நீல பாட்டில் பரிசோதனை: வேதியியல், செய்முறை மற்றும் கவனிப்புகள்

மேசையின் மீது ஒரு தெளிவான பாட்டில் உள்ளது. அது தண்ணீர் போலத் தெரிகிறது. யாராவது அதை குலுக்கினால், திரவம் பளிச்சென்ற நீலமாக மாறுகிறது. கீழே வைத்தால், ஒரு நிமிடம் அல்லது இரண்டு நிமிடங்களில் நீல நிறம் மறைந்து விடுகிறது. மீண்டும் குலுக்கினால் நீலம் திரும்புகிறது. ஒரே நிரப்புதலால் இதை இருபது முறை அல்லது அதற்கு மேல் மீண்டும் செய்யலாம்.

பாட்டிலுக்குள் ஏதோ மறைந்திருந்தது அல்லது குலுக்குதல் இரண்டு அடுக்குகளை கலந்தது என்று மாணவர்கள் பொதுவாக ஊகிக்கிறார்கள். இரண்டு ஊகங்களும் பயனுள்ள வகையில் தவறானவை. அந்த நிறம் முழு திரவத்திலும் உள்ள methylene blue என்ற ஒரே சாயத்திலிருந்து வருகிறது. மாறுவது, அந்தச் சாயம் எத்தனை எலக்ட்ரான்களை ஏந்துகிறது என்பதுதான். இந்த விளக்கக்காட்சி கண்களுக்கு தெரியும் வகையில் நிகழும் ஒரு ரெடாக்ஸ் சுழற்சி; வகுப்பில் காணக்கூடிய ஒவ்வொரு மாறியும்—குலுக்கும் நேரம், வெப்பநிலை, செறிவு—வேதியியலில் உள்ள ஒரு கூறுடன் நேரடியாக தொடர்புடையது.

ஒரே சாயத்தின் இரண்டு வடிவங்கள்

ஆக்சிடைஸ் செய்யப்பட்ட methylene blue என்பது தட்டையான, நேர்ம மின்னூட்டம் கொண்ட வளைய அமைப்பு. இது 600 முதல் 700 nanometres வரை வலுவாக உறிஞ்சுகிறது; அதை கண் ஆழ்ந்த நீலமாக உணர்கிறது. இந்த இரண்டு வடிவங்களும் அவற்றின் நிறமாலைகளும் methylene blue-இன் அமைப்பு மற்றும் பண்புகளுக்கான வழிகாட்டியில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளன.

ரிடக்ஷன் இரண்டு எலக்ட்ரான்களையும் ஒரு புரோட்டானையும் சேர்த்து leucomethylene blue-ஐ உருவாக்குகிறது: மின்னூட்டமற்றது, தட்டையல்லாதது, நடைமுறையில் நிறமற்றது. காரத் தீர்வில் அரை-வினை MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. இந்தப் படி முழுமையாக மீளக்கூடியது. நீலம் என்பது ஆக்சிடைஸ் செய்யப்பட்ட நிலையை, நிறமின்மை என்பது ரிட்யூஸ் செய்யப்பட்ட நிலையை குறிக்கிறது; கண்காணிக்க வேண்டிய மூன்றாவது நிலை எதுவும் இல்லை. அதனால் ரெடாக்ஸ் வேதியியலை முதன்முறையாக அறிமுகப்படுத்த இது தெளிவான எடுத்துக்காட்டாகும்.

சுழற்சி: glucose ரிட்யூஸ் செய்கிறது, oxygen மீண்டும் ஆக்சிடைஸ் செய்கிறது

பாட்டிலில் செயல்படும் மூன்று பொருட்கள் உள்ளன: methylene blue, glucose மற்றும் வலுவான காரமான potassium அல்லது sodium hydroxide. காரம், glucose-ஐ எலக்ட்ரான்களை சாயத்திற்கு வழங்கக்கூடிய வினைத்திறன் மிக்க deprotonated வடிவங்களாக மாற்ற உதவுகிறது:

reducing sugar + MB (blue, oxidised) -> oxidised sugar products + LMB (colourless)

பாட்டில் அசையாமல் இருக்கும் போது இந்த மெதுவான படி நிறத்தை மறையச் செய்கிறது. Glucose தியாக எலக்ட்ரான் வழங்கியாக இருந்து நுகரப்படுகிறது. சாயம் எலக்ட்ரான்களை மட்டும் கடத்துவதால், சில துளிகள் முழு பாட்டிலுக்கும் போதுமானவை. பழைய வகுப்பறை விளக்கங்களில் glucose gluconic acid ஆக மாறுகிறது என்று கூறப்படுகிறது. அந்தச் சுருக்கமான விளக்கம் காணப்படும் விளைவுகளை முன்னறிவிக்க உதவினாலும், அது முழுமையானதல்ல என்பதை பயிற்றுநர்கள் அறிந்திருக்க வேண்டும்: Royal Society Open Science-ல் வெளியிடப்பட்ட இயந்திரவியல் பகுப்பாய்வு ஆக்சிடேஷன் ஒரு வினைத்திறன் மிக்க enediolate வழியாக, பின்னர் சிறிய அமிலங்களாக உடையும் dicarbonyl வரை நடைபெறுவதை விளக்குகிறது.

