مېتىلېن كۆكى ۋە پېرمانگاناتنىڭ دىففۇزىيەسى: ئاگار تەجرىبىسى نېمىنى كۆرسىتىدۇ

بىر ئوقۇتقۇچى ئاگار تەخسىسىدە ئىككى ئويمانچە ئېچىپ، بىرىگە كۆك بوياق، يەنە بىرىگە بىنەپشە ئېرىتمە تولدۇرىدۇ ۋە ئوقۇغۇچىلارغا كۆزىتىشنى ئېيتىدۇ. بىر سائەتتىن كېيىن بىنەپشە ھالقا تېخىمۇ كەڭ بولىدۇ. ئوقۇغۇچىلار كالىي پېرمانگانات يېنىكرەك بولغاچقا، مېتىلېن كۆكىدىن تېز دىففۇزىيەلىنىدۇ دەپ يېزىۋالىدۇ.

بۇ جۈملىنىڭ يېرىمى توغرا، يېرىمى بولسا خاتا چۈشەنچىگە يېتەكلەيدۇ؛ قىزىقارلىق يېرى دەل شۇ خاتا چۈشەنچىگە يېتەكلەيدىغان قىسمىدۇر. بۇ نامايىش ئۆلچەملىك دىففۇزىيە دەرسى بولۇپ، مەسىلەن، بۇ ئاگار دىففۇزىيەسى تەجرىبىخانا مەشىقىدە بايان قىلىنغان. ئەمما ئوقۇغۇچىلار كۆرۈۋاتقىنى مولېكۇلا ئېغىرلىقىنىڭ بىۋاسىتە تەسىرى ئەمەس. ئۇ گېل ئىچىدە كۆرۈنەرلىك رەڭ چېگراسىنىڭ يۆتكىلىشى بولۇپ، ئىئوننىڭ چوڭلۇقى، سۇ مولېكۇلىلىرى بىلەن قاپلىنىشى، بوياقنىڭ باغلىنىشى، قويۇقلۇق، تېمپېراتۇرا ۋە چېگرانى ئۆلچەش ئۇسۇلىنىڭ تەسىرىگە ئۇچرايدۇ.

رەڭ چېگراسى دىففۇزىيە كوئېففىتسېنتى ئەمەس

دىففۇزىيە — ئېرىگەن زەررىچىلەرنىڭ قويۇقلۇقى يۇقىرى رايوندىن قويۇقلۇقى تۆۋەن رايونغا تارقىلىشىدۇر. ئادەتتە D بىلەن ئىپادىلىنىدىغان دىففۇزىيە كوئېففىتسېنتى مەلۇم ئېرىگەن ماددىنىڭ مەلۇم مۇھىتتا، مەلۇم تېمپېراتۇرىدا قانچىلىك تېز تارقىلىدىغانلىقىنى تەسۋىرلەيدۇ.

دەرسخانىدىكى تەخسە D نى بىۋاسىتە كۆرسەتمەيدۇ. ئۇ رەڭ بەك سۇسلىشىپ، كۆزگە كۆرۈنمەي قالىدىغان چېگرانى كۆرسىتىدۇ. بۇ چېگرا دىففۇزىيەنىڭ ئۆزىدىن باشقا، بوياقنىڭ يورۇقلۇق سۈمۈرۈش ئىقتىدارى، يورۇتۇش، كامېرانىڭ يورۇقلۇق قوبۇل قىلىش تەڭشىكى، ئويمانچىغا سېلىنغان ئېرىتمىنىڭ قويۇقلۇقى ۋە سىزغۇچ تۇتقان كىشىنىڭ ھۆكۈمىگىمۇ باغلىق.

