Химический эксперимент для визуализации процесса окисления глюкозы кислородом воздуха при обучении химии
DOI:
https://doi.org/10.33910/Ключевые слова:
демонстрационный химический эксперимент, окислительно-восстановительные реакции, механизм реакций, кинетика реакций, окислительно-восстановительные индикаторы, перенос кислородаАннотация
Введение. Рассмотрены возможности использования реакции с участием глюкозы для демонстрации роли кислорода как основного компонента окислительно-восстановительной реакции, а также для визуализации окислительно-восстановительных реакций с участием органических соединений при изучении механизма их протекания.
Материалы и методы. Использование методов демонстрационного химического эксперимента позволяет обеспечить визуализацию сложных многостадийных процессов, протекающих при окислении глюкозы кислородом воздуха. Отдельные элементы статьи посвящены использованию методов химического эксперимента при организации исследовательской деятельности.
Результаты исследования. Показано, что для визуализации процесса окисления глюкозы кислородом воздуха могут быть использованы различные индикаторы, изменяющие окраску среды в зависимости от окислительно-восстановительных условий: метиленовый синий, индигокармин, резазурин, тионин, феносафранин. Реакцию необходимо проводить в щелочной среде, при этом для обеспечения безопасности эксперимента возможна замена твердой щелочи на карбонат или гидрокарбонат натрия, но замена приведет к существенному снижению скорости процесса и к увеличению интервалов переходов. Использование высоких концентраций красителя также приводит к резкому замедлению процесса, что может быть связано с супрамолекулярной самоорганизацией с образованием крупных молекулярных агрегатов молекул красителя и растворителя, менее активных при генерации синглетного кислорода. Данная агрегация обусловлена межмолекулярными электростатическими взаимодействиями. Показано, что индикатор выполняет роль переносчика синглетного кислорода из атмосферного воздуха к молекуле глюкозы, а окисление глюкозы протекает через образование ацилоина с последующим внутримолекулярным окислением — восстановлением.
Заключение. Описанные авторами демонстрационные и исследовательские химические эксперименты могут быть использованы на уроке химии в средней школе как методический прием, направленный на развитие творческого мышления обучающихся, расширение представлений о химических свойствах углеводов и участие веществ-индикаторов в протекании химической реакции. Представленные эксперименты могут быть использованы для организации исследовательской деятельности обучающихся, например при изучении вопросов химической кинетики.
Библиографические ссылки
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Башмаков, В. Я. (2017) Об окислительно-восстановительных реакциях в органической химии. Химия в школе, № 1, с. 40–44.
Бишоп, Э. (ред.). (1976) Индикаторы: в 2 т. Т. 2. М.: Мир, 446 с.
Волкова, С. А. (2017) О развитии умения составлять уравнения ОВР. Химия в школе, № 10, с. 22–26.
Иванова, М. А., Кононова, М. А. (1969) Химический демонстрационный эксперимент. Руководство для ассистентов и лаборантов вузов. М.: Высшая школа, 248 с.
Кузнецова, Л. В., Пашкова, Л. И., Власенко, К. К. (2012) Особенности окислительно-восстановительных реакций органических соединений. Химия в школе, № 9, с. 26–30.
Наянова, Е. В., Елипашева, Е. В., Сергеев, Г. М. и др. (2015) Редокс-свойства метиленового голубого как перспективного фотометрического реагента для определения галогенных окислителей. Аналитика и контроль, т. 19, № 2, с. 154–160. https://doi.org/10.15826/analitika.2015.19.2.005
Новошинский, И. И., Новошинская Н. С. (2024) Об изучении особенностей реакций в органической химии. Химия в школе, № 6, с. 14–19.
Раткевич, Е. Ю., Базаева, М. Г., Голубева, Р. М. и др. (2012) Об использовании понятия «степень окисления» в курсе химии средней школы. Химия в школе, № 4, с. 8–12.
Сабирова, Л. М. (2021) Развитие системы понятий об окислительно-восстановительных реакциях в школьном курсе органической химии. Science Time, № 5 (89), с. 43–46.
Шалашова, М. М. (1998) Непрерывность и преемственность в развитии системы понятий об окислительно-восстановительных реакциях в школьном курсе органической химии. Автореферат диссертации на соискание степени кандидата педагогических наук. М., МПГУ, 17 с.
Dutton, F. B. (1960) Methylene blue — Reduction and oxidation. Journal of Chemical Education, vol. 37, no. 12, article A799. https://doi.org/10.1021/ed037pa799.1
Fernández-Pérez, A., Marbán, G. (2020) Visible light spectroscopic analysis of methylene blue in water; what comes after dimer? ACS Omega, vol. 5, no. 46, рp. 29801–29815. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03830
Habibi, S. C., Bloom, B. K., Sjoblom, A. E. et al. (2024) Teaching kinetics of the traffic light reaction. Journal of Chemical Education, vol. 101, no. 6, pр. 2505–2512. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c01179
Shakhashiri, B. Z. (1985) Chemical Demonstrations: In 5 vols. Vol. 2. A Handbook for Teachers of Chemistry. Madison: University of Wisconsin Press, 312 p.
