د مېتیلین بلو او پرمنګنېټ خپرېدنه: د اګار تجربه څه ښيي

یو ښوونکی په اګار پلېټ کې دوه کندې جوړوي، یوه په آبي رنګ او بله په بنفش محلول ډکوي، او ټولګي ته وايي چې ننداره یې وکړي. یو ساعت وروسته بنفش کړۍ پراخه شوې وي. زده کوونکي لیکي چې پوټاشیم پرمنګنېټ له مېتیلین بلو څخه ژر خپرېږي، ځکه چې سپک دی.

دا جمله نیمه سمه او نیمه ګمراه کوونکې ده، او په زړه پورې برخه یې همدا ګمراه کوونکې نیمایي ده. دا ننداریزه تجربه د خپرېدنې یو معمول درس دی، چې د بېلګې په توګه په دې د اګار د خپرېدنې لابراتواري تمرین کې تشریح شوی؛ خو زده کوونکي د مالیکولي وزن اغېز نه ویني. هغوی په جېل کې د یوې لیدل کېدونکې رنګینې پولې حرکت ویني، چې د ایون اندازه، هایدرېشن، د رنګ تړل کېدل، غلظت، تودوخه او د پولې د اندازه کولو طریقه پرې اغېز کوي.

رنګینه پوله د خپرېدنې ضریب نه دی

خپرېدنه د حل شوو ذرو له لوړ غلظت څخه ټیټ غلظت ته خورېدل دي. د خپرېدنې ضریب، چې معمولاً په D لیکل کېږي، څرګندوي چې یو ټاکلی حل شوی مواد په یوه ټاکلي چاپېریال او ټاکلې تودوخه کې څومره ژر خپرېږي.

د ټولګي پلېټ D په مستقیم ډول نه ښيي. دا هغه پوله ښيي چې تر هغې هاخوا رنګ دومره تت شي چې نور نه لیدل کېږي. دا پوله د رنګ د رڼا جذبولو وړتیا، روښانتیا، د کامرې اکسپوژر، کندې ته اچول شوي غلظت او د خط‌کش نیوونکي کس د قضاوت، او همدارنګه خپله د خپرېدنې پورې تړلې ده.

د ټولګي اندازه هماغه وبولئ چې ده: د خپرېدنې د یوې لیدل کېدونکې مخکینۍ پولې حرکت. رسمي تحلیلونه د بې‌ځایه کېدو د مربع منځنی مقدار له D سره د هغو اړیکو له لارې تړي چې بڼه یې په د فیکي خپرېدنې تحلیل کې موندل کېږي؛ خو د معلوماتو له مخې د D ټاکل د وخت په اوږدو کې د غلظت پروفایلونو ته اړتیا لري، نه یوازې د ټولګي په پای کې یوه قطر ته. په یوې خپرې شوې ټولګیزې څېړنې کې، د وروستیو رنګینو داغونو د اندازو د پرتله کولو پر ځای د واټن مربع د وخت پر وړاندې په ګراف کې رسم شوی و، او په جېل کې د مېتیلین بلو د خپرېدنې ضریب نږدې 4.5 ضرب 10^-10 m^2/s ترلاسه شوی و. یو واحد انځور دا کار نه شي کولای.

د دې ننداریزې تجربې تر شا همدا مفهوم دی، او نور هر څه د دې جزییات دي چې پلېټ دا مفهوم څومره په سمه توګه څرګندوي.

دوه رنګین ایونونه، نه دوه مالیکولونه

له دې دوو حل شوو موادو څخه هېڅ یو هم په اګار کې د هغې فورمولې په بڼه نه خوځېږي چې پر بوتل چاپ شوې ده. دواړه قوي الکترولیتونه دي چې په اوبو کې په ایونونو جلا کېږي.

پوټاشیم پرمنګنېټ (KMnO4، فورمولي کتله یې شاوخوا 158.03 g/mol ده) په پوټاشیم ایونونو او پرمنګنېټ ایونونو جلا کېږي. بنفش خوځېدونکی ډول د پرمنګنېټ ایون MnO4^- دی، چې کتله یې شاوخوا 118.94 g/mol ده او د اوبو یوه پوښۍ ترې چاپېره ده. مېتیلین بلو کلورایډ (بې‌اوبو مالګه C16H18ClN3S، شاوخوا 319.85 g/mol) په کلورایډ او آبي عضوي کاتیون MB^+ جلا کېږي، چې کتله یې شاوخوا 284.41 g/mol ده او هغه هم هایدرېټ شوی دی. د مېتیلین بلو د NIST ثبت او د مېتیلین بلو د ChEBI ثبت دا بڼې مستندوي، او د کیمیا او جوړښت مرجع تشریح کوي چې ولې کاتیون، بې‌اوبو مالګه او هایدرېټونه جلا نومونو ته اړتیا لري.

له دې څخه درې پایلې راوتلې دي.

