De Briggs-Rauscher-reactie, ook bekend als 'de oscillerende klok', is een van de meest voorkomende demonstraties van een chemische-oscillatorreactie. De reactie begint wanneer drie kleurloze oplossingen met elkaar worden gemengd. De kleur van het resulterende mengsel zal oscilleren tussen helder, amber en diepblauw gedurende ongeveer 3-5 minuten. De oplossing eindigt als een blauwzwart mengsel.
Oplossing A
Voeg 43 g kaliumjodaat (KIO3) tot ~ 800 ml gedestilleerd water. Roer 4,5 ml erdoor zwavelzuur (H2ZO4). Blijf roeren tot het kaliumjodaat is opgelost. Verdun tot 1 L.
Oplossing B
Voeg 15,6 g malonzuur (HOOCCH2COOH) en 3,4 g mangaansulfaat-monohydraat (MnSO4. H2O) tot ~ 800 ml gedestilleerd water. Voeg 4 g vitex-zetmeel toe. Roer tot het is opgelost. Verdun tot 1 L.
Oplossing C
Verdun 400 ml 30% waterstofperoxide (H2O2) tot 1 L.
Materialen
- 300 ml van elke oplossing
- 1 L beker
- roerplaat
- magnetische roerstaaf
Procedure
- Plaats de roerstaaf in de grote beker.
- Giet elk van de oplossingen A en B 300 ml in de beker.
- Zet de roerplaat aan. Pas de snelheid aan om een grote vortex te produceren.
- Voeg 300 ml oplossing C toe aan de beker. Zorg ervoor dat u oplossing C toevoegt na het mengen van oplossingen A + B, anders werkt de demonstratie niet. Genieten!
Opmerkingen
Deze demonstratie ontwikkelt jodium. Slijtage veiligheidsbril en handschoenen en doe de demonstratie in een goed geventileerde ruimte, bij voorkeur onder een afzuigkap. Wees voorzichtig wanneer het voorbereiden van de oplossingen, aangezien de chemicaliën sterk irriterende stoffen bevatten en oxidatiemiddelen.
Schoonmaken
Neutraliseer het jodium door het terug te brengen tot jodide. Voeg ~ 10 g natriumthiosulfaat toe aan het mengsel. Roer tot het mengsel kleurloos wordt. De reactie tussen jodium en thiosulfaat is exotherm en het mengsel kan heet zijn. Eenmaal afgekoeld, kan het geneutraliseerde mengsel met water in de afvoer worden weggespoeld.
De Briggs-Rauscher-reactie
IO3- + 2 uur2O2 + CH2(CO2H)2 + H+ -> ICH (CO2H)2 + 2 O2 + 3 uur2O
Deze reactie kan in tweeën worden gedeeld component reacties:
IO3- + 2 uur2O2 + H+ -> HOI + 2 O2 + 2 uur2O
Deze reactie kan optreden door een radicaal proces dat wordt ingeschakeld wanneer ik- concentratie is laag, of door een niet-radicaal proces wanneer de I- concentratie is hoog. Beide processen reduceren jodaat tot onderjood. Het radicale proces vormt veel sneller hypoïodisch zuur dan het niet-radicale proces.
Het HOI-product van de reactie van de eerste component is een reactant in de reactie van de tweede component:
HOI + CH2(CO2H)2 -> ICH (CO2H)2 + H2O
Deze reactie bestaat ook uit twee samenstellende reacties:
ik- + HOI + H+ -> ik2 + H2O
ik2CH2(CO2H)2 -> ICH2(CO2H)2 + H+ + Ik-
De amberkleur is het resultaat van de productie van de I2. De ik2 vormen vanwege de snelle productie van HOI tijdens het radicale proces. Wanneer het radicale proces plaatsvindt, wordt HOI sneller gemaakt dan het kan worden geconsumeerd. Een deel van de HOI wordt gebruikt terwijl het overschot met wordt verminderd waterstof peroxide aan ik-. De toenemende ik- concentratie bereikt een punt waarop het niet-radicale proces het overneemt. Het niet-radicale proces produceert echter HOI lang niet zo snel als het radicale proces, dus de amberkleur begint te verdwijnen als ik2 wordt sneller verbruikt dan het kan worden gemaakt. Uiteindelijk de ik- concentratie daalt laag genoeg om het radicale proces te herstarten zodat de cyclus zich kan herhalen.
De diepblauwe kleur is het resultaat van de ik- en ik2 binding aan het zetmeel aanwezig in de oplossing.
Bron
B. Z. Shakhashiri, 1985, Chemische demonstraties: een handboek voor leraren in de chemie, vol. 2, pp. 248-256.