Secretul foilor de hârtie colorate - Cromatografie de uz casnic - cutia lui Keinstein
Săptămâna trecută ați putea citi aici de ce multe țesături apar colorate și de ce vedem lumea noastră ca fiind colorată. Dar acum toamna culorile sunt chiar mai minunate decât de obicei: frunzele copacilor și tufișurilor, care sunt verzi verzi, devin galbene, portocalii și roșii: își schimbă culoarea!
Substanțele par colorate deoarece electronii lor înghit lumină cu lungimi de undă foarte specifice și pot trece temporar la un alt nivel de energie realizabil - un etaj mai înalt într-un înălțime atomică. Dacă culoarea unui obiect se schimbă, înseamnă că fie substanța colorată din el se schimbă (și, astfel, distanțele dintre etajele înalte atomice), fie că obiectul conține mai multe substanțe colorate, al căror raport de amestecare se schimbă.
Cu experimentul descris aici, puteți demonstra că frunzele plantelor conțin mai mulți coloranți. Acest experiment poate fi efectuat în condiții de siguranță acasă dacă urmați instrucțiunile și instrucțiunile de siguranță din acest articol și de pe recipientele pentru produse chimice. Copiii experimentează numai sub supravegherea unui adult! Cutia lui Keinstein nu își asumă răspunderea pentru daune ca urmare a implementării, mai ales dacă instrucțiunile nu sunt respectate.
Frunzele verzi conțin clorofilă, o substanță verde sau albastru-verde care transformă energia undelor de lumină absorbite în energie chimică în timpul fotosintezei. Această energie trebuie apoi transferată către alte molecule. Acest lucru este realizat de alte substanțe care sunt, de asemenea, colorate: carotenoizii sunt înrudiți chimic cu vitamina A (beta-caroten) și, similar cu aceasta, au culori galbene, portocalii până la roșu-maronii. Cu toate acestea, într-o frunză proaspătă, carotenoizii sunt mascați sau amestecați cu clorofilă, astfel încât majoritatea frunzelor par verzi luxuriante vara.
Toamna, însă, multe plante își opresc fotosinteza și fac o pauză de iarnă. Excesul de clorofilă din frunze este descompus, în timp ce carotenoizii rămân în frunze mai mult timp. Fără învelișul sau amestecul cu clorofilă, carotenoizii ne apar acum fără rezerve galben, portocaliu și roșu.
Coloranții individuali devin vizibili atunci când îi separați
Pentru a putea vedea și diferenția între coloranții individuali din amestecul de culori al frunzelor, trebuie să-i separăm unul de celălalt. Pentru a separa substanțele, chimiștii au conceput multe strategii diferite cu ajutorul cărora utilizează diferitele proprietăți ale diferitelor substanțe. În cazul coloranților pe care îi putem diferenția doar prin căutare, este suficient să le sortăm în diferite locuri unde le putem privi individual.
Strategia adecvată pentru aceasta se numește cromatografie: amestecul de coloranți este amestecat cu un solvent (numit și fază mobilă sau mobilă) și lăsat să curgă printr-un fel de albie (denumită și fază staționară sau staționară). Coloranții se comportă ca flotsam în râu: în funcție de natura lor, se lipesc de fundul și malurile râului (adică albia râului) în diferite grade și progresează diferit într-un anumit timp. Diferitele tipuri de resturi plutitoare (sau coloranți) pot fi apoi vizualizate individual la diferite secțiuni ale albiei râului.
Pentru a separa pigmenții de frunze, o fâșie de hârtie este suficientă ca fază staționară, care este agățată într-un borcan de miere sau ceva similar care servește drept cameră de separare. Un amestec de acetonă și benzină poate fi utilizat ca agent de curgere care formează faza mobilă împreună cu coloranții.
Pregătirea pentru un experiment: separarea pigmenților frunzelor folosind cromatografia pe hârtie
Important! Citiți următorul ghid până la final înainte de a încerca! Conține informații importante despre substanțele potențial periculoase și eliminarea corectă a deșeurilor!
