ලිපිය
නිල් බෝතල් පරීක්ෂණය: රසායනය, ක්‍රියාපටිපාටිය සහ නිරීක්ෂණ
පැහැදිලි බෝතලයක් පරීක්ෂණ මේසය මත තිබේ. එය ජලය මෙන් පෙනේ. කෙනෙකු එය සෙලවූ විට ද්‍රවය දීප්තිමත් නිල් පැහැයට හැරේ. නැවත තැබූ විට මිනිත්තුවක් හෝ දෙකක් ඇතුළත නිල් පැහැය අතුරුදහන් වේ. නැවත සෙලවූ විට නිල් පැහැය ආපසු පැමිණේ. එක් වරක් පිරවූ බෝතලයකින් මෙය විසි වතාවක් හෝ ඊට වැඩි වාර ගණනක් නැවත කළ හැක.
සාමාන්‍යයෙන් ශිෂ්‍යයන් අනුමාන කරන්නේ බෝතලය තුළ යමක් සැඟවී තිබුණා හෝ සෙලවීමෙන් ස්ථර දෙකක් මිශ්‍ර වුණා කියාය. අනුමාන දෙකම වැරදි වන අතර ඒවායෙන් ඉගෙනීමට දෙයක් තිබේ. පැහැය ලැබෙන්නේ ද්‍රවය පුරාම පවතින එකම වර්ණකයක් වන මෙතිලීන් බ්ලූ නිසාය. වෙනස් වන්නේ එම වර්ණකය රැගෙන යන ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණනයි. මෙය දෘශ්‍යමාන කළ රෙඩොක්ස් චක්‍රයකි. පන්තියට දැකිය හැකි සෑම විචල්‍යයක්ම—සෙලවීමේ කාලය, උෂ්ණත්වය, සාන්ද්‍රණය—රසායනයේ යම් අංගයකට සෘජුවම සම්බන්ධ වේ.
එකම වර්ණකයේ ආකාර දෙකක්
ඔක්සිකරණය වූ මෙතිලීන් බ්ලූ යනු සමතලා, ධන ආරෝපිත වළලු පද්ධතියකි. එය 600 සිට 700 නැනෝමීටර් පමණ පරාසයේ ආලෝකය තදින් අවශෝෂණය කරන අතර, ඇසට එය ගැඹුරු නිල් පැහැයක් ලෙස පෙනේ. මෙම ආකාර දෙක සහ ඒවායේ වර්ණාවලි මෙතිලීන් බ්ලූහි ව්‍යුහය සහ ගුණ පිළිබඳ මාර්ගෝපදේශයේ විස්තර කර ඇත.
අඩුකිරීමේදී ඉලෙක්ට්‍රෝන දෙකක් සහ ප්‍රෝටෝනයක් එක් වී ලියුකොමෙතිලීන් බ්ලූ සෑදේ: එය ආරෝපණ රහිත, සමතලා නොවන සහ ප්‍රායෝගිකව වර්ණ රහිත ආකාරයකි. ක්ෂාරීය ද්‍රාවණයක අර්ධ-ප්‍රතික්‍රියාව MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH- ලෙස ලියයි. මෙම පියවර සම්පූර්ණයෙන්ම ප්‍රතිවර්තනය කළ හැක. නිල් පැහැය යනු ඔක්සිකරණය වූ ආකාරයයි, වර්ණ රහිත බව යනු අඩුකළ ආකාරයයි, සහ අනුගමනය කළ යුතු තුන්වන අවස්ථාවක් නොමැත. එබැවින් රෙඩොක්ස් රසායනයට පළමු හඳුන්වාදීමක් ලෙස මෙය ඉතා පැහැදිලි උදාහරණයකි.
