آرٽيڪل
نيري بوتل جو تجربو: ڪيميا، طريقو ۽ مشاهدا
هڪ صاف بوتل بينچ تي پيل آهي. اها پاڻي جهڙي نظر اچي ٿي. ڪو ان کي لوڏي ٿو، ۽ مائع چمڪدار نيرو ٿي وڃي ٿو. هيٺ رکي ڇڏڻ تي، هڪ يا ٻن منٽن اندر نيرو رنگ ختم ٿي وڃي ٿو. وري لوڏيو ته نيرو رنگ موٽي اچي ٿو. هڪ ڀيرو ڀريل بوتل سان اهو عمل ويهه ڀيرا يا وڌيڪ ورجائي سگهجي ٿو.
شاگرد اڪثر اندازو لڳائين ٿا ته بوتل ۾ ڪا شيءِ لڪل هئي، يا لوڏڻ سان ٻه تهه پاڻ ۾ مليا. ٻئي اندازا سکيا ڏيندڙ نموني غلط ثابت ٿين ٿا. رنگ هڪ ئي dye، methylene blue، مان اچي ٿو، جيڪو سڄي محلول ۾ موجود هوندو آهي. تبديلي اها ٿيندي آهي ته dye وٽ ڪيترا electrons آهن. هي مظاهرو نظر ايندڙ ريڊاڪس چڪر آهي، ۽ ڪلاس ۾ ڏسڻ جهڙو هر متغير، جهڙوڪ لوڏڻ جو وقت، temperature، concentration، ڪيميا جي هڪ جز سان سڌو لاڳاپيل آهي.
ساڳئي dye جون ٻه صورتون
Oxidised methylene blue هڪ هموار، مثبت charge وارو ring system آهي. اهو 600 کان 700 nanometres جي آس پاس روشني کي مضبوط نموني جذب ڪري ٿو، جنهن کي اک گهري نيري رنگ طور ڏسي ٿي. ٻنهي صورتن ۽ انهن جي spectra بابت methylene blue جي بناوت ۽ خاصيتن واري گائيڊ ۾ وضاحت ڪئي وئي آهي.
Reduction ٻه electrons ۽ هڪ proton شامل ڪري ٿي، جنهن سان leucomethylene blue ٺهي ٿو: بغير charge وارو، non-planar، ۽ عملي طور بي رنگ. Alkaline solution ۾ half-reaction هن ريت آهي MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. هي مرحلو مڪمل طور reversible آهي. نيرو مطلب oxidised، بي رنگ مطلب reduced، ۽ ٽريڪ ڪرڻ لاءِ ڪا ٽين حالت ناهي؛ انهيءَ ڪري هي ريڊاڪس ڪيميا سان پهرين واقفيت لاءِ صاف ۽ سادو مثال آهي.
چڪر: glucose reduce ڪري ٿو، oxygen ٻيهر oxidise ڪري ٿو
بوتل ۾ ڪم ڪندڙ ٽي ingredients آهن: methylene blue، glucose، ۽ مضبوط alkali، يعني potassium يا sodium hydroxide. Alkali، glucose کي reactive deprotonated صورتن ۾ آڻي ٿو جيڪي dye کي electrons ڏين ٿيون:
reducing sugar + MB (نيرو، oxidised) -> oxidised sugar products + LMB (بي رنگ)
هي سست مرحلو بوتل بيٺل هئڻ دوران رنگ صاف ڪري ٿو. Glucose sacrificial donor آهي ۽ خرچ ٿئي ٿو. Dye رڳو electrons منتقل ڪري ٿو، تنهن ڪري چند ڦڙا پوري بوتل لاءِ ڪافي ٿين ٿا. پراڻين ڪلاس روم وضاحتن ۾ چيو ويندو آهي ته glucose، gluconic acid ۾ بدلجي ٿو. اهو مختصر بيان مشاهدن جي اڳڪٿي ڪري ٿو، پر instructors کي ڄاڻڻ گهرجي ته اها وضاحت مڪمل ناهي: Royal Society Open Science ۾ شايع ٿيل mechanistic analysis oxidation کي هڪ reactive enediolate ذريعي اهڙي dicarbonyl تائين ٽريڪ ڪري ٿي، جيڪو ٽٽي ننڍن acids ۾ ورهائجي وڃي ٿو.
