Weird Science

Oscylacyjna reakcja Briggsa-Rauchsera

Ciągłe zmiany

Zmiany towa­rzy­szą nam na każdym kroku. Mot­tem dzi­siej­szego arty­kułu będzie poniższy wyjątek z książki austra­li­sj­kiej autorki, pani Cana­van.

Nic nie pozo­staje takie samo. Jedyne, czego można być, w życiu pew­nym, to zmiana.”

Trudi Cana­van: Kapłanka w bieli, tłum: Piotr Cho­lewa

O reak­cjach samo­or­ga­ni­za­cji oraz oscy­la­cyj­nych pisa­łem już wie­lo­krot­nie; opi­sa­łem pier­ście­nie Lie­se­ganga, reak­cję Bie­ło­u­sowa-Żabo­tyńs­kiegouprosz­czony pro­ces oscy­la­cyjny. Dziś przy­cho­dzi czas na reak­cję Briggsa-Rau­schera.

Reak­cja ta pozwala bar­dzo wyra­zi­ście zaob­ser­wo­wać fakt zacho­dze­nia w ukła­dzie reak­cyj­nym drgań. Kolejno następu­jące po sobie fazy reak­cji cha­rak­te­ry­zują się kon­tra­stu­jącymi ze sobą, dosko­nale widocz­nymi bar­wami.

Jak prze­pro­wa­dzić tą zaska­ku­jącą reak­cję? Jeśli chcesz się tego dowie­dzieć, sza­nowny Czy­tel­niku, to zapra­szam do dal­szej lek­tury.

Potrzebne mate­riały

Tym razem potrze­bu­jemy nieco więk­szej niż zwy­kle ilo­ści różn­ych sub­stan­cji che­micz­nych:

Ostrze­że­nie: Kwas siar­kowy(VI) oraz nad­tle­nek wodoru są sil­nie żrące i powo­dują ciężkie opa­rze­nia! Jodan 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!

Można zasto­so­wać skro­bię roz­pusz­czalną lub zwy­kłą mąkę ziem­nia­czaną. Skro­bię ziem­nia­czaną należy roz­mie­szać we wrzącej wodzie.

Posia­da­jąc już potrzebne sub­stan­cje możemy przy­stąpić do eks­pe­ry­mentu.

Doświad­cze­nie

Naj­pierw musimy przy­go­to­wać dwa roz­twory. Ich skład:

Zwra­cam uwagę, że dokładne odwa­ża­nie i odmie­rza­nie potrzeb­nych ilo­ści odczyn­ni­ków ma tutaj klu­czowe zna­cze­nie! Nawet nie­wiel­kie odstęp­stwa mogą spo­wo­do­wać, że doświad­cze­nie się nie uda. Eks­pe­ry­ment ten ze swej natury jest dosyć kapry­śny i nawet prze­pro­wa­dzony ide­al­nie według wska­zówek nie zaw­sze się udaje. Wtedy nie można się zra­żać i naj­le­piej po pro­stu go pow­tórzyć. W końcu się na pewno uda.

Przy­stępu­jąc do doświad­cze­nia musimy zmie­szać roz­twory w kol­bie odpo­wied­niej wiel­ko­ści. Warun­kiem efek­tyw­nego zaj­ścia reak­cji jest ciągłe mie­sza­nie, naj­wy­god­niej posłu­żyć się mie­sza­dłem magne­tycz­nym.

Po zmie­sza­niu obu roz­two­rów bez­barwna mie­sza­nina reak­cyjna nabiera naj­pierw barwy zło­ci­stej, a następ­nie gwałt­ow­nie zmie­nia kolor na gra­na­towy. Potem następuje ponow­nie odbar­wie­nie roz­tworu i cały cykl się zamyka. Poniższe zdjęcia przed­sta­wiają kolejne fazy reak­cji.

Ilustracja: r-r bezbarwny

r-r bezbarwny

Ilustracja: r-r złocisty

r-r złocisty

Ilustracja: r-r granatowy

r-r granatowy

Oscy­la­cje trwają zwy­kle kil­ka­na­ście minut i są nie­zwy­kle efek­towne:

Ilustracja

Okres drgań układu zależy w dużej mie­rze od tem­pe­ra­tury: zmniej­sza się wraz z jej wzro­stem.

Wyja­śnie­nie

W trak­cie reak­cji nie docho­dzi do pow­sta­nia rów­no­wagi i pro­ces prze­cho­dzi cyklicz­nie przez kilka kolej­nych sta­nów, czego widocz­nym efek­tem jest zmiana barwy. W oscy­lu­jącym roz­two­rze zacho­dzi wiele rów­no­le­głych i powiąza­nych ze sobą reak­cji. Po dokładny opis zacho­dzących tutaj pro­ce­sów odsy­łam do odpo­wied­niej lite­ra­tury.

W uprosz­cze­niu docho­dzi tutaj do reak­cji między jonem joda­no­wym, nad­tlen­kiem wodoru i kwa­sem malo­no­wym. Pierw­szy etap reak­cji:

Ilustracja

Pow­staje tutaj kwas jodowy(I) HOI, który rea­guje następ­nie z kwa­sem malo­no­wym według rów­na­nia:

Ilustracja

Reak­cja two­rze­nia kwasu jodo­wego(I) HOI jest w tych warun­kach szyb­sza niż tempo jego zuży­wa­nia w reak­cji z kwa­sem malo­no­wym. Pow­staje więc nie­wielki jego nad­miar, który może rea­go­wać z nad­tlen­kiem wodoru:

Ilustracja

Z kolei pow­sta­jący jon jod­kowy może rea­go­wać dalej. Pow­staje wtedy pier­wiast­kowy jod odpo­wie­dzialny za zło­ci­stą barwę.

Ilustracja

Pow­sta­jący jod wiąże się ze skro­bią dając inten­syw­nie gra­na­towy kom­pleks. Jed­no­cze­śnie pow­stały jod jest zuży­wany w reak­cji:

Ilustracja

Sól man­ganu jest kata­li­za­to­rem umożl­i­wia­jącym zaj­ście reak­cji.

Przed­sta­wiony mecha­nizm poka­zuje jedy­nie główne reak­cje zacho­dzące w roz­two­rze i nie tłu­ma­czy jesz­cze dla­czego pow­stają oscy­la­cje. Zja­wi­sko to nie jest jesz­cze w pełni wytłu­ma­czone, praw­do­po­dob­nie są to dwa sprzężone che­miczne układy drga­jące.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa

Marek Ples

Aa