குலுக்குதல் கண்களுக்கு தெரியும் விளைவைக் கவிழ்க்கிறது. கலக்கம், அடைக்கப்பட்ட மேற்பகுதி காற்றிலிருந்து oxygen-ஐ கரைக்கிறது; அந்த oxygen ரிட்யூஸ் செய்யப்பட்ட சாயத்தை மீண்டும் ஆக்சிடைஸ் செய்கிறது:

LMB (colourless) + O2 -> MB (blue) + reduced oxygen products

அசையாமல் விட்டால், கரைந்த oxygen தீர்ந்து விடுகிறது; glucose மீண்டும் சாயத்தை ரிட்யூஸ் செய்கிறது, நிறமும் மறைகிறது. பல சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, மொத்த வேதியியல் என்பது காற்றால் சர்க்கரை ஆக்சிடைஸ் செய்யப்படுவதாகும்; சாயம் ரெடாக்ஸ் இடைமுகமாக மாறாமல் சுழல்கிறது. இது கடுமையான அர்த்தத்தில் catalyst அல்ல, mediator ஆகும்; ஏனெனில் சர்க்கரையின் ஆக்சிடேஷன் இதின்றியும் நடைபெறுகிறது. மேலும் நிறம் மறைவது decomposition அல்ல: அழிந்த சாயத்தை குலுக்குவதால் மீண்டும் உயிர்ப்பிக்க முடியாது. விளக்கக்காட்சிகளுக்கிடையில் சாயக் கையிருப்புகளை நிலையாக வைத்திருக்க, methylene blue தீர்வுகளை கையாளுதல் மற்றும் சேமித்தல் குறித்த குறிப்புகளை பார்க்கவும்.

மேற்பார்வையுடனான விளக்கக்காட்சிக்கான செய்முறை

இது மேற்பார்வையுடனான விளக்கக்காட்சி; வீட்டில் செய்யும் செயல் அல்ல. காரத்தைக் கையாள கண் பாதுகாப்பு, கையுறைகள் மற்றும் தயாரிப்பையும் சுத்தப்படுத்தலையும் பொறுப்பேற்கும் பயிற்றுநர் தேவை. ஆவணப்படுத்தப்பட்ட இரண்டு தயாரிப்பு முறைகளும் அடிப்படை அமைப்பில் ஒன்றுபோல் இருந்தாலும் அளவில் வேறுபடுகின்றன.

Indiana University வேதியியல் துறை வெளியிட்ட விளக்கக்காட்சி குறித்த வழிமுறைத் தாள் சுமார் 5 percent potassium hydroxide, 4 percent glucose மற்றும் 1 percent நீர்ம methylene blue பயன்படுத்துகிறது. காரத் தீர்வும் glucose தீர்வும் சம அளவில் ஒரு வெளிப்படையான 250 அல்லது 500 millilitre பாட்டிலில், பாதி நிரம்பும் வரை ஊற்றவும்; மீதியை காற்று நிரம்பிய மேற்பகுதியாக விடவும். சில துளிகள் சாயம் சேர்த்து, மூடி, இணைப்புப் பகுதியை அடைத்து, நீல நிறம் மறையும் வரை அசையாமல் விடவும். Royal Society of Chemistry செய்முறை இதே கருத்தை 1 litre மூடியுள்ள குடுவைக்கு அளவுபடுத்துகிறது: 300 millilitres தண்ணீர், 10 grams glucose, 8 grams potassium hydroxide (அல்லது 6 grams sodium hydroxide), மேலும் சில millilitres நீர்த்த சாயக் கையிருப்பு.

செயல்படுத்த, தீவிரமாக குலுக்கவும். சில விநாடிகளில் முழு நீல நிறம் உருவாகும். குடுவையை கீழே வைத்து, நிறம் மறைய எடுக்கும் நேரத்தை அளவிடவும். Royal Society of Chemistry, ஒரு நிரப்புதலுக்கு இருபதுக்கும் மேற்பட்ட சுழற்சிகள் கிடைக்கும் என குறிப்பிடுகிறது. பாட்டிலை ஒருபோதும் விளிம்பு வரை நிரப்ப வேண்டாம்: அடைக்கப்பட்ட காற்று இல்லையெனில் கரைய oxygen கையிருப்பு இருக்காது.

என்ன கவனிக்க வேண்டும், நேரத்தை எது மாற்றுகிறது

மூன்று விஷயங்களின் நேரத்தை அளவிடுங்கள்: முழு நீலமாகும் வரை குலுக்கும் நேரம் (seconds), நிறமற்றதாகும் வரை அசையாமல் இருக்கும் நேரம் (சில minutes வரை), மற்றும் நீல நிறம் பலவீனமடைவதற்கு முன் நிகழும் சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கை. ஒவ்வொரு நிற மறைவு கட்டத்தின் முடிவருகிலும் மேற்பரப்பைக் கவனியுங்கள். காற்றுடன் சந்திக்கும் எல்லையில் மெல்லிய நீல அடுக்கு அடிக்கடி நீடிக்கும்; அங்கு oxygen தொடர்ந்து diffusion மூலம் உள்ளே வருகிறது. அந்தக் கோடு diffusion-ஐ கண்களுக்கு தெரியும் வடிவமாக்குகிறது.

Royal Society of Chemistry செய்முறையுடன் குறிப்பிடப்பட்ட அனுபவ அடிப்படையிலான வேகச் சட்டத்தை நீல பாட்டில் வினை பின்பற்றுகிறது: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. ஒவ்வொரு கூறும் ஒரு வகுப்பறைப் பரிசோதனையாக அமையலாம். அதிக glucose, காரம் அல்லது சாயம் நீலமாக இருக்கும் காலத்தை குறைக்கிறது. வெப்பம் நிற மறைவை வேகப்படுத்துகிறது; குளிர்ந்த குடுவை மெதுவாகிறது. அதிக வலிமையுடன் குலுக்கினால் அதிக oxygen கரையும், எனவே நீலம் நீண்ட நேரம் நீடிக்கும். பெரிய காற்று மேற்பகுதி பரிசோதனையின் நீடிப்பை அதிகரிக்கிறது. இறுதியில் சுழற்சிகள் பலவீனமடைந்து திரவம் மஞ்சளாகும்போது, சர்க்கரை தீர்ந்துவிட்டது மற்றும் துணை உற்பத்திகள் சேர்ந்து விட்டன. அந்த இறுதிநிலையும் பதிவு செய்யத் தகுந்த ஒரு முடிவாகும்.

கவனிப்பு பணித்தாள்

இந்த அட்டவணையை குறிப்பேடுகளில் நகலெடுக்கவும்; ஒவ்வொரு முயற்சிக்கும் ஒரு வரி. இந்தப் பணித்தாளும் மேலுள்ள வினை வரைபடமும் இந்தக் கட்டுரைக்கான அச்சிடக்கூடிய ஆதாரங்கள்.

ஒவ்வொரு முயற்சிக்கும் முன் பதிலளிக்க வேண்டிய முன்னறிவிப்பு கேள்விகள்:

• குலுக்கிய உடனே பாட்டில் நீலமாக உள்ளது. எந்தச் சாய வடிவம் மேலோங்கி உள்ளது, அதை அந்த நிலைக்கு கொண்டுவந்தது எது?
• பாட்டில் அசையாமல் இருந்து நிறம் மறைகிறது. எந்த வினை மேலோங்குகிறது, எந்தப் பொருள் நுகரப்படுகிறது?
• பல சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு நீலம் மங்கலாகவும் மஞ்சள் கலந்ததாகவும் மாறுகிறது. சாயம், காரம் அல்லது glucose—எதைச் சேர்த்தால் அதை மீட்டெடுக்கலாம், ஏன்?
• ஒரு சுழற்சிக்கான நிறம்-எதிர்-நேர வரைபடத்தை வரையுங்கள். oxygen எங்கு தீர்வுக்குள் நுழைகிறது என்பதைக் குறிக்கவும்.

பயிற்றுநர் பதில்கள்: (1) ஆக்சிடைஸ் செய்யப்பட்ட methylene blue, கரைந்த மேற்பகுதி oxygen மூலம் மீண்டும் ஆக்சிடைஸ் செய்யப்பட்டது; (2) glucose மூலம் ரிடக்ஷன், glucose நுகரப்படுகிறது; (3) glucose, அதுவே வரம்பிடும் வழங்கி, ஏனெனில் சாயம் மாறாமல் சுழல்கிறது; (4) குலுக்கும் போது வேகமான உயர்வு, அசையாமல் இருக்கும் போது படிப்படியான வீழ்ச்சி, உயர்வின்போது மட்டுமே oxygen நுழைவு.

