Голубая бутылка

Раствор обесцветился? Встряхните – он снова посинеет!

Сложность:
Опасность:
Время:
20 минут
Голубая бутылка

Реагенты

Безопасность

  • Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
  • Проводите эксперимент на подносе.
Общие правила безопасности
  • Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
  • Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
  • Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
  • Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
  • Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
  • Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
  • Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
  • Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.
Информация о первой помощи
  • В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
  • В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
  • В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
  • В случае травм всегда обращайтесь к врачу.
Рекомендации для родителей
  • Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
  • Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
  • Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
  • Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
  • Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
  • Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Насколько теплой должна быть вода?

Температура воды может быть от тепловатой до горячей. От температуры воды зависит только скорость реакции. Чем горячее вода, тем быстрее раствор будет терять свою окраску.

Я добавил больше 5 капель метиленового синего. Теперь придется заново проводить опыт?

Нет, не переживайте! Просто продолжайте эксперимент.

А можно использовать пробку с одним отверстием?

Нет, потому что раствор нужно будет трясти, не разливая при этом содержимое колбы. Более того, закрывая колбу пробкой без отверстий, вы перекрываете к раствору доступ кислорода из воздуха снаружи колбы. Это позволяет вам контролировать «перезаряд» окраски раствора встряхиванием колбы.

Как долго эта жидкость сможет менять окраску?

Жидкость будет «работать», пока в колбе не закончится весь кислород или глюкоза.

Мой раствор больше не становится синим. Что можно сделать?

Раствор перестанет становиться синим, когда в колбе не останется кислорода, чтобы окислять метиленовый синий. Чтобы возобновить доступ кислорода в колбу, просто выньте пробку на пару секунд, а затем плотно вставьте ее обратно. Пока в растворе еще есть глюкоза, он будет менять окраску.

Пошаговая инструкция

Сперва приготовим раствор, содержащий восстановитель (глюкозу) и метиленовый синий.

oxygen_blue_bottle_ru-astm963_iks-01

Теперь добавим немного NaOH, чтобы сделать раствор щелочным.

oxygen_blue_bottle_ru-astm963_iks-02

Метиленовый синий забирает часть электронов у восстановителя – глюкозы – и становится прозрачным. Раствор содержит еще и сильный окислитель – кислород, хотя мы его специально в раствор не добавляли. Кислород может отнимать электроны у метиленового синего, и тогда он снова синеет. Но если весь кислород в растворе израсходуется, то метиленовый синий уже останется бесцветным.

oxygen_blue_bottle_ru-astm963_iks-03

Однако даже если кислорода нет в растворе, он содержится в воздухе в колбе. Просто потрясите колбу, чтобы кислород растворился в жидкости, и смотрите, что получится.

oxygen_blue_bottle_ru-astm963_iks-04

Ожидаемый результат

Голубой раствор в колбе обесцвечивается. Если встряхнуть колбу, раствор снова становится голубым!

Утилизация

Утилизируйте твёрдые отходы эксперимента вместе с бытовым мусором. Слейте растворы в раковину, промойте избытком воды.

Что произошло

Восстановитель в химической реакции – это вещество, которое отдает электроны, а окислитель – вещество, которое забирает (принимает) электроны. Например, в первой реакции глюкоза – это восстановитель, а метиленовый синий – окислитель. А во второй реакции кислород принимает электроны, которые отдает метиленовый синий, в его бесцветной форме.

Но почему бы глюкозе не отдать свои электроны напрямую кислороду? Иногда одно вещество не может напрямую передать свои электроны другому веществу. В таком случае им нужен помощник, который сможет взаимодействовать с обоими веществами. В нашем опыте, помощник – это метиленовый синий. Он может передавать электроны от глюкозы к кислороду, но при условии, что среда в растворе – щелочная.

Почему синий раствор становится прозрачным?

В исходном водном растворе глюкозы есть потенциальные участники химической реакции: с одной стороны, это сама глюкоза, которая готова отдать электроны, а с другой – растворённый в воде кислород, с радостью их принимающий. Но вот незадача: кислороду не так-то просто найти общий язык с глюкозой. В этом деле ему может помочь метиленовый синий − окрашенное вещество, которое в нашем опыте выступает в роли курьера: отбирает электроны у глюкозы, а затем передаёт их кислороду. Но в какой-то момент кислород в растворе заканчивается, и поэтому метиленовый синий, отобрав электроны у глюкозы, не может никому их отдать. В таком состоянии он становится бесцветным, что мы и наблюдаем.

