كۆك بوتۇلكا تەجرىبىسى: خىمىيەسى، ئىجرا تەرتىپى ۋە كۆزىتىشلەر

ئورۇندۇق ئۈستىدە سۈزۈك بىر بوتۇلكا تۇرىدۇ. قارىماققا سۇغا ئوخشايدۇ. بىرسى ئۇنى سىلكىسە، سۇيۇقلۇق روشەن كۆك رەڭگە كىرىدۇ. قويۇپ قويغاندا، كۆك رەڭ بىر ياكى ئىككى مىنۇت ئىچىدە يوقىلىدۇ. يەنە سىلكىسە، كۆك رەڭ قايتىپ كېلىدۇ. بىر قېتىم تەييارلانغان ئېرىتمە بىلەن بۇ جەرياننى يىگىرمە قېتىم ياكى ئۇنىڭدىنمۇ كۆپ تەكرارلاش مۇمكىن.

ئوقۇغۇچىلار ئادەتتە بوتۇلكىنىڭ ئىچىدە بىر نەرسە يوشۇرۇنغان، ياكى سىلكىش ئىككى قەۋەتنى ئارىلاشتۇرغان دەپ پەرەز قىلىدۇ. ھەر ئىككى پەرەزنىڭ خاتا بولۇشى ئۆزى بىر دەرس. رەڭ پۈتۈن ئېرىتمىگە تارقالغان بىرلا بوياق ماددىسىدىن، يەنى مېتىلېن كۆكىدىن كېلىدۇ. ئۆزگىرىدىغىنى بوياق مولېكۇلىسىنىڭ قانچە ئېلېكترون توشۇۋاتقانلىقىدۇر. بۇ كۆزگە كۆرۈنىدىغان رېدوكس دەۋرى بولۇپ، سىنىپتا بىۋاسىتە كۆرىدىغان ھەر بىر ئۆزگەرگۈچى، مەسىلەن سىلكىش ۋاقتى، تېمپېراتۇرا ۋە قويۇقلۇق، خىمىيەدىكى مۇناسىپ ئامىل بىلەن باغلىنىدۇ.

ئوخشاش بوياقنىڭ ئىككى خىل شەكلى

ئوكسىدلانغان مېتىلېن كۆكى ياپىلاق، مۇسبەت زەرەتلىك ھالقا سىستېمىسىدۇر. ئۇ 600 to 700 nanometres ئەتراپىدىكى نۇرنى كۈچلۈك سۈمۈرىدۇ، كۆز بۇنى قېنىق كۆك دەپ كۆرىدۇ. بۇ ئىككى شەكىل ۋە ئۇلارنىڭ سپېكترلىرى مېتىلېن كۆكىنىڭ قۇرۇلمىسى ۋە خۇسۇسىيەتلىرى ھەققىدىكى قوللانمىدا بايان قىلىنغان.

قايتۇرۇلۇش ئىككى ئېلېكترون ۋە بىر پروتون قوشۇپ، لېيكومېتىلېن كۆكىنى ھاسىل قىلىدۇ: زەرەتسىز، ياپىلاق ئەمەس ۋە ئەمەلىيەتتە رەڭسىز. ئىشقارلىق ئېرىتمىدە يېرىم رېئاكسىيە MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH- شەكلىدە يېزىلىدۇ. بۇ باسقۇچ پۈتۈنلەي قايتۇرغىلى بولىدۇ. كۆك بولسا ئوكسىدلانغان، رەڭسىز بولسا قايتۇرۇلغان ھالەتنى بىلدۈرىدۇ، كۆزىتىشكە تېگىشلىك ئۈچىنچى ھالەت يوق. شۇڭا بۇ رېدوكس خىمىيەسى بىلەن تۇنجى تونۇشۇشقا ناھايىتى پاكىز مىسال بولالايدۇ.

