آزمایش بطری آبی

blue bottle reaction equation

آزمایش بطری آبی چیست

آزمایش بطری آبی Blue bottle experiment یکی از آزمایش های علوم پایه یازدهم است. واکنش بطری آبی یازدهم یک واکنش اکسایش کاهش (ردوکس) تغییر رنگ می باشد. برای این منظور یک محلول حاوی سدیم هیدروکسید (می تواند به صورت سود مایع و یا سود پرک محلول شده در آب باشد) ، گلوکوز و متیلن بلو تهیه شده در یک بطری در بسته حاوی هوا تهیه می کنیم. بعد از مدتی ، خود بخود رنگ آبی این محلول ، بی رنگ می شود و زمانی که بطری را تکان دهیم ، دوباره آبی رنگ می گردد. این چرخه بارها می تواند ادامه پیدا کند. آزمایش بطری آبی یازدهم به عنوان معروف ترین واکنش برگشت پذیر به علت سادگی ، سرعت اجراء و مواد اولیه کم آن اهمیت دارد و همیشه در آزمایشگاه های علوم انجام می شود.

چرا ساز و کار آزمایش بطری آبی انجام می شود

این آزمایش یک واکنش اکسایش کاهش میان اسید و باز در حضور اکسیژن است. در این واکنش ، گلوکوز به شکل اسیدی آن یعنی گلوکونیک اسید در حضور مواد قلیایی بسیار قوی نظیر سود سوز آور یا هیدروکسید پتاسیم ، اکسیژن را مصرف می نماید و متیلن بلو را بی رنگ می کند. اما اگر محلول را تکان دهیم ، اکسیژن تازه در داخل آن حل می شود و متیلن دوباره رنگ خود را برای مدت کوتاهی بازمیابد تا زمانی که دوباره اکسیژن مصرف شود.

مکانیسم انجام واکنش

مکانیسم انجام واکنش بطری آبی موجب فهم عملکرد تعامل میان مواد شیمیایی می گردد. در این آزمایش ، برخی از فرایند ها توسط مولکول های میانی ایجاد شده و سپس با دیگر فرایند ها واکنش می دهند. این آزمایش فقط به سه معرف شیمیایی پتاسیم هیدروکسید ، دکستروز و محلول رقیق متیلن آبی نیاز دارد. البته می توان آزمایش بطری آبی را با معرف های دیگری همچون متیلن بلو در آب ، گلوکوز و سود مایع (کاستیک سودا) هم انجام داد. اصولا امکان استفاده از بیشتر قلیا های قوی وجود دارد.

این معرف ها را در داخل یک بطری شیشه ای ریخته و مخلوط می کنیم. رنگ اولیه محلول آبی خواهد بود اما به طور خودبخود رنگ آن محو شده و شفاف می شود. دلیل این اتفاق ، واکنش محلول قلیایی دکستروز با متیلن آبی است که آن را به لوکو متیلن بلو تبدیل می کند. اما تکان دادن ظرف پس از بی رنگ شدن محلول باعث می شود که اکسیژن موجود در هوا در محلول حل شده و لولکو متیلن بلو را دوباره به رنگ اصلی خود باز گرداند.

در گذشته تصور می کردند که این واکنش به دلیل اکسیداسیون گروه آلدهید و تبدیل به اسید کربوکسیلیک تحت شرایط قلیایی انجام می شود. مثلا فکر می کردند که گلوکوز اکسید شده و به گلوکونات تبدیل می گردد. اما این آزمایش را می توان با ترکیباتی نظیر ویتامین C و بنزوئین هم انجام دارد که حاوی گروه آلدهید نیستند. بنابراین واکنش بطری آبی در واقع مربوط به اکسیداسیون یک اسیلین و یا گروه آلفا هیدروکسی کربونیل با ساختار گلوکوز است.

فیلم آزمایش واکنش بطری آبی

 

انواع روش انجام آزمایش بطری آبی

روش کلاسیک و معمول

در روش رایج انجام واکنش از محلولی حاوی گلوکوز (قند) ، سدیم هیدروکسید (بصورت سود مایع یا سود پرک) و متیلن بلو استفاده می شود. در اولین مرحله ، یک آلفا هیدروکسی کتون از گلوکوز شکل می گیرد. سپس واکنش اکسایش-کاهش در محیط قلیایی میان آن و متیلن بلو ایجاد شده و با اکسید شدن کلوگوز ، دی کربونیل وجود می آید و محلول بی رنگ می شود.

پس از تکان دادن بطری ، لوکومتیلن بلو به سرعت با اکسیژن ترکیب شده و دوباره به رنگ آبی بر می گردد. وقتی بطری را برای مدتی دست نخورده باقی بگذاریم ، با مصرف شدن اکسیژن محلول دوباره بی رنگ خواهد شد.

روش سبز رنگ

دو شیمیدان به نام های ولمن و نوبل یک فرمولاسیون جدید از آزمایش بطری آبی ارائه دادند که در آن بجای گلوکوز از ویتامین C استفاده می شود. فلز مس هم به عنوان کاتالیزور برای اکسیداسیون متیلن بی رنگ شده و بازگرداندن رنگ آن بکار می رود. به دلیل وجود این عنصر ، رنگ محلول به جای آبی ، سبز می شود ولی روند واکنش به همان شکل قبل است.

روش سرعتی

روش سرعتی آزمایش بطری آبی ، ترکیبی از روش کلاسیک و روش سبز رنگ است. در این روش ، رنگی بودن و بی رنگ بودن محلول ، پایداری زیادی ندارد و به سرعت تغییر می کند زیرا از مواد اولیه به میزان اندکی استفاده می شود. در روش سرعتی از بنزوئین به عنوان عامل کاهنده استفاده می نماییم که به افزایش تعداد چرخه ها کمک می کند.

روش آنزیمی

تعدادی شیمیدان از دانشگاه کلمبیا واقع در شهر نیویورک این روش را ابداع کردند و نام آن را هم آزمایش بطری سبز گذاشتند. در این روش ، رنگ محلول سبز می باشد و مواد شیمیایی بکار رفته در آن هم کم خطر تر از روش کلاسیک هستند. این آزمایش در یک ویال شیشه ای تمیز حاوی دو آنزیم گلوکوز اکسیداز و هورس راديش پراکسيداز و همچنین گلوکوز و ABTS انجام می شود. یک لایه نازک روغن هم برای محافظت از محلول در برابر هوا روی آن می ریزیم. محلول در ابتدا به رنگ سبز تبدیل خواهد شد و سپس با تخلیه اکسیژن محلول ، بی رنگ می گردد. تکان دادن محلول ، سپس جذب اکسیژن تازه و در نتیجه برگشتن رنگ سبز می شود.

 

منبع:


Blue bottle experiment – From Wikipedia, the free encyclopedia

فهرست