Weird Science

Chemiczne oscylacje katalizowane manganem

Pro­sta reak­cja oscy­la­cyjna

Oscy­la­cje che­miczne są bar­dzo inte­re­su­jącym feno­me­nem z pogra­ni­cza che­mii i fizyki. Jako jeden z przy­kła­dów samo­or­ga­ni­za­cji (o której więcej tutaj) che­miczne układy drga­jące są ciągle badane, ponie­waż mogą one rzu­cić więcej świa­tła na wiele tajem­nic świata.

W warun­kach ama­tor­skich zapre­zen­to­wa­nie reak­cji oscy­la­cyj­nych, takich jak na przy­kład reak­cja Bie­ło­u­sowa-Żabo­tyńs­kiego napo­tyka często na wiele pro­ble­mów, ponie­waż wyma­gają one spo­rej dokład­no­ści w dobo­rze i waże­niu odczyn­ni­ków. Reak­cje te potra­fią być bar­dzo kapry­śne; cza­sem udają się, innym razem nie. Dla­tego tym razem prze­pro­wa­dzimy uprosz­czoną reak­cję oscy­la­cyjną, która zapew­nia dodat­kowko inte­re­su­jący efekt wizu­alny. Będzie to pro­ces oscy­la­cyjny z udzia­łem kwasu malo­no­wego i bro­mianu potasu, kata­li­zo­wany jonami man­ganu(II).

Efek­tem będzie bez­barwna ciecz, okre­sowo nabie­ra­jąca barwy poma­rańczo­wej.

Ilustracja

Potrzebne mate­riały

Potrze­bu­jemy sub­stan­cji z poniższej listy:

Ostrze­że­nie: Kwas siar­kowy(VI) jest sil­nie żrący! Bro­mian potasu i siar­czan man­ganu(II) są tok­syczne, a kwas malo­nowy ma dzia­ła­nie drażn­iące. Trzeba zacho­wać ostrożn­ość i sto­so­wać środki och­rony oso­bi­stej! Autor nie bie­rze jakiej­kol­wiek odpo­wie­dzial­no­ści za wszel­kie mogące pow­stać szkody. Robisz to na wła­sne ryzyko!

Posia­da­jąc już potrzebne sub­stan­cje możemy przy­stąpić do eks­pe­ry­mentu.

Doświad­cze­nie

Naj­pierw musimy przy­go­to­wać dwa roz­twory. Bazą obu jest kwas siar­kowy(VI) H2SO4 o stęże­niu 1,6mol/dm3 (należy go przy­go­to­wać przez odpo­wied­nie roz­cieńcze­nie stężo­nego kwasu - ostrożnie!). Skład roz­two­rów:

Roz­twory są bez­barwne.

Roz­twory musimy połączyć w kol­bie odpo­wied­niej wiel­ko­ści. Warun­kiem efek­tyw­nego zaj­ścia reak­cji jest ciągłe mie­sza­nie, naj­wy­god­niej posłu­żyć się mie­sza­dłem magne­tycz­nym. Poni­żej mój film pre­zen­tu­jący prze­bieg całego doświad­cze­nia:

Po zmie­sza­niu nowo­pow­stały roz­twór szybko przy­biera poma­rańczową barwę, która jed­nak po pew­nym cza­sie zanika. Zaska­ku­jące jest jed­nak to, że potem roz­twór zaczyna okre­sowo zmie­niać kolor, między poma­rańczo­wym, a bez­barw­nym:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Okres oscy­la­cji w zależn­o­ści od dokład­no­ści przy waże­niu odczyn­ni­ków i tem­pe­ra­tury, w jakiej pro­wa­dzi się doświad­cze­nie, może wyno­sić od kilku do kil­ku­dzie­sięciu sekund. Oscy­la­cje mogą trwać kil­ka­dzie­siąt minut.

Wyja­śnie­nie

Pro­ces oscy­la­cyjny jest bar­dzo skom­pli­ko­wany i dokładne wyja­śnie­nie prze­kra­cza ramy tego arty­kułu. W uprosz­cze­niu reak­cja jest ini­cjo­wana przez reduk­cję anionu bro­mia­no­wego kwa­sem malo­no­wym w obec­no­ści katio­nów man­ganu(II). Pow­staje wtedy pier­wiast­kowy brom, którego cha­rak­te­ry­styczny zapach jest wyczu­walny też w cza­sie reak­cji. Brom jest odpo­wie­dzialny za poma­rańczową barwę. Odbar­wie­nie jest spo­wo­do­wane bro­mo­wa­niem kwasu malo­no­wego do bro­mo­ma­lo­nia­nów. Jed­no­cze­śnie brom pow­staje w dal­szym ciągu w pro­ce­sie redoks. W ukła­dzie reak­cyj­nym zacho­dzi wiele powiąza­nych ze sobą spe­cy­ficz­nych reak­cji, czego efek­tem są widoczne oscy­la­cje. Innym przy­kła­dem podob­nych zja­wisk jest wspom­niana wcze­ściej reak­cja Bie­ło­u­sowa-Żabo­tyńs­kiego, two­rze­nie pier­ścieni Lie­se­ganga i  reak­cja Briggsa-Rau­schera.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa