Entdeckung oszillatorischer chemischer Reaktionen. Schwingungsreaktionen Untersuchung von Schwankungen chemischer Reaktionen in der Schule

Die Essenz von Schwingungsreaktionen. Mechanismus und Kinetik von Schwingungsreaktionen.

Inhalt

1. EINFÜHRUNG……………………………………………………………………………………………3
2. Grundlegende Konzepte ………………………………………………………………4
3. Geschichte …………………………..…………………………………………………5
4. Bedeutung und Umfang …………………….……….…………8
5. Reaktionsmechanismen………………………………………………………………………………………………10
6. Kinetik von Schwingungsreaktionen………………………………………….…14
7. Die Reihenfolge des Experiments ………………………..…………….15
8. Experimentelle Daten…………………………………….……….18
9. Fazit …………………………………………………………………..23
10. Referenzliste…………..………………………………..…………24

EINLEITUNG
Schwingungsreaktionen sind einer der interessantesten und attraktivsten Zweige der anorganischen Chemie. Sie ziehen nicht nur die Aufmerksamkeit von Chemikern, sondern auch von Physikern, Mathematikern, Biophysikern und vielen anderen auf sich und sind ein aktuelles Thema der modernen Wissenschaft. Daher möchte ich mich in meiner Arbeit mit der Geschichte der Schwingungsreaktionen, ihrer praktischen Anwendung und den beiden bekanntesten homogenen Schwingungsreaktionen vertraut machen, sowie ihre Mechanismen verstehen und, nachdem ich ein Experiment aufgebaut habe, mich mit Schwingungsreaktionen vertraut machen üben.

Grundbegriffe oszillatorischer Reaktionen

• Schwingungsreaktionen- eine Klasse von Redoxreaktionen, die durch periodische Schwankungen von Zwischenprodukten und als Folge Schwankungen in Farbe, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit usw. gekennzeichnet sind.

1. katalytisch
2. homogen
3. Durch Enzyme katalysierte Reaktionen
4. Durch Metallionen katalysierte Reaktionen
5. Heterogen (Reaktionen an festen Katalysatoren)
6. Nicht katalytisch, obwohl es richtiger ist, sie autokatalytisch zu nennen (Oxidation von aromatischen Verbindungen mit Bromat)

• Die Induktionsperiode ist die Zeit der primären Bildung und Akkumulation des Reaktionskatalysators.
• Oszillationsperiode - die kleinste Zeitspanne, in der eine vollständige Oszillation auftritt (d. h. das System kehrt in den gleichen Zustand zurück, in dem es sich im Anfangsmoment befand, willkürlich gewählt)

Reaktionsmechanismen
Bis heute wurden mehrere Dutzend homogener und heterogener chemischer Reaktionen untersucht. Das Studium kinetischer Modelle solcher komplexer Reaktionen ermöglichte die Formulierung einer Reihe von Rahmenbedingungen, die für das Auftreten stabiler Oszillationen der Reaktionsgeschwindigkeit und Konzentrationen von Zwischenprodukten notwendig sind:

1. Stabile Schwankungen treten meist in offenen Systemen auf, in denen es gelingt, die Konzentrationen der beteiligten Reaktanden konstant zu halten.
2. Eine oszillierende Reaktion sollte autokatalytische und reversible Stufen sowie Stufen umfassen, die durch die Reaktionsprodukte gehemmt werden.
3. Der Reaktionsmechanismus muss Schritte mit einer höheren Ordnung als der ersten umfassen.

3HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 + BrO 3 - Ce(3+/4+), H+→ Br – + 3CO 2 + 3H 2 O
Die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion ist die erste der entdeckten und untersuchten Oszillationsreaktionen. In diesem Zusammenhang kann sie vielleicht als eine der am besten untersuchten Reaktionen dieser Gruppe bezeichnet werden. Im Moment wurde auf die eine oder andere Weise das Vorhandensein von achtzig Zwischenstufen (und Nebenreaktionen) bestätigt, die in dem System auftreten.
Eines der frühesten und einfachsten Reaktionsschemata war ein Schema, das aus zwei Stufen bestand:

