Секрет різнокольорових аркушів паперу - Хроматографія для домашнього використання - коробка Кейнштейна
Минулого тижня ви могли прочитати тут, чому багато тканин здаються кольоровими і чому ми бачимо наш світ барвистим. Але зараз восени кольори ще дивовижніші, ніж зазвичай: листя дерев та кущів, які влітку зеленіють, жовтіють, оранжеві та червоні: вони змінюють колір!
Речовини виглядають забарвленими, оскільки їх електрони ковтають світло з дуже певними довжинами хвиль і можуть тимчасово переключитися на інший, досяжний енергетичний рівень - вищий поверх в атомній багатоповерхівці. Якщо колір предмета змінюється, це означає, що або кольорова речовина в ньому змінюється (і, отже, відстані між атомними висотними поверхами), або те, що об'єкт містить кілька кольорових речовин, коефіцієнт змішування яких змінюється.
За допомогою описаного тут експерименту ви можете довести, що листя рослин містять кілька барвників. Цей експеримент можна сміливо проводити вдома, якщо дотримуватись інструкцій та інструкцій з безпеки в цій статті та на контейнерах для хімікатів. Діти експериментують лише під наглядом дорослих! Ящик Кейнштейна не несе відповідальності за шкоду в результаті впровадження, особливо якщо інструкції не виконуються.
Зелене листя містить хлорофіл, зелену або синьо-зелену речовину, яка перетворює енергію поглинених світлових хвиль у хімічну енергію під час фотосинтезу. Потім ця енергія повинна передаватися іншим молекулам. Це роблять інші речовини, які також забарвлені: каротиноїди хімічно пов’язані з вітаміном А (бета-каротин) і, подібні до цього, мають жовтий, оранжевий до червоно-коричневий кольори. Однак у свіжому листі каротиноїди маскуються або змішуються з хлорофілом, так що більшість листя влітку здаються пишно-зеленими.
Однак восени багато рослин припиняють свій фотосинтез і роблять зимову перерву. Надлишок хлорофілу в листках розщеплюється, тоді як каротиноїди довше залишаються в листках. Без покриву або суміші з хлорофілом тепер каротиноїди видаються нам беззастережно жовтими, оранжевими та червоними.
Окремі барвники стають видимими, коли ви розділяєте їх
Для того, щоб мати можливість побачити та розрізнити окремі барвники в кольоровій суміші листя, ми повинні відокремити їх один від одного. Щоб розділити речовини, хіміки розробили безліч різних стратегій, за допомогою яких вони використовують різні властивості різних речовин. У випадку з барвниками, які ми можемо розрізнити, просто подивившись, досить відсортувати їх по різних місцях, де ми можемо розглянути їх окремо.
Відповідна стратегія для цього називається хроматографією: суміш барвників змішують з розчинником (також його називають рухомою або рухомою фазою) і дають їй текти через своєрідне русло річки (також зване нерухомою або нерухомою фазою). Барвники поводяться у річці як флот: Залежно від їх природи, вони різним чином прилипають до дна та берегів (тобто русла річки) річки і по-різному прогресують у певний час. Потім різні типи плаваючого сміття (або барвників) можна розглядати окремо на різних ділянках русла річки.
Для того, щоб відокремити листкові пігменти, достатньо смужки паперу як нерухомої фази, яку підвішують у банку з медом або тому подібному, що служить камерою поділу. Суміш ацетону та бензину може бути використана як текучий агент, який утворює рухому фазу разом із барвниками.
Підготовка до експерименту: поділ пігментів листя за допомогою паперової хроматографії
Важливо! Прочитайте наступний посібник до кінця, перш ніж спробувати! Він містить важливу інформацію про потенційно небезпечні речовини та правильну утилізацію відходів!
