Briggs-Rauscher Oszillierende Farbwechselreaktion

Die Briggs-Rauscher-Reaktion, auch als "oszillierende Uhr" bekannt, ist eine der häufigsten Demonstrationen einer chemischen Oszillatorreaktion. Die Reaktion beginnt, wenn drei farblose Lösungen miteinander vermischt werden. Die Farbe der resultierenden Mischung pendelt für ca. 3-5 Minuten zwischen klar, bernsteinfarben und tiefblau. Die Lösung fällt als blauschwarze Mischung an.

Lösung A

43 g Kaliumiodat (KIO₃) auf ~ 800 ml destilliertes Wasser. Rühren Sie 4,5 ml Schwefelsäure (H₂SO₄). Rühren Sie weiter, bis sich das Kaliumiodat aufgelöst hat. Auf 1 l verdünnen.

Lösung B

15,6 g Malonsäure (HOOCCH₂COOH) und 3,4 g Mangansulfatmonohydrat (MnSO₄ . H₂O) auf ~ 800 ml destilliertes Wasser. Fügen Sie 4 g Vitex-Stärke hinzu. Rühren, bis sich alles aufgelöst hat. Auf 1 l verdünnen.

Lösung C

400 ml 30% iges Wasserstoffperoxid (H₂Ö₂) auf 1 l.

Materialien

• 300 ml jeder Lösung
• 1 l Becher
• Rührplatte
• Magnetrührstab

Verfahren

1. Stellen Sie den Rührstab in den großen Becher.
2. Gießen Sie jeweils 300 ml der Lösungen A und B in das Becherglas.
3. Rührplatte einschalten. Passen Sie die Geschwindigkeit an, um einen großen Wirbel zu erzeugen.
4. 300 ml Lösung C in das Becherglas geben. Achten Sie darauf, dass Sie nach dem Mischen der Lösungen A + B die Lösung C zugeben, da sonst die Demonstration nicht funktioniert. Genießen!

Anmerkungen

Diese Demonstration entwickelt Jod. Tragen Sie eine Schutzbrille und Handschuhe und führen Sie die Demonstration in einem gut belüfteten Raum, vorzugsweise unter einer Abzugshaube, durch. Gehen Sie bei der Zubereitung der Lösungen vorsichtig vor, da die Chemikalien starke Reiz- und Oxidationsmittel enthalten.

Aufräumen

Neutralisieren Sie das Jod, indem Sie es zu Jodid reduzieren. Füge ~ 10 g Natriumthiosulfat zu der Mischung hinzu. Rühren, bis die Mischung farblos wird. Die Reaktion zwischen Jod und Thiosulfat ist exotherm und die Mischung kann heiß sein. Nach dem Abkühlen kann die neutralisierte Mischung mit Wasser den Abfluss hinuntergespült werden.

Die Briggs-Rauscher-Reaktion

IO₃^- + 2 H₂Ö₂ + CH₂(CO₂H)₂ + H⁺ --> ICH (CO₂H)₂ + 2 O₂ + 3 H₂Ö

Diese Reaktion kann in zwei Komponenten unterteilt werden:

IO₃^- + 2 H₂Ö₂ + H⁺ --> HOI + 2 O₂ + 2 H₂Ö

Diese Reaktion kann durch einen radikalischen Prozess erfolgen, der eingeschaltet wird, wenn ich^- Konzentration ist gering, oder durch einen nichtradikalen Prozess, wenn die I^- Konzentration ist hoch. Beide Verfahren reduzieren Iodat zu hypojodiger Säure. Der radikalische Prozess bildet hypojodhaltige Säure mit einer viel schnelleren Geschwindigkeit als der nichtradikalische Prozess.

Das HOI-Produkt der Reaktion der ersten Komponente ist ein Reaktant in der Reaktion der zweiten Komponente:

HOI + CH₂(CO₂H)₂ --> ICH (CO₂H)₂ + H₂Ö

Diese Reaktion besteht ebenfalls aus zwei Komponentenreaktionen:

ich^- + HOI + H⁺ --> Ich₂ + H₂Ö

ich₂CH₂(CO₂H)₂ --> ICH₂(CO₂H)₂ + H⁺ + ich^-

Die Bernsteinfarbe ergibt sich aus der Herstellung des I₂. Das i₂ bildet sich aufgrund der schnellen HOI-Produktion während des radikalischen Prozesses. Wenn der radikale Prozess stattfindet, wird der HOI schneller erzeugt, als er verbraucht werden kann. Ein Teil des HOI wird verwendet, während der Überschuss durch Wasserstoffperoxid zu I reduziert wird^-. Das steigende ich^- Konzentration erreicht einen Punkt, an dem der nichtradikale Prozess übernimmt. Der nichtradikale Prozess erzeugt jedoch nicht annähernd so schnell einen HOI wie der radikale Prozess, so dass die Bernsteinfarbe zu klären beginnt wie ich₂ wird schneller verbraucht, als es erstellt werden kann. Irgendwann das ich^- Die Konzentration fällt so weit ab, dass der radikale Prozess von Neuem beginnen kann, sodass sich der Zyklus wiederholen kann.

Die tiefblaue Farbe ist das Ergebnis des Ich^- und ich₂ Bindung an die in der Lösung enthaltene Stärke.

Quelle

B. Z. Shakhashiri, 1985, Chemische Demonstrationen: Ein Handbuch für Chemielehrer, vol. 2, S. 248-256.