لوڏڻ سان نظر ايندڙ نتيجو وري ابتو ٿي وڃي ٿو. Agitation، بند headspace جي هوا مان oxygen کي محلول ۾ dissolve ڪري ٿي، ۽ oxygen reduced dye کي ٻيهر oxidise ڪري ٿي:
LMB (بي رنگ) + O2 -> MB (نيرو) + reduced oxygen products
بيهاري ڇڏڻ تي dissolved oxygen ختم ٿي وڃي ٿي، glucose dye کي ٻيهر reduce ڪري ٿو، ۽ رنگ ڦڪو ٿي ختم ٿئي ٿو. ڪيترن ئي چڪرن دوران مجموعي ڪيميا هوا وسيلي sugar جي oxidation آهي، جڏهن ته dye ريڊاڪس mediator طور بنا تبديلي چڪر هڻندو رهي ٿو. اهو strict catalyst بدران mediator آهي، ڇاڪاڻتہ sugar جي oxidation ان کان سواءِ به ٿئي ٿي، ۽ رنگ جو ڦڪو ٿيڻ decomposition ناهي: جيڪڏهن dye تباهه ٿي وڃي ها ته لوڏڻ سان ٻيهر زنده نه ٿي سگهي ها. مظاهرن جي وچ ۾ dye stocks کي مستحڪم رکڻ لاءِ methylene blue solutions جي handling ۽ storage بابت نوٽس ڏسو.
نگراني هيٺ مظاهري جو طريقو
هي نگراني هيٺ ڪيو ويندڙ مظاهرو آهي، گهريلو سرگرمي ناهي. Alkali لاءِ اکين جي حفاظت، gloves، ۽ اهڙو instructor ضروري آهي جيڪو تياري ۽ cleanup جي ذميواري سنڀالي. ٻه documented formulations بناوت ۾ ساڳيا آهن، پر scale ۾ مختلف آهن.
Indiana University جي chemistry department پاران شايع ڪيل demonstration جي instruction sheet ۾ تقريباً 5 percent potassium hydroxide، 4 percent glucose، ۽ 1 percent aqueous methylene blue استعمال ٿئي ٿو. Alkali ۽ glucose solutions جا برابر volumes هڪ شفاف 250 يا 500 millilitre بوتل ۾ ايترا وڌو جو اها اڌ ڀرجي وڃي، ۽ باقي حصو air headspace طور ڇڏي ڏيو. Dye جا چند ڦڙا وڌو، cap لڳايو، seam seal ڪريو، ۽ نيرو رنگ صاف ٿيڻ تائين بيهاري ڇڏيو. Royal Society of Chemistry جو procedure ساڳئي خيال کي 1 litre stoppered flask تائين scale ڪري ٿو: 300 millilitres پاڻي، 10 grams glucose، 8 grams potassium hydroxide (يا 6 grams sodium hydroxide)، ۽ dilute dye stock جا چند millilitres.
عمل ڪرڻ لاءِ زور سان لوڏيو. مڪمل نيرو رنگ seconds اندر ظاهر ٿئي ٿو. Flask هيٺ رکو ۽ رنگ ختم ٿيڻ جو وقت ماپيو. Royal Society of Chemistry هڪ filling سان ويهن کان وڌيڪ cycles رپورٽ ڪري ٿي. بوتل ڪڏهن به ڪنڌي تائين نه ڀريو: trapped air کان سواءِ dissolve ٿيڻ لاءِ oxygen جو ڪو ذخيرو نه رهندو.
ڇا ڏسڻو آهي، ۽ وقت کي ڇا بدلائي ٿو
ٽي شيون وقت سان ماپيو: مڪمل نيرو ٿيڻ تائين لوڏڻ (seconds)، بي رنگ ٿيڻ تائين بيهارڻ (up to a few minutes)، ۽ نيرو رنگ ڪمزور ٿيڻ کان اڳ cycles جو تعداد. هر fade جي آخر جي ويجهو سطح کي ڏسو. هڪ سنهو نيرو تهه اڪثر air interface تي رهجي وڃي ٿو، جتي oxygen اندر diffuse ٿيندي رهي ٿي. اها لڪير diffusion کي نظر ايندڙ بڻائي ٿي.
Blue bottle reaction، Royal Society of Chemistry جي procedure سان ڏنل empirical rate law تي هلي ٿي: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. هر term پاڻ هڪ classroom experiment آهي. وڌيڪ glucose، alkali، يا dye نيري period کي ننڍو ڪري ٿو. Warmth fade کي تيز ڪري ٿي؛ ٿڌو flask سست ٿي وڃي ٿو. وڌيڪ زور سان لوڏڻ سان وڌيڪ oxygen dissolve ٿئي ٿي، تنهن ڪري نيرو رنگ گهڻي دير رهي ٿو. وڏو headspace run کي ڊگهو ڪري ٿو. جڏهن cycles آخرڪار ڪمزور ٿين ۽ مائع پيلو ٿيڻ لڳي، sugar خرچ ٿي چڪي هوندي آهي ۽ side products گڏ ٿي چڪا هوندا آهن. اهو endpoint پاڻ به record ڪرڻ جهڙو نتيجو آهي.
مشاهدن جي ورڪ شيٽ
هي table notebooks ۾ نقل ڪريو، هر trial لاءِ هڪ row. هي worksheet ۽ مٿي ڏنل reaction diagram هن article جا printable assets آهن.
| Trial | تبديل ڪيل condition | Shake time (s) | مڪمل نيرو ٿيڻ جو وقت (s) | بي رنگ ٿيڻ جو وقت | Notes (رنگ جي گهراڻ، temperature) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | baseline | ||||
| 2 | |||||
| 3 |
هر trial کان اڳ جواب ڏيڻ لاءِ prediction questions:
- لوڏڻ کان فوراً پوءِ بوتل نيري آهي. ڪهڙي dye form غالب آهي، ۽ ان کي ان حالت ۾ ڇا آندو؟
- بوتل بيٺي آهي ۽ رنگ ڦڪو ٿي رهيو آهي. ڪهڙو reaction غالب آهي، ۽ ڪهڙو ingredient خرچ ٿي رهيو آهي؟
- ڪيترن cycles کان پوءِ نيرو رنگ هلڪو ۽ پيلو جهڙو ٿي وڃي ٿو. ان کي dye، alkali، يا glucose سان وري بحال ڪبو، ۽ ڇو؟
- هڪ cycle لاءِ وقت جي مقابلي ۾ رنگ جو خاڪو ٺاهيو. نشان لڳايو ته oxygen solution ۾ ڪٿي داخل ٿئي ٿي.
Instructor answers: (1) oxidised methylene blue، dissolved headspace oxygen ذريعي ٻيهر oxidise ٿيل؛ (2) glucose ذريعي reduction، glucose خرچ ٿئي ٿو؛ (3) glucose، limiting donor، ڇاڪاڻتہ dye بنا تبديلي cycle ڪري ٿو؛ (4) لوڏڻ تي تيز rise، بيهارڻ تي آهستي fall، oxygen entry رڳو rise دوران.
نالا وٺڻ جهڙا ويجها تجربا
Traffic light demonstration ۾ indigo carmine استعمال ٿئي ٿو ۽ oxygenation سان yellow، red، ۽ green مرحلن مان گذري ٿو. Green bottle نالو غير سخت انداز ۾ استعمال ٿيندو آهي: ڪڏهن ان variant لاءِ، ۽ ڪڏهن وڌيڪ سائي formulations لاءِ، جهڙوڪ ascorbic acid systems يا American Chemical Society پاران بيان ڪيل enzymatic cycling system. Bench تي جيڪو variant موجود هجي، ان جو نالو واضح ڪريو ته جيئن شاگرد مختلف chemistries جا observations پاڻ ۾ نه ملائين.
حفاظت ۽ handling
سڄي عمل دوران supervision ضروري آهي. Alkaline solution سنڀالڻ يا stoppered vessel لوڏڻ وقت chemical splash eye protection ۽ gloves استعمال ڪريو. Alkali burns ڪري سگهي ٿي، dye چمڙي ۽ ڪپڙي تي داغ ڇڏي ٿو، ۽ ethanol ۾ تيار ڪيل dye stocks bench تي flammable solvent به شامل ڪن ٿا. لوڏڻ وقت vessel کي stoppered رکو. پوءِ spent solutions کي پنهنجي institution جي laboratory rules مطابق handling لاءِ محفوظ رکو. Alkaline، dye-containing waste بابت requirements مختلف institutions ۽ jurisdictions ۾ مختلف هونديون آهن، تنهن ڪري ڪنهن ٻئي source جو procedure اختيار ڪرڻ بدران پنهنجي laboratory جو منظور ٿيل procedure استعمال ڪريو.
جيڪڏهن توهان رنگ جي تبديلين بدران انگن اکرن سان ماپ چاهيو ٿا، methylene blue لاءِ quantitative assays اتي کان اڳتي وڌن ٿا جتي هي demonstration ختم ٿئي ٿو.
استاد هي بوتل ڇو رکندا آهن
هڪ flask چار خيالن کي گڏ ڪري ٿو. Redox تعريف بدران رنگ بڻجي سامهون اچي ٿو. هڪ mediator ڏيکاري ٿو ته ڪنهن substance جي تمام ٿوري مقدار ٻئي substance جي وڏي مقدار بابت ڪيئن اطلاع ڏئي سگهي ٿي. Kinetics ۽ thermodynamics نظر ايندڙ نموني الڳ ٿين ٿا: لوڏڻ دوران oxygen جي فراهمي هجي ته oxygen غالب رهي ٿي، ۽ فراهمي بند ٿيڻ تي glucose غالب ٿي وڃي ٿو. ۽ diffusion، جيڪا chemistry جي سڀ کان خاموش processes مان هڪ آهي، سڄي مظاهري کي ممڪن بڻائي ٿي، ڇاڪاڻتہ هر نيري flash جي شروعات oxygen جي هوا مان پاڻي ۾ گذرڻ سان ٿئي ٿي. اهڙو demonstration جيڪو شاگردن کي stopwatch ۽ table سان انهن سڀني ڳالهين جي اڳڪٿي ڪرڻ، وقت ماپڻ، ۽ وضاحت ڪرڻ ڏئي ٿو، laboratory bench تي پنهنجي جاءِ جو حقدار آهي.