دەرسخانىدا ئۆلچەنگەن قىممەتنى ئۆز نامى بىلەن ئاتاش كېرەك: ئۇ كۆرۈنەرلىك دىففۇزىيە ئالدىنقى چېگراسىنىڭ يۆتكىلىشىدۇر. نەزەرىي تەھلىللەردە ئوتتۇرىچە كۋادرات يۆتكىلىش D بىلەن فىك دىففۇزىيەسى تەھلىلىدە كۆرسىتىلگەن شەكىلدىكى مۇناسىۋەتلەر ئارقىلىق باغلىنىدۇ. ئەمما D نى سانلىق مەلۇماتقا ماسلاشتۇرۇپ ئېنىقلاش ئۈچۈن دەرس ئاخىرىدىكى بىرلا دىئامېتىر ئەمەس، ۋاقىت بويىچە قويۇقلۇقنىڭ بوشلۇقتىكى تەقسىماتى كېرەك. ئېلان قىلىنغان بىر دەرسخانا تەتقىقاتى ئاخىرقى رەڭلىك داغ چوڭلۇقلىرىنى سېلىشتۇرۇشنىڭ ئورنىغا، ئارىلىقنىڭ كۋادراتىنى ۋاقىتقا قارىتا گرافىكقا چۈشۈرۈپ، گېلدىكى مېتىلېن كۆكىنىڭ دىففۇزىيە كوئېففىتسېنتىنى تەخمىنەن 4.5 ھەسسىسى 10^-10 m^2/s دەپ چىقارغان. بىرلا پەيتتىكى سۈرەت بۇ ئىشنى قىلالمايدۇ.

نامايىشنىڭ ئارقىسىدىكى ئاساسىي ئۇقۇم مانا مۇشۇ؛ قالغان ھەممە نەرسە تەخسىنىڭ بۇ ئۇقۇمنى قانچىلىك توغرا ئەكس ئەتتۈرىدىغانلىقىغا ئائىت تەپسىلاتلاردۇر.

ئىككى مولېكۇلا ئەمەس، ئىككى رەڭلىك ئىئون

بۇ ئىككى ئېرىگەن ماددىنىڭ ھېچقايسىسى ئاگار ئىچىدە بوتۇلكىغا بېسىلغان فورمۇلا شەكلىدە ھەرىكەتلەنمەيدۇ. ھەر ئىككىسى سۇدا پارچىلىنىدىغان كۈچلۈك ئېلېكترولىتلاردۇر.

كالىي پېرمانگانات (KMnO4، فورمۇلا ماسسىسى تەخمىنەن 158.03 g/mol) كالىي ئىئونلىرى ۋە پېرمانگانات ئىئونلىرىغا ئايرىلىدۇ. بىنەپشە رەڭدە ھەرىكەتلىنىدىغان زەررىچە پېرمانگانات ئىئونى MnO4^- بولۇپ، ماسسىسى تەخمىنەن 118.94 g/mol؛ ئۇنى سۇ مولېكۇلىلىرىدىن تەركىب تاپقان بىر قەۋەت قاپلاپ تۇرىدۇ. مېتىلېن كۆكى خلورىدى (سۇسىز تۇز C16H18ClN3S، تەخمىنەن 319.85 g/mol) خلورىد ۋە كۆك ئورگانىك كاتىئون MB^+ غا ئايرىلىدۇ. بۇ كاتىئوننىڭ ماسسىسى تەخمىنەن 284.41 g/mol بولۇپ، ئۇمۇ سۇ مولېكۇلىلىرى بىلەن قاپلانغان. NIST نىڭ مېتىلېن كۆكى خاتىرىسى ۋە ChEBI نىڭ مېتىلېن كۆكى تۈرى بۇ شەكىللەرنى خاتىرىلىگەن؛ خىمىيە ۋە قۇرۇلۇش پايدىلىنىش ماتېرىيالى بولسا كاتىئون، سۇسىز تۇز ۋە ھىدراتلارغا نېمىشقا ئايرىم ئىسىم بېرىش كېرەكلىكىنى چۈشەندۈرىدۇ.

بۇنىڭدىن ئۈچ نەتىجە كېلىپ چىقىدۇ.

بىرىنچىدىن، 158 بىلەن 320 نى سېلىشتۇرۇش رەڭلىك ئىئونلار ئارىسىدىكى ھەقىقىي چوڭلۇق پەرقىنى كىچىك كۆرسىتىدۇ. چۈنكى تەخمىنەن 119 g/mol بولغان بىنەپشە زەررىچە تەخمىنەن 284 g/mol بولغان كۆك كاتىئوندىن خېلىلا كىچىك، ھەر ئىككىسىنىڭ ئەتراپىدىكى سۇ قەۋىتى ئۇلارنىڭ ئۈنۈملۈك چوڭلۇقىنى ئاشۇرىدۇ.