Tardivo, J. P., Del Giglio, A., de Oliveira, C. S. et al. (2005) Methylene blue in photodynamic therapy: From basic mechanisms to clinical applications. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, vol. 2, рp. 175–191.https://doi.org/10.1016/S1572-1000(05)00097-9
REFERENCES
Bashmakov, V. Ya. (2017) Ob okislitel’no-vosstanovitel’nyh reaktsiyakh v organicheskoj khimii [On redox reactions in organic chemistry]. Khimiya v shkole, no. 1, pp. 40–44. (In Russian)
Bishop, E. (ed.). (1976) Indikatory: v 2-kh t. T. 2 [Indicators: In 2 vols. Vol. 2]. Moscow: Mir Publ., 446 p. (In Russian)
Dutton, F. B. (1960) Methylene blue — Reduction and oxidation. Journal of Chemical Education, vol. 37, no. 12, article A799. https://doi.org/10.1021/ed037pa799.1 (In English)
Fernández-Pérez, A., Marbán, G. (2020) Visible light spectroscopic analysis of methylene blue in water; what comes after dimer? ACS Omega, vol. 5, no. 46, рp. 29801–29815. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c03830 (In English)
Habibi, S. C., Bloom, B. K., Sjoblom, A. E. et al. (2024) Teaching kinetics of the traffic light reaction. Journal of Chemical Education, vol. 101, no. 6, pр. 2505–2512. https://doi.org/10.1021/acs.jchemed.3c01179 (In English)
Ivanova, M. A., Kononova, M. A. (1969) Khimicheskij demonstratsionnyj eksperiment. Rukovodstvo dlya assistentov i laborantov vuzov [Chemical demonstration experiment. a manual for university assistants and laboratory technicians]. Moscow: Vysshaya shkola Publ., 248 p. (In Russian)
Kuznetsova, L. V., Pashkova, L. I., Vlasenko, K. K. (2012) Osobennosti okislitel’no-vosstanovitel’nykh reaktsij organicheskikh soedinenij [Features of redox reactions of organic compounds]. Khimiya v shkole, no. 9, pp. 26–30. (In Russian)
Nayanova, E. V., Elipasheva, E. V., Sergeev, G. M. et al. (2015) Redoks-svojstva metilenovogo golubogo kak perspektivnogo fotometricheskogo reagenta dlya opredeleniya galogennyh okislitelej [Redox properties of methylene blue as a promising photometric reagent for the determination of halogen oxidants]. Analitika i kontrol’, vol. 19, no. 2, pp. 154–160. https://doi.org/10.15826/analitika.2015.19.2.005 (In Russian)
Novoshinskij, I. I., Novoshinskaya N. S. (2024) Ob izuchenii osobennostej reaktsij v organicheskoj khimii [On studying the features of reactions in organic chemistry]. Khimiya v shkole, no. 6, pp. 14–19. (In Russian)
Sabirova, L. M. (2021) Razvitie sistemy ponyatij ob okislitel’no-vosstanovitel’nykh reaktsiyakh v shkol’nom kurse organicheskoj khimii [Development of the system of concepts on redox reactions in the school course of organic chemistry]. Science Time, no. 5 (89), pp. 43–46. (In Russian)
Shakhashiri, B. Z. (1985) Chemical Demonstrations: In 5 vols. Vol. 2. A Handbook for Teachers of Chemistry. Madison: University of Wisconsin Press, 312 p. (In English)
Shalashova, M. M. (1998) Nepreryvnost’ i preemstvennost’ v razvitii sistemy ponyatij ob okislitel’no vosstanovitel’nyh reaktsiyakh v shkol’nom kurse organicheskoj khimii [Continuity and Succession in the Development of the System of Concepts on Redox Reactions in the School Course of Organic Chemistry]. Extended abstract of PhD dissertation (Biology). Moscow, Moscow Pedagogical State University, 17 p. (In Russian)
Ratkevich, E. Yu., Bazaeva, M. G., Golubeva, R. M. et al. (2012) Ob ispol’zovanii ponyatiya “stepen’ okisleniya” v kurse khimii srednej shkoly [On the use of the concept of “oxidation state” in the high school chemistry course]. Khimiya v shkole, no. 4, pp. 8–12. (In Russian)
Tardivo, J. P., Del Giglio, A., de Oliveira, C. S. et al. (2005) Methylene blue in photodynamic therapy: From basic mechanisms to clinical applications. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, vol. 2, рp. 175–191. https://doi.org/10.1016/S1572-1000(05)00097-9 (In English)
Volkova, S. A. (2017) O razvitii umeniya sostavlyat’ uravneniya OVR [On developing the skill of Composing Redox Reaction Equations]. Khimiya v shkole, no. 10, pp. 22–26. (In Russian)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Андрей Александрович Сутягин, Владимир Владимирович Меньшиков (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате в любых целях, делать ремиксы, видоизменять, и создавать новое, опираясь на этот материал в любых целях, включая коммерческие.
Данная лицензия сохраняет за автором права на статью, но разрешает другим свободно распространять, использовать и адаптировать работу при обязательном условии указания авторства. Пользователи должны предоставить корректную ссылку на оригинальную публикацию в нашем журнале, указать имена авторов и отметить факт внесения изменений (если таковые были).
Авторские права сохраняются за авторами. Лицензия CC BY 4.0 не передает права третьим лицам, а лишь предоставляет пользователям заранее данное разрешение на использование при соблюдении условия атрибуции. Любое использование будет происходить на условиях этой лицензии. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