චක්‍රය: ග්ලූකෝස් අඩු කරයි, ඔක්සිජන් නැවත ඔක්සිකරණය කරයි
බෝතලයේ ක්‍රියාකාරී ද්‍රව්‍ය තුනක් ඇත: මෙතිලීන් බ්ලූ, ග්ලූකෝස් සහ ප්‍රබල ක්ෂාරයක් වන පොටෑසියම් හෝ සෝඩියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ්. ක්ෂාරය ග්ලූකෝස් ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණකයට දානය කළ හැකි ප්‍රතික්‍රියාශීලී ඩිප්‍රෝටෝනීකෘත ආකාර බවට පත් වීමට ප්‍රවර්ධනය කරයි:
reducing sugar + MB (blue, oxidised) -> oxidised sugar products + LMB (colourless)
බෝතලය නිශ්චලව තැබූ විට මෙම මන්දගාමී පියවර නිසා පැහැය අතුරුදහන් වේ. ග්ලූකෝස් පරිභෝජනය වන කැපකරු ඉලෙක්ට්‍රෝන දායකයා වේ. වර්ණකය කරන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝන රැගෙන යාම පමණක් බැවින් බින්දු කිහිපයකින් සම්පූර්ණ බෝතලයක් සඳහා ප්‍රමාණවත් වේ. පැරණි පන්තිකාමර විස්තරවල ග්ලූකෝස් ග්ලූකෝනික් අම්ලය බවට පත්වන බව සඳහන් වේ. එම සරල විස්තරය නිරීක්ෂණ පුරෝකථනය කිරීමට ප්‍රමාණවත් වුවද එය සම්පූර්ණ නොවන බව උපදේශකයන් දැන සිටිය යුතුය: Royal Society Open Science හි ප්‍රකාශිත යාන්ත්‍රණ විශ්ලේෂණයක් අනුව ඔක්සිකරණය ප්‍රතික්‍රියාශීලී එනෙඩියොලේට් එකක් හරහා ගොස්, පසුව කුඩා අම්ලවලට කැඩෙන ඩයිකාබොනයිල් සංයෝගයක් දක්වා යයි.
සෙලවීමෙන් දෘශ්‍ය ප්‍රතිඵලය ප්‍රතිවර්තනය වේ. කලබල කිරීමෙන් බෝතලය තුළ සිරවී ඇති ඉහළ වායු අවකාශයෙන් ඔක්සිජන් ද්‍රාවණයට දියවී, එම ඔක්සිජන් අඩුකළ වර්ණකය නැවත ඔක්සිකරණය කරයි:
LMB (colourless) + O2 -> MB (blue) + reduced oxygen products
නිශ්චලව තැබූ විට දියවී ඇති ඔක්සිජන් අවසන් වේ, ග්ලූකෝස් නැවත වර්ණකය අඩු කරයි, සහ පැහැය මැකී යයි. බොහෝ චක්‍ර හරහා සමස්ත රසායනික ප්‍රතිඵලය වන්නේ වාතය මඟින් සීනි ඔක්සිකරණය වීමයි; වර්ණකය රෙඩොක්ස් මධ්‍යස්ථකයක් ලෙස නොවෙනස්ව චක්‍රීය වේ. සීනි ඔක්සිකරණය එය නොමැතිවත් සිදුවන බැවින් මෙය නිශ්චිත උත්ප්‍රේරකයකට වඩා මධ්‍යස්ථකයකි. පැහැය මැකීම විඝටනයක් ද නොවේ: වර්ණකය විනාශ වී තිබුණේ නම් සෙලවීමෙන් එය නැවත පණගැන්විය නොහැකි විය. පෙන්වීම් අතරතුර වර්ණක තොග ස්ථායීව තබා ගැනීම සඳහා මෙතිලීන් බ්ලූ ද්‍රාවණ හැසිරවීම සහ ගබඩා කිරීම පිළිබඳ සටහන් බලන්න.
අධීක්ෂිත පෙන්වීමක් සඳහා ක්‍රියාපටිපාටිය
මෙය අධීක්ෂණය යටතේ සිදු කරන පෙන්වීමකි, ගෘහස්ථ ක්‍රියාකාරකමක් නොවේ. ක්ෂාරය සමඟ වැඩ කිරීමේදී ඇස් ආරක්ෂාව, අත්වැසුම් සහ සකස් කිරීම හා පිරිසිදු කිරීම සම්පූර්ණයෙන් භාරගන්නා උපදේශකයෙකු අවශ්‍ය වේ. ලේඛනගත සූත්‍ර දෙකක් මූලික ව්‍යුහයෙන් එකඟ වන අතර පරිමාණයෙන් වෙනස් වේ.
Indiana University රසායන විද්‍යා අංශය ප්‍රකාශයට පත් කළ පෙන්වීමේ උපදෙස් පත්‍රය ආසන්න වශයෙන් 5 percent පොටෑසියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ්, 4 percent ග්ලූකෝස් සහ 1 percent ජලීය මෙතිලීන් බ්ලූ භාවිත කරයි. ක්ෂාර සහ ග්ලූකෝස් ද්‍රාවණ සමාන පරිමාවලින් පැහැදිලි 250 හෝ 500 millilitre බෝතලයකට වත් කර අඩක් පුරවන්න; ඉතිරි කොටස වායු ඉහළ අවකාශයක් ලෙස තබන්න. වර්ණක බින්දු කිහිපයක් එක් කර, මූඩිය දමා, සන්ධිය මුද්‍රා කර, නිල් පැහැය අතුරුදහන් වන තෙක් නිශ්චලව තබන්න. Royal Society of Chemistry ක්‍රියාපටිපාටිය එම අදහසම 1 litre මූඩියක් සහිත ෆ්ලාස්කයකට පරිමාණය කරයි: 300 millilitres ජලය, 10 grams ග්ලූකෝස්, 8 grams පොටෑසියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් (හෝ 6 grams සෝඩියම් හයිඩ්‍රොක්සයිඩ්), සහ තුනී කළ වර්ණක තොග ද්‍රාවණයෙන් millilitres කිහිපයක්.
පෙන්වීම සිදු කිරීමට දැඩිව සෙලවන්න. සම්පූර්ණ නිල් පැහැය තත්පර කිහිපයකින් ඇති වේ. ෆ්ලාස්කය තබා පැහැය මැකීමට ගතවන කාලය මැනගන්න. Royal Society of Chemistry අනුව එක් පිරවීමකින් චක්‍ර විසි වතාවකට වඩා සිදු කළ හැක. බෝතලය කිසිවිටෙකත් කට දක්වා පුරවන්න එපා: සිරවූ වාතය නොමැති නම් ද්‍රාවණයට දියවීමට ඔක්සිජන් සංචිතයක් නොමැත.
නිරීක්ෂණය කළ යුතු දේ සහ කාලය වෙනස් කරන සාධක
කරුණු තුනක කාලය මැනගන්න: සම්පූර්ණ නිල් පැහැයට පත්වීමට සෙලවීම (seconds), වර්ණ රහිත වීමට නිශ්චලව තැබීම (up to a few minutes), සහ නිල් පැහැය දුර්වල වීමට පෙර සිදු කළ හැකි චක්‍ර ගණන. එක් එක් පැහැ මැකීමේ අවසානයට ආසන්නව මතුපිට බලන්න. වාතය හා ද්‍රවය හමුවන සීමාවේ, ඔක්සිජන් දිගටම ඇතුළට විහිදෙන බැවින්, සිහින් නිල් ස්තරයක් බොහෝවිට තව ටිකක් පවතී. එම රේඛාව දෘශ්‍යමාන කළ විස්රණයයි.
Royal Society of Chemistry ක්‍රියාපටිපාටිය සමඟ වාර්තා කර ඇති අනුභවික වේග නියමය නිල් බෝතල් ප්‍රතික්‍රියාව අනුගමනය කරයි: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. සෑම පදයක්ම පන්තිකාමර පරීක්ෂණයකට පදනමක් වේ. ග්ලූකෝස්, ක්ෂාර හෝ වර්ණක වැඩි කිරීම නිල් කාලය කෙටි කරයි. උණුසුම පැහැය මැකීම වේගවත් කරයි; සීතල ෆ්ලාස්කයක ප්‍රතික්‍රියාව මන්දගාමී වේ. දැඩිව සෙලවීමෙන් වැඩි ඔක්සිජන් ප්‍රමාණයක් දියවන බැවින් නිල් පැහැය වැඩි කාලයක් පවතී. විශාල ඉහළ වායු අවකාශයක් පරීක්ෂණයේ කාලය දිගු කරයි. අවසානයේ චක්‍ර දුර්වල වී ද්‍රවය කහ පැහැයට හැරෙන විට සීනි අවසන් වී ඇති අතර අතුරු නිෂ්පාදන එකතු වී ඇත. එම අවසාන ලක්ෂ්‍යයද සටහන් කළ යුතු ප්‍රතිඵලයකි.