1. Oxidation von dreiwertigem Cer mit Bromat

1. Und Reduktion von vierwertigem Cer mit Zitronensäure

1. BrO 3 – + Br – + 2H + ↔ HBrO 2 + HBrO
2. HBrO 2 + Br – + H + ↔ 2HBrO
3. HBrO + Br – + H + ↔ Br 2 + H 2 O
4. Br 2 + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 → Br – + H + + HOOC(OH)C(CHBrCOOH)CH 2 COOH
5. BrO 3 - + HBrO 2 + H + ↔ 2BrO 2. + H2O
6. BrO2. + Ce 3+ + H + → HBrO 2 + Ce 4+
7. 2HBrO 2 ↔ BrO 3 – + HBrO + H +
8. HBrO + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 → H 2 O + HOOC(OH)C(CHBrCOOH)CH 2 COOH
9. 18Ce 4+ + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 + 5H 2 O → 18Ce 3+ + 6CO 2 + 18H +

Betrachten wir also die Oszillationen von Ce 3+ / Ce 4+ in diesem System. Angenommen, wir haben eine kleine, allmählich zunehmende Menge an Ce 4+ in Lösung, was bedeutet, dass die Konzentration von Br – ebenfalls klein ist und aufgrund der Reaktion (10) zunimmt. Daher wird, sobald eine bestimmte kritische Konzentration von Ce 4+ erreicht ist, die Konzentration von Br – stark ansteigen, was zur Bindung von HBrO 2 Stufe (2) führen wird, die für die katalytische Oxidation von Stufe Ce 3+ notwendig ist (5), (6). Daraus folgt, dass die Akkumulation von Ce 4+ in der Lösung aufhört und seine Konzentration gemäß den Reaktionen (9), (10) abnimmt. Eine hohe Konzentration von Br – wird eine Erhöhung ihrer Verbrauchsrate gemäß den Reaktionen (1) – (3) verursachen. In diesem Fall werden die Reaktionen (2) und (3) nach Verringerung der Konzentration von Br – unter einen bestimmten Wert praktisch gestoppt, was zur Akkumulation von HBrO 2 führt. Daraus folgt eine Erhöhung der Konzentration von Ce 4+ und eine Wiederholung des Zyklus, den wir durchlaufen haben.

Briggs-Rauscher-Reaktion:
IO 3 - + 2 H 2 O 2 + H + + RH Mn(2+/3+)→ RI + 2O 2 + 3H 2 O
Wobei RH Malonsäure und RI das Jodderivat von Malonsäure ist.
Diese Reaktion wurde 1973 entdeckt. Der Kern der Reaktion ist die Oxidation von Malonsäure mit Iodationen in Gegenwart von Wasserstoffperoxid und einem Katalysator (Mn 2+/3+ -Ionen). Wenn Stärke als Indikator hinzugefügt wird, werden Schwankungen in der Farbe der Lösung von farblos zu gelb und dann zu blau beobachtet, verursacht durch Schwankungen in der Jodkonzentration. Eine vollständige Untersuchung des Mechanismus der Briggs-Rauscher-Reaktion ist ein komplexes und noch ungelöstes, vielleicht vor allem kinetisches Problem. Nach modernen Vorstellungen umfasst der Mechanismus dieser Reaktion bis zu dreißig Stufen. Um die Ursachen von Schwankungen zu verstehen, genügt es gleichzeitig, einen vereinfachten Reaktionsmechanismus zu betrachten, der aus den folgenden elf Stufen besteht:

1. IO 3 – + H 2 O 2 + H + → HIO 2 + O 2 + H 2 O
2. IO 3 - + HIO 2 + H + ↔ 2IO 2 . + H2O
3. HIO 2 + H 2 O 2 → HIO + O 2 + H 2 O
4. IO2. + Mn 2+ + H 2 O ↔ HIO 2 + MnOH 2+
5. 2HIO + H 2 O 2 → 2I – + 4O 2 + 4H +
6. MnOH 2+ + I - + H + ↔ I. + Mn2+ + H2O
7. HIO + I - + H + ↔ I 2 + H2O
8. 2HIO 2 → IO 3 - + HIO + H +
9. RH↔Enol
10. HIO + Enol → RI + H2O
11. I 2 + Enol → RI + I – + H +

Kinetik von Schwingungsreaktionen

Die Reihenfolge des Experiments
Belousov-Zhabotinsky-Reaktion.

