Ikwirakwira ry'ubururu bwa metilene na permanganate: icyo igerageza ryo muri agar ryerekana

Umwarimu acukura utwobo tubiri mu isahani irimo agar, akuzuza kamwe irangi ry'ubururu n'akandi igisubizo cy'ibara ry'umwura, maze agasaba abanyeshuri kwitegereza. Nyuma y'isaha imwe, uruziga rw'umwura ruba rwagutse kurushaho. Abanyeshuri bandika ko permanganate ya potasiyumu yirakwira vuba kurusha ubururu bwa metilene kuko ifite misa nto.

Iyo nteruro ni ukuri ku ruhande rumwe, ariko ku rundi irayobya, kandi urwo ruhande ruyobya ni rwo rushishikaje. Iri gerageza ni isomo risanzwe ry'ikwirakwira, risobanurwa urugero muri uyu mwitozo wo muri laboratwari ku ikwirakwira muri agar, ariko icyo abanyeshuri babona si misa ya molekile iri kugira icyo ikora. Ni urugendo rw'urubibi rw'ibara rugaragara runyura muri jeli, rukagenwa n'ingano ya iyoni, amazi ayikikije, ifatirwa ry'irangi, konsantrasiyo, ubushyuhe n'uburyo urwo rubibi rupimwa.

Urubibi rw'ibara si igipimo cy'ikwirakwira

Ikwirakwira ni ugukwirakwira kw'uduce tw'ikintu cyashongeye mu kindi, tuva ahari konsantrasiyo nyinshi tujya ahari nke. Igipimo cy'ikwirakwira, akenshi cyandikwa D, gisobanura umuvuduko iryo kwirakwira ribaho ku kintu runaka cyashongeye mu cyakira runaka, ku bushyuhe runaka.

Isahani ikoreshwa mu ishuri ntiyerekana D mu buryo butaziguye. Yerekana urubibi ibara rirengaho rikaba ryerurutse cyane ku buryo ritakigaragara. Urwo rubibi rushingira ku bushobozi bw'irangi bwo gukurura urumuri, ku rumuri ruhari, ku ngano y'urumuri kamera yakira, kuri konsantrasiyo yashyizwe mu kobo no ku buryo umuntu ufite agacamurongo abona ibintu, ndetse no ku ikwirakwira ubwaryo.

Icyo mupima mu ishuri mukite uko kiri: urugendo rw'urubibi rugaragara rw'ikwirakwira. Isesengura rishingiye ku mibare rihuza impuzandengo ya kare y'intera uduce twimukiyemo na D, rikoresheje amasano nk'ayo dusanga mu isesengura ry'ikwirakwira rikurikiza amategeko ya Fick, ariko kubara D ihuye n'ibyapimwe bisaba kumenya uko konsantrasiyo ihinduka ahantu hatandukanye uko igihe kigenda, aho gukoresha umurambararo umwe gusa wapimwe isomo rirangiye. Ubushakashatsi bumwe bwo mu ishuri bwatangajwe bwabonye ubushobozi bwo kwirakwira bw'ubururu bwa metilene muri jeli bugera hafi kuri 4.5 inshuro 10^-10 m^2/s, bushushanya kare y'intera ugereranyije n'igihe, aho kugereranya ingano ya nyuma y'ibiziga by'amabara. Ifoto imwe yafashwe mu kanya kamwe ntishobora gukora uwo murimo.

Icyo ni cyo gitekerezo iri gerageza rishingiyeho, naho ibindi byose ni ibisobanuro by'uko isahani irigaragaza mu buryo bwizewe.

Iyoni ebyiri zifite amabara, si molekile ebyiri

Nta na kimwe muri ibyo bintu byashongejwe kigenda muri agar kikiri mu buryo bwa fomyula yanditse ku icupa. Byombi ni elektrolite zikomeye zitandukana mo iyoni mu mazi.

Permanganate ya potasiyumu (KMnO4, misa ya fomyula igera kuri 158.03 g/mol) itandukana mo iyoni za potasiyumu n'iza permanganate. Igice kigenda gifite ibara ry'umwura ni iyoni ya permanganate MnO4^-, ifite misa igera kuri 118.94 g/mol, ikikijwe n'urwego rw'amazi. Kiloride y'ubururu bwa metilene (umunyu utarimo amazi C16H18ClN3S, ugira hafi 319.85 g/mol) itandukana mo kiloride na katiyoni ngenga y'ubururu MB^+, ifite misa igera kuri 284.41 g/mol, na yo ikikijwe n'amazi. Inyandiko ya NIST ku bururu bwa metilene n'inyandiko ya ChEBI ku bururu bwa metilene zisobanura ubwo buryo, naho inyandiko ku butabire n'imiterere yabwo isobanura impamvu katiyoni, umunyu utarimo amazi n'imyunyu ifite amazi mu kristalo bikenera amazina atandukanye.

Ibyo bigira ingaruka eshatu.

Icya mbere, kugereranya 158 na 320 bigabanya mu bigaragara itandukaniro nyaryo ry'ingano hagati y'iyoni zifite amabara, kuko iyoni y'umwura ifite hafi 119 g/mol ari nto cyane ugereranyije na katiyoni y'ubururu ifite hafi 284 g/mol, kandi zombi zikaba zikikijwe n'inzego z'amazi zongera ingano zigira mu rugendo.

Icya kabiri, katiyoni z'ubururu bwa metilene zifata ku bintu. Uko konsantrasiyo yiyongera, zifatana ari ebyiri zikaba dimere, cyangwa nyinshi zikaba amatsinda manini, kandi zifata ku buso bwa agar; ifatirwa rya monomere n'irya dimere byombi ryagaragajwe mu bushakashatsi ku ifatirwa ku buso bwa agar. Irangi ryafashe ku buso riguma hamwe. Riha jeli ibara ariko ntiriteza urubibi imbere.

Icya gatatu, ifu isanzwe ikoreshwa nk'ikinyabutabire iba ifite amazi mu kristalo, bityo garama yapimwe iba irimo ayo mazi. Igereranya ry'uburyo bufite molekile eshatu z'amazi n'ubutarimo amazi ryerekana uko ibyo bihindura konsantrasiyo ya mol. Kugira ngo igereranya ryo mu ishuri ribe riboneye, tegura ibisubizo bifite konsantrasiyo ya mol ingana y'iyo myunyu, kandi wandike uburyo bw'ikintu gikomeye bwakoreshejwe.

Impamvu kugira misa nto bitavuze kwirakwira vuba hano

Mu bisukika birimo konsantrasiyo nke, icyitegererezo cy'ibanze kiruta gukoresha misa ni icya Stokes-Einstein, aho ubushobozi bwo kwirakwira bugendana n'ubushyuhe bugabanyijwe n'ubwivange bw'igisukika na radiyusi y'agace igihe kagenda muri icyo gisukika. Agace gafite ingano nto iyo gakikijwe n'amazi ni ko kirakwira vuba. Mu muryango umwe w'ibinyabutabire, misa nto akenshi ijyana n'ingano nto, bityo kugira misa nto bikaba byasa n'ibisobanura umuvuduko. Ni isano y'ibintu bibiri, si uburyo igikorwa kibaho.

Itegeko rya Graham, rivuga ko umuvuduko gazi isohokeraho mu mwenge muto ugendana n'ikinyuranyo cy'umuzi wa kare wa misa ya mole, ntirigenga iyi sahani. Uburyo ribarwa bushingiye ku nyigisho y'urugendo rw'uduce twa gazi, ivunagurwa muri iyi nyandiko ya OpenStax ku gusohoka mu mwenge muto no kwirakwira kwa gazi. Mu bisukika hiyongeramo ukurwanywa guterwa n'ubwivange, amazi akikije uduce, ingaruka z'imiterere n'ubucucike bw'uduce. Muri jeli hiyongeramo imiterere y'utwenge, inzira zigoramye, ifatirwa ku buso n'imikoranire y'amashanyarazi y'uduce na polimere.