ئىككىنچىدىن، مېتىلېن كۆكى كاتىئونلىرى باشقا نەرسىلەرگە چاپلىشىدۇ. قويۇقلۇق ئاشقاندا ئۇلار دىمېر ۋە تېخىمۇ چوڭ توپلاملارنى ھاسىل قىلىدۇ، شۇنداقلا ئاگارغا ئادسوربسىيەلىنىدۇ. ئاگار ئادسوربسىيەسى تەتقىقاتلىرىدا مونومېر ۋە دىمېرنىڭ ھەر ئىككىسىنىڭ باغلىنىشى دوكلات قىلىنغان. ئادسوربسىيەلەنگەن بوياق جايىدا تۇرىدۇ. ئۇ ئالدىنقى چېگرانى ئىلگىرى سۈرمەي، گېلنى رەڭلەيدۇ.

ئۈچىنچىدىن، ئادەتتە ئىشلىتىلىدىغان رېئاكتىپ پاراشوكى ھىدرات بولغاچقا، تارازىدا ئۆلچەنگەن بىر گرامنىڭ ئىچىدە كىرىستال سۈيىمۇ بار. ترىھىدرات بىلەن سۇسىز شەكىلنى سېلىشتۇرۇش بۇنىڭ موليار قويۇقلۇقنى قانداق ئۆزگەرتىدىغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ. دەرسخانىدا ئادىل سېلىشتۇرۇش ئۈچۈن، تۇزلارنىڭ موليار قويۇقلۇقى تەڭ بولغان ئېرىتمىلەرنى تەييارلاڭ ۋە قايسى قاتتىق شەكىلنىڭ ئىشلىتىلگەنلىكىنى خاتىرىلەڭ.

بۇ يەردە نېمىشقا يېنىكرەك بولۇش تېزرەك بولۇشنى بىلدۈرمەيدۇ

سۇيۇق ئېرىتمىلەردە ماسسىغا تايىنىشتىن ياخشىراق بولغان دەسلەپكى مودېل ستوكس–ئېينشتېين تەسۋىرىدۇر. ئۇنىڭدا دىففۇزىيە كوئېففىتسېنتى تېمپېراتۇرىغا توغرا، يېپىشقاقلىق ۋە ھىدرودىنامىكىلىق رادىئۇسقا تەتۈر تاناسىپ بولىدۇ. سۇ قەۋىتى بىلەن بىللە ھېسابلىغاندا كىچىكرەك بولغان زەررىچە تېزرەك تارقىلىدۇ. بىر خىمىيە ئائىلىسى ئىچىدە تۆۋەنرەك ماسسا دائىم كىچىكرەك چوڭلۇق بىلەن باغلىنىشلىق بولغاچقا، يېنىكرەك بولۇش بىر چۈشەندۈرۈشتەك كۆرۈنۈشى مۇمكىن. ئەمما بۇ باغلىنىش بولۇپ، مېخانىزم ئەمەس.

گازنىڭ كىچىك تۆشۈكتىن چىقىش سۈرئىتى موليار ماسسىنىڭ كۋادرات يىلتىزىغا تەتۈر تاناسىپ بولىدىغانلىقىنى بايان قىلىدىغان گراھام قانۇنى بۇ تەخسىگە ھۆكۈمرانلىق قىلمايدۇ. ئۇنىڭ كەلتۈرۈپ چىقىرىلىشى گازلارنىڭ ھەرىكەت نەزەرىيەسىگە تەۋە بولۇپ، بۇ OpenStax نىڭ گازلارنىڭ كىچىك تۆشۈكتىن چىقىشى ۋە دىففۇزىيەسى ھەققىدىكى بايانىدا خۇلاسىلەنگەن. سۇيۇقلۇقلاردا يېپىشقاقلىققا باغلىق قارشىلىق، سۇ مولېكۇلىلىرى بىلەن قاپلىنىش، شەكىل تەسىرى ۋە زەررىچىلەرنىڭ زىچلىقىمۇ رول ئوينايدۇ. گېللاردا بۇنىڭغا تۆشۈك قۇرۇلمىسى، يوللارنىڭ ئەگرى-بۈگرىلىكى، ئادسوربسىيە ۋە پولىمېر بىلەن بولغان زەرەتلىك ئۆزئارا تەسىرلەر قوشۇلىدۇ.

