Реферат на тему Реакция Бриггса — Раушера

Содержание:

Введение 3
1. Реакция Бриггса – Раушера 4
Заключение 7
Список использованных источников 8

Введение:

Реакция Бриггса-Раушера представляет одну из самых популярных и красивейших химических реакций, которые проводятся от школ до ВУЗов. Популярность данной демонстрации объясняется её простотой и визуальной привлекательностью. Секрет данной реакции заключается в автоколебательной химической реакции. Во время взаимодействия компонентов, раствор начинает менять свой окрас. Изначально он бесцветный, после чего происходит переход к золотому цвету, а после раствор становится синим. Данные химические реакции являются колебательными. То есть раствор через определенный период начинает менять свой цвет. Такие циклы повторяются большое количество раз. Но с каждым разом химическая реакция становится все медленнее. То есть на каждый новый цикл требуется больше временных затрат.
Перекись водорода во взаимодействии с кислотой, а также крахмалом выдает реакцию, которая способна менять цвет жидкости в следующих поэтапных переходах: бесцветный - золотой - синий раствор.
Бриггс и Раушер исследовали окислительно-восстановительное взаимодействие малоновой кислоты и пероксида водорода с иодатом калия, катализируемое ионами марганца. В ходе реакции образовался молекулярный йод, поэтому окраска раствора периодически изменялась из бесцветной в желтую и обратно. В присутствии крахмала возникало дополнительное синее окрашивание. Исследовав реакцию Бриггса-Раушера, можно предположить, что изменение числа колебаний может зависеть от изменения концентрации растворов, в частности изменение концентрации малоновой кислоты и йода.
Объект исследования в настоящей работе - реакция Бриггса-Раушера «Йодные часы».
Предметом исследования является изменение скорости протекания колебаний. Влияние концентрации растворов на скорость протекания реакции.
Целью данной работы является выявление оптимальной концентрации растворов, при которой будет отмечено максимальное количество колебаний и максимальная продолжительность реакции.

Заключение:

В завершении проделанной работы, можно смело отметить, что реакция Бриггса - Раушера является эталоном среди колебательных реакций. При смешивании трех бесцветных растворов получают колебательную реакцию, меняющую цвет от желтого до синего и бесцветного. Период колебаний короткий, и реакция завершается в течение 10 минут.
Когда реакция начинается, раствор становится желтым, так как I- реагирует с HOI в кислых условиях с образованием I2. Раствор внезапно становится темно-синим, поскольку накопление I- реагирует с I2 в присутствии крахмала с образованием пентаиодид-иона, заключенного в амилозу, присутствующую в растворе. Реакция протекает при потреблении I2 со скоростью, превышающей его производство, что устраняет присутствие I5- и увеличивает концентрацию I- (бесцветный). Колебания продолжаются до полного израсходования малоновой кислоты или IO3- [2].
В ходе работы, мной было выяснено, что изменение концентрации растворов приведет к изменению числа колебаний, изменению индукционного периода, периода колебаний и продолжительности реакции. Если уменьшить концентрацию йода, то увеличивается количество колебаний, уменьшается индукционный период и период колебаний. При уменьшении малоновой кислоты, уменьшается число колебаний, увеличивается период колебаний и индукционный период. Когда чрезмерно уменьшить концентрацию йода и перекиси водорода, то в таком случае реакции невозможны. При увеличении количества малоновой, увеличиваются периоды колебаний и становятся дольше.