لومړی، د 158 او 320 پرتله د رنګینو ایونونو ترمنځ د اندازې ریښتینی توپیر تر واقعیت کم ښيي، ځکه چې بنفش ډول په شاوخوا 119 g/mol سره د آبي کاتیون په پرتله، چې شاوخوا 284 g/mol دی، ډېر کوچنی دی؛ او دواړه د هایدرېشن پوښۍ لري چې اغېزمنه اندازه یې زیاتوي.

دویم، د مېتیلین بلو کاتیونونه پر نورو موادو نښلي. د غلظت له زیاتېدو سره ډایمرونه او لویې راټولې شوې ډلې جوړوي، او د اګار پر سطحه جذبېږي؛ په د اګار د سطحي جذب څېړنو کې د مونومر او ډایمر دواړو تړل کېدل راپور شوي دي. پر سطحه جذب شوی رنګ پر خپل ځای پاتې کېږي. جېل رنګوي، خو مخکینۍ پوله نه وړاندې کوي.

درېیم، عام کیمیاوي پوډر یو هایدرېټ دی، نو یو تلل شوی ګرام یې په کریسټال کې اوبه هم لري. د ټرای‌هایدرېټ او بې‌اوبو بڼې پرتله ښيي چې دا مولاریت څنګه بدلوي. د ټولګي د یوې عادلانه پرتله لپاره، د مالګو محلولونه په برابر مولاري غلظت چمتو کړئ او ثبت کړئ چې کومه جامده بڼه کارول شوې وه.

ولې دلته سپکوالی د چټکتیا مانا نه لري

په رقیقو مایعاتو کې د کتلې په پرتله یو غوره لومړنی ماډل د سټوکس–آینشټاین تصور دی، چې پکې د خپرېدنې ضریب له تودوخې سره مستقیم او د ویسکوزیټۍ او هایدروډینامیکې شعاع له حاصل‌ضرب سره معکوس تناسب لري. کوچنۍ هایدرېټ شوې اندازه برلاسی لري. په یوه کیمیاوي کورنۍ کې ټیټه کتله ډېری وخت له کوچنۍ اندازې سره تړاو لري، نو سپکوالی د تشریح په څېر ښکاري. دا یو تړاو دی، نه میکانیزم.

د ګراهام قانون، چې وايي د ګاز د کوچني سوري له لارې د وتلو کچه د مولاري کتلې د مربع ریښې له معکوس سره تناسب لري، پر دې پلېټ نه تطبیقېږي. د دې قانون استنتاج د ګازونو له حرکي تیورۍ سره تړاو لري، چې په دې د ګازونو د وتلو او خپرېدنې په اړه د OpenStax تشریح کې لنډه شوې ده. په مایعاتو کې لزج مقاومت، هایدرېشن، د شکل اغېزې او د ذرو ګڼوالی هم ورزیاتېږي. په جېلونو کې د سورو جوړښت، د لارو کږلېچ، سطحي جذب او له پولیمر سره د برېښنايي چارج تعاملونه هم ورزیاتېږي.

شمېرې دا توپیر څرګندوي. که د ګراهام قانون پر 158 او 320 تطبیق شي، د سرعتونو نسبت شاوخوا 1.42 اټکل کوي. په اوبو کې د رقیقو محلولونو اندازه شوي د خپرېدنې ضریبونه بله کیسه کوي: د پرمنګنېټ لپاره نږدې 1.6 تر 1.8 ضرب 10^-9 m^2/s، او د مېتیلین بلو لپاره نږدې 4.5 تر 5 ضرب 10^-10 m^2/s؛ یعنې نسبت 3 یا 4 ته نږدې دی. یوازې کتله دا نسبت نه شي رامنځته کولای. هایدرېټ شوې اندازه، د ذرو راټولېدل او له جېل سره تړل کېدل پاتې توپیر تشریح کوي.

د «سپک یعنې چټک» نظر د داسې ماډل په توګه وګڼئ چې فرضونه لري: کروي ذرې، نه تړل کېدل، نه راټولېدل او یو شان شرایط. دا پلېټ لږ تر لږه له دغو دوو فرضونو سره سمون نه لري.

څنګه عادلانه پرتله ترسره کړو

دا ننداریزه تجربه د سافټویر په څېر له ستونزو سره مخ کېږي: بنسټیزه مفکوره سمه ده، خو له مفکورې څخه اندازې ته رسېدل له دامونو ډک دي. له دغو عواملو څخه هر یو ځواب بدلوي، بې له دې چې کومه مالیکولي ځانګړنه بدله کړي.