سانلار بۇ پەرقنى ئاشكارىلايدۇ. گراھام قانۇنىنى 158 بىلەن 320 گە قوللانغاندا، سۈرئەت نىسبىتى تەخمىنەن 1.42 دەپ مۆلچەرلىنىدۇ. سۇدىكى سۇيۇق ئېرىتمىلەردە ئۆلچەنگەن دىففۇزىيە كوئېففىتسېنتلىرى بولسا باشقىچە نەتىجە بېرىدۇ: پېرمانگاناتنىڭ قىممىتى تەخمىنەن 1.6 دىن 1.8 گىچە ھەسسىسى 10^-9 m^2/s، مېتىلېن كۆكىنىڭ قىممىتى بولسا تەخمىنەن 4.5 تىن 5 كىچە ھەسسىسى 10^-10 m^2/s بولۇپ، نىسبىتى 3 ياكى 4 كە يېقىن. ماسسا يالغۇز بۇ نىسبەتنى ھاسىل قىلالمايدۇ. قالغان پەرقنى سۇ قەۋىتى بىلەن بىللە ھېسابلانغان چوڭلۇق، توپلىنىش ۋە گېلغا باغلىنىش چۈشەندۈرىدۇ.

«يېنىكرەك بولسا تېزرەك» دېگەننى ئالدىنقى پەرەزلىرى بار مودېل دەپ قاراش كېرەك: زەررىچىلەر شارسىمان، باغلىنىش يوق، توپلىنىش يوق، شارائىتلار ئوخشاش. تەخسىدىكى ئەھۋال بۇ پەرەزلەرنىڭ ئاز دېگەندە ئىككىسىگە ئۇيغۇن كەلمەيدۇ.

قانداق ئادىل سېلىشتۇرۇش ئېلىپ بېرىش كېرەك

بۇ نامايىشتا خاتالىق يۇمشاق دېتالدىكىگە ئوخشاش يۈز بېرىدۇ: ئاساسىي ئىدىيە توغرا، ئەمما ئىدىيەنى ئۆلچەمگە ئايلاندۇرۇش جەريانى قىلتاقلارغا تولغان. تۆۋەندىكى ئامىللارنىڭ ھەر بىرى ھېچقانداق مولېكۇلا خۇسۇسىيىتىنى ئۆزگەرتمەي تۇرۇپ نەتىجىنى ئۆزگەرتىدۇ.

بىرلا تۈركۈمدىكى ئاگارنى ئوخشاش چوڭقۇرلۇقتا قۇيۇڭ، بىرلا ئويمانچە كەسكۈچ ئىشلىتىڭ، سۇيۇقلۇق ھەجىمى ۋە موليار قويۇقلۇقنى تەڭ قىلىڭ. مېتىلېن كۆكىنىڭ توپلىنىشىنى چەكلەش ۋە رەڭنىڭ تويۇنۇپ كېتىشىدىن ساقلىنىش ئۈچۈن قويۇقلۇقنى يېتەرلىك تۆۋەن تۇتۇڭ. ھەر بىر ئېرىگەن ماددا ئۈچۈن ئاز دېگەندە ئۈچ تەكرار ئويمانچە ئېچىڭ، ئالدىنقى چېگرالار ھەرگىز ئۇچراشمايدىغان ئارىلىق قالدۇرۇڭ. قاچىلارنى يېپىپ، تەكشى تۇتۇڭ ۋە تېمپېراتۇرىنى تۇراقلىق ساقلاڭ، چۈنكى ئاگاردىكى بوياق تەتقىقاتلىرى كۈچلۈك تېمپېراتۇرا ۋە قويۇقلۇققا بېقىنىشنى كۆرسىتىدۇ. تولدۇرغان پەيتنى نۆل ۋاقىت دەپ بەلگىلەڭ، ئۆلچەشتىن بۇرۇن چېگرانى قانداق ئېنىقلاشنىمۇ بەلگىلەڭ: سۈرەتتىكى مۇقىم رەڭ بوسۇغىسى كۆز بىلەن مۆلچەرلەنگەن چېگرادىن ياخشى، چۈنكى كۆك ۋە بىنەپشە رەڭنىڭ كۆزگە كۆرۈنۈش چەكلىرى ئوخشىمايدۇ. ھەر بىر داغنىڭ ئۆزئارا تىك ئىككى دىئامېتىرىنى خاتىرىلەپ، ئوتتۇرىچە رادىئۇسقا ئايلاندۇرۇڭ؛ چۈنكى رادىئۇس بىلەن دىئامېتىرنى ئارىلاشتۇرۇۋېتىش ئارىلىق كۋادراتىغا ئائىت ھەرقانداق گرافىكتا تۆت ھەسسىلىك خاتالىق پەيدا قىلىدۇ.