دەۋر: گلۇكوزا قايتۇرىدۇ، ئوكسىگېن قايتا ئوكسىدلايدۇ

بوتۇلكىدا ئۈچ خىزمەتچى تەركىب بار: مېتىلېن كۆكى، گلۇكوزا ۋە كۈچلۈك ئىشقار، يەنى كالىي ياكى ناترىي ھىدروكسىد. ئىشقار گلۇكوزانى ئېلېكتروننى بوياققا بېرەلەيدىغان ئاكتىپ دېپروتونلانغان شەكىللەرگە ئۆتكۈزۈشكە ياردەم بېرىدۇ:

قايتۇرغۇچى شېكەر + MB (كۆك، ئوكسىدلانغان) -> ئوكسىدلانغان شېكەر مەھسۇلاتلىرى + LMB (رەڭسىز)

بۇ ئاستا باسقۇچ بوتۇلكا تۇرغاندا رەڭنى يوقىتىدۇ. گلۇكوزا قۇربانلىق ئېلېكترون بەرگۈچى بولۇپ، جەرياندا سەرپ بولىدۇ. بوياق بولسا پەقەت ئېلېكترون توشۇيدۇ، شۇڭا بىر پۈتۈن بوتۇلكىغا بىر نەچچە تامچە يېتەرلىك. كونا دەرسخانا چۈشەندۈرۈشلىرى گلۇكوزا گلۇكونىك كىسلاتاغا ئايلىنىدۇ دەيدۇ. بۇ قىسقارتىلغان چۈشەندۈرۈش كۆزىتىشلەرنى توغرا مۆلچەرلەيدۇ، ئەمما ئوقۇتقۇچىلار ئۇنىڭ تولۇق ئەمەسلىكىنى بىلىشى كېرەك: Royal Society Open Science دا ئېلان قىلىنغان مېخانىزملىق تەھلىل ئوكسىدلىنىشنىڭ ئاكتىپ ئېنېدىئولات ئارقىلىق ئۆتۈپ، ئاندىن كىچىكرەك كىسلاتالارغا پارچىلىنىدىغان دىكاربونىلغا بېرىپ يېتىدىغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ.

سىلكىش كۆزگە كۆرۈنىدىغان نەتىجىنى تەتۈر ئايلاندۇرىدۇ. ھەرىكەت بوتۇلكىنىڭ ئۈستىدىكى قاپسىلىپ قالغان ھاۋادىن ئوكسىگېننى ئېرىتىدۇ، ئوكسىگېن بولسا قايتۇرۇلغان بوياقنى قايتا ئوكسىدلايدۇ:

LMB (رەڭسىز) + O2 -> MB (كۆك) + قايتۇرۇلغان ئوكسىگېن مەھسۇلاتلىرى

بوتۇلكا تىنچ قويۇلسا، ئېرىگەن ئوكسىگېن تۈگەيدۇ، گلۇكوزا بوياقنى يەنە قايتۇرىدۇ ۋە رەڭ سۇسلىشىدۇ. نۇرغۇن دەۋردىن كېيىنكى ئومۇمىي خىمىيە شېكەرنىڭ ھاۋا ئارقىلىق ئوكسىدلىنىشى بولۇپ، بوياق رېدوكس ۋاسىتىچىسى سۈپىتىدە ئۆزگەرمىگەن ھالدا دەۋر قىلىدۇ. ئۇ قاتتىق مەنىدىكى كاتالىزاتور ئەمەس، بەلكى ۋاسىتىچى، چۈنكى شېكەرنىڭ ئوكسىدلىنىشى ئۇ بولمىسىمۇ يۈز بېرىدۇ. رەڭنىڭ يوقىلىشىمۇ پارچىلىنىش ئەمەس: ئەگەر بوياق بۇزۇلغان بولسا، سىلكىش بىلەن قايتا جانلاندۇرغىلى بولمايتتى. كۆرسەتمىلەر ئارىلىقىدا بوياق زاپىسىنى مۇقىم ساقلاش ئۈچۈن مېتىلېن كۆكى ئېرىتمىلىرىنى بىر تەرەپ قىلىش ۋە ساقلاش ھەققىدىكى ئىزاھاتقا قاراڭ.

نازارەت ئاستىدىكى كۆرسەتمە ئۈچۈن ئىجرا تەرتىپى

بۇ نازارەت ئاستىدا قىلىنىدىغان كۆرسەتمە بولۇپ، ئائىلىدە قىلىدىغان پائالىيەت ئەمەس. ئىشقار بىلەن ئىشلەشتە كۆزنى قوغداش، پەلەي كىيىش ۋە تەييارلاش بىلەن تازىلاشقا مەسئۇل ئوقۇتقۇچى بولۇشى كېرەك. ھۆججەتلەشتۈرۈلگەن ئىككى فورمۇلا قۇرۇلمىسى جەھەتتىن ئوخشاش، كۆلىمى جەھەتتىن پەرقلىنىدۇ.