Почему раствор снова синеет?

Мы можем опять насытить раствор кислородом, который есть в воздухе над раствором. После встряхивания колбочки кислород из воздуха переходит в раствор, и реакция вновь может идти, пока кислород в растворе опять не закончится. Однако так можно будет повторять не бесконечно. Поскольку колбочка закрыта, рано или поздно в воздухе над раствором закончится кислород, и раствор останется прозрачным. Однако процесс легко запустить снова, открыв пробку и пустив кислород из окружающего воздуха внутрь.

Для чего мы добавляли щёлочь в водный раствор глюкозы?

Для того чтобы метиленовый синий смог отбирать электроны у глюкозы, нужно особое условие − щелочная среда, которую мы создали добавлением водного раствора гидроксида натрия NaOH. Без этого реакция не пойдёт и раствор останется синим. Вы можете сами убедиться в этом на опыте, попробовав повторить его без добавления NaOH.

Почему важно плотно закрыть колбу?

В первую очередь это необходимо для удобства. Чтобы колбочку можно было трясти, не расплёскивая её содержимое.

Однако это ещё не всё: закрыв колбочку, мы закрываем нашему раствору доступ к окружающему воздуху. Это значит, что кислород из воздуха больше не будет проникать в колбу. Благодаря этому возвращение окраски (см. вопрос «Почему раствор снова синеет?») возможно только после встряхивания колбочки. Самые внимательные экспериментаторы уже заметили, что в первый раз синяя окраска исчезает не до конца и вдоль границы между раствором и воздухом (вдоль так называемого *мениска) в колбочке она сохраняется, образуя красивый синий ободок. То же самое будет и в том случае, если оставить колбочку открытой. Такое явление объясняется тем, что при большом содержании кислорода в воздухе над раствором на границе между жидкостью и газом, он активно проникает через эту границу и переводит метиленовый синий в его основную, окрашенную форму. Когда же кислород в закрытой колбочке постепенно заканчивается, этот ободок истончается и совсем исчезает.

Это интересно

Какие бывают углеводы?

Углеводы – широкий класс органических соединений, повсеместно встречающихся в природе. В их число входит не только известная всем сахароза, но и глюкоза, содержащаяся в винограде, фруктоза («подсластитель» большинства фруктов) и многие другие соединения, в том числе и лактоза.

Среди углеводов можно выделить несколько подклассов. Один из них – моносахариды. Это вещества, которые нельзя простым способом превратить в смесь других сахаров. Такими углеводами (простыми «кирпичиками», из которых состоят более сложные углеводы) являются, например, глюкоза и фруктоза. Дисахариды – соединения, которые потенциально можно превратить в два моносахарида особым воздействием воды. Так, сахароза может быть превращена в глюкозу и фруктозу, а лактоза при таком воздействии даёт ту же глюкозу и ещё один моносахарид – галактозу. Есть углеводы и с более сложным строением – так называемые полисахариды. Они содержат уже не два, а целое множество «кирпичиков», и так же могут быть «разобраны» до исходных моносахаридов. Полисахариды отличаются от всех остальных углеводов тем, что они нерастворимы в воде и не обладают сладким вкусом.

Многие углеводы являются для живых организмов источником питания. Но этим функция сахаров в жизни не ограничивается. Например, бумага и вата практически полностью состоят из целлюлозы – полисахарида, кирпичиками для построения которой являются молекулы той же глюкозы. Другим важным примером является ДНК − сложные молекулы, выполняющие функцию клеточной памяти в большинстве живых организмов, которые содержат фрагменты молекулы сахара – дезоксирибозы.

Химический светофор

Подобно эксперименту с метиленовым синим, можно провести опыт и с другим красителем – индигокармином.

Водный раствор индигокармина сам по себе синего цвета, однако при смешивании его с щелочным раствором глюкозы или лактозы он сразу становится зелёным, а со временем – красным, и наконец − жёлтым. Встряхивание закрытой колбы приводит к окрашиванию раствора в обратной последовательности цветов. В этой реакции, как и в реакции с метиленовым синим, индигокармин выступает в качестве переносчика электронов между окисляющимся углеводом и окисляющим его кислородом, растворённым в воде.