بەلگىلەر: سول بۆلەك ھەر بىر ئالدىنقى چېگرا ئۈچۈن ئويمانچە چېتىدىن رەڭ چېگراسىغىچە ئۈستىدىن قاراپ ئۆلچەنگەن رادىئۇسنى كۆرسىتىدۇ؛ ئوڭ بۆلەك ئاگارنىڭ كېسىمىنى، ئويمانچە چوڭقۇرلۇقىنى ۋە سىرتقا قاراپ قويۇقلۇقى تەدرىجىي تۆۋەنلەيدىغان ھالقىلارنى كۆرسىتىدۇ؛ چۈشەندۈرۈش قىسمى كونترول قىلىنغان ئۆزگەرگۈچىلەرنى تىزىدۇ (ئاگار پىرسەنتى، قېلىنلىق، بوياقنىڭ موليار قويۇقلۇقى، ھەجىم، ئويمانچە چوڭلۇقى، تېمپېراتۇرا، نۆل ۋاقىت، يورۇتۇش).

دىففۇزىيەگە ئوخشاپ كۆرۈنىدىغان ھادىسىلەرگە دىققەت قىلىڭ. سۇيۇقلۇقنىڭ ئاگار يۈزىگە تۆكۈلۈپ تارقىلىشى تېز دىففۇزىيەگە ئوخشايدۇ؛ بۇ كىچىك ئاگار ئويمانچىلىرىدا خاتىرىلەنگەن تەجرىبە ساختا كۆرۈنۈشىدۇر. پېرمانگانات كۈچلۈك ئوكسىدلىغۇچى بولۇپ، ئاز مىقداردىكى ئورگانىك ماددا تەرىپىدىن ئىستېمال قىلىنىشى مۇمكىن؛ بۇ ئۇنىڭ ئالدىنقى چېگراسىنى توختىتىدۇ ياكى رەڭسىزلەندۈرىدۇ. مېتىلېن كۆكى ئوكسىدلىنىش–قايتۇرۇلۇش جەھەتتىن ئاكتىپ بولۇپ، يورۇقلۇقتا ياكى قايتۇرغۇچى شارائىتتا رەڭگى سۇسلىشىشى مۇمكىن؛ مېتىلېن كۆكى ۋە ئۇنىڭ رەڭسىز قايتۇرۇلغان شەكلىنىڭ ئوكسىدلىنىش–قايتۇرۇلۇش خىمىيەسى بۇ ھادىسىنى چۈشەندۈرىدۇ.

ئېرىتكۈچ ھەققىدە قىسقا ئەسكەرتىش: ئۆلچەملىك نامايىشتىكى ھەر ئىككى ئويمانچىدا سۇ ئاساسىدىكى ئېرىتمە ئىشلىتىلىدۇ. ئەگەر بىرەر تەجرىبە تەرتىپىدە ئېرىتكۈچ ئۆزگەرتىلسە، ئاۋۋال ئېرىشچانلىق ۋە ئېرىتمە تەييارلاش قوللانمىسىنى كۆرۈڭ، چۈنكى ئېرىشچانلىق ۋە توپلىنىش مۇھىتقا قاراپ ئۆزگىرىدۇ.

