亞甲藍的光致變色 / 廖旭茂

星期五 , 4, 十一月 2016 Leave a comment

亞甲藍的光致變色

廖旭茂

國立大甲高級中學
教育部高中化學學科中心
nacl880626@hotmail.com

n  影片觀賞

本文介紹亞甲藍液的光致變色反應。本影片介紹演示亞甲藍液在紫光的照射下,可逆的變色過程,並在文章中介紹光化反應的原理。

clip_image002

影片網址:亞甲藍的光致變色,https://youtu.be/ALrkRyaP22w

n  簡介

亞甲藍(Methylene blue,簡稱MB)是一種雜環的芳香族化合物,在生物及化學上有很多的用途。在生物上做為細胞染色劑,方便於顯微鏡下觀察之用;同時具有氧化力,可做為一氧化碳、氰化物以及亞硝酸鹽中毒的解毒劑,甚至做為水族箱的殺菌劑[1]。在化學上是一種氧化還原指示劑,主要用在「藍瓶實驗」中,在強鹼溶液中,當還原劑葡萄糖存在時,亞甲藍被還原成無色的狀態(leuco form);當搖晃燒瓶時,瓶中的氧氣溶於溶液中,氧化葡萄糖,反應逆向進行,使溶液呈現藍色(color form)。本實驗利用紫光雷射,在亞錫離子還原劑的存在下,觀察亞甲藍液的光致變色反應[2]。相關詳細實驗步驟及原理,分述如下:

n  藥品與器材

亞甲藍(Methylene blue, C16H18N3SCl 0.10克、0.5 M HCl 150毫升、氯化亞錫(tin(II) chloride dihydrate, SnCl22H2O 0.50克、燒杯(100毫升) 2個、玻棒1支、玻璃試劑瓶(10毫升) 1個、培養皿 1組、濾紙(直徑9公分) 1張、藍紫光雷射筆(30 mW 1支。

n  實驗步驟與結果

一、  溶液配製

1.        秤取0.10克的亞甲藍粉末,放入於一個100毫升的燒杯中,加入100毫升0.5 M HCl 中,緩慢地攪拌使亞甲藍完全溶解,形成A溶液,其中亞甲藍液的濃度約為0.003 M

2.        秤量約0.50克的氯化亞錫,倒入事先裝有10毫升的0.5 M HCl100毫升的燒杯中,緩慢地攪拌均勻,形成B溶液,備用。

3.        取一個10毫升玻璃試劑瓶,倒入9毫升的A溶液後。用滴管吸取B溶液,一邊緩慢地滴加到A溶液中,一邊攪拌至藍色消失為止。蓋好瓶蓋準備演示之用。圖1為配製溶液的示意圖。

          clip_image005clip_image006
1AB兩溶液的配製(左和中),演示用無色亞甲藍液的配製(右)

二、  實驗演示

1.        演示方式一:戴上抗UV的防護眼鏡,以藍紫光雷射筆從側邊照射瓶身約5秒鐘,觀察光徑的顏色和溶液的變化。圖2為亞甲藍在藍紫光LED照射下,光致變色的過程。

clip_image008

2:藍紫光雷射直線通過時,明顯現出一道藍色的光徑,通過處溶液瞬間變藍

2.        演示方式二:新鮮配製完成的AB混合液,緩慢地滴加到一個預先鋪好濾紙的培養皿中,濕潤整張濾紙,戴上抗UV的防護眼鏡,以紫光雷射筆距離培養皿上方15公分處,隔空寫字,觀察濾紙的變化(請詳見影片)。

n  原理與概念

亞甲藍為氧化還原指示劑,化學式為C16H18ClN3S,為一種有機氯鹽;常溫下為氧化態,溶於水呈深藍色溶液,在還原劑的存在下,得到兩個電子後,還原成無色的狀態(leco form),其標準還原電位E°值為+0.53 V(當[H+] = 1.0 M),但隨pH的改變,E°值隨之改變。亞甲藍的還原半反應如式[1]所示。由亞甲藍的還原半反應式得知,其電位與溶液的pH值有關。

clip_image010    [1]

在本實驗中,使用氯化亞錫做為還原劑,當Sn2+氧化成Sn4+時,其氧化標準電位為-0.15 V,全反應的電位差E°+0.38 VE°大於0,反應式左方的反應物可視為高能量狀態,右方的產物可視為低能量態,因此反應為自發性,使藍色的亞甲藍還原成無色的狀態(leco form),相關反應如式[2]所示:

clip_image011    [2]

無色狀態的亞甲藍液,並不吸收可見光,根據文獻指出[2],無色的亞甲藍液會吸收315~400 nm的紫外光,當遭受此波長範圍的紫外光線照射時,無色狀態的亞甲藍分子會被激發,激發態的無色亞甲藍分子是較強的還原劑,隨之轉移電子轉給Sn()Sn()還原成Sn(II),反應因此向左進行,無色的亞甲藍氧化成為藍色的亞甲藍。

本反應的氯化亞錫溶液成懸浮態,當滴加15滴的溶液進入裝有9毫升亞甲藍的試劑瓶時,溶液略為混濁,為不影響演示效果,可蓋上瓶蓋,搖晃3~5分鐘後,靜置沉澱或直接過濾。

n  安全注意及廢棄物處理

l  操作過程中,必須戴上抗 UV的安全眼鏡,並且不可直視雷射光過久。

l  實驗後,反應所產生的廢棄物毒性低,依規定回收處理。

n  參考資料

1.      Methylene blue, https://en.wikipedia.org/wiki/Methylene_blue.

2.      Bassam Z.Shakhashiri, Chemical Demonstrations, Vol.5, The university of Wisconsin press (2011), p. 256-259.

3.      Redox indicator, https://en.wikipedia.org/wiki/Redox_indicator.  

 

9738 Total Views 2 Views Today
Print Friendly, PDF & Email

Please give us your valuable comment

你的電子郵件位址並不會被公開。 必要欄位標記為 *