Pentru cromatografia pe hârtie pentru a separa coloranții de frunze, aveți nevoie de:
- frunze verzi (toamna și galbene și/sau roșii) ale plantelor (de exemplu, frunze de arțar)
- Bloc de desen
- Aceton
- Spiritul petrolier (de la farmacie sau farmacie)
- Mortar și pistil
sau un castron mic, robust din sticlă sau ceramică și un instrument pentru batere (dacă doriți să separați mai multe amestecuri de coloranți în același timp, vă recomand un mortar separat pentru fiecare amestec) - nisip curat (un punct de cuțit pe amestec de colorant)
- un borcan gol, curat de miere sau gem cu capac și un fund cât mai plat posibil
- Două pipete Pasteur sau alte mijloace de dozare pentru cantități mici de lichid (de exemplu, pipete nazale cu capac de picătură din farmacie)
- Știfturi cu cap
- Foarfece, creion
- Un loc potrivit pentru a experimenta:
Acetona și benzina sunt extrem de volatile și nu trebuie inhalate inutil! Prin urmare, lucrați în aer liber sau într-o cameră bine ventilată pe o suprafață ștergătoare, rezistentă la solvenți (fără plastic!). Nu se mănâncă, nu se bea sau se fumează la stația de experiment și mai ales atunci când se experimentează! Benzina și acetona și vaporii lor sunt extrem de inflamabili! Asigurați-vă că sticlele chimice sunt închise ori de câte ori este posibil. Deoarece coloranții sunt foarte sensibili la lumină, ar trebui să puteți lucra rapid și cu lumină slabă (în niciun caz în lumina directă a soarelui). - De asemenea, vă recomand să purtați ochelari de protecție:
Solvenții pot irita ochii. Dacă lichidele intră în contact cu ochii, spălați-le bine (timp de 10 minute!) Și apoi, dacă aveți dubii, consultați un oftalmolog. Cu toate acestea, cu ochelarii de protecție, este foarte puțin probabil ca stropii de solvent să vă pătrundă în ochi.
Așa vă pregătiți pentru experiment
Pentru a vă pregăti pentru experiment (nu trebuie să vă grăbiți sau să vă protejați de lumină), tăiați o bandă orizontală de 3 până la 5 cm lățime dintr-o foaie de bloc de desen (A4) și introduceți-o vertical în borcanul deschis pentru miere până când atinge podeaua. Marcați înălțimea marginii paharului pe bandă și pliați-o cu aproximativ 1 mm sub semn. Tăiați zona „deasupra paharului” din mijloc vertical până la pli, astfel încât să puteți îndoi acum o jumătate de bandă înainte și cealaltă înapoi. Dacă acum atârnați din nou fâșia de hârtie în pahar, astfel încât cele două jumătăți să se așeze pe margine, fâșia nedivizată ar trebui să atârne vertical și drept și să se termine direct deasupra fundului de sticlă. Aceasta este faza noastră staționară.
Mai întâi, scoateți din nou fâșia de hârtie din pahar. Apoi umpleți 8 ml (sau 8 pipete bine umplute) de spirit alb și 2 ml (2 pipete bine umplute) de acetonă în pahar. Dacă fundul paharului nu este complet acoperit, adăugați puțină benzină și acetonă într-un raport de 4: 1. Înșurubați capacul borcanului pentru a preveni scurgerea vaporilor de solvent (îi veți mirosi).
Cum să obțineți colorarea din frunze
De acum înainte ar trebui să vă protejați stația de experiment de lumina directă a soarelui sau de iluminat și să puteți lucra fără întreruperi lungi.
Puneți un vârf de nisip într-un mortar. Tăiați o frunză de arțar verde (sau galben sau roșu) în bucăți mici (am tăiat frunza la fiecare 3 până la 5 mm pe lungime și apoi perpendicular pe ea, astfel încât să se creeze pătrate mici sau dreptunghiuri în formă de cutie) și puneți frânturile în mortar. Adăugați suficientă acetonă, astfel încât lichidul să rămână vizibil în mortar - în mortarul meu pentru ceașcă espresso era una, cel mult două pipete nazale.
Acetona și benzina trebuie aruncate într-un punct special de colectare a deșeurilor! Utilizând cele mai mici cantități posibile, care se evaporă în mod ideal într-un timp scurt, evitați risipa inutilă și, în mod ideal, mergeți la punctul de colectare!
Folosiți nisip și acetonă pentru a măcina bine fragmentele de frunze timp de câteva minute (dacă acetona se evaporă, adăugați doar câteva picături) până când acetona a devenit verde intens (sau galben sau roșu). Această soluție ar trebui să conțină cât mai mult colorant posibil în cât mai puțină acetonă. Puteți permite pur și simplu evaporarea excesului de acetonă (protejați recipientul de lumină!).
Cum se începe cromatografia
Mutați fragmentele de frunze deoparte și înclinați puțin mortarul cu soluția de colorant, astfel încât să puteți vedea lichidul de deasupra nisipului. Scufundați capul unui știft în soluție și ștergeți lichidul pe fundul benzii de hârtie. Pata de culoare trebuie să rămână ulterior în pahar peste nivelul lichidului! Prin urmare, mi-am atașat tampoanele la aproximativ 1 cm deasupra marginii inferioare a benzii.
Lăsați primul tampon să se usuce scurt și apoi tamponați mai multe soluții în același loc. Repetați aplicația până când stropul de culoare este clar vizibil și de culoare intensă. Apoi deșurubați borcanul cu miere și agățați banda înapoi, astfel încât capătul său să fie scufundat în lichidul din interior. Puneți capacul înapoi pe deschiderea sticlei cu capul în jos pentru a preveni scurgerea vaporilor de solvent. Dacă este posibil, opriți mișcarea paharului.
Cum să vă asigurați rezultatele testelor
Lichidul migrează de jos în sus în banda de hârtie cufundată în el - la început foarte repede, mai târziu tot mai încet. Procedând astfel, spală diferitele coloranți cu el în diferite grade. Lăsați experimentul să ruleze timp de aproximativ 15 minute, cel mult până când lichidul aproape că a ajuns la pli, înainte de a scoate banda de hârtie din sticlă și astfel opriți fluxul. Apoi înșurubați din nou paharul.
Uitați-vă la distribuția culorilor în timp ce lăsați banda să se usuce scurt (solvenții se evaporă foarte repede, astfel încât hârtia să fie uscată în cel mai scurt timp). Marcați benzile colorate cu creion și scrieți pe ele. Deoarece coloranții continuă să se descompună rapid în lumină, marcajele pot servi drept referință pentru experimentele ulterioare. Dacă doriți să faceți fotografii, cel mai bine este să faceți acest lucru imediat după încercare, atâta timp cât culorile sunt încă mai clare. Banda uscată poate fi, de asemenea, stocată între paginile unei cărți sau într-o cutie închisă, protejată de lumină.
Când ați separat vopselele de o frunză verde, ar trebui să puteți vedea următoarele benzi de jos în sus:
- Punct de plecare: unele țesături nu migrează vizibil sau deloc, astfel încât pata originală, acum gri-gălbuie, este încă vizibilă
- galben-verde: clorofila B: Această variantă a clorofilei migrează cel mai lent din hârtie.
- albastru-verde: clorofila A: această variantă a clorofilei migrează puțin mai repede decât clorofila B.
- galben: luteină (xantofilă): Aceasta este o culoare caroten galben-portocalie, de ex. de asemenea, devine galben galbenus de ou.
- galben-portocaliu: alți carotenoizi migrează chiar mai repede și, astfel, mai departe decât luteina.
Punctele de culoare din frunzele galbene nu mai conțin clorofile vizibile, motiv pentru care benzile pentru clorofila A și B lipsesc. Frunzele roșii conțin și carotenoide galbene. Coloranții roșii se dizolvă mai puțin bine în acetonă și nu se mișcă vizibil de la punctul de plecare în experimentul descris.
Pentru o comparație mai bună, mai multe amestecuri de culori pot fi examinate unul lângă altul pe o bandă largă de hârtie.
Încercări suplimentare de cromatografie
Frunzele diferitelor specii de plante conțin aceeași culoare? Alimentele roșii sau galbene (de exemplu, legume, fructe, condimente de boia) conțin, de asemenea, carotenoizi? Ce zici de petale galbene și roșii?
Puteți pur și simplu să urmăriți aceste întrebări cu alte experimente conform acestei descrieri. S-ar putea să vă gândiți la mai multe?
Eliminarea deșeurilor
După experimentare, înșurubați bine borcanul cu miere pentru a salva restul solventului pentru experimentele ulterioare. Lăsați mortarul cu frunze măcinate afară (pe balcon sau terasă) peste noapte până când solventul rezidual s-a evaporat. Apoi puteți arunca resturile de frunze și nisip la coșul de gunoi. Reziduurile de solvent care nu s-au evaporat trebuie duse la un punct special de colectare a deșeurilor. Pentru a face acest lucru, umpleți-le într-o sticlă etanșă din sticlă sau polietilenă (PE) sau polipropilenă (PP) (alte materiale plastice pot fi dizolvate de acetonă!) Și păstrați-le departe de lumină și căldură până când le puteți aduce la punctul de colectare a deșeurilor.
Concluzie
Frunzele de arțar verde conțin două tipuri de clorofilă, luteina colorantă carotenică și alte carotenoide. Toamna clorofilele se descompun rapid, carotenoizii mult mai încet, astfel încât frunzele să devină galbene și mai târziu roșii. Folosind cromatografia pe hârtie cu acetonă/benzină, clorofilele și carotenoidele pot fi separate în puțin timp.
Și coloranții din ce tipuri de plante v-ați separat?
Ați copiat experimentul:
Dacă ceva nu a funcționat sau a funcționat doar parțial, scrieți-l în comentarii. Mă bucur să vă ajut cu soluționarea problemelor!