دەرسخانا كۆزىتىش خاتىرە جەدۋىلى

بۇ جەدۋەلنى دەپتەرگە كۆچۈرۈڭ ياكى ھەر بىر ئويمانچە ئۈچۈن بىر قۇر بېسىپ چىقىرىڭ. ھەر بىر قاچىغا بىر جەدۋەل ئىشلىتىش تەكرار سىناقلارنىڭ توغرا خاتىرىلىنىشىنى كاپالەتلەندۈرىدۇ.

تەھلىل ئۈچۈن، ھەر بىر ئويمانچىنىڭ ئوتتۇرىچە رادىئۇسىنىڭ كۋادراتىنى ئۆتكەن ۋاقىتقا قارىتا گرافىكقا چۈشۈرۈپ، يانتۇلۇقلارنى سېلىشتۇرۇڭ ۋە گرافىك يېنىدا چېگرانىڭ ئېنىقلىمىسىنى بايان قىلىڭ. ئەگەر ئالتە ئەگرى سىزىقنىڭ ھەممىسى ئۇلارنىڭ تارقىلىش دائىرىسى بىلەن بىللە كۆرسىتىلسە، ئوقۇغۇچىلار ئۆزگىرىشچانلىقنى خىجىل بولىدىغان ئىش ئەمەس، سانلىق مەلۇمات دەپ كۆرىدۇ.

بىخەتەرلىك تەجرىبە تەرتىپىنىڭ بىر قىسمىدۇر: پەلەي ۋە كۆز قوغدىغۇچ تاقاڭ، چۈنكى مېتىلېن كۆكى تېرە ۋە كىيىمنى داغلايدۇ، پېرمانگانات بولسا داغ قالدۇرىدىغان ۋە غىدىقلايدىغان ئوكسىدلىغۇچىدۇر. ئېرىتمىلەرنى ئېغىزغا كىرگۈزمەڭ، تەخسە ئۈستىدە ئىشلەڭ، تەجرىبە تەخسىلىرى ۋە سۇيۇقلۇقلارنى چۆكمىگە تۆكمەي، مەكتەپنىڭ خىمىيەلىك تاشلاندۇق بىر تەرەپ قىلىش يولى ئارقىلىق بىر تەرەپ قىلىڭ.

يېزىۋېلىشقا ئەرزىيدىغان جۈملە

مۇشۇ ئاگار، قويۇقلۇق ۋە تېمپېراتۇرا شارائىتلىرىدا، پېرمانگاناتنىڭ كۆرۈنەرلىك ئالدىنقى چېگراسى ئادەتتە مېتىلېن كۆكىنىڭ ئالدىنقى چېگراسىدىن تېز تارقىلىدۇ. بۇ پېرمانگاناتنىڭ ئۈنۈملۈك دىففۇزىيە كوئېففىتسېنتىنىڭ تېخىمۇ چوڭ بولۇشىغا ماس كېلىدۇ. بۇنىڭ ئاساسلىق سەۋەبى ئۇنىڭ سۇ مولېكۇلىلىرى بىلەن قاپلانغان ئىئونىنىڭ خېلىلا كىچىك بولۇشى ۋە مېتىلېن كۆكىگە ئوخشاش توپلانماسلىقى ياكى ئاگارغا باغلانماسلىقىدۇر. بۇ يەردە مولېكۇلا ماسسىسى شۇ چوڭلۇق پەرقى بىلەن باغلىنىشلىق، ئەمما ماسسا يالغۇز سۇيۇقلۇق ياكى گېلدىكى دىففۇزىيە سۈرئىتىنى بەلگىلىمەيدۇ.

بۇ جۈملىنى يازغان ئوقۇغۇچىلار ئىككى نەرسىنى ئۆگەنگەن بولىدۇ: ئىككى رەڭلىك ئىئون ھەققىدىكى بىر پاكىتنى ۋە نامايىشنىڭ كۆرسەتكەندەك كۆرۈنگەن مەنىسىگە ئىشىنىشتىن بۇرۇن، ئۇنىڭ نېمىنى ئۆلچەيدىغانلىقىنى سوراش ئادىتىنى.