Для паперової хроматографії для відокремлення пігментів листя потрібно:
- зелені (восени також жовті та/або червоні) листя рослин (наприклад, кленові листи)
- Подушка для малювання
- Ацетон (розчинник, який ви можете отримати із художника в будівельному магазині)
- Нафтовий спирт (з аптеки або аптеки)
- Ступка
або невелика, міцна скляна або керамічна чаша та інструмент для розбивання (якщо ви хочете розділити кілька сумішей барвників одночасно, я рекомендую окремий розчин для кожної суміші) - чистий пісок (гострий ніж на фарбувальну суміш)
- порожня, чиста баночка з медом або варенням із кришкою та якомога рівнішим дном
- Дві піпетки Пастера або інші допоміжні засоби для дозування невеликої кількості рідини (наприклад, назальні піпетки з аптеки)
- Шпильки з головою
- Ножиці, олівець
- Підходяще місце для експериментів:
Ацетон і бензин дуже леткі, і їх не слід вдихати без потреби! Тому працюйте на відкритому повітрі або в добре провітрюваному приміщенні на протираній поверхні, стійкій до розчинників (без пластику!). На експериментальній станції не можна їсти, пити і палити, особливо під час експериментів! Бензин та ацетон та їх пари легкозаймисті! Переконайтеся, що пляшки з хімічними речовинами закриті, коли це можливо. Оскільки барвники дуже чутливі до світла, ви також повинні мати можливість працювати швидко та в умовах недостатнього освітлення (ні за яких обставин під прямими сонячними променями). - Я також рекомендую носити захисні окуляри:
Розчинники можуть дратувати очі. Якщо рідина потрапляє в очі, ретельно промийте їх (протягом 10 хвилин!) А потім, якщо є сумніви, зверніться до офтальмолога. Однак, маючи захисні окуляри, дуже малоймовірно, щоб бризки розчинника потрапили у ваші очі.
Ось як ви готуєтесь до експерименту
Щоб підготуватися до експерименту (не потрібно поспішати або захищатись від світла), виріжте горизонтальну смужку шириною від 3 до 5 см з аркуша для малювання (А4) і вертикально вставте її у відкриту банку для меду, доки вона не торкнеться підлоги. Позначте на смужці висоту краю скла і складіть його приблизно на 1 мм нижче позначки. Розріжте область «над склом» посередині вертикально до згину, щоб тепер можна було зігнути одну половинну смужку вперед, а другу назад. Якщо тепер ви знову повісите паперову смужку в скло так, щоб дві напівсмужки лежали на краю, нероздільна смужка повинна висіти вертикально і прямо і закінчуватися безпосередньо над дном скла. Це наша стаціонарна фаза.
Спочатку знову вийміть паперову смужку зі скла. Потім залийте у склянку 8 мл (або 8 добре заповнених піпеток) уайт-спіриту і 2 мл (2 добре заповнені піпетки) ацетону. Якщо дно склянки не повністю покрите, додайте трохи більше бензину та ацетону у співвідношенні 4: 1. Накрутіть кришку на банку, щоб запобігти виходу парів розчинника (ви відчуєте їх запах).
Як отримати забарвлення з листя
Відтепер ви повинні захищати свою експериментальну станцію від прямих сонячних променів або освітлення та мати можливість працювати без тривалих перерв.
Покладіть дрібку піску в ступку. Наріжте зелений (або жовтий або червоний) кленовий лист на невеликі шматочки (я розрізаю лист через кожні 3 - 5 мм уздовж, а потім перпендикулярно йому, щоб маленькі квадратики або прямокутники були у формі коробки) і кладу фрагменти в ступку. Додайте достатньо ацетону, щоб рідина залишалася видно в ступці - у моєму розчині для еспрессо це була одна, максимум дві піпетки для носових крапель.
Ацетон та бензин потрібно утилізувати у спеціальному пункті збору відходів! Використовуючи найменші можливі кількості, які ідеально випаровуються за короткий час, ви уникаєте непотрібних відходів і, в ідеалі, прямуєте до пункту збору!
За допомогою піску та ацетону ретельно подрібніть уламки листя протягом декількох хвилин (якщо ацетон випарується, просто додайте ще кілька крапель), поки ацетон не набуде насиченого зеленого (або жовтого або червоного кольору). Цей розчин повинен містити якомога більше барвника у якомога меншій кількості ацетону. Будь-який надлишок ацетону може просто випаруватися (захистити ємність від світла!).
Як розпочати хроматографію
Відсуньте фрагменти листя в сторону і трохи нахиліть ступку з розчином барвника, щоб ви бачили рідину над піском. Занурте головку шпильки в розчин і промокніть рідину на дні вашої паперової смужки. Пізніше пляма кольору повинна залишатися в склянці над рівнем рідини! Тому я прикріпив тампони приблизно на 1 см вище нижнього краю смужки.
