WikiDer > Реакция часов на йод - Википедия

Iodine clock reaction - Wikipedia
Реакция часов на йод (вариация персульфата)

В йод часы реакция это классический химические часы демонстрационный эксперимент для отображения химическая кинетика в действии; это было обнаружено Ганс Генрих Ландольт в 1886 г.[1] Часовая реакция йода существует в нескольких вариантах, каждый из которых включает йод разновидность (йодид ион, свободный йод или йодат ion) и редокс реагенты в присутствии крахмал. Смешивают два бесцветных раствора и сначала нет видимой реакции. После небольшой задержки жидкость внезапно приобретает темно-синий оттенок из-за образования трииодид-крахмальный комплекс. В некоторых вариантах раствор будет многократно меняться от бесцветного к синему и обратно к бесцветному, пока не закончатся реагенты.

Вариация перекиси водорода

Этот метод начинается с решения пероксид водорода и серная кислота. Для этого раствор, содержащий йодистый калий, тиосульфат натрия, и крахмал добавлен. В растворе одновременно протекают две реакции.

При первой медленной реакции образуется йод:

ЧАС2О2 + 2I− + 2H+ → я2+ 2H2О

Во второй, быстрой реакции, йод снова превращается в 2 иодид-иона тиосульфатом:

2S2О32− + Я2 → S4О62− + 2I−

Через некоторое время раствор всегда меняет цвет на очень темно-синий, почти черный.

Когда растворы смешиваются, вторая реакция вызывает йод быть расходуется намного быстрее, чем создается, и лишь небольшое количество йода присутствует в динамическое равновесие. Как только тиосульфат-ион истощается, эта реакция останавливается, и синий цвет, вызванный йодид-крахмальный комплекс появляется.

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.

Вариация йодата

Альтернативный протокол использует решение йодат ион (например, йодат калия), к которому подкисленный раствор (снова с серная кислота) из бисульфит натрия добавлен.[2]

В этом протоколе йодид ион образуется в результате следующей медленной реакции между йодатом и бисульфитом:

IO3− + 3 HSO3− → я− + 3 HSO4−

Этот первый шаг - шаг определения скорости. Затем избыток йодата будет окислять йодид, образовавшийся выше, с образованием йода:

IO3− + 5 я− + 6 часов+ → 3 я2 + 3 часа2О

Однако бисульфит немедленно восстанавливает йод до йодида:

я2 + HSO3− + H2O → 2 I− + HSO4− + 2 часа+

Когда бисульфит полностью израсходован, йод выживет (то есть без восстановления бисульфитом) с образованием темно-синего комплекса с крахмалом.

Вариация персульфата

Эта часовая реакция использует натрий, калий или же персульфат аммония к окислять йодид ионы в йод. Тиосульфат натрия используется для восстановления йода до йодида до того, как йод сможет образовать комплекс с крахмал для формирования характерного сине-черного цвета.

Йод образуется:

2 я− + S2О82− → я2 + 2 СО42−

А затем удаляется:

я2 + 2 S2О32− → 2 я− + S4О62−

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]

Вариация хлората

Экспериментальная последовательность часов йода была также установлена ​​для системы, состоящей из йод иодид калия, хлорат натрия и хлорная кислота это происходит в результате следующих реакций.[4]

Трийодид присутствует в равновесии с йодид анион и молекулярный йод:

я3− ⇄ я− + Я2

Хлорат-ион окисляет иодид-ион до гипоиодистая кислота и хлористая кислота в медленном и этап определения ставки:

ClO3− + Я− + 2 часа+ → HOI + HClO2

Потребление хлоратов ускоряется реакцией йодистой кислоты на йодистая кислота и более хлорноватистой кислоты:

ClO3− + HOI + H+ → HIO2 + HClO2

Более автокатализ когда вновь образованная йодистая кислота также преобразует хлорат на самой быстрой стадии реакции:

ClO3− + HIO2 → IO3− + HClO2

В эти часы индукционный период время, необходимое для автокаталитический процесс для запуска, после которого концентрация свободного йод быстро падает, как заметил УФ / видимая спектроскопия.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Видеть:
    • Ландольт, Х. (1886). "Ueber die Zeitdauer der Reaction zwischen Jodsäure und schwefliger Säure" [О продолжительности реакции йодной кислоты с сернистой кислотой]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком). 19 (1): 1317–1365. Дои:10.1002 / cber.188601901293.
    • Ландольт, Х. (1887). "Ueber die Zeitdauer der Reaction zwischen Jodsäure und schwefliger Säure [Часть 2]" [О продолжительности реакции йодной кислоты с сернистой кислотой]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком). 20 (1): 745–760. Дои:10.1002 / cber.188702001173.
  2. ^ «Эксперимент 6: ЗАКОНЫ СКОРОСТИ ЧАСОВОЙ РЕАКЦИИ ЙОДА» (PDF).
  3. ^ Хью Картрайт (2006). «Кинетика персульфат-йодидной часовой реакции» (PDF). 2-й / 3-й год практического курса физической химии. Оксфордский университет. Получено 25 марта 2018.
  4. ^ Андре П. Оливейра и Роберто Б. Фариа (2005). «Хлорат-йодная часовая реакция». Варенье. Chem. Soc. 127 (51): 18022–18023. Дои:10.1021 / ja0570537. PMID 16366551.

внешняя ссылка