Reagenzien: Citronensäure, Kaliumbromat, Cer(III)-sulfat, Schwefelsäure.
Utensilien: Messzylinder 50 ml, Hitzebeständige Gläser 300 ml und 100 ml, Glasstab, Spatel.
Ausstattung: Analysenwaagen, Fliesen.
Zur Durchführung der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion müssen die folgenden Lösungen und Proben hergestellt werden:

1. Bereiten Sie eine Zitronensäurelösung vor und erhitzen Sie sie auf 50 ° C.
2. Abgewogene Portionen Kaliumbromat und Cer(III)sulfat zugeben, mit einem Glasstab umrühren.
3. Fugenmasse von Fliesen entfernen.
4. Schwefelsäure zugeben.

Briggs-Rauscher-Reaktion.
Notwendige Reagenzien, Utensilien und Geräte:
Reagenzien: Kaliumjodat, Schwefelsäure, Malonsäure, Mangan(II)sulfat, Stärke, Wasserstoffperoxid.
Utensilien: Messzylinder 50 ml, 2 Tassen 500 ml, 3 Tassen 100 ml, Glasstab, Spatel.
Ausstattung: Analysenwaage, Magnetrührer, Magnet.
Zur Durchführung der Briggs-Rauscher-Reaktion müssen folgende Lösungen hergestellt werden:
Lösung Nr. 1:

Lösung Nr. 2:

Lösung Nr. 3

Die Reihenfolge des Experiments:

1. Bereiten Sie alle notwendigen Lösungen vor.
2. 50 ml Lösung Nr. 1 in ein 500-ml-Becherglas mit Magnet geben und auf einen Magnetrührer stellen. Mach es an.
3. Messen Sie getrennt 25 ml Lösung Nr. 2 und 40 ml Lösung Nr. 3 in zwei weitere Gläser.
4. Geben Sie gleichzeitig die Lösungen Nr. 2 und Nr. 3 zu Lösung Nr. 1.
5. Zeichnen Sie die Induktionsperiode und die Schwingungsperioden auf.

Experiment
Belousov-Zhabotinsky-Reaktion:
Zur Durchführung der Reaktion wurde eine Zitronensäurelösung (20 g pro 80 ml Wasser) hergestellt. Zur vollständigen Auflösung der Zitronensäure musste die Lösung auf einem Elektroherd erhitzt werden. Als nächstes wurden abgewogene Portionen Kaliumbromat (8 g) und Cersulfat III (1,5 g) hergestellt und nacheinander in eine Zitronensäurelösung gegossen. Nach Rühren mit einem Glasstab wurde unter fortgesetztem Rühren vorsichtig Schwefelsäure zugegeben, wonach Schwankungen in der weiß-gelben Farbe registriert wurden.

Briggs-Rauscher-Reaktion:
Für die Reaktion wurden drei Lösungen hergestellt: Kaliumiodatsulfatlösung (c (KIO 3) \u003d 0,067 mol / l; c (H 2 SO 4) \u003d 0,053 mol / l) - 50 ml, Stärkelösung von Malonsäure mit der Zugabe einer katalytischen Menge Mangansulfat zwei (c (MnSO 4) \u003d 0,0067 mol / l; c (CH 2 (COOH) 2) \u003d 0,05 mol / l; Stärke 0,1%) - 25 ml und siebenmolar Lösung von Wasserstoffperoxid - 40 ml. Lösung Nr. 1 wurde für 250 ml in ein Becherglas gegossen, in dem sich der Magnet befand. Das Becherglas wurde auf einen Magnetrührer gestellt, der anschließend eingeschaltet und intensiv gerührt wurde, so dass der Farbumschlag schlagartig erfolgte. Dann wurde ohne Unterbrechung des Rührens der Inhalt der Bechergläser mit den Lösungen Nr. 2 und Nr. 3 gleichzeitig und schnell zugegeben. Die Stoppuhr maß das Auftreten der ersten gelben Farbe - die Induktionsperiode und den Beginn des Auftretens blauer Flecken - die Oszillationsperiode.

Die Induktionszeit beträgt 2 Sekunden.

Fazit: Mit fortschreitender Reaktion ist eine allmähliche Zunahme der Schwingungsdauer zu beobachten, die besonders deutlich in der Grafik zu sehen ist:

Fazit
In dieser Arbeit wurden oszillierende Reaktionen und ihre Eigenschaften betrachtet, insbesondere:

1. Das Anwendungsgebiet von Schwingungsreaktionen in der modernen Welt wurde untersucht
2. Die Geschichte der Schwingungsreaktionen wurde untersucht
3. Die Mechanismen zweier Schwingungsreaktionen werden analysiert: Briggs-Rauscher

1. Der Belousov-Zhabotinsky-Reaktionsmechanismus wurde angepasst

1. Zur visuellen Bekanntschaft mit oszillierenden Reaktionen wurde eine Kontrollsynthese durchgeführt.

Verzeichnis der verwendeten Literatur

1. D. Garel, O. Garel "Vibrational Chemical Reactions" übersetzt aus dem Englischen von L.P. Tichonova. Verlag "Mir" 1986. Buchseite 13-25, 92-112.
2. BIN. Zhabotinsky "Konzentrationsselbstschwingungen". Verlag "Nauka" 1974. Buchseite 87-89
3. OK. Pervukhin, Schwingungsreaktionen. Werkzeugkasten“. Verlag der Staatlichen Universität St. Petersburg 1999. Buchseite 3-11.
4. S. P. MUShTAKOVA „Vibrationsreaktionen in der Chemie“ Saratov State University benannt nach V.I. NG Tschernyschewski
5. "Untersuchung der Bedingungen für das Auftreten eines Schwingungsregimes im Prozess der oxidativen Carbonylierung von Phenylacetylen". Buchseite 2-4.
6. ICH WÜRDE. Ikramov, S.A. Mustafin. "EIN ALGORITHMUS ZUM SUCHEN DER RATENKONSTANTEN DER SCHWINGUNGSANTWORT AM BEISPIEL DER BELousOV-ZHABOTSKY-REAKTION". Bashkir Chemical Journal 2015
7. Pechenkin A.A. "Die ideologische Bedeutung oszillatorischer chemischer Reaktionen"
8. Field R. J., Koros E., Noyes R. M., Oszillationen in chemischen Systemen II. Gründliche Analyse von Temperaturschwingungen im Bromat-Cerium-Malonsäure-System., J. Amer. Chem. Soc., 94, 8649-8664 (1972).
9. Noyes R.M., Field R.J., Koros E., J. Amer. Chem. Soc., 94, 1394–1395 (1972).

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Studien zu Konzentrationsschwankungen vor der Entdeckung der Reaktion durch Belousov

Es stellte sich heraus, dass eine der ersten Veröffentlichungen über chemische Schwingungen aus dem Jahr 1828 stammt. Darin skizzierte T. Fechner die Ergebnisse einer Untersuchung der Schwingungen einer elektrochemischen Reaktion. 1833 veröffentlichte W. Herschel eine ähnliche Studie über Oszillationen in einer katalytischen heterogenen Reaktion. Am interessantesten ist die Arbeit von M. Rosenskiöld aus dem Jahr 1834. Ihr Autor bemerkte ganz zufällig, dass ein kleines Fläschchen mit etwas Phosphor im Dunkeln ein ziemlich intensives Licht ausstrahlt. Die Tatsache, dass Phosphor leuchtete, war nicht überraschend, aber die Tatsache, dass dieses Leuchten regelmäßig jede siebte Sekunde wiederholt wurde, war interessant. Die Veröffentlichung von Rosenskiöld gibt eine detaillierte Studie über das Flackern von Glühbirnen. Vierzig Jahre später wurden diese Experimente mit der „flackernden Flasche“ von dem Franzosen M. Joubert (1874) fortgesetzt. Es gelang ihm, in einem Reagenzglas die periodische Bildung von "Leuchtwolken" zu beobachten. Zwanzig Jahre später untersuchte der deutsche Wissenschaftler A. Tsentnershwer auch die Wirkung des Luftdrucks auf periodische Phosphorblitze. In seinen Experimenten begann die Flash-Periode ab 20 Sekunden. und nimmt mit sinkendem Druck ab. Zur gleichen Zeit beobachteten die Chemiker T. Thorp und A. Tatton in England periodische Blitze der Oxidationsreaktion von Phosphortrioxid in einem verschlossenen Glasgefäß.