නිරීක්ෂණ වැඩපත්‍රිකාව
මෙම වගුව සටහන් පොත්වලට පිටපත් කර, එක් එක් පරීක්ෂණ වාරයට එක් පේළියක් භාවිත කරන්න. මෙම වැඩපත්‍රිකාව සහ ඉහත ප්‍රතික්‍රියා රූපසටහන මෙම ලිපියේ මුද්‍රණය කළ හැකි සම්පත් වේ.
| පරීක්ෂණ වාරය | වෙනස් කළ තත්ත්වය | සෙලවීමේ කාලය (s) | සම්පූර්ණ නිල් පැහැයට කාලය (s) | වර්ණ රහිත වීමට කාලය | සටහන් (පැහැයේ ගැඹුර, උෂ්ණත්වය) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | මූලික තත්ත්වය | ||||
| 2 | |||||
| 3 |
එක් එක් පරීක්ෂණ වාරයට පෙර පිළිතුරු දිය යුතු පුරෝකථන ප්‍රශ්න:
- සෙලවූ වහාම බෝතලය නිල් පැහැයකි. ප්‍රමුඛව පවතින්නේ කුමන වර්ණක ආකාරයද, එය එම තත්ත්වයට ගෙන ආවේ කුමක්ද?
- බෝතලය නිශ්චලව තැබූ විට පැහැය මැකී යයි. ප්‍රමුඛ වන ප්‍රතික්‍රියාව කුමක්ද, සහ පරිභෝජනය වන ද්‍රව්‍යය කුමක්ද?
- බොහෝ චක්‍රවලින් පසු නිල් පැහැය මඳ වී කහ පැහැයට හැරේ. එය නැවත සක්‍රිය කිරීමට වර්ණක, ක්ෂාර හෝ ග්ලූකෝස් අතරින් කුමක් එක් කළ යුතුද, සහ ඇයි?
- එක් චක්‍රයක් සඳහා කාලයට එරෙහිව පැහැය සටහන් කරන රූපයක් අඳින්න. ඔක්සිජන් ද්‍රාවණයට ඇතුළුවන ස්ථානය සලකුණු කරන්න.
උපදේශක පිළිතුරු: (1) ඔක්සිකරණය වූ මෙතිලීන් බ්ලූ, ඉහළ වායු අවකාශයෙන් දියවුණු ඔක්සිජන් මඟින් නැවත ඔක්සිකරණය කර ඇත; (2) ග්ලූකෝස් මඟින් අඩුකිරීම, ග්ලූකෝස් පරිභෝජනය වේ; (3) ග්ලූකෝස්, සීමාකාරී දායකයා, මන්ද වර්ණකය නොවෙනස්ව චක්‍රීය වන බැවිනි; (4) සෙලවීමේදී තියුණු ඉහළ යාමක්, නිශ්චලව තැබීමේදී ක්‍රමික පහළ යාමක්, ඔක්සිජන් ඇතුළුවීම ඉහළ යාමේදී පමණි.
සඳහන් කළ යුතු සමීප සමාන පෙන්වීම්
ට්‍රැෆික් ලයිට් පෙන්වීමේදී ඉන්ඩිගෝ කාර්මයින් භාවිත කර ඔක්සිජනීකරණය සමඟ කහ, රතු සහ කොළ අවස්ථා හරහා ගමන් කරයි. green bottle යන නම නිශ්චිත නොවන ලෙස භාවිත වේ: සමහරවිට එම ප්‍රභේදයටත්, තවත් විට ඇස්කෝර්බික් අම්ල පද්ධති හෝ American Chemical Society විසින් විස්තර කර ඇති එන්සයිමීය චක්‍රීය පද්ධතියක් වැනි වඩා කොළ පැහැති සූත්‍රවලටත් එම නම යොදා ගනී. මේසය මත ඇත්තේ කුමන ප්‍රභේදයද යන්න නමින් සඳහන් කරන්න, එවිට ශිෂ්‍යයන් වෙනස් රසායනික පද්ධතිවල නිරීක්ෂණ එකට මිශ්‍ර නොකරනු ඇත.
