Таҷрибаи шишаи кабуд: химия, тартиби иҷро ва мушоҳидаҳо

Шишаи шаффоф рӯи мизи озмоишгоҳ меистад. Он ба об монанд аст. Касе онро такон медиҳад ва моеъ кабуди равшан мешавад. Вақте шишаро мегузоранд, ранги кабуд дар давоми як ё ду дақиқа аз байн меравад. Онро боз такон диҳед ва ранги кабуд бармегардад. Бо як бор пур кардан ин равандро бист маротиба ё бештар такрор кардан мумкин аст.

Хонандагон одатан тахмин мекунанд, ки чизе дар дохили шиша пинҳон буд ё такон додан ду қабатро бо ҳам омехта кард. Ҳар ду тахмин ба таври омӯзанда нодуруст мебароянд. Ранг аз як рангкунанда — метилении кабуд — пайдо мешавад, ки дар тамоми маҳлул мавҷуд аст. Он чизе, ки тағйир меёбад, шумораи электронҳое мебошад, ки рангкунанда бо худ дорад. Ин намоиш давраи оксидшавӣ-барқароршавиро ба чашм намоён мекунад ва ҳар тағйирёбандае, ки синф мебинад — вақти такондиҳӣ, ҳарорат, консентратсия — ба яке аз омилҳои химиявӣ мувофиқат мекунад.

Ду шакли як рангкунанда

Метилении кабуди оксидшуда як системаи ҳалқавии ҳамвор ва дорои заряди мусбат аст. Он нурро дар ҳудуди 600 to 700 nanometres сахт ҷаббида мекунад, ки чашм онро ҳамчун кабуди тира қабул мекунад. Ду шакл ва спектрҳои онҳо дар роҳнамо оид ба сохтор ва хосиятҳои метилении кабуд шарҳ дода шудаанд.

Барқароршавӣ ду электрон ва як протон илова карда, лейкометилении кабудро ба вуҷуд меорад: безаряд, ғайриҳамвор ва амалан беранг. Дар маҳлули ишқорӣ нимреаксия чунин аст: MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Ин марҳила пурра баргардондашаванда аст. Кабуд маънои оксидшударо дорад, беранг маънои барқароршударо, ва ҳолати сеюме барои пайгирӣ вуҷуд надорад; маҳз ҳамин хусусият онро барои шиносоии аввал бо химияи оксидшавӣ-барқароршавӣ муносиб мегардонад.

Давра: глюкоза барқарор мекунад, оксиген дубора оксид мекунад

Шиша се ҷузъи фаъоли корӣ дорад: метилении кабуд, глюкоза ва ишқори қавӣ — гидроксиди калий ё натрий. Ишқор глюкозаро ба шаклҳои реактивии депротоншуда табдил медиҳад, ки электронҳоро ба рангкунанда медиҳанд:

қанди барқароркунанда + MB (кабуд, оксидшуда) -> маҳсулоти оксидшудаи қанд + LMB (беранг)

Ин марҳилаи суст ҳангоми ором истодани шиша рангро аз байн мебарад. Глюкоза донори қурбонӣ аст ва сарф мешавад. Рангкунанда танҳо электронҳоро интиқол медиҳад, бинобар ин чанд қатра барои тамоми як шиша кофӣ аст. Дар тавзеҳоти кӯҳнаи синфӣ гуфта мешавад, ки глюкоза ба кислотаи глюконӣ табдил меёбад. Ин соддасозӣ мушоҳидаҳоро пешгӯӣ мекунад, аммо омӯзгорон бояд донанд, ки он нопурра аст: таҳлили механистие, ки дар Royal Society Open Science нашр шудааст оксидшавиро тавассути як энедиолати реактивӣ то дикарбониле пайгирӣ мекунад, ки ба кислотаҳои хурдтар пора мешавад.

Такон додан натиҷаи намоёнро баръакс мекунад. Омехташавии шадид оксигенро аз ҳавои дар фазои болои моеъ маҳкамшуда ҳал мекунад ва оксиген рангкунандаи барқароршударо дубора оксид мекунад:

LMB (беранг) + O2 -> MB (кабуд) + маҳсулоти барқароршудаи оксиген

Ҳангоми ором истодан оксигени ҳалшуда тамом мешавад, глюкоза рангкунандаро боз барқарор мекунад ва ранг пажмурда мешавад. Дар тӯли давраҳои зиёд химияи холис оксидшавии қанд бо ҳаво мебошад, дар ҳоле ки рангкунанда ҳамчун миёнарави оксидшавӣ-барқароршавӣ бетағйир давр мезанад. Он миёнарав аст, на катализатори қатъӣ, зеро оксидшавии қанд бе он ҳам идома меёбад; пажмурда шудани ранг низ таҷзия нест, зеро рангкунандаи нобудшуда бо такон додан дубора барқарор намешуд. Барои устувор нигоҳ доштани захираҳои рангкунанда байни намоишҳо, ба тавзеҳот оид ба коркард ва нигоҳдории маҳлулҳои метилении кабуд нигаред.

Тартиби иҷро барои намоиши зери назорат

Ин намоиши зери назорат аст, на фаъолияти хонагӣ. Ишқор истифодаи муҳофизати чашм, дастпӯшак ва ҳузури омӯзгореро талаб мекунад, ки омодасозӣ ва тозакуниро ба уҳда дорад. Ду таркиби ҳуҷҷатшуда аз ҷиҳати сохтор яксонанд ва аз рӯи миқёс фарқ мекунанд.

Варақаи дастурии намоише, ки шуъбаи химияи Indiana University нашр кардааст тақрибан 5 percent гидроксиди калий, 4 percent глюкоза ва 1 percent маҳлули обии метилении кабудро истифода мебарад. Ҳаҷмҳои баробари маҳлулҳои ишқор ва глюкозаро ба шишаи шаффофи 250 or 500 millilitre рехта, онро то нисф пур кунед ва қисми боқимондаро ҳамчун фазои ҳавоӣ нигоҳ доред. Чанд қатра рангкунанда илова кунед, сарпӯшро маҳкам кунед, ҷои пайвастшавиро маҳкам намоед ва то аз байн рафтани ранги кабуд ором гузоред. Тартиби Royal Society of Chemistry ҳамин идеяро барои колбаи сарпӯшдори 1 litre васеъ мекунад: 300 millilitres об, 10 grams глюкоза, 8 grams гидроксиди калий (ё 6 grams гидроксиди натрий), инчунин чанд millilitres маҳлули захиравии рангкунандаи тунукшуда.

Барои иҷро, сахт такон диҳед. Ранги пурраи кабуд дар давоми чанд сония пайдо мешавад. Колбаро гузоред ва вақти пажмурда шудани рангро чен кунед. Royal Society of Chemistry барои як бор пур кардан зиёда аз бист давраро гузориш медиҳад. Ҳеҷ гоҳ шишаро то лаб пур накунед: бе ҳавои дарунмонда захираи оксиген барои ҳал шудан вуҷуд надорад.

Чиро мушоҳида кардан лозим аст ва чӣ вақтро тағйир медиҳад

Се чизро вақтгирӣ кунед: такон додан то расидан ба кабуди пурра (seconds), ором истодан то беранг шудан (то чанд дақиқа) ва шумораи давраҳо то заиф шудани ранги кабуд. Наздик ба охири ҳар пажмурдашавӣ ба сатҳ нигоҳ кунед. Қабати тунуки кабуд аксар вақт дар сарҳади ҳаво боқӣ мемонад, ки дар он ҷо оксиген пайваста ба дохил диффузия мешавад. Ин хат диффузияест, ки ба чашм намоён шудааст.

Реаксияи шишаи кабуд ба қонуни таҷрибавии суръате итоат мекунад, ки ҳамроҳи тартиби Royal Society of Chemistry гузориш шудааст: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Ҳар як узви он метавонад таҷрибаи синфӣ бошад. Глюкоза, ишқор ё рангкунандаи бештар давраи кабудро кӯтоҳ мекунад. Гармӣ пажмурдашавиро тез мекунад; колбаи хунук суст амал мекунад. Такондиҳии сахттар оксигени бештарро ҳал мекунад, бинобар ин ранги кабуд дарозтар мемонад. Фазои ҳавоии калонтар давомнокии таҷрибаро зиёд мекунад. Вақте давраҳо ниҳоят заиф мешаванд ва моеъ зардтоб мегардад, қанд сарф шудааст ва маҳсулоти иловагӣ ҷамъ шудаанд. Худи ин нуқтаи анҷом натиҷаест, ки сабт кардан меарзад.

Варақаи мушоҳида

Ин ҷадвалро ба дафтарҳо нусхабардорӣ кунед, барои ҳар озмоиш як сатр. Ин варақаи корӣ дар якҷоягӣ бо диаграммаи реаксияи боло маводи чопшавандаи ин мақола мебошанд.