Eine besonders helle Seite in der Geschichte der chemischen Schwingungen sind die sogenannten Liesegang-Ringe. 1896 entdeckte der deutsche Chemiker R. Liesegang, der mit Photochemikalien experimentierte, dass, wenn Lapis auf eine Glasplatte getropft wird, die mit chromhaltiger Gelatine beschichtet ist, sich das ausfallende Reaktionsprodukt in konzentrischen Kreisen auf der Platte befindet. Liesegang war fasziniert von diesem Phänomen und studierte es fast ein halbes Jahrhundert lang. Es fand auch praktische Anwendungen. In der angewandten Kunst wurden Liesegangs Ringe verwendet, um verschiedene Produkte mit Imitationen von Jaspis, Malachit, Achat usw. zu dekorieren. Liesegang selbst schlug die Technologie zur Herstellung künstlicher Perlen vor. Dennoch war die Entdeckung von Liesegang, die in wissenschaftlichen Chemiekreisen große Resonanz fand, nicht die erste. Und vor ihm wurden chemische Wellen untersucht, und 1855 wurde ein Buch von F. Runge veröffentlicht, in dem zahlreiche Beispiele für solche Experimente gesammelt wurden.

Die Liste solcher Beispiele ließe sich fortführen. Anschließend wurden oszillierende Reaktionen an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen entdeckt. Die bekanntesten davon sind die Reaktionen an der Metall-Lösungs-Grenzfläche, die spezifische Namen erhielten - "Eisennerv" und "Quecksilberherz". Die erste von ihnen - die Reaktion des Auflösens von Eisen (Draht) in Salpetersäure - erhielt ihren Namen aufgrund der äußeren Ähnlichkeit mit der Dynamik eines erregten Nervs, die von V.F. Ostwald. Die zweite bzw. eine ihrer Varianten ist die Zersetzungsreaktion von H 2 O 2 an der Oberfläche von metallischem Quecksilber. Bei der Reaktion kommt es zur periodischen Bildung und Auflösung eines Oxidfilms auf der Quecksilberoberfläche. Schwankungen in der Oberflächenspannung von Quecksilber verursachen rhythmische Pulsationen des Tropfens, die an das Schlagen des Herzens erinnern. All diese Reaktionen erregten jedoch wenig Aufmerksamkeit der Chemiker, da die Vorstellungen über den Ablauf einer chemischen Reaktion noch recht vage waren.

Erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Thermodynamik und chemische Kinetik entstanden, die den Grundstein für ein besonderes Interesse an oszillierenden Reaktionen und Methoden zu ihrer Analyse legten. Gleichzeitig war es die Entwicklung der Gleichgewichtsthermodynamik, die der Untersuchung solcher Prozesse zunächst entgegenstand. Der Punkt lag offenbar in der „Trägheit des Vorwissens“. Laut Professor Shnol „konnte sich ein gebildeter Mensch keine makroskopische Ordnung in der zufälligen thermischen Bewegung einer großen Anzahl von Molekülen vorstellen: Alle Moleküle befinden sich in einem Zustand, dann in einem anderen! Als ob er die Existenz eines Perpetuum Mobile erkennen wollte. Dies Das kann nicht sein, und in der Tat kann es nicht in der Nähe des Gleichgewichtszustands sein, aber nur dies wurde von der Thermodynamik jener Jahre berücksichtigt.Es gibt jedoch keine Beschränkungen für komplexe, einschließlich oszillierende, Moden für chemische Systeme außerhalb des Gleichgewichts, wenn die Reaktionen sind noch nicht abgeschlossen, und die Konzentrationen der Reagenzien haben das Gleichgewichtsniveau nicht erreicht. Aber dieser Umstand entging der Aufmerksamkeit der Chemiker ... Es bedurfte einer außerordentlichen intellektuellen Anstrengung, um die "eisernen Fesseln des vollständigen Wissens" zu durchbrechen und zu untersuchen das Verhalten von Systemen fern vom Gleichgewicht.

