Színjáték - oszcilláló reakciók
Főző Attila László
2007/10/25 00:00
3647 megtekintés
A cikk lejárt! Valószínű, hogy már nem aktuális információkat tartalmaz!
A kémia nagy színjátszói az oszcilláló reakciók. Ezekben ugyanis az idő előrehaladtával sorozatosan játszódnak le a folyamatok és sok esetben látványos színváltozásnak lehetünk tanúi. Cikkünkben ezúttal az ún. jódórát vagy más néven a Briggs-Rauscher-féle oszcilláló kémiai reakciót mutatjuk be.

Briggs-Rauscher-féle oszcilláló reakció

A kémiai reakciók legnagyobb részénél a reakció során a reagáló anyagok koncentrációja monoton csökken mindaddig, amíg a rendszer el nem éri az egyensúlyi állapotot. Vannak azonban olyan reakciók is, melyeknél bizonyos körülmények között a kiindulási állapotból a végállapotig terjedő folyamatban egyes közti-termékek koncentrációja periodikusan változik. Néhány esetben a ritmikus változás időbeli oszcilláció, esetleg térbeli koncentrációváltozás alakjában jelenik meg. Az ún. jódóra-kísérletben színváltozás jelzi az időbeli oszcillációt. Az eredeti leírásban perklórsav is szerepel, de ennek elhagyásával is működik a kísérlet.

Szükséges eszközök és anyagok:

  • 200 cm3-es főzőpohár,
  • 2 db 50 cm3-es mérőhenger,
  • 3 db 10 cm3-es osztott pipetta,
  • malonsav,
  • 30%-os hidrogén-peroxid-oldat,
  • 0,2 mol/dm3-es mangán(II)-szulfát-oldat,
  • keményítő-oldat,
  • 1 mol/dm3-es kénsav-oldat,
  • 0,1 mol/dm3-es kálium-jodát-oldat.

A kísérlet

A következőkben felsorolt oldatokat fehér szűrőpapírra helyezett 200 cm3-es Erlenmeyer-lombikban vagy főzőpohárban elegyítsük. 3 cm3 0,2 mol/dm3 koncentrációjú mangán(II)-szulfát-oldat, 5 cm3 1 mol/dm3 koncentrációjú malonsav-oldat, 5 cm3 1 mol/dm3 koncentrációjú kénsav-oldat, 14 cm3 30%-os hidrogén-peroxid-oldat, 0,5 cm3 (8 csepp) keményítő-oldat, 40 cm3 desztillált víz, 67 cm3 0,1 mol/dm3 koncentrációjú kálium jodát-oldat. Az oldatokat mérőhengerrel mérjük ki. A sorrenden változtatni lehet, csak az a lényeges; hogy a KIO3-oldat legyen az utolsó hozzáadott komponens. Az elegyet keverjük meg, majd 10-15 percen át figyeljük. A keményítő- és a malonsav-oldatokat frissen készítsük.

Magyarázat

A reakcióelegy összekeverése után a színtelen oldat nagyon gyorsan sárgásbarnává válik, majd átvált kékbe, kis késéssel gázfejlődést is észlelünk. A kék-barna szín periódikusan váltakozik, és mintegy 15 percig tart. A reakció végére oldatunk inhomogénné válik és elsötétül. A reakció komplex, részleteiben még nem teljesen tisztázott. A Briggs-Rauscher reakció nem kötődik a malonsavhoz, más egyéb szerves vegyületekkel is kipróbálásra került. Az alábbi felsorolás nem jelenti a reakció időbeni sorrendiségét, csupán az áttekinthetőséget segíti.

Jód-rendszer:

(A jód átlagos oxidációs száma konstans)

  • HOI +I - +H3O+ <=> I2 + H2O
  • HIO2 + I - + H3O+ <=> 2 HIO + H2O
  • IO3- + I - +2 H3O+ <=> HIO2 + HOI + H2O
  • 2 HIO2 + H2O => IO3- + HOI+ H3O+
  • IO3- + HIO2 + H3O+ <=> 2IO2• +2 H2O
  • IO2• + HOI <=> HIO2 + IO•

Oxigén-rendszer:

(Az oxigén átlagos oxidációs száma konstans)

  • HO• +H2O2 => H2O +HOO•
  • 2 HOO• => H2O2 +O2

Jód-redukciós rendszer

(jód redukálódik, oxigén oxidálódik)

  • HOI + H2O2 => I - + O2 + H3O+
  • HIO2 + H2O2 => HOI + O2 + H2O
  • IO3- + H2O2 + H3O+ => HIO2 + O2 +2H2O
  • HOO• + IO3- + H3O+ => O2 +2H2O + IO2•
  • HOO• + I2 + H2O => O2 + H3O+ + I - +I·

Jód-oxidációs rendszer

(jód oxidálódik, oxigén redukálódik)

  • I· + H2O2 => HOI +HO•
  • HO• + I2 => HOI + I•
  • IO• + H2O2 => HIO2 +HO•
  • HOO• +HOI => H2O2 +IO•
  • HOO• +HOI => HIO2 +HO•
  • HO• + HOI => H2O +IO•
  • HOO• +I- + H3O+ => H2O2 +H2O + I•

Mangán-rendszer

  • IO2• + Mn2+ + H2O <==> HIO2 + Mn(OH)2+
  • Mn(OH)2+ + H2O2 => Mn2+ +H2O +HOO•
  • Mn(OH)2+ + HOI => Mn2+ +H2O +IO•
  • HO• + Mn2+ => Mn(OH)2+
  • Mn(OH)2+ +I- + H3O+ => Mn2+ +I• +2H2O

Szerves-sav-rendszer

  • HO• +RH => H2O +R•
  • R• + H2O2 => ROH + HO•
  • RH <==> enol forma
  • I2 +enol + H2O => RI + I- + H3O+
  • HOI + enol = > RI + H2O

Az oldatban, a reakció során a jód- és jodid-ion koncentráció periódikus ingadozása figyelhető meg. Mindkét oszcilláció között fáziseltolódás van. A fenti egyenletekben megtalálhatók azok a lépések, melyekben I2 és I- képződik, ezek felelősek az oldat színváltozásáért. A következő táblázatban felsoroljuk a mindenkori színek változásainak feltételeit:

c (I2)c (I-)szín
kicsitetszőlegesszíntelen
nagykicsibarna
nagynagykék

A fellépő kék színváltozás alapja, a keményítő és a polijodid-ionok reakciója, melyek koncentrációját a következő egyensúly befolyásolja.

Veszélyforrások:

A kénsav maró hatású, a hidrogén-proxid és a kálium-jodát oxidálószer! A malonsav irritáns, a mangán-szulfát ártalmas!

Hulladék ártalmatlanítás:

A keletkezett hulladékot öntsük a szervetlen gyűjtőbe.

Irodalom:

  • Lengyel Béla: Általános és szervetlen kémiai praktikum, Tankönyvkiadó Budapest, 1990.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek