Gök çüýşe tejribesi: himiýa, ýerine ýetiriş tertibi we synlamalar

Dury çüýşe laboratoriýa stolunyň üstünde dur. Içindäkisi suw ýaly görünýär. Kimdir biri ony çaýkaýar, suwuklyk bolsa açyk gök reňke öwrülýär. Ýere goýlanda gök reňk bir-iki minudyň içinde ýitýär. Ýene çaýkalsa, gök reňk gaýdyp gelýär. Bir gezek doldurylan çüýşe bilen muny ýigrimi gezek ýa-da ondan hem köp gaýtalap bolýar.

Okuwçylar köplenç çüýşäniň içinde bir zadyň gizlenendigini ýa-da çaýkamagyň iki gatlagy garyşdyrýandygyny çaklaýarlar. Iki çaklama hem öwrediji görnüşde nädogry çykýar. Reňk tutuş suwuklykda bar bolan ýeke-täk boýagdan, metilen gögünden, emele gelýär. Üýtgeýän zat boýagyň näçe elektron göterýändigidir. Bu demonstrasiýa göze görünýän redoks aýlawydyr we synpyň görüp bilýän her bir üýtgeýjisi — çaýkama wagty, temperatura, konsentrasiýa — himiýadaky degişli bir ululyga gabat gelýär.

Bir boýagyň iki görnüşi

Okislenen metilen gögi tekiz, položitel zarýadly halka ulgamydyr. Ol 600 to 700 nanometres töweregindäki ýagtylygy güýçli siňdirýär, göz bolsa muny goýy gök reňk hökmünde kabul edýär. Iki görnüş we olaryň spektrleri metilen gögüniň gurluşy we häsiýetleri baradaky gollanmada beýan edilýär.

Gaýtarylma iki elektron we bir proton goşup, leýkometilen gögüni emele getirýär: zarýadsyz, tekiz däl we iş ýüzünde reňksiz görnüş. Aşgar ergininde ýarym-reaksiýa şeýle ýazylýar: MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Bu ädim doly gaýdymlydyr. Gök reňk okislenen ýagdaýy, reňksizlik gaýtarylan ýagdaýy aňladýar we yzarlamaly üçünji ýagdaý ýok. Hut şonuň üçin bu redoks himiýasy bilen ilkinji tanyşlyk üçin örän arassa modeldir.

Aýlaw: glýukoza gaýtarýar, kislorod gaýtadan okislendirýär

Çüýşede üç işjeň madda bar: metilen gögi, glýukoza we güýçli aşgar — kaliý ýa-da natriý gidroksidi. Aşgar glýukozanyň elektronlaryny boýaga berip bilýän reaktiw deprotonirlenen görnüşleriniň emele gelmegini aňsatlaşdyrýar:

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

Bu haýal ädim çüýşe duranda reňki aýyrýar. Glýukoza gurban edilýän donor bolup, sarp edilýär. Boýag diňe elektronlary geçirýär, şonuň üçin birnäçe damja tutuş çüýşä hyzmat edýär. Köne okuw çeşmelerinde glýukozanyň glýukon kislotasyna öwrülýändigi aýdylýar. Bu gysgaldylan düşündiriş synlamalary dogry çaklaýar, ýöne mugallymlar onuň doly däldigini bilmelidirler: Royal Society Open Science neşirinde çap edilen mehanistik seljerme okislenmäniň reaktiw enediolat arkaly geçip, soňra has kiçi kislotalara böleklere bölünýän dikarbonil birleşmesine çenli dowam edýändigini görkezýär.

Çaýkamak göze görünýän netijäni tersine öwürýär. Hereket çüýşäniň ýokarsynda galan howadaky kislorody suwuklykda eredýär, kislorod bolsa gaýtarylan boýagy gaýtadan okislendirýär:

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

Çüýşe hereketsiz goýlanda erän kislorod gutarýar, glýukoza boýagy ýene gaýtarýar we reňk solýar. Köp aýlawyň dowamynda umumy himiki netije şekeriň howa arkaly okislenmegidir, boýag bolsa redoks mediatory hökmünde üýtgemän aýlaw edýär. Ol berk manydaky katalizator däl-de, mediatordyr, sebäbi şekeriň okislenmesi onsuz hem geçýär. Reňkiň solmagy hem dargama däldir: ýok edilen boýagy çaýkamak bilen gaýtadan dikeldip bolmazdy. Demonstrasiýalaryň arasynda boýag erginlerini durnukly saklamak üçin metilen gögi erginlerini ulanmak we saklamak baradaky belliklere serediň.

Gözegçilik astyndaky demonstrasiýanyň ýerine ýetirilişi

Bu öý şertlerinde ýerine ýetirilýän iş däl, gözegçilik astyndaky demonstrasiýadyr. Aşgar bilen işlenende göz goragy, ellikler we taýýarlyk bilen arassalamaga jogapkär mugallym zerurdyr. Dokumentleşdirilen iki formulasiýanyň gurluşy birmeňzeş, diňe möçberi tapawutlanýar.

Indiana University himiýa bölüminiň çap eden demonstrasiýasynyň görkezme sahypasynda takmynan 5 percent kaliý gidroksidi, 4 percent glýukoza we 1 percent suwly metilen gögi ulanylýar. Aşgaryň we glýukozanyň erginlerinden deň göwrüm alyp, dury 250 or 500 millilitre çüýşä ýarysyna çenli guýuň; galan bölegini howa boşlugy hökmünde boş goýuň. Birnäçe damja boýag goşuň, gapagyny ýapyň, birleşýän ýerini möhürläň we gök reňk ýitýänçä hereketsiz goýuň. Royal Society of Chemistry tertibi şol bir ýörelgäni 1 litre dykylýan kolba üçin ulaldýar: 300 millilitres suw, 10 grams glýukoza, 8 grams kaliý gidroksidi (ýa-da 6 grams natriý gidroksidi), üstesine birnäçe millilitres gowşak boýag esasy ergini.

Ýerine ýetirmek üçin güýçli çaýkaň. Doly gök reňk birnäçe sekuntda emele gelýär. Kolbany goýuň we reňkiň solýan wagtyny ölçäň. Royal Society of Chemistry bir dolduryş bilen ýigrimiden köp aýlawyň mümkindigini görkezýär. Çüýşäni hiç wagt agzyna çenli doldurmaň: içinde galan howa bolmasa, eremek üçin kislorod ätiýaçlygy hem bolmaz.

Näme synlamaly we wagty näme üýtgedýär

Üç zadyň wagtyny ölçäň: doly gök reňke ýetýänçä çaýkama (seconds), reňksiz bolýança hereketsiz durma (birnäçe minuta çenli) we gök reňk gowşaýança gaýtalanýan aýlawlaryň sany. Her solmanyň ahyryna golaý ýüzüne serediň. Howa bilen araçäkde köplenç inçe gök gatlak biraz wagt galýar, sebäbi şol ýerde kislorod diffuziýa arkaly girmegini dowam etdirýär. Şol çyzyk diffuziýanyň göze görünýän görnüşidir.

Gök çüýşe reaksiýasy Royal Society of Chemistry tertibinde görkezilen empiriki tizlik kanunyna eýerýär: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Her bir agza synpda aýratyn tejribe hökmünde öwrenilip bilner. Glýukozanyň, aşgaryň ýa-da boýagyň mukdaryny köpeltmek gök döwrüni gysgaldýar. Ýylylyk solmagy çaltlandyrýar; sowuk kolbada reaksiýa haýallaýar. Güýçli çaýkamak has köp kislorody eredýär, şonuň üçin gök reňk has uzak saklanýar. Has uly howa boşlugy tejribäniň dowamlylygyny uzaldýar. Aýlawlar ahyrynda gowşap, suwuklyk saralyp başlanda şeker sarp bolupdyr we goşmaça önümler ýygnanypdyr. Şol ahyrky ýagdaýyň özi hem ýazga almaga mynasyp netijedir.

Synlama iş sahypasy

Bu tablisany depderlere göçüriň, her synag üçin bir setir ulanyň. Şu iş sahypasy bilen ýokardaky reaksiýa diagrammasy bu makala üçin çap edilip bilinýän materiallardyr.

