Jod klocka reaktion

Jodklockreaktion (persulfatvariation)

Jodklockreaktionen är ett klassiskt kemiskt klockdemonstrationsexperiment för att visa kemisk kinetik i aktion ; det upptäcktes av Hans Heinrich Landolt 1886. Jodklockreaktionen finns i flera variationer, som var och en involverar jod- arter ( jodidjon , fri jod eller jodatjon ) och redoxreagens i närvaro av stärkelse . Två färglösa lösningar blandas och till en början finns ingen synlig reaktion. Efter en kort tids fördröjning övergår vätskan plötsligt till en mörkblå nyans på grund av bildandet av ett trijodid-stärkelsekomplex . I vissa varianter kommer lösningen upprepade gånger att cykla från färglös till blå och tillbaka till färglös, tills reagenserna är slut.

Variation av väteperoxid

Denna metod börjar med en lösning av väteperoxid och svavelsyra . Till detta tillsätts en lösning innehållande kaliumjodid , natriumtiosulfat och stärkelse . Det finns två reaktioner som sker samtidigt i lösningen.

I den första långsamma reaktionen produceras jod:

H 2 O 2 + 2 I + 2 H + I 2 + 2 H 2 O

I den andra snabba reaktionen omvandlas jod till två jodidjoner av tiosulfatet:

2 S 2 O 2− 3 + I 2 S 4 O 2− 6 + 2 I

Efter en tid ändrar lösningen alltid färg till en mycket mörkblå, nästan svart.

När lösningarna blandas, orsakar den andra reaktionen att jodet förbrukas mycket snabbare än det genereras, och endast en liten mängd jod är närvarande i den dynamiska jämvikten . När tiosulfatjonen har förbrukats avbryts denna reaktion och den blå färgen som orsakas av jod-stärkelsekomplexet uppträder.

Allt som påskyndar den första reaktionen kommer att förkorta tiden tills lösningen ändrar färg. Att sänka pH (öka H +
koncentrationen), eller öka koncentrationen av jodid eller väteperoxid kommer att förkorta tiden. Att tillsätta mer tiosulfat kommer att ha motsatt effekt; det tar längre tid innan den blå färgen visas.

Förutom att använda natriumtiosulfat som substrat kan cystein också användas.

jodid från kaliumjodid omvandlas till jod i den första reaktionen:

2I + - + 2 H + H2O2 I2 + 2 H2O _

Joden som produceras i den första reaktionen reduceras tillbaka till jodid av reduktionsmedlet cystein . Samtidigt oxideras cystein till cystin.

2 C 3 H 7 NO 2 S + I 2 → C 6 H 12 N 2 O 4 S 2 + 2 I + 2 H +

I likhet med tiosulfatfallet, när cystein är uttömt, visas den blå färgen.

Jodatvariation

Ett alternativt protokoll använder en lösning av jodatjon (till exempel kaliumjodat) till vilken en surgjord lösning (igen med svavelsyra ) av natriumbisulfit tillsätts.

I detta protokoll genereras jodidjon genom följande långsamma reaktion mellan jodat och bisulfit:

IO 3 + 3 HSO 3 I + 3 HSO 4

Detta första steg är det hastighetsbestämmande steget. Därefter kommer överskottet av jodat att oxidera jodiden som genereras ovan för att bilda jod:

IO 3 + 5 I + 6 H + → 3 I 2 + 3 H 2 O

Men jodet reduceras omedelbart tillbaka till jodid av bisulfiten:

I 2 + HSO 3 + H 2 O → 2 I + HSO 4 + 2 H +

När bisulfiten är helt förbrukad kommer jodet att överleva (dvs ingen reduktion av bisulfiten) för att bilda det mörkblå komplexet med stärkelse.

Persulfat variation

Denna klockreaktion använder natrium- , kalium- eller ammoniumpersulfat för att oxidera jodidjoner till jod . Natriumtiosulfat används för att reducera jod tillbaka till jodid innan jodet kan bilda komplex med stärkelsen för att bilda den karakteristiska blå-svarta färgen.

Jod genereras:

2 I + S 2 O 2− 8 I 2 + 2 SO 2− 4

Och tas sedan bort:

I 2 + 2 S 2 O 2− 3 → 2 I + S 4 O 2− 6

När allt tiosulfat är förbrukat kan jodet bilda ett komplex med stärkelsen. Kaliumpersulfat är mindre lösligt (jfr Salters hemsida) medan ammoniumpersulfat har en högre löslighet och används istället i reaktionen som beskrivs i exempel från Oxford University.

Kloratvariation

En experimentell jodklocksekvens har också etablerats för ett system bestående av jodkaliumjodid, natriumklorat och perklorsyra som sker genom följande reaktioner.

Trijodid är närvarande i jämvikt med jodidanjon och molekylärt jod :

I 3 I 2 + I

Kloratjon oxiderar jodidjon till hypojodsyra och klorsyra i det långsamma och hastighetsbestämmande steget :

ClO 3 + I + 2 H + HOI + HClO 2

Kloratkonsumtionen påskyndas genom reaktion av hypojodsyra till jodsyra och mer klorsyra:

ClO 3 + HOI + H + HIO 2 + HClO 2

Mer autokatalys när nygenererad jodsyra också omvandlar klorat i det snabbaste reaktionssteget:

ClO 3 + HIO 2 IO 3 + HClO 2

I denna klocka är induktionsperioden den tid det tar för den autokatalytiska processen att starta, varefter koncentrationen av fritt jod sjunker snabbt, vilket observerats av UV-synlig spektroskopi .

Se även

externa länkar