Фрагмент текста работы:

Реакция Бриггса – Раушера
В рамках настоящей работы рассмотрим химическую реакцию, которую называют «йодные часы» или реакция Бриггса-Раушера.
Йодные часы или реакция Бриггса-Раушера – это автоколебательная реакция.
Колебательные реакции- это система, в которой в результате нарушения состояния равновесия возникают собственные колебания (колебания в любой физической системе, которые совершаются при отсутствии внешнего воздействия, за счет накопленной системой энергии), обусловленные свойствами самой системы [4].
Автоколебания- это колебания, которые существуют в системе и при отсутствии внешнего воздействия.
Колебательные реакции в химии – это класс окислительно-восстановительных периодических реакций, характеризующийся периодическими колебаниями промежуточных веществ и как следствие колебаниями окраски, температуры, скорости протекания и др. [3].
Индукционный период- время первичного образования и накопления катализатора реакции [7].
Период колебания- наименьший промежуток времени, за которое совершается одно полное колебание (то есть система возвращается в то же состояние, в котором она находилась в первоначальный момент, выбранный произвольно)
В 1972 году Бриггс и Раушер впервые сообщили о новом химическом осцилляторе, названном «йодными часами». Основными стадиями автоколебательного режима реакции Бриггса‐Раушера являются [8]:
1) IO3+H2O2+H+→ HIO2+O2+H2O,
2) IO3‐+HIO2+H+ ←→ 2IO2+H2O,
3) HIO2+H2O2 → HIO+O2+H2O,
4) IO2+Mn2++ H2O ←→ HIO2+Mn(OH)2+,
5) 2HIO+H2O2→ 2I‐+4O2+4H+,
6) 4Mn(OH)2++ I‐+2H+ ←→ I+4Mn2++ H2O,
7) HIO+ I‐+H ←→ I2+ H2O,
8) 2HIO2→ IO3‐+HIO+H+,
9) RH ←→ enol,
10) HIO + enol →RI + H2O,
11) I2 + enol→RI + I‐+ H+
Видно, что молекулярный кислород присутствует в реакции в основном в соединении с водородом (перекись водорода H2O2). Известно, что молекулы перекиси водорода сильно полярны, что приводит к возникновению водородных связей между ними.
H2O2 - неустойчивое соединение, которое легко разлагается на компоненты: 2H2O2 → 2H2O + O2 [6].
Следует отметить, что перекись водорода относится к реактивным формам кислорода благодаря наличию неспаренного электрона на внешнем электронном уровне. Все это позволяет предположить ключевую роль кислорода в реакции Бриггса‐Раушера.
Также необходимо отметить, что третья и пятая стадия реакции имеют продуктом молекулярный кислород О2, который может кавитировать и адсорбироваться на стенках химической посуды.
Бриггс и Раушер исследовали окисление малоновой кислоты и пероксида водорода иодатом калия, катализируемое ионами марганца (II) [3]. В процессе реакции образовался молекулярный йод, именно по этой причине окрашивание раствора периодически меняется от бесцветного к желтому цвету и обратно. В присутствии крахмала возникает дополнительное окрашивание в синий цвет (трехцветный колебательный цикл). Малоновая кислота окисляется иодат-ионами в присутствии пероксида водорода и катализатора – ионов Mn2+/Mn3+. Изучение механизма реакции Бриггса - Раушера достаточно непростая кинетическая задача [5]. Согласно современным представлениям, механизм включает в себя до 30 стадий. Возникновение колебаний рассмотрим на примере окислительно-восстановительной пары I2/I¯ [5].
2HIO+H2O2 → 2I¯ +4O2+4H+ (1)
HIO+ I¯ +H+ ← → I2+ H2O (2)
I2 + enol → RI + I¯ + H+ (3)
При концентрации I¯ в системе очень малой, то в соответствии со стадией (2) скорость образования I2 очень мала. Но за счет реакций (1) и (3) I¯ накапливается, а концентрация I2 в результате последней реакции (3) и обратной стадии (2), напротив, падает. Уменьшение концентрации I2 приводит к падению скорости накопления I¯. Большая концентрация последнего вызывает большую скорость его расходования по реакции (2). В итоге возросшая концентрация I¯ снова уменьшается [5]. Таким образом, система возвращается в начальное состояние, после чего описанный цикл повторяется.
Для данной реакции требуются такие реактивы, как: NH2)2CO*H2O2, серная кислота, 98% H2SO4, йодат калия KIO3, крахмал (C6H10O5)n, малоновая кислота CH2(COOH)2, сульфат марганца (II) MnSO4, дистиллированная вода H2O [1].