#4 Reakcja oscylacyjna Briggsa-Rauschera

Share

Przygotowanie roztworów:

Do kolby miarowej o pojemności 100 cm3 nalać niewielką ilość wody destylowanej i rozpuścić kolejno substancje podane poniżej, roztwór uzupełnić do kreski.

Roztwór 1:

  • 4,28 g jodanu(V) potasu – KIO3
  • 0,45 cm3 stężonego kwasu siarkowego(VI) – H2SO4 95-96%

Roztwór 2:

  • 13,6 cm3 perhydrolu – H2O2 30 %

Roztwór 3:

  • 1,56 g kwasu malonowego – CH2(COOH)2
  • 0,34 g monohydratu siarczanu(VI) manganu(II) – MnSO4•H2O
  • 3 g skrobi rozpuszczalnej (skrobi nie trzeba rozpuszczać, można pozostawić w postaci zawiesiny, jednak  takim przypadku należy dodać osobno przygotowany wskaźnik – kleik skrobiowy)

Wskaźnik:

  • Do probówki wprowadzić niewielką ilość (1 łyżeczkę) skrobi rozpuszczalnej, dodać około 5 cm3 wody i ogrzewać do całkowitego rozpuszczenia.

Aby mieć pewność, że reakcja zajdzie wedle oczekiwań, należy odmierzyć substancje zgodnie z podaną dokładnością.

Zmieszanie podanych powyżej roztworów powoduje zapoczątkowanie reakcji oscylacyjnej, której towarzyszy zmiana barwy roztworu od bezbarwnej poprzez żółtą do granatowej. Proces ten jest zwany reakcją Briggsa-Rauschera (Briggs, Rauscher; 1973) i składa się 30 etapów  (Noyes, Furrow; 1982). Poniżej przedstawimy tylko główne reakcje będące sumą różnych etapów pośrednich.

Początkowo jony jodanowe(V), pochodzące z dysocjacji KIO3, ulegają redukcji do kwasu jodowego(I) pod wpływem nadtlenku wodoru. Wydziela się widoczny na filmie bezbarwny gaz – tlen. Proces zachodzi zgodnie z równaniem:

R1: IO3 + 2H2O2 + H+ → HIO + 2O2 + 2H2O

Następnie, otrzymany kwas reaguje z nadtlenkiem wodoru, powstają jony jodkowe:

R2: HIO + H2O2 → I + O2 + H+ + H2O

Powstałe jony jodkowe ulegają procesowi synproporcjonowania z kwasem jodowym(I) zgodnie z równaniem:

R3: HIO + I + H+ → I2 + H2O

Biegnące procesy powodują zabarwienie roztworu na żółto-bursztynowy kolor. Barwa ta pochodzi od powstającego jodu. Równocześnie zachodzi reakcja jodu z kwasem malonowym:

R4: I2 + CH2(COOH)2 → ICH(COOH)2 + H+ + I

Jod cząsteczkowy I2 reaguje z jonami jodkowymi I i powstaje anion trójjodkowy I3, który następnie tworzy ze skrobią związek kompleksowy o barwie granatowej:

R5: I2 + I  I3

R6: I3 + skrobia granatowy związek kompleksowy

W roztworze równocześnie biegną reakcje zużywające jod:

R7: 5H2O2 + I2 → 2HIO3 + 4H2O

W związku z tym stan równowagi przedstawiony w równaniach R5 i R6 jest przesuwany w kierunku substratów, towarzyszy temu rozkład związku kompleksowego i zanik granatowej barwy roztworu.

W wyniku reakcji R7 powstają jony IO3, które reagują zgodnie z równaniem R1, co zapoczątkowuje nowy cykl reakcji.

Możemy również zapisać sumaryczne równanie reakcji:

IO3 + 2H2O2 + H+ + CH2(COOH)2 → ICH(COOH)2 + 3H2O + 2O2

Przedstawiony opis jest uproszczeniem zachodzących procesów. Osoby zainteresowane dalszym zgłębieniem tematu odsyłamy do podanej poniżej literatury.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

  • Kwas siarkowy(VI) GHS05
  • Jodan(V) potasu GHS03
  • Perhydrol
  • Siarczan(VI) manganu(II) monohydrat GHS08

Literatura

Briggs, T., Rauscher, W. (1973). An oscillating iodine clock. Journal of Chemical Education, 50 (7), str. 496. doi:10.1021/ed050p496

Noyes, R., Furrow, S. (1982). The oscillatory Briggs-Rauscher reaction. 3. A skeleton mechanism for oscillations. Journal of the American Chemical Society, 104 (1), str. 45–48. doi: 10.1021/ja00365a011

 

© 2014 – 2015, www.ChemVlog.pl.

Share