Indiana University خىمىيە بۆلۈمى ئېلان قىلغان كۆرسەتمىنىڭ (https://www.chem.indiana.edu/faculty-research/faculty-resources/chemistry-demos/demo/the-blue-bottle-demonstration/) كۆرسەتمە ۋارىقىدا تەخمىنەن 5 percent كالىي ھىدروكسىد، 4 percent گلۇكوزا ۋە 1 percent سۇلۇق مېتىلېن كۆكى ئىشلىتىلىدۇ. ئىشقار بىلەن گلۇكوزا ئېرىتمىسىدىن تەڭ ھەجىمدە سۈزۈك 250 or 500 millilitre بوتۇلكىغا يېرىمىغىچە قۇيۇپ، قالغان قىسمىنى ھاۋا بوشلۇقى قىلىپ قالدۇرۇڭ. بىر نەچچە تامچە بوياق قوشۇپ، قاپىقىنى تاقاڭ، تۇتاشقان يېرىنى پېچەتلەڭ ۋە كۆك رەڭ يوقالغۇچە تۇرغۇزۇڭ. Royal Society of Chemistry نىڭ ئىجرا تەرتىپى ئوخشاش پىكىرنى 1 litre قاپاقلىق كولبىغا چوڭايتىدۇ: 300 millilitres سۇ، 10 grams گلۇكوزا، 8 grams كالىي ھىدروكسىد (ياكى 6 grams ناترىي ھىدروكسىد)، ئۇنىڭغا قوشۇپ بىر نەچچە millilitres سۇيۇلدۇرۇلغان بوياق زاپىسى.

ئىجرا قىلغاندا كۈچلۈك سىلكىڭ. تولۇق كۆك رەڭ بىر نەچچە سېكۇنت ئىچىدە پەيدا بولىدۇ. كولبىنى قويۇپ، رەڭنىڭ سۇسلىشىش ۋاقتىنى ئۆلچەڭ. Royal Society of Chemistry بىر قېتىملىق تەييارلاش بىلەن يىگىرمە دەۋردىن كۆپ تەكرارلاشقا بولىدىغانلىقىنى دوكلات قىلغان. بوتۇلكىنى ھەرگىز ئېغىزىغىچە تولدۇرماڭ: قاپسىلىپ قالغان ھاۋا بولمىسا، ئېرىيدىغان ئوكسىگېن زاپىسىمۇ بولمايدۇ.

نېمىنى كۆزىتىش كېرەك، ۋاقىتقا نېمە تەسىر قىلىدۇ

ئۈچ نەرسىنىڭ ۋاقتىنى ئۆلچەڭ: تولۇق كۆك بولغۇچە سىلكىش (seconds)، تۇرغۇزغاندىن رەڭسىز بولغۇچە (بىر نەچچە مىنۇتقىچە)، ۋە كۆك رەڭ ئاجىزلاشقۇچە بولغان دەۋر سانى. ھەر قېتىملىق رەڭ سۇسلىشىشنىڭ ئاخىرىدا سۇيۇقلۇق يۈزىگە قاراڭ. ھاۋا بىلەن تۇتاشقان يەردە، ئوكسىگېن داۋاملىق تارقىلىپ كىرىدىغانلىقى ئۈچۈن نېپىز بىر كۆك قەۋەت دائىم بىر ئاز ساقلىنىپ قالىدۇ. بۇ سىزىق دىففۇزىيەنىڭ كۆزگە كۆرۈنىدىغان شەكلىدۇر.

كۆك بوتۇلكا رېئاكسىيەسى Royal Society of Chemistry نىڭ ئىجرا تەرتىپى بىلەن بىللە بېرىلگەن تەجرىبە خاراكتېرلىك تېزلىك قانۇنىغا بويسۇنىدۇ: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. ھەر بىر ئەزا دەرسخانا تەجرىبىسى بولالايدۇ. گلۇكوزا، ئىشقار ياكى بوياق كۆپەيسە، كۆك ھالەتنىڭ داۋاملىشىش ۋاقتى قىسقىرايدۇ. ئىسسىقلىق رەڭنىڭ سۇسلىشىشىنى تېزلىتىدۇ؛ سوغۇق كولبىدا جەريان ئاستىلايدۇ. تېخىمۇ كۈچلۈك سىلكىش تېخىمۇ كۆپ ئوكسىگېننى ئېرىتىدۇ، شۇڭا كۆك رەڭ ئۇزۇنراق داۋاملىشىدۇ. تېخىمۇ چوڭ ھاۋا بوشلۇقى تەجرىبە داۋاملىشىش ۋاقتىنى ئۇزارتىدۇ. ئاخىرىدا دەۋرلەر ئاجىزلاپ، سۇيۇقلۇق سېرىققا مايىل بولغاندا، شېكەر سەرپ بولۇپ بولغان ۋە قوشۇمچە مەھسۇلاتلار توپلانغان بولىدۇ. بۇ ئاخىرقى نۇقتىنىڭ ئۆزىمۇ خاتىرىلەشكە ئەرزىيدىغان نەتىجە.

كۆزىتىش خىزمەت جەدۋىلى

بۇ جەدۋەلنى دەپتەرگە كۆچۈرۈڭ، ھەر بىر سىناققا بىر قۇر. بۇ خىزمەت جەدۋىلى بىلەن ئۈستىدىكى رېئاكسىيە دىئاگراممىسى بۇ ماقالىنىڭ بېسىپ چىقارغىلى بولىدىغان ماتېرىياللىرىدۇر.

ھەر بىر سىناقتىن بۇرۇن جاۋاب بېرىدىغان پەرەز سوئاللىرى:

• بوتۇلكا سىلكىگەندىن كېيىنلا كۆك بولىدۇ. قايسى بوياق شەكلى ئۈستۈن، ئۇنى بۇ ھالەتكە نېمە كەلتۈردى؟
• بوتۇلكا تۇرغاندا رەڭ سۇسلىشىدۇ. قايسى رېئاكسىيە ئۈستۈن كېلىۋاتىدۇ، قايسى تەركىب سەرپ بولىۋاتىدۇ؟
• نۇرغۇن دەۋردىن كېيىن كۆك رەڭ سۇس ۋە سېرىققا مايىل بولىدۇ. ئۇنى بوياق، ئىشقار ياكى گلۇكوزىدىن قايسىسى بىلەن ئەسلىگە كەلتۈرۈش كېرەك، نېمە ئۈچۈن؟
• بىر دەۋر ئۈچۈن رەڭنىڭ ۋاقىتقا قارىتا ئۆزگىرىشىنى سىزىڭ. ئوكسىگېن ئېرىتمىگە كىرىدىغان جاينى بەلگىلەڭ.

ئوقۇتقۇچى جاۋابلىرى: (1) ئوكسىدلانغان مېتىلېن كۆكى، ئۈستىدىكى ھاۋا بوشلۇقىدىن ئېرىگەن ئوكسىگېن ئارقىلىق قايتا ئوكسىدلانغان؛ (2) گلۇكوزا ئارقىلىق قايتۇرۇلۇش، گلۇكوزا سەرپ بولىدۇ؛ (3) گلۇكوزا، چۈنكى ئۇ چەكلىگۈچى ئېلېكترون بەرگۈچى، بوياق بولسا ئۆزگەرمىگەن ھالدا دەۋر قىلىدۇ؛ (4) سىلكىگەندە تىك ئۆرلەش، تۇرغۇزغاندا تەدرىجىي تۆۋەنلەش، ئوكسىگېن پەقەت ئۆرلەش جەريانىدا كىرىدۇ.

نامىنى بىلىشكە ئەرزىيدىغان يېقىن تۇغقان تەجرىبىلەر

قاتناش چىرىغى كۆرسەتمىسىدە ئىندىگو كارمىن ئىشلىتىلىپ، ئوكسىگېنلەشتۈرۈش ئارقىلىق سېرىق، قىزىل ۋە يېشىل رەڭلەر باسقۇچلۇق پەيدا بولىدۇ. «يېشىل بوتۇلكا» دېگەن نام كەڭ مەنىدە ئىشلىتىلىدۇ: بەزىدە شۇ ۋارىيانتنى، بەزىدە ئاسكوربىك كىسلاتا سىستېمىسى ياكى American Chemical Society تەسۋىرلىگەن ئېنزىملىق دەۋر سىستېمىسى قاتارلىق تېخىمۇ يېشىل فورمۇلالارنى كۆرسىتىدۇ. ئوقۇغۇچىلار ئوخشىمىغان خىمىيەلەردىن كەلگەن كۆزىتىشلەرنى ئارىلاشتۇرۇپ قويماسلىقى ئۈچۈن، ئورۇندۇق ئۈستىدە قايسى ۋارىيانت بولسا شۇنىڭ نامىنى ئېنىق ئېيتىڭ.

