Реакция йодных часов - это классический эксперимент с демонстрацией химических часов, демонстрирующий химическую кинетику в действии; она была открыта Гансом Генрихом Ландольтом в 1886 году. [1] Йодная часовая реакция существует в нескольких вариациях, каждая из которых включает разновидности йода ( йодид- ион, свободный йод или йодат- ион) и окислительно-восстановительные реагенты в присутствии крахмала . Смешивают два бесцветных раствора и сначала нет видимой реакции. После небольшой задержки жидкость внезапно приобретает темно-синий оттенок из-за образования комплекса трииодид-крахмал.. В некоторых вариантах раствор будет многократно меняться от бесцветного до синего и обратно до бесцветного, пока не закончатся реагенты.
Вариация перекиси водорода [ править ]
Этот метод начинается с раствора перекиси водорода и серной кислоты . К этому добавляется раствор, содержащий йодид калия , тиосульфат натрия и крахмал . В растворе одновременно протекают две реакции.
В первой медленной реакции образуется йод:
ЧАС
2О
2+ 2 я-
+ 2 часа+
→ я
2+ 2 часа
2О
Во второй, быстрой реакции, йод снова превращается в 2 иодид-иона тиосульфатом:
2 ю.ш.
2О2-
3+ Я
2→ S
4О2-
6+ 2 я-
Через некоторое время раствор всегда меняет цвет на очень темно-синий, почти черный.
Когда растворы смешивают, вторая реакция приводит к тому , йод будет потребляться гораздо быстрее , чем он генерируется , и только небольшое количество йода присутствует в динамическом равновесии . Как только тиосульфат-ион истощается, эта реакция останавливается, и появляется синий цвет, вызванный комплексом йодид-крахмал .
Все, что ускоряет первую реакцию, сократит время, пока раствор не изменит цвет. Уменьшение pH (увеличение H+
концентрации), либо увеличение концентрации йодида или перекиси водорода сократит время. Добавление большего количества тиосульфата будет иметь противоположный эффект; синий цвет проявится дольше.
Вариант йодата [ править ]
В альтернативном протоколе используется раствор йодат- иона (например, йодата калия), к которому добавляется подкисленный раствор (снова с серной кислотой ) бисульфита натрия . [2]
В этом протоколе иодид- ион образуется в результате следующей медленной реакции между йодатом и бисульфитом:
- IO-
3 + 3 HSO-
3 → я-
+ 3 HSO-
4
Этот первый шаг - шаг определения скорости. Затем избыток йодата будет окислять йодид, образовавшийся выше, с образованием йода:
- IO-
3 + 5 я-
+ 6 часов+
→ 3 я
2 + 3 часа
2О
Однако бисульфит сразу же восстанавливает йод до йодида:
- я
2 + HSO-
3 + H
2O → 2 I-
+ HSO-
4+ 2 часа+
Когда бисульфит полностью израсходован, йод выживет (т.е. без восстановления бисульфитом) с образованием темно-синего комплекса с крахмалом.
Вариант персульфата [ править ]
Эта часовая реакция использует персульфат натрия , калия или аммония для окисления йодид- ионов до йода . Тиосульфат натрия используется для восстановления йода до йодида до того, как йод сможет образовать комплекс с крахмалом, чтобы сформировать характерный сине-черный цвет.
Йод образуется:
- 2 я-
+ S
2О2-
8→ я
2+ 2 СО2-
4
А затем удаляется:
- я
2+ 2 S
2О2-
3→ 2 я-
+ S
4О2-
6
Когда весь тиосульфат израсходован, йод может образовывать комплекс с крахмалом. Персульфат калия менее растворим (см. Веб-сайт Salters), в то время как персульфат аммония имеет более высокую растворимость и вместо этого используется в реакции, описанной в примерах из Оксфордского университета. [3]
Вариант хлората [ править ]
Экспериментальная последовательность часов йода также была установлена для системы, состоящей из йода-йодида калия , хлората натрия и хлорной кислоты, которая протекает в следующих реакциях. [4]
Трииодид находится в равновесии с йодид- анионом и молекулярным йодом :
- я-
3 ⇄ я
2+ Я-
Хлорат-ион окисляет иодид-ион до хлорноватистой кислоты и хлорноватистой кислоты на медленном и определяющем скорость этапе :
- ClO-
3+ Я-
+ 2 часа+
→ HOI + HClO
2
Потребление хлоратов ускоряется реакцией йодистой кислоты на йодистую кислоту и более хлорноватистую кислоту:
- ClO-
3+ HOI + H+
→ HIO
2+ HClO
2
Больше автокатализа, когда вновь образованная йодистая кислота также превращает хлорат на самой быстрой стадии реакции:
- ClO-
3+ HIO
2→ IO-
3+ HClO
2
В этих часах период индукции - это время, необходимое для начала автокаталитического процесса, после которого концентрация свободного йода быстро падает, что наблюдается с помощью спектроскопии УФ / видимого света .
См. Также [ править ]
- Часовая реакция
- Реакция старого Нассау
- Химический осциллятор
- Реакция Бриггса – Раушера
Ссылки [ править ]
- ^ См .:
- Ландольт, Х. (1886). "Ueber die Zeitdauer der Reaction zwischen Jodsäure und schwefliger Säure" [О продолжительности реакции между йодной кислотой и сернистой кислотой]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 19 (1): 1317–1365. DOI : 10.1002 / cber.188601901293 .
- Ландольт, Х. (1887). "Ueber die Zeitdauer der Reaction zwischen Jodsäure und schwefliger Säure [Часть 2]" [О продолжительности реакции между йодной кислотой и сернистой кислотой]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 20 (1): 745–760. DOI : 10.1002 / cber.188702001173 .
- ^ «Эксперимент 6: ЗАКОНЫ СКОРОСТИ ЧАСОВОЙ РЕАКЦИИ ЙОДА» (PDF) .
- ^ Хью Картрайт (2006). "Кинетика персульфат-йодидной часовой реакции" (PDF) . 2-й / 3-й год практического курса физической химии . Оксфордский университет . Проверено 25 марта 2018 года .
- ↑ Андре П. Оливейра и Роберто Б. Фариа (2005). «Хлорат-йодная часовая реакция». Варенье. Chem. Soc. 127 (51): 18022–18023. DOI : 10.1021 / ja0570537 . PMID 16366551 .
Внешние ссылки [ править ]
- Вариация перекиси водорода
- Вариант бисульфита натрия с высокоскоростной камерой