Саволҳои пешгӯӣ, ки пеш аз ҳар озмоиш ҷавоб дода мешаванд:

• Шиша фавран пас аз такон додан кабуд аст. Кадом шакли рангкунанда бартарӣ дорад ва чӣ онро ба ин ҳолат овард?
• Шиша ором меистад ва ранг пажмурда мешавад. Кадом реаксия бартарӣ дорад ва кадом ҷузъ сарф мешавад?
• Пас аз давраҳои зиёд ранги кабуд суст ва зардтоб мешавад. Онро бо рангкунанда, ишқор ё глюкоза барқарор кардан лозим аст ва чаро?
• Барои як давра вобастагии рангро аз вақт кашед. Ҷое, ки оксиген ба маҳлул ворид мешавад, нишон диҳед. Ҷавобҳои омӯзгор: (1) метилении кабуди оксидшуда, ки аз ҷониби оксигени ҳалшудаи фазои ҳавоӣ дубора оксид шудааст; (2) барқароршавӣ аз ҷониби глюкоза, глюкоза сарф мешавад; (3) глюкоза, донори маҳдудкунанда, зеро рангкунанда бетағйир давр мезанад; (4) болоравии тез ҳангоми такон додан, пастшавии тадриҷӣ ҳангоми ором истодан, воридшавии оксиген танҳо дар вақти болоравӣ.

Хешовандони наздике, ки ном бурданашон меарзад

Дар намоиши чароғаки роҳ индиго-кармин истифода мешавад ва ҳангоми оксигенонӣ рангҳо пайдарпай аз зард ба сурх ва сабз мегузаранд. Номи шишаи сабз ба таври озод истифода мешавад: баъзан барои ҳамин вариант, баъзан барои таркибҳои сабзтар, ба монанди системаҳои кислотаи аскорбин ё системаи даврзании ферментативие, ки American Chemical Society тавсиф кардааст. Ҳамон вариантеро номбар кунед, ки воқеан рӯи миз аст, то хонандагон мушоҳидаҳои химияҳои гуногунро бо ҳам омехта накунанд.

Бехатарӣ ва коркард

Дар тамоми раванд назорат зарур аст. Барои кор бо маҳлули ишқорӣ ё такон додани зарфи сарпӯшдор муҳофизати чашм аз пошиши моддаҳои химиявӣ ва дастпӯшак истифода баред. Ишқор месӯзонад, рангкунанда пӯст ва матоъро доғдор мекунад ва маҳлулҳои захиравии рангкунанда, ки дар этанол омода шудаанд, ба мизи корӣ ҳалкунандаи оташгиранда илова мекунанд. Ҳангоми такон додан зарфро сарпӯшдор нигоҳ доред. Пас аз анҷом, маҳлулҳои сарфшударо барои коркарди минбаъда мувофиқи қоидаҳои дохилии озмоишгоҳи муассисаи худ нигоҳ доред. Талабот барои партовҳои ишқорӣ ва дорои рангкунанда байни муассисаҳо ва минтақаҳои ҳуқуқӣ фарқ мекунад, бинобар ин ба ҷойи нусхабардории тартиб аз манбаи дигар ҳамон тартиберо риоя кунед, ки озмоишгоҳи шумо қабул кардааст.

Агар ба ҷойи тағйирёбии ранг рақамҳо лозим бошанд, усулҳои миқдории таҳлили метилении кабуд аз ҷое оғоз мешаванд, ки ин намоиш ба анҷом мерасад.

Чаро омӯзгорон ин шишаро нигоҳ медоранд

Як колба чор ғояро дар худ ҷамъ мекунад. Оксидшавӣ-барқароршавӣ ба ҷойи таъриф ба ранг табдил меёбад. Миёнарав нишон медиҳад, ки чӣ гуна миқдори ночизи як модда дар бораи миқдори зиёди моддаи дигар маълумот медиҳад. Кинетика аз термодинамика ба таври намоён ҷудо мешавад: ҳангоми такон додан, то вақте ки оксиген ворид мешавад, оксиген бартарӣ дорад; вақте воридшавӣ қатъ мешавад, глюкоза бартарӣ мегирад. Ва диффузия, ки яке аз оромтарин равандҳои химия аст, асоси тамоми намоиш мегардад, зеро ҳар дурахши кабуд аз гузаштани оксиген аз ҳаво ба об оғоз мешавад. Намоише, ки ба хонандагон имкон медиҳад ҳамаи инро бо сониясанҷ ва ҷадвал пешгӯӣ, вақтгирӣ ва шарҳ диҳанд, сазовори ҷойи худ рӯи мизи озмоишгоҳ аст.