Dennoch sagte der Italiener A. Lotka bereits 1910 auf der Grundlage einer Analyse eines Systems von Differentialgleichungen die Möglichkeit von Oszillationen in chemischen Systemen voraus. Die ersten mathematischen Modelle entsprachen jedoch nur gedämpften Schwingungen. Nur 10 Jahre später schlug Lotka ein System mit zwei aufeinanderfolgenden autokatalytischen Reaktionen vor, und in diesem Modell konnten die Schwingungen bereits ungedämpft werden.

Allerdings gingen hier die Positionen von Physikern und Chemikern auseinander. Eine der auffälligsten Errungenschaften der Physik und Mathematik des 20. Jahrhunderts. - Erstellung der Theorie der Schwingungen. Große, allgemein anerkannte Verdienste gehören hier den sowjetischen Physikern. 1928 wurde der Doktorand A.A. Andronov, ein zukünftiger Akademiker, hielt einen Vortrag auf dem Physikerkongress „Poincaré-Grenzzyklen und die Theorie der Selbstoszillationen“.

In den frühen 1930er Jahren Am Institut für Chemische Physik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR wurden Lumineszenzschwankungen in "kalten Flammen" ähnlich der Schwingungslumineszenz von Phosphordampf entdeckt, die den berühmten Physiker D.A. Frank-Kamenetsky, der diese Schwingungen anhand des kinetischen Modells von Lotka erklärte. Und 1947 wurde am selben Institut eine Dissertation zum Thema "Über die Theorie des periodischen Auftretens homogener chemischer Reaktionen" von I.E. Salnikov unter der wissenschaftlichen Leitung von Frank-Kamenetsky. Diese Dissertation enthielt umfangreiche Informationen über mehr als ein Jahrhundert Geschichte der Erforschung chemischer Schwingungen und die ersten Ergebnisse ihrer theoretischen Untersuchung unter Verwendung der Methoden der Theorie der nichtlinearen Schwingungen, die von der Schule des Akademiemitglieds Andronov entwickelt wurden. Aber dann fand ihre Verteidigung nicht statt. Laut Voltaire „waren die Arbeiten von Frank-Kamenetsky und Salnikov über chemische Selbstoszillationen, die in einer Dissertation, in einem Buch und in einer Reihe von Artikeln präsentiert wurden, sicherlich innovativ für die damalige chemische Wissenschaft. Aber nur wenige Menschen verstanden diese Innovation. Die "Vibrationsideologie" (Begriff von Andronov) war der nicht oszillierenden Routine der chemischen Wissenschaft und Praxis fremd, und dies kann die Tatsache erklären, dass die Arbeiten von Frank-Kamenetsky und Salnikov in den 1940er Jahren mit Feindseligkeit aufgenommen wurden, und als die zweite Entdeckung chemischer Schwingungen stattfand, niemand erinnerte sich an sie. Es bleibt ein Rätsel, ob Belousov eine Ahnung von diesen Werken hatte. Jedenfalls zitieren seine beiden Arbeiten nicht die Arbeit seiner Vorgänger.

Verwendete Materialien:
him.1september.ru, Wikipedia, Nature magazine, Scholarpedia.org, hopf.chem.brandeis.edu, online.redwoods.cc.ca.us, vivovoco.rsl.ru.

Dedenew Juri

Der Grund für den Beginn dieser Arbeit war der Artikel „Vibrationsreaktionen in der Chemie“ von S. P. Mushtakov von der Saratov State University benannt nach Chernyshevsky, veröffentlicht im Soros Educational Journal (Soros Educational Jornal) Nr. 7 für 1997. Im Chemieunterricht der Schule wird die Existenz dieser Art von Reaktion nicht einmal erwähnt, sie werden auch Belousov-Zhabotinsky-Reaktionen genannt. Ziel dieser Arbeit ist es, die Aufmerksamkeit der Studierenden für das Fach Chemie zu maximieren, also nicht nur die Suche nach chemiebegeisterten Nuggets, sondern auch der Versuch, verborgene Fähigkeiten bei Studierenden zu wecken, die sich bisher nicht offen gezeigt haben. Sie zu interessieren, eine Liebe für die Chemie als eine der interessantesten und schönsten Wissenschaften unserer Zeit zu wecken, die das enorme Potenzial unerforschter Materialien verbirgt, die Fähigkeit, neue, noch unbekannte Substanzen zu schaffen. Wir können mit Zuversicht sagen, dass die Kasaner Schule der Chemiker eine der stärksten in Russland ist, und deshalb möchten wir, dass sie mit jungen, energischen und enthusiastischen Menschen aufgefüllt wird, die anderen die Liebe zur Chemie vermitteln können.

