Ìdánwò igo búlúù: kẹ́mísítírì, ìlànà, àti àwọn àkíyèsí

Ìgò tí omi inú rẹ̀ mọ́ kedere wà lórí tábìlì yàrá ìdánwò. Ó dà bí omi lasan. Ẹnìkan mì í, omi inú rẹ̀ sì di búlúù tó mọ́lẹ̀ gan-an. Nígbà tí a bá fi sílẹ̀, búlúù náà máa ń pòórá láàárín ìṣẹ́jú kan tàbí méjì. Mì í lẹ́ẹ̀kan sí i, búlúù náà yóò padà. Ohun tí a fi kún ìgò lẹ́ẹ̀kan ṣoṣo lè tún ìyípadà yìí ṣe ní ogún ìgbà tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ.

Àwọn akẹ́kọ̀ọ́ sábà máa ń rò pé ohun kan ni a fi pamọ́ sínú ìgò náà, tàbí pé mímì náà ń dapọ̀ àwọn fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ méjì. Àwọn àfojúsùn méjèèjì yìí kò tọ́, ṣùgbọ́n wọ́n ń kọ́ni ní ohun pàtàkì. Àwọ̀ náà wá láti inú dye kan ṣoṣo, methylene blue, tí ó wà káàkiri inú omi náà. Ohun tó ń yí padà ni iye electron tí dye náà ń gbé. Àfihàn yìí jẹ́ yíyí redox tí a lè rí ní ojú, gbogbo oníyípadà tí kíláàsì lè rí, bí àkókò mímì, temperature, concentration, sì ní ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú apá kan nínú kẹ́mísítírì náà.

Àwọn fọ́ọ̀mù méjì ti dye kan náà

Oxidised methylene blue jẹ́ eto orùka pẹlẹbẹ tí ó ní positive charge. Ó ń fa ìmọ́lẹ̀ gidigidi ní àgbègbè 600 to 700 nanometres, èyí tí ojú ènìyàn ń rí gẹ́gẹ́ bí búlúù tó jin. Àwọn fọ́ọ̀mù méjèèjì àti spectra wọn ni a ṣàlàyé nínú ìtọ́sọ́nà sí ìgbékalẹ̀ àti àwọn ànímọ́ methylene blue.

Reduction ń fi electron méjì àti proton kan kún un, ó sì ń dá leucomethylene blue sílẹ̀: kò ní charge, kì í ṣe planar, ó sì fẹ́rẹ̀ẹ́ jẹ́ aláwọ̀-mọ́. Nínú alkaline solution, half-reaction náà ni MB+ + H2O + 2 e- ⇌ LMB + OH-. Ìgbésẹ̀ náà lè padà patapata. Búlúù túmọ̀ sí oxidised, aláwọ̀-mọ́ túmọ̀ sí reduced, kò sì sí ipò kẹta tí a nílò láti tọ́pa, ohun tí ó mú kí èyí jẹ́ ìfihàn àkọ́kọ́ tó mọ́ kedere fún redox chemistry.

Yíyí náà: glucose ń reduce, oxygen sì ń re-oxidise

Ìgò náà ní àwọn eroja iṣẹ́ mẹ́ta: methylene blue, glucose, àti alkali tó lágbára, potassium tàbí sodium hydroxide. Alkali ń mú glucose wọ àwọn fọ́ọ̀mù deprotonated tí ń ṣiṣẹ́ gan-an, tí wọ́n sì ń fi electron fún dye náà:

reducing sugar + MB (búlúù, oxidised) -> oxidised sugar products + LMB (aláwọ̀-mọ́)

Ìgbésẹ̀ tó lọra yìí ń mú àwọ̀ náà kúrò nígbà tí ìgò bá dúró. Glucose ni sacrificial donor, a sì ń lò ó tán. Dye náà kàn ń gbé electron lọ síwájú àti sẹ́yìn, nítorí náà díẹ̀ lára drops rẹ̀ lè ṣiṣẹ́ fún gbogbo ìgò. Àwọn àlàyé kíláàsì àtijọ́ sọ pé glucose ń di gluconic acid. Àlàyé kúkúrú yẹn lè sọ ohun tí a máa rí tẹ́lẹ̀, ṣùgbọ́n àwọn olùkọ́ gbọ́dọ̀ mọ̀ pé kò pé: ìtúpalẹ̀ mechanistic tí a tẹ̀ jáde nínú Royal Society Open Science tọ́pa oxidation náà láti reactive enediolate dé dicarbonyl kan tí ó ń fọ́ sí àwọn acid kéékèèké.