Нехай перший тампон ненадовго висохне, а потім нанесіть більше розчину на те саме місце. Повторюйте нанесення, поки кольоровий виплеск не буде чітко видно та інтенсивного кольору. Потім відкрутіть банку з медом і повісьте смужку назад так, щоб її кінець був занурений у рідину всередині. Поставте кришку назад на скляний отвір догори дном, щоб запобігти виходу парів розчинника. Якщо це можливо, припиніть переміщувати скло.
Як захистити результати тесту
Рідина мігрує знизу вгору в занурену в неї паперову смужку - спочатку дуже швидко, пізніше все повільніше. Роблячи це, він з різним ступенем змиває з ним різні барвники. Нехай експеримент триває приблизно 15 хвилин, максимум до тих пір, поки рідина майже не досягне складки, перш ніж виймати паперову смужку зі скла і тим самим зупинити потік. Потім знову вкрутіть скло.
Подивіться на розподіл кольорів, поки ви даєте смужці ненадовго висохнути (розчинники випаровуються дуже швидко, тому папір повинен швидко висохнути). Позначте кольорові смужки олівцем і напишіть на них. Оскільки барвники все ще швидко розкладаються на світлі, маркування може служити еталоном для подальших експериментів. Якщо ви хочете сфотографувати, найкраще це зробити відразу після спроби, якщо кольори все ще чіткі. Суху смужку також можна зберігати між сторінками книги або в закритій, захищеній від світла коробці.
Коли ви відокремили барвники від зеленого листа, ви зможете побачити такі смужки знизу вгору:
- Відправна точка: Деякі тканини взагалі не мігрують і не мігрують, так що оригінальна пляма, тепер жовтувато-сіра, все ще видна
- жовто-зелений: хлорофіл B: Цей варіант хлорофілу найповільніше мігрує в папері.
- синьо-зелений: хлорофіл A: цей варіант хлорофілу мігрує трохи швидше, ніж хлорофіл B.
- жовтий: лютеїн (ксантофіл): це жовто-оранжевий каротиновий барвник, який, наприклад, також жовтіє жовтком.
- оранжево-жовтий: деякі інші каротиноїди мігрують ще швидше і, отже, далі, ніж лютеїн.
Мазки кольору з жовтого листя більше не містять видимих хлорофілів, тому смуги хлорофілу А і В у них відсутні. Червоне листя також містить жовті каротиноїди. Червоні барвники менш добре розчиняються в ацетоні і не помітно рухаються від вихідної точки в описаному експерименті.
Для кращого порівняння можна розглянути кілька кольорових сумішей поруч на широкій смужці паперу.
Подальші спроби хроматографії
Чи містять листя різних видів рослин однаковий колір? Чи містять червоні або жовті продукти (наприклад, овочі, фрукти, спеції з паприки) каротиноїди? Як щодо жовто-червоних пелюсток?
Ви можете просто продовжувати ці питання в подальших експериментах згідно з цим описом. Ви можете подумати про більше?
Утилізація відходів
Після експерименту щільно прикрутіть банку з медом, щоб зберегти залишок розчинника для подальших експериментів. Залиште ступку з меленим листям надворі (на балконі або терасі) на ніч, поки залишковий розчинник не випарується. Потім ви можете викинути залишки листя та пісок у смітник. Залишки розчинників, які не випарувались, повинні бути доставлені у спеціальний пункт збору відходів. Наповніть їх у щільно герметичну пляшку зі скла або поліетилену (PE) або поліпропілену (PP) (інші пластмаси можуть розчинятися ацетоном!) І зберігайте їх подалі від світла та тепла, поки не зможете доставити їх до пункту збору відходів.
Висновок
Зелене листя клена містять два типи хлорофілу - каротиновий барвник лютеїн та інші каротиноїди. Восени хлорофіли швидко розщеплюються, каротиноїди значно повільніше, так що листя жовтіє, а згодом червоніє. За допомогою паперової хроматографії на ацетоні/бензині хлорофіли та каротиноїди можна розділити за короткий час.
А барвники яких видів рослин ви відокремили?
Ви скопіювали експеримент:
Якщо щось не вийшло або працювало лише частково, напишіть це в коментарях. Я радий допомогти з усуненням неполадок!