэлжлэн диффузлэдэг тул нимгэн цэнхэр үе хэсэг хугацаанд үлдэх нь элбэг. Энэ шугам бол диффузийг нүдэнд харагддаг болгосон дүр зураг юм.

Цэнхэр лонхны урвал нь Royal Society of Chemistry-ийн аргачлалтай хамт мэдээлсэн туршилтын хурдны хуулийг дагана: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Гишүүн бүрийг ангийн туршилтын хувьсагч болгож болно. Глюкоз, шүлт эсвэл будагч бодис ихсэхэд цэнхэр хэвээр байх хугацаа богиносно. Дулаан нь өнгө бүдгэрэхийг хурдасгана; хүйтэн колбонд урвал удааширна. Илүү хүчтэй сэгсрэхэд илүү их хүчилтөрөгч уусах тул цэнхэр өнгө удаан хадгалагдана. Илүү том агаарын зай туршилтын үргэлжлэх хугацааг уртасгана. Эцэст нь мөчлөгүүд суларч, шингэн шаргалтах үед сахар зарцуулагдаж дууссан бөгөөд хажуугийн бүтээгдэхүүнүүд хуримтлагдсан байна. Энэ төгсгөлийн цэг өөрөө тэмдэглэж авах үнэ цэнтэй үр дүн юм.

Ажиглалтын ажлын хуудас

Энэ хүснэгтийг дэвтэртээ хуулж, туршилт бүрт нэг мөр ашигла. Энэ ажлын хуудас болон дээрх урвалын схем нь энэ нийтлэлийн хэвлэх боломжтой материалууд юм.

Туршилт бүрийн өмнө хариулах таамаглалын асуултууд:

• Лонх сэгсэрсний дараа шууд цэнхэр байна. Будагч бодисын аль хэлбэр давамгайлж байна, түүнийг юу энэ төлөвт оруулсан бэ?
• Лонх хөдөлгөөнгүй байхад өнгө нь бүдгэрнэ. Аль урвал давамгайлж байна, аль найрлага зарцуулагдаж байна вэ?
• Олон мөчлөгийн дараа цэнхэр өнгө бүдэг, шаргал болно. Үүнийг будагч бодис, шүлт эсвэл глюкозын алинаар сэргээх вэ, яагаад?
• Нэг мөчлөгийн өнгө-хугацааны график зур. Хүчилтөрөгч уусмалд хаана орж байгааг тэмдэглэ. Багшийн хариулт: (1) исэлдсэн метилен хөх, дээд агаарын зайнаас ууссан хүчилтөрөгчөөр дахин исэлдсэн; (2) глюкозоор ангижрах урвал, глюкоз зарцуулагдана; (3) глюкоз, хязгаарлагч донор, учир нь будагч бодис өөрчлөгдөхгүйгээр мөчлөгдөнө; (4) сэгсрэх үед огцом өсөж, хөдөлгөөнгүй байхад аажмаар буурна, хүчилтөрөгч зөвхөн өсөлтийн үед орно.

Нэрлэж мэдэх хэрэгтэй ойролцоо хувилбарууд

Traffic light үзүүлэнд indigo carmine ашиглаж, хүчилтөрөгчжүүлэх явцад шар, улаан, ногоон өнгийн дарааллаар шилжинэ. Green bottle гэсэн нэрийг тогтсон бус утгаар хэрэглэдэг: заримдаа дээрх хувилбарыг, заримдаа аскорбины хүчлийн систем зэрэг илүү ногоон өнгөтэй найрлага эсвэл American Chemical Society-ийн тайлбарласан ферментийн мөчлөгт системийг ингэж нэрлэдэг. Сурагчид өөр өөр химийн системийн ажиглалтыг хооронд нь хольж ойлгохгүй байхын тулд ширээн дээр байгаа хувилбарыг яг нэрээр нь нэрлэ.

Аюулгүй ажиллагаа ба харьцах арга

Бүх хугацаанд хяналттай ажиллана. Шүлтлэг уусмалтай харьцах эсвэл таглаатай савыг сэгсрэх үед химийн цацалтаас хамгаалах нүдний хэрэгсэл болон бээлий хэрэглэнэ. Шүлт түлэгдэлт үүсгэдэг, будагч бодис арьс болон даавуунд толбо тогтоодог, харин этанолоор бэлтгэсэн будагч бодисын нөөц уусмал нь лабораторийн ширээн дээр шатамхай уусгагч нэмнэ. Сэгсрэх үед савыг таглаатай байлга. Дараа нь ашиглагдсан уусмалыг өөрийн байгууллагын лабораторийн дүрмийн дагуу зохицуулахаар хадгал. Шүлтлэг, будагч бодис агуулсан хаягдлын шаардлага байгууллага болон хууль эрх зүйн харьяаллаас хамаарч өөр байдаг тул өөр эх сурвалжийн журмыг шууд хуулбарлахын оронд танай лабораторид мөрддөг журмыг дага.

Хэрэв өнгөний өөрчлөлтөөс илүү тоон үзүүлэлт хэрэгтэй бол метилен хөхийн тоон шинжилгээний аргууд энэ үзүүлэнгийн дараагийн шат болно.

Багш нар яагаад энэ лонхыг үргэлж ашигладаг вэ

Нэг колбо дөрвөн санааг нэг дор харуулдаг. Исэлдэн ангижрах ойлголт тодорхойлолт биш, өнгө болж харагдана. Медиатор нь нэг бодисын маш бага хэмжээ нөгөө бодисын их хэмжээг хэрхэн илтгэж болохыг харуулна. Кинетик ба термодинамикийн ялгаа нүдэнд харагдана: сэгсрэх үед хүчилтөрөгч нийлүүлэгдэж байгаа цагт хүчилтөрөгчийн үйлчлэл давамгайлж, нийлүүлэлт зогсоход глюкозын ангижруулах үйлчлэл давамгайлна. Харин химийн хамгийн чимээгүй процесс болох диффуз бүх үзүүлэнг эхлүүлдэг, учир нь цэнхэр өнгө дахин үүсэх бүрд эхлээд хүчилтөрөгч агаараас ус руу шилжинэ. Сурагчид секундомер болон хүснэгт ашиглан энэ бүхнийг таамаглаж, хугацааг нь хэмжиж, тайлбарлаж чаддаг үзүүлэн лабораторийн ширээн дээр байр сууриа эзлэх бүрэн үндэслэлтэй.