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)

• • Jodan(V) potasu

• • Perhydrol

• Siarczan(VI) manganu(II) monohydrat

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