د اګار یوه جوپه په یوه شان ضخامت واچوئ، د کندو جوړولو یوه وسیله، د مایع برابر حجمونه او برابر مولاري غلظتونه وکاروئ. غلظتونه دومره ټیټ وساتئ چې د مېتیلین بلو د ذرو راټولېدل محدود شي او رنګ اشباع نه شي. د هر حل شوي موادو لپاره لږ تر لږه درې تکراري کندې جوړې کړئ او دومره واټن ورکړئ چې مخکینۍ پولې هېڅکله سره ونه لګېږي. لوښي پټ کړئ، هوار یې وساتئ او تودوخه ثابته وساتئ، ځکه چې په اګار کې د رنګ څېړنې له تودوخې او غلظت سره قوي تړاو ښيي. د ډکولو شېبه د وخت صفر وټاکئ، او تر اندازه کولو مخکې پوله تعریف کړئ: په عکس کې یو ثابت حد تر سترګیز اټکل غوره دی، ځکه چې د آبي او بنفش رنګونو د لیدلو حدونه توپیر لري. د هر داغ دوه یو پر بل عمودي قطرونه ثبت کړئ او منځنۍ شعاع ترې محاسبه کړئ، ځکه چې د شعاع او قطر ګډول د واټن د مربع هر ګراف د څلور په ضریب ناسموي.

نښې: کیڼ پینل د هرې مخکینۍ پولې لپاره له پاسه هغه شعاع ښيي چې د کندې له څنډې څخه د رنګ تر پولې اندازه شوې ده؛ ښی پینل د اګار مقطع، د کندې ژوروالی او بهر لوري ته د غلظت د تدریجي بدلون هالې ښيي؛ د نښو لارښود کنټرول شوي متغیرونه لېست کوي (د اګار سلنه، ضخامت، د رنګ مولاریت، حجم، د کندې اندازه، تودوخه، د وخت صفر، روښانتیا).

له هغو پدیدو سره احتیاط وکړئ چې د خپرېدنې په څېر ښکاري. د اګار پر سطحه د مایع تویېدل د چټکې خپرېدنې په څېر ښکاري او د اګار د کوچنیو کندو یو مستند تجربوي اختلال دی. پرمنګنېټ یو قوي اکسیدوونکی دی او د عضوي موادو د لږو پاتې شونو له خوا مصرفېدای شي، چې مخکینۍ پوله یې دروي یا بې‌رنګه کوي. مېتیلین بلو د اکسیدېشن–احیا په تعاملونو کې فعال دی او د رڼا یا احیا کوونکو شرایطو لاندې تتېدای شي؛ د مېتیلین بلو او د هغه د بې‌رنګه احیا شوې بڼې د اکسیدېشن–احیا کیمیا دا چلند تشریح کوي.

د حل کوونکي په اړه لنډه یادونه: په معیاري ننداریزه تجربه کې دواړه کندې اوبني محلولونه لري. که کومه کړنلاره حل کوونکی بدل کړي، لومړی د حل کېدو او د محلول د چمتو کولو لارښود وګورئ، ځکه چې د حل کېدو وړتیا او د ذرو راټولېدل له چاپېریال سره بدلېږي.

د ټولګي د مشاهدې کاري پاڼه

دا جدول په کتابچو کې نقل کړئ یا د هرې کندې لپاره یو قطار چاپ کړئ. د هر لوښي لپاره جلا جدول د تکراري تجربو ثبت دقیق ساتي.

د تحلیل لپاره، د هرې کندې د منځنۍ شعاع مربع د تېر شوي وخت پر وړاندې په ګراف کې رسم کړئ او د کرښو مېلانونه پرتله کړئ؛ د ګراف ترڅنګ د پولې تعریف هم ولیکئ. که ټولې شپږ منحني‌ګانې له خپل توپیر سره وښودل شي، ټولګی به دا توپیر د معلوماتو په توګه وګوري، نه د شرم د لامل په توګه.

خوندیتوب د کړنلارې برخه ده: دستکشې او د سترګو ساتونکي واغوندئ، ځکه چې مېتیلین بلو پر پوستکي او جامو داغونه پرېږدي او پرمنګنېټ یو اکسیدوونکی دی چې داغونه پرېږدي او خارښت رامنځته کوي. محلولونه خولې ته مه وړئ، د یوې پتنوس پر سر کار وکړئ، او پلېټونه او مایعات د سینک پر ځای د ښوونځي د کیمیاوي کثافاتو د دفع کولو له لارې لرې کړئ.

هغه جمله چې د لیکلو ارزښت لري

د اګار، غلظت او تودوخې په دې شرایطو کې، د پرمنګنېټ لیدل کېدونکې مخکینۍ پوله عموماً د مېتیلین بلو له مخکینۍ پولې څخه ژر خپرېږي. دا له دې سره سمون لري چې پرمنګنېټ د خپرېدنې لوی اغېزمن ضریب لري؛ تر ډېره ځکه چې هایدرېټ شوی ایون یې ډېر کوچنی دی او د مېتیلین بلو په څېر نه راټولېږي او نه له اګار سره تړل کېږي. دلته مالیکولي کتله د اندازې له دې توپیر سره تړاو لري، خو یوازې کتله په مایعاتو یا جېلونو کې د خپرېدنې سرعتونه نه ټاکي.

هغه ټولګی چې دا جمله لیکي، دوه شیان یې زده کړي دي: د دوو رنګینو ایونونو په اړه یو حقیقت، او دا عادت چې د یوې ننداریزې تجربې پر ظاهري پیغام له باور کولو مخکې وپوښتي چې په رښتیا څه اندازه کوي.