Imibare igaragaza iryo tandukaniro. Itegeko rya Graham rikoreshejwe kuri 158 ugereranyije na 320 riteganya igipimo cy'imivuduko kingana hafi na 1.42. Ubushobozi bwo kwirakwira bwapimwe mu mazi arimo konsantrasiyo nke bwerekana ibindi: permanganate igira hafi 1.6 kugeza kuri 1.8 inshuro 10^-9 m^2/s, naho ubururu bwa metilene bukagira hafi 4.5 kugeza kuri 5 inshuro 10^-10 m^2/s, bikaba igipimo cyegereye 3 cyangwa 4. Misa yonyine ntishobora gutanga icyo gipimo. Ingano y'uduce dukikijwe n'amazi, ukwifatanya kwabwo n'ifatirwa kuri jeli ni byo bisobanura igice gisigaye.

Igitekerezo cy'uko kugira misa nto bitera kwirakwira vuba gifate nk'icyitegererezo gifite ibyo gishingiraho: uduce tw'umubumbe, tutagira aho dufata, tutifatanya, kandi turi mu bihe bimwe. Ibyibura bibiri muri ibyo ntibiba byujujwe muri iyi sahani.

Uko wakora igereranya riboneye

Iri gerageza rishobora kunanirwa nk'uko porogaramu ya mudasobwa inanirwa: igitekerezo cy'ibanze kiba ari cyiza, ariko kugihindura ibipimo bikaba byuzuye imitego. Buri kimwe muri ibi bihindura igisubizo nta na kimwe bihinduye ku miterere ya molekile.

Koresha agar yateguriwe rimwe, uyisuke ku mubyimba umwe, ukoreshe igikoresho kimwe cyo gucukura utwobo, ingano zingana z'ibisukika, konsantrasiyo za mol zingana, na konsantrasiyo nto bihagije kugira ngo zigabanye ukwifatanya k'ubururu bwa metilene kandi zitume ibara ritaba ryinshi cyane. Cukura nibura utwobo dutatu two gusubiramo igerageza kuri buri kintu gishongejwe, utwatandukanye bihagije kugira ngo imbibi z'ikwirakwira zitazigera zihura. Pfuka amasahani, uyagumishe atambitse, kandi ugumishe ubushyuhe ku rugero rumwe, kuko ubushakashatsi ku marangi muri agar bwerekana ko bushingira cyane ku bushyuhe na konsantrasiyo. Igihe cyo gutangira ukigene nk'akanya ko kuzuza akobo, kandi usobanure urubibi mbere yo gupima: igipimo gihoraho cyo gutandukanya ibara ku ifoto kiruta urubibi rwemejwe n'amaso gusa, kuko ubururu n'umwura bifite imipaka itandukanye y'uko amaso ashobora kubibona. Kuri buri ruziga rw'ibara, andika imirambararo ibiri ikora inguni igororotse hagati yayo, maze uyihinduremo impuzandengo ya radiyusi, kuko kwitiranya radiyusi n'umurambararo bituma igishushanyo cyose cya kare y'intera kigira ikosa ry'inshuro enye.

Ibisobanuro: igice cy'ibumoso cyerekana radiyusi ipimwa urebera hejuru, kuva ku rubibi rw'akobo kugera ku rubibi rw'ibara kuri buri kwirakwira; igice cy'iburyo cyerekana agar ikasemo, ubujyakuzimu bw'akobo n'inziga ziyikikije zerekana uko konsantrasiyo igabanuka ugana hanze; urufunguzo rw'igishushanyo rutondeka ibihinduka bigumishwa ku rugero rumwe (ijanisha rya agar, umubyimba, konsantrasiyo ya mol y'irangi, ingano y'igisukika, ingano y'akobo, ubushyuhe, igihe cyo gutangira, urumuri).

