Jod występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych – I₂. W warunkach standardowych (oraz normalnych) jest to ciało stałe barwy fioletowej. Brom, czyli pierwiastek leżący w tej samej grupie bezpośrednio nad jodem jest cieczą, a flor i chlor to gazy. Stopniowa zmiana stanu skupienia kolejnych fluorowców wynika nie tylko ze wzrastającej masy cząsteczkowej. Za stały stan skupienia jodu odpowiadają głównie stosunkowo silne oddziaływania międzycząsteczkowe typu dipol indukowany – dipol indukowany. Wszystkie cząsteczki dwuatomowe zbudowane z dwóch takich samych atomów (tzw. homoatomowe) są niepolarne. Jednak duże chmury elektronowe atomów jodu mogą łatwo przemieszczać się względem jąder atomowych, a tym samym cząsteczki uzyskują chwilowy moment dipolowy (indukowany moment dipolowy).

Rysunek 1. Schemat tworzenia się dipoli indukowanych.

Oddziaływanie między powstałymi dipolami odpowiadają za stały stan skupienia jodu. Oddziaływania te nie są jednak zbyt mocne, do zniszczenia sieci krystalicznej jodu wystarczy już temperatura 114 ^oC.

Dość często można spotkać się ze stwierdzeniem, że jod pod ciśnieniem atmosferycznym nie ulega stopieniu, a podczas ogrzewania zachodzi proces sublimacji, podobnie jak dla CO₂. Niestety w przypadku jodu nie jest to prawda, co można zobaczyć na poniższym diagramie fazowym.

Rysunek 2. Diagram fazowy jodu.

Jak widzimy ogrzewanie stałego jodu pod ciśnieniem 101,3 kPa (1 atm) prowadzi najpierw do przejścia w fazę ciekłą (temp. topnienia 113,6 ^oC), a dopiero w temp. 184,4 ^oC w gaz.

Podczas naszego doświadczenia jod reaguje z magnezem zgodnie z równaniem:

Mg + I₂ → MgI₂

Proces ten jest egzotermiczny, wydzielone ciepło powoduje stopienie oraz wrzenie jodu. Powstały jodek magnezu to ciało stałe barwy białej. Jest to substancja nietrwała, rozkłada się już w temperaturze pokojowej. W obecności powietrza zachodzi również reakcja z tlenem prowadząca do wydzielenia jodu:

2MgI₂ + O₂ → 2MgO + 2I₂

Jod jest niezbędny w naszym organizmie do prawidłowego działania tarczycy. Należy jednak pamiętać, że jest to zarazem substancja trująca, dawka śmiertelna dla dorosłego człowieka to około 4 g jodu.

UWAGA! Substancje niebezpieczne:

• Jod 
• Magnez 

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