Mímì ìgò náà ń yí ohun tí a rí padà. Agitation ń tú oxygen láti inú afẹ́fẹ́ headspace tí a dì mọ́ sínú omi, oxygen náà sì ń re-oxidise dye tí a ti reduce:

LMB (aláwọ̀-mọ́) + O2 -> MB (búlúù) + reduced oxygen products

Nígbà tí a bá fi sílẹ̀, dissolved oxygen máa ń tán, glucose á tún reduce dye náà, àwọ̀ náà á sì rọ̀ díẹ̀díẹ̀. Lẹ́yìn ọ̀pọ̀ yíyí, net chemistry ni oxidation sugar pẹ̀lú afẹ́fẹ́, nígbà tí dye náà ń yí ká láìyípadà gẹ́gẹ́ bí redox mediator. Mediator ni, kì í ṣe strict catalyst, nítorí sugar oxidation lè ṣẹlẹ̀ láìsí rẹ̀, ìparẹ́ àwọ̀ náà kì í sì ṣe decomposition: dye tí a bá ti bàjẹ́ kò lè tún jí padà nípasẹ̀ mímì. Fún bí a ṣe lè pa dye stocks mọ́ dáadáa láàárín àwọn àfihàn, wo àwọn àkọsílẹ̀ nípa mímú àti ìpamọ́ methylene blue solutions.

Ìlànà fún àfihàn lábẹ́ àbójútó

Èyí jẹ́ àfihàn tí a gbọ́dọ̀ ṣe lábẹ́ àbójútó, kì í ṣe iṣẹ́ ilé. Alkali nílò ààbò ojú, gloves, àti olùkọ́ tó jẹ́ alábòójútó ìmúrasílẹ̀ àti ìmọ́tótó lẹ́yìn iṣẹ́. Àwọn formulation méjì tí a ti kọ sílẹ̀ jọra ní ìṣètò, ṣùgbọ́n wọ́n yàtọ̀ ní scale.

Instruction sheet tó wà lẹ́yìn àfihàn tí ẹ̀ka chemistry ti Indiana University tẹ̀ jáde ń lo potassium hydroxide tó tó 5 percent, glucose 4 percent, àti aqueous methylene blue 1 percent. Tú iye tó dọ́gba ti alkali àti glucose solutions sínú transparent bottle 250 or 500 millilitre títí yóò fi kún dé ìdajì, kí ìyókù jẹ́ air headspace. Fi drops dye díẹ̀ kún un, bo ó, dì seam náà, kí o sì fi sílẹ̀ títí búlúù yóò fi mọ́. Ìlànà Royal Society of Chemistry ń gbé èrò kan náà lọ sí flask 1 litre tí a fi stopper dí: 300 millilitres omi, 10 grams glucose, 8 grams potassium hydroxide (tàbí 6 grams sodium hydroxide), pẹ̀lú millilitres díẹ̀ ti dilute dye stock.

Láti ṣe e, mì í gidigidi. Búlúù kíkún máa ń hàn láàárín seconds. Fi flask náà sílẹ̀, kí o sì wọ̀n àkókò tí àwọ̀ náà fi ń rọ̀. Royal Society of Chemistry sọ pé ohun kan tí a fi kún flask lè ṣe yíyí tó ju ogún ìgbà lọ. Má ṣe kún ìgò náà dé etí: láìsí trapped air, kò ní sí oxygen reserve láti tú sínú omi.

Ohun tí a gbọ́dọ̀ ṣàkíyèsí, àti ohun tó ń yí àkókò padà

Wọ̀n ohun mẹ́ta ní àkókò: mímì títí yóò fi di búlúù kíkún (seconds), dúró títí yóò fi di aláwọ̀-mọ́ (tó lè dé ìṣẹ́jú díẹ̀), àti iye yíyí kí búlúù tó bẹ̀rẹ̀ sí í rọ̀. Ní ìparí ìrọ̀ àwọ̀ kọ̀ọ̀kan, wo ojú omi. Fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ búlúù kékeré sábà máa ń dúró lẹ́gbẹ̀ẹ́ ibi tí afẹ́fẹ́ àti omi ti pàdé, níbi tí oxygen ti ń bá a lọ láti diffuse wọlé. Laini yẹn jẹ́ diffusion tí a lè rí.

Ìfèsì blue bottle ń tẹ̀lé empirical rate law tí a sọ pẹ̀lú ìlànà Royal Society of Chemistry: rate = k[MB oxidised][glucose]OH-. Term kọ̀ọ̀kan lè di ìdánwò kíláàsì. Glucose, alkali, tàbí dye tó pọ̀ sí i ń mú àkókò búlúù kúrú sí i. Ooru ń mú kí àwọ̀ náà rọ̀ kíákíá; flask tútù máa ń lọra. Mímì tó lágbára ń tú oxygen púpọ̀ sí i, nítorí náà búlúù máa ń pẹ́ sí i. Headspace tó tóbi ń mú kí yíyí náà pẹ́ sí i. Nígbà tí àwọn yíyí bá bẹ̀rẹ̀ sí í rẹ̀wẹ̀sì níkẹyìn tí omi náà sì di yellow, sugar ti tán, side products sì ti pọ̀ sí i. Endpoint yẹn fúnra rẹ̀ jẹ́ èsì tó yẹ kí a kọ sílẹ̀.