Witondere ibisa n'ikwirakwira kandi atari ryo. Igisukika kimena kigatemba ku buso bwa agar gisa n'ikwirakwira ryihuta, kandi iyi ni ingaruka y'igerageza yanditsweho ku twobo duto twa agar. Permanganate ni ikinyabutabire gikomeye gitera okisidasiyo kandi ishobora gukoreshwa igashira mu mikoranire n'udusigisigi tw'ibinyabutabire ngenga, bikadindiza urubibi rwayo cyangwa bigatuma ibara ryarwo rishira. Ubururu bwa metilene bugira uruhare mu mikoranire ya okisidasiyo na redigisiyo kandi ibara ryabwo rishobora kugabanuka mu rumuri cyangwa mu bihe bitera redigisiyo; ubutabire bwa okisidasiyo na redigisiyo bw'ubururu bwa metilene n'uburyo bwabwo butagira ibara nyuma ya redigisiyo bisobanura iyo myitwarire.

Icyitonderwa kigufi ku gisukika gishongesha: utwobo twombi mu igerageza risanzwe tuba turimo ibisubizo byateguriwe mu mazi. Niba amabwiriza y'igerageza ahinduye igisukika gishongesha, banza usome imfashanyigisho ku bushobozi bwo gushonga no gutegura ibisubizo, kuko ubushobozi bwo gushonga n'ukwifatanya kw'uduce bihinduka bitewe n'igisukika birimo.

Urupapuro rwo kwandikaho ibyitegerejwe mu ishuri

Andukura iyi mbonerahamwe mu makayi cyangwa ucape umurongo umwe kuri buri kobo. Gukoresha imbonerahamwe imwe kuri buri sahani bituma ibyavuye mu isubiramo ry'igerageza byandikwa neza.

Mu isesengura, shushanya kare y'impuzandengo ya radiyusi ugereranyije n'igihe cyashize kuri buri kobo, maze ugereranye ubuhaname bw'imirongo, wandike iruhande rw'igishushanyo uko urubibi rwasobanuwe. Iyo imirongo yose uko ari itandatu yerekanwe hamwe n'uko itandukanye, abanyeshuri babona itandukaniro nk'amakuru y'igerageza aho kuribona nk'ikintu giteye isoni.

Umutekano ni igice cy'amabwiriza y'igerageza: ambara uturindantoki n'ibirinda amaso, kuko ubururu bwa metilene busiga ibara ku ruhu no ku myambaro, naho permanganate ikaba ikinyabutabire gitera okisidasiyo, gisiga ibara kandi gishobora kurakaza uruhu. Ntukareke ibisubizo bigera mu kanwa, korera hejuru y'agatara, kandi ujugunye amasahani n'ibisukika ukurikije uburyo ishuri rikoresha mu gukuraho imyanda y'ibinyabutabire, aho kubisuka mu mwobo wo koza.

Interuro ikwiye kwandikwa

Muri ibi bihe bya agar, konsantrasiyo n'ubushyuhe, urubibi rugaragara rwa permanganate akenshi rwaguka vuba kurusha urw'ubururu bwa metilene. Ibyo bihuye n'uko permanganate ifite ubushobozi bwo kwirakwira burushaho kuba bunini muri ayo mabwiriza, ahanini kuko iyoni yayo ikikijwe n'amazi ari nto cyane kandi itifatanya cyangwa ngo ifate kuri agar nk'uko ubururu bwa metilene bubikora. Misa ya molekile ijyana n'iryo tandukaniro ry'ingano hano, ariko misa yonyine ntigena umuvuduko w'ikwirakwira mu bisukika cyangwa muri jeli.

Abanyeshuri bandika iyo nteruro baba bize ibintu bibiri: ukuri ku iyoni ebyiri zifite amabara, n'ingeso yo kubaza icyo igerageza ripima mbere yo kwizera icyo risa n'aho rivuga.