பெயரறிந்திருக்க வேண்டிய நெருங்கிய தொடர்புடைய விளக்கக்காட்சிகள்

Traffic light விளக்கக்காட்சி indigo carmine-ஐ பயன்படுத்தி oxygenation மூலம் மஞ்சள், சிவப்பு மற்றும் பச்சை நிலைகளைக் கடக்கிறது. Green bottle என்ற பெயர் தளர்வாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது: சில நேரங்களில் அந்த மாறுபாட்டிற்கும், சில நேரங்களில் ascorbic acid அமைப்புகள் அல்லது American Chemical Society விவரித்த enzymatic cycling system போன்ற அதிகப் பச்சைத் தோற்றமுள்ள தயாரிப்புகளுக்கும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. மேசையில் எந்த மாறுபாடு உள்ளதோ அதையே பெயரிட்டு சொல்லுங்கள்; இல்லையெனில் மாணவர்கள் வெவ்வேறு வேதியியல்களில் கிடைத்த கவனிப்புகளை ஒன்றாகக் கலக்கக்கூடும்.

பாதுகாப்பு மற்றும் கையாளுதல்

முழு நேரமும் மேற்பார்வை அவசியம். காரத் தீர்வைக் கையாளும்போதும் அல்லது மூடியுள்ள பாத்திரத்தை குலுக்கும்போதும் இரசாயனத் தெறிப்புகளுக்கான கண் பாதுகாப்பும் கையுறைகளும் பயன்படுத்த வேண்டும். காரம் தீக்காயங்களை ஏற்படுத்தலாம்; சாயம் தோலையும் துணியையும் கறைப்படுத்தும்; ethanol-ல் தயாரிக்கப்பட்ட சாயக் கையிருப்புகள் மேசையில் எரியக்கூடிய கரைப்பானையும் சேர்க்கின்றன. குலுக்கும் போது பாத்திரத்தை மூடியே வைத்திருக்கவும். பின்னர், பயன்படுத்தி முடிந்த தீர்வுகளை உங்கள் நிறுவனத்தின் சொந்த ஆய்வக விதிகளின்படி கையாளுவதற்காக வைத்திருக்கவும். காரத்தன்மை மற்றும் சாயம் கொண்ட கழிவுகளுக்கான தேவைகள் நிறுவனங்களுக்கும் சட்டப் பகுதிகளுக்கும் இடையே மாறுபடுகின்றன; எனவே வேறு மூலத்திலிருந்து ஒரு நடைமுறையை எடுத்துப் பயன்படுத்தாமல், உங்கள் ஆய்வகம் அங்கீகரித்த நடைமுறையைப் பின்பற்றவும்.

நிற மாற்றங்களுக்குப் பதிலாக எண்கள் தேவைப்பட்டால், methylene blue-க்கான அளவியல் assays இந்த விளக்கக்காட்சி முடியும் இடத்திலிருந்து தொடர்கின்றன.

ஆசிரியர்கள் ஏன் இந்தப் பாட்டிலை தொடர்ந்து பயன்படுத்துகிறார்கள்

ஒரே குடுவை நான்கு கருத்துகளை ஒருங்கிணைக்கிறது. ரெடாக்ஸ் ஒரு வரையறையாக இல்லாமல் நிறமாகத் தெரிகிறது. ஒரு mediator, மிகச் சிறிய அளவிலுள்ள ஒரு பொருள் எவ்வாறு அதிக அளவிலுள்ள மற்றொரு பொருளின் நிலையை வெளிப்படுத்துகிறது என்பதை காட்டுகிறது. Kinetics மற்றும் thermodynamics கண்களுக்கு தெரியும் வகையில் பிரிகின்றன: குலுக்குதல் oxygen-ஐ வழங்கும் வரை oxygen மேலோங்குகிறது; அதன் வழங்கல் நிறுத்தப்பட்டதும் glucose மேலோங்குகிறது. மேலும் வேதியியலில் மிகவும் அமைதியான செயல்முறையான diffusion தான் முழு நிகழ்ச்சியையும் சாத்தியமாக்குகிறது; ஏனெனில் ஒவ்வொரு நீல ஒளிர்வும் காற்றிலிருந்து தண்ணீருக்குள் oxygen கடப்பதிலிருந்தே தொடங்குகிறது. ஒரு stopwatch மற்றும் ஒரு அட்டவணையை மட்டுமே கொண்டு மாணவர்கள் இவை அனைத்தையும் முன்னறிவித்து, நேரமிட்டு, விளக்க அனுமதிக்கும் விளக்கக்காட்சி ஆய்வக மேசையில் தனது இடத்தை நியாயப்படுத்துகிறது.