Bébà iṣẹ́ àkíyèsí

Da table yìí kọ sínú notebooks, row kan fún trial kọ̀ọ̀kan. Worksheet yìí àti reaction diagram tó wà lókè ni printable assets fún article yìí.

Àwọn ìbéèrè àsọtẹ́lẹ̀, tí a gbọ́dọ̀ dáhùn kí trial kọ̀ọ̀kan tó bẹ̀rẹ̀:

• Ìgò náà jẹ́ búlúù lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀ lẹ́yìn mímì. Fọ́ọ̀mù dye wo ló pọ̀ jù, kí ló sì mú un dé ipò yẹn?
• Ìgò náà dúró, àwọ̀ náà sì ń rọ̀. Ìfèsì wo ló ń borí, eroja wo ni a sì ń lò tán?
• Lẹ́yìn ọ̀pọ̀ yíyí, búlúù náà di fẹ́ẹ́fẹ́ẹ́ ó sì yọ̀ sí yellow. Èwo ni yóò tún mú un ṣiṣẹ́: dye, alkali, tàbí glucose, kí sì nìdí?
• Yà àwòrán colour against time fún yíyí kan. Ṣàmì sí ibi tí oxygen ti ń wọ solution.

Àwọn ìdáhùn fún instructor: (1) oxidised methylene blue, dissolved headspace oxygen ló re-oxidise rẹ̀; (2) reduction nipasẹ glucose, glucose ni a ń lò tán; (3) glucose, limiting donor, nítorí dye náà ń yí ká láìyípadà; (4) ìgòkè gíga nígbà mímì, ìsọ̀kalẹ̀ díẹ̀díẹ̀ nígbà tí ó dúró, oxygen ń wọlé nígbà ìgòkè nìkan.

Àwọn ìdánwò tó jọra tí ó yẹ ká mọ orúkọ wọn

Traffic light demonstration ń fi indigo carmine dípò rẹ̀, ó sì ń kọjá láti yellow sí red àti green nípasẹ̀ oxygenation. A máa ń lo orúkọ green bottle lọ́nà tí kò muna: nígbà míì fún variant yẹn, nígbà míì fún formulations tó túbọ̀ jẹ́ green bí ascorbic acid systems tàbí enzymatic cycling system tí American Chemical Society ṣàlàyé. Pe variant tó wà lórí bench ní orúkọ rẹ̀ gangan kí àwọn akẹ́kọ̀ọ́ má bà a dapọ̀ mọ́ àkíyèsí láti inú chemistries míì.

Ààbò àti mímú

Àbójútó gbọ́dọ̀ wà ní gbogbo àkókò. Lo chemical splash eye protection àti gloves nígbà mímú alkaline solution tàbí mímì vessel tí a fi stopper dí. Alkali lè jó awọ ara, dye ń fi àbàwọ́n sí skin àti fabric, dye stocks tí a ṣe pẹ̀lú ethanol sì ń fi flammable solvent kún ohun tó wà lórí bench. Jẹ́ kí vessel náà wà ní títì nígbà mímì. Lẹ́yìn náà, pa spent solutions mọ́ fún mímú gẹ́gẹ́ bí laboratory rules ilé-iṣẹ́ rẹ. Àwọn requirements fún alkaline waste tó ní dye yàtọ̀ láàárín institutions àti jurisdictions, nítorí náà tẹ̀lé procedure tí laboratory rẹ fúnra rẹ̀ ní dípò kíkó ọ̀kan wọlé láti orísun mìíràn.

Tí o bá fẹ́ numbers dípò ìyípadà àwọ̀, quantitative assays fún methylene blue ń bẹ̀rẹ̀ níbi tí àfihàn yìí ti parí.

Ìdí tí àwọn olùkọ́ fi ń pa ìgò yìí mọ́

Flask kan ṣoṣo ń kó èrò mẹ́rin jọ. Redox di àwọ̀ tí a lè rí dípò definition lasan. Mediator kan ń fi hàn bí trace substance kan ṣe lè jẹ́ àmì fún bulk substance mìíràn. Kinetics yà kúrò nínú thermodynamics ní ọ̀nà tí a lè rí: oxygen ló ń borí nígbà tí mímì ń pèsè rẹ̀, glucose ló sì ń borí nígbà tí supply bá dúró. Diffusion, ọ̀kan lára àwọn process tó dakẹ́ jù lọ nínú chemistry, ló sì jẹ́ kí gbogbo àfihàn náà ṣẹlẹ̀, nítorí gbogbo ìtan búlúù ń bẹ̀rẹ̀ pẹ̀lú oxygen tó ń kọjá láti afẹ́fẹ́ sínú omi. Àfihàn tí ó jẹ́ kí àwọn akẹ́kọ̀ọ́ lè sọ ohun tí yóò ṣẹlẹ̀ tẹ́lẹ̀, wọ̀n àkókò rẹ̀, kí wọ́n sì ṣàlàyé gbogbo rẹ̀ pẹ̀lú stopwatch àti table, tọ́ sí ààyè rẹ̀ lórí bench.