Her synagdan öň jogap berilmeli çaklama soraglary:

• Çüýşe çaýkalandan dessine gök bolýar. Boýagyň haýsy görnüşi agdyklyk edýär we ony şol ýagdaýa näme getirdi?
• Çüýşe hereketsiz durýar we reňki solýar. Haýsy reaksiýa agdyklyk edýär we haýsy madda sarp edilýär?
• Köp aýlawdan soň gök reňk gowşap, sarymtyl bolýar. Ony gaýtadan dikeltmek üçin haýsyny ulanmaly: boýag, aşgar ýa-da glýukoza? Näme üçin?
• Bir aýlaw üçin reňkiň wagta görä grafigini çyzyň. Kislorodyň ergine girýän ýerini belläň.

Mugallym üçin jogaplar: (1) okislenen metilen gögi, ýokarky howa boşlugyndan erän kislorod tarapyndan gaýtadan okislenen; (2) glýukoza arkaly gaýtarylma, glýukoza sarp edilýär; (3) glýukoza, çäklendiriji donor, sebäbi boýag üýtgemän aýlaw edýär; (4) çaýkalanda çalt ýokarlanma, hereketsiz duranda ýuwaş-ýuwaş peselme, kislorodyň diňe ýokarlanma döwründe girmegi.

Adyny bilmäge mynasyp ýakyn görnüşler

Swetofor demonstrasiýasynda metilen gögüniň ýerine indigo karmin ulanylýar we kislorodlandyrylanda sary, gyzyl hem-de ýaşyl reňkler yzygiderli ýüze çykýar. Ýaşyl çüýşe ady takyk däl görnüşde ulanylýar: käte şol wariant üçin, käte askorbin kislotasy ulgamlary ýa-da American Chemical Society tarapyndan beýan edilen fermentli aýlaw ulgamy ýaly has ýaşyl formulasiýalar üçin. Okuwçylar dürli himiýalardan alnan synlamalary garyşdyrmaz ýaly, stoluň üstündäki wariantyň adyny anyk aýdyň.

Howpsuzlyk we işlemek

Tutuş dowamynda gözegçilik bolmaly. Aşgar ergini bilen işlenende ýa-da dykylýan gap çaýkalanda himiki sepelenmelerden goraýan gözlük we ellik geýiň. Aşgar ýanyga sebäp bolýar, boýag derini we matany menekleýär, etanolda taýýarlanan boýag esasy erginleri bolsa laboratoriýa stoluna ýangyç erginç goşýar. Çaýkalanda gaby dykylan ýagdaýda saklaň. Soňra sarp bolan erginleri edaraňyzyň öz laboratoriýa düzgünlerine laýyklykda işlemäge saklaň. Aşgar we boýag saklaýan galyndylara degişli talaplar edaralaryň we hukuk sebitleriniň arasynda tapawutlanýar, şonuň üçin başga çeşmeden tertip göçürmegiň ýerine öz laboratoriýaňyzyň kabul eden düzgünine eýeriň.

Reňk üýtgemeleriniň ýerine san görkezijileri gerek bolsa, metilen gögüni mukdar taýdan kesgitleýän analizler şu demonstrasiýanyň gutaran ýerinden dowam edýär.

Mugallymlar näme üçin bu çüýşäni saklaýarlar

Bir kolba dört düşünjäni jemleýär. Redoks kesgitleme däl-de, reňk görnüşinde görünýär. Mediator bir maddanyň ujypsyz mukdarynyň beýleki maddanyň uly mukdary barada nähili maglumat berýändigini görkezýär. Kinetika termodinamikadan göze görünýän görnüşde tapawutlanýar: çaýkamak kislorody üpjün edýärkä kislorod üstün çykýar, üpjünçilik kesilende bolsa glýukoza üstün çykýar. Himiýadaky iň ümsüm proses bolan diffuziýa bolsa ähli demonstrasiýanyň işlemegini üpjün edýär, sebäbi her bir gök öwüşgin kislorodyň howadan suwa geçmegi bilen başlanýar. Okuwçylara bularyň hemmesini sekundomer we tablisa bilen öňünden çaklamaga, wagtyny ölçemäge we düşündirmäge mümkinçilik berýän demonstrasiýa laboratoriýa stolundaky ornuna mynasypdyr.