ආරක්ෂාව සහ හැසිරවීම
සම්පූර්ණ ක්‍රියාවලිය පුරා අධීක්ෂණය අවශ්‍ය වේ. ක්ෂාරීය ද්‍රාවණය හැසිරවීමේදී හෝ මූඩිය දැමූ භාජනය සෙලවීමේදී රසායනික දියර ඉසිවීම්වලින් ආරක්ෂා කරන ඇස් ආවරණ සහ අත්වැසුම් භාවිත කරන්න. ක්ෂාරය පිළිස්සුම් ඇති කළ හැක, වර්ණකය සම සහ රෙදි පැල්ලම් කරයි, සහ එතනෝල්වල සකස් කළ වර්ණක තොග ද්‍රාවණ මඟින් දහනශීලී ද්‍රාවකයක්ද පරීක්ෂණ මේසයට එක් වේ. සෙලවීමේදී භාජනය මූඩියෙන් වසා තබන්න. පසුව භාවිතයෙන් අවසන් වූ ද්‍රාවණ ඔබේ ආයතනයේම රසායනාගාර නීති යටතේ හැසිරවීම සඳහා තබා ගන්න. ක්ෂාරීය සහ වර්ණක අඩංගු අපද්‍රව්‍ය සඳහා අවශ්‍යතා ආයතන සහ අධිකරණ බල ප්‍රදේශ අනුව වෙනස් වන බැවින් වෙනත් මූලාශ්‍රයක ක්‍රියාපටිපාටියක් ගෙන භාවිත කිරීම වෙනුවට ඔබේ රසායනාගාරය අනුගමනය කරන ක්‍රියාපටිපාටිය භාවිත කරන්න.
පැහැ වෙනස්වීම් වෙනුවට සංඛ්‍යාත්මක දත්ත අවශ්‍ය නම්, මෙතිලීන් බ්ලූ සඳහා ප්‍රමාණාත්මක විශ්ලේෂණ මෙම පෙන්වීම අවසන් වන තැනින් ඉදිරියට ගෙන යයි.
ගුරුවරුන් මෙම බෝතලය දිගටම භාවිත කරන්නේ ඇයි
එක් ෆ්ලාස්කයක් අදහස් හතරක් එකට ගෙන එයි. රෙඩොක්ස් යනු අර්ථ දැක්වීමක් වෙනුවට පැහැයක් බවට පත්වේ. මධ්‍යස්ථකයක් මඟින් ද්‍රව්‍යයක සුළු ප්‍රමාණයක් වෙනත් ද්‍රව්‍යයක විශාල ප්‍රමාණයක තත්ත්වය පෙන්වන ආකාරය දැක්වේ. චාලක විද්‍යාව තාපගති විද්‍යාවෙන් දෘශ්‍යමාන ලෙස වෙන් වේ: සෙලවීමෙන් ඔක්සිජන් සැපයෙන තාක් ඔක්සිජන්ගේ ක්‍රියාව ප්‍රමුඛ වන අතර, සැපයුම නතර වූ විට ග්ලූකෝස්ගේ ක්‍රියාව ප්‍රමුඛ වේ. රසායනයේ නිහඬම ක්‍රියාවලියක් වන විස්රණය මුළු පෙන්වීමම හැකි කරයි, මන්ද සෑම නිල් දැල්වීමක්ම ආරම්භ වන්නේ ඔක්සිජන් වාතයෙන් ජලයට ඇතුළුවීමෙනි. ශිෂ්‍යයන්ට මේ සියල්ල stopwatch එකක් සහ වගුවක් භාවිත කර පුරෝකථනය කිරීමට, කාලය මැනීමට සහ පැහැදිලි කිරීමට ඉඩ දෙන පෙන්වීමක් පරීක්ෂණ මේසයේ තම ස්ථානය සාධාරණීකරණය කරයි.