بىخەتەرلىك ۋە بىر تەرەپ قىلىش

پۈتۈن جەرياندا نازارەت قىلىش كېرەك. ئىشقارلىق ئېرىتمىنى بىر تەرەپ قىلغاندا ياكى قاپاقلىق قاچىنى سىلكىگەندە خىمىيەۋى چاچرىمايدىن قوغدايدىغان كۆز ئەينەك ۋە پەلەي ئىشلىتىڭ. ئىشقار كۆيدۈرىدۇ، بوياق تېرە ۋە رەختكە داغ چۈشۈرىدۇ، ئېتانولدا تەييارلانغان بوياق زاپىسى بولسا تەجرىبە ئۈستىلىگە ئاسان ئوت ئالىدىغان ئېرىتكۈچىنىمۇ ئېلىپ كېلىدۇ. سىلكىگەندە قاچىنى قاپاقلىق ھالەتتە ساقلاڭ. ئاخىرىدا ئىشلىتىلگەن ئېرىتمىلەرنى ئورنىڭىزنىڭ ئۆز تەجرىبىخانا قائىدىلىرى بويىچە بىر تەرەپ قىلىش ئۈچۈن ساقلاپ قويۇڭ. ئىشقارلىق ۋە بوياق بار تاشلاندۇقلارغا قويۇلىدىغان تەلەپلەر ئورگان ۋە باشقۇرۇش رايونلىرىغا قاراپ پەرقلىنىدۇ، شۇڭا باشقا مەنبەدىن تەرتىپ كۆچۈرۈشنىڭ ئورنىغا تەجرىبىخانىڭىز بەلگىلىگەن تەرتىپكە ئەگىشىڭ.

ئەگەر رەڭ ئۆزگىرىشىنىڭ ئورنىغا سانلىق نەتىجە كېرەك بولسا، مېتىلېن كۆكىنىڭ مىقدارىي ئانالىزلىرى بۇ كۆرسەتمە توختىغان جايدىن داۋام قىلىدۇ.

ئوقۇتقۇچىلار نېمە ئۈچۈن بۇ بوتۇلكىنى داۋاملىق ئىشلىتىدۇ

بىر كولبا تۆت ئىدىيەنى بىر يەرگە توپلايدۇ. رېدوكس بىر ئېنىقلىما بولماي، كۆزگە كۆرۈنىدىغان رەڭگە ئايلىنىدۇ. ۋاسىتىچى ماددىنىڭ ئىنتايىن ئاز مىقدارىنىڭ باشقا بىر ماددىنىڭ زور مىقدارىدىكى ئۆزگىرىشنى قانداق كۆرسىتىپ بېرەلەيدىغانلىقىنى نامايان قىلىدۇ. كىنېتىكا بىلەن تېرمودىنامىكا كۆز ئالدىدا ئايرىلىدۇ: سىلكىش ئوكسىگېننى تەمىنلەپ تۇرغاندا ئوكسىگېن ئۈستۈن كېلىدۇ، تەمىنلەش توختىغاندا گلۇكوزا ئۈستۈن كېلىدۇ. خىمىيەدىكى ئەڭ جىم جەريان بولغان دىففۇزىيە بولسا پۈتۈن كۆرۈنۈشنى ھەرىكەتكە كەلتۈرىدۇ، چۈنكى ھەر بىر كۆك چاقماق ئوكسىگېننىڭ ھاۋادىن سۇغا ئۆتۈشى بىلەن باشلىنىدۇ. ئوقۇغۇچىلارغا بۇلارنىڭ ھەممىسىنى پەقەت بىر ۋاقىت ئۆلچىگۈچ ۋە بىر جەدۋەل بىلەن ئالدىن پەرەز قىلىش، ۋاقىت ئۆلچەش ۋە چۈشەندۈرۈش ئىمكانىنى بېرىدىغان بۇنداق كۆرسەتمە تەجرىبە ئۈستىلىدە ئورۇن ئېلىشقا ئەرزىيدۇ.