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Vorschau:

RUSSISCHE OFFENE KONFERENZ VON STUDENTEN

„JUNGE, WISSENSCHAFT, KULTUR“

Sektion CHEMIE

UNTERSUCHUNG VON SCHWINGUNGSCHEMISCHEN REAKTIONEN

Dedenew Juri

Sekundarschule №105, 11. Klasse, Kasan

Wissenschaftlicher Leiter:

Minnullin R.R., Lehrer der Qualifikationskategorie II

Obninsk 2005

Symbole und Abkürzungen Seite 3

Einführung Seite 4

Kapitel 1. Entstehungsgeschichte und Perspektiven von Prozessen Seite 5

1.1. Geschichte der Erkennung von oszillierenden Prozessen Seite 5

1.2. Neuere Geschichte der Prozessforschung Seite 5

1.3. Mögliche Prozessanwendungen Seite 6

Kapitel 2. Theoretische Vorhersage der Möglichkeit einer Reaktion Seite 7

2.1. Eigenschaften der Hauptkomponenten der Reaktion Seite 7

2.2. Die ersten mathematischen Modelle. Tablettsysteme Seite 7

Kapitel 3. Experimenteller Teil Seite 9

3.1. Synthese von Kaliumbromat (Kaliumbromat) Seite 10

4+ S.10

3.3. Schwingungsreaktion vorbereiten und durchführen Seite 11

Kapitel 4. Fazit S.14

Literatur S.18

Anhang S.19

Abbildung 1 Seite 19

Abbildung 2 Seite 20

Konventionen

1. BZ - Belousov - Zhabotinsky

2. LK - Zitronensäure

3. MK - Malonsäure

4. BMA – Bromatmalonsäure

5. sehen - sehen

6. Abb. - Bild

7.max - maximal

8. Minute - Minimum

Einführung

Der Grund für den Beginn dieser Arbeit war der Artikel „Vibrationsreaktionen in der Chemie“ von S. P. Mushtakov von der Saratov State University benannt nach Chernyshevsky, veröffentlicht im Soros Educational Journal (Soros Educational Jornal) Nr. 7 für 1997. Im Chemieunterricht der Schule wird die Existenz dieser Art von Reaktion nicht einmal erwähnt, sie werden auch Belousov-Zhabotinsky-Reaktionen genannt.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Aufmerksamkeit der Studierenden für das Fach Chemie zu maximieren, also nicht nur die Suche nach chemiebegeisterten Nuggets, sondern auch der Versuch, verborgene Fähigkeiten bei Studierenden zu wecken, die sich bisher nicht offen gezeigt haben. Sie zu interessieren, eine Liebe für die Chemie als eine der interessantesten und schönsten Wissenschaften unserer Zeit zu wecken, die das enorme Potenzial unerforschter Materialien verbirgt, die Fähigkeit, neue, noch unbekannte Substanzen zu schaffen. Wir können mit Zuversicht sagen, dass die Kasaner Schule der Chemiker eine der stärksten in Russland ist, und deshalb möchten wir, dass sie mit jungen, energischen und enthusiastischen Menschen aufgefüllt wird, die anderen die Liebe zur Chemie vermitteln können. Daher haben wir uns folgende Aufgaben gestellt:

1. Geben Sie einen kurzen Hintergrund zur Entdeckung von Schwingungsreaktionen

2. Geben Sie eine theoretische Begründung für die Mechanismen der Schwingungsreaktionen.

3. Durchführung von Synthesen zur Gewinnung der notwendigen Komponenten aus verfügbaren chemischen Reagenzien

4. Führen Sie die Schwingungsreaktion durch

Kapitel 1. Entstehungsgeschichte und mögliche Perspektiven

1.1 Geschichte der Erkennung von oszillierenden Prozessen

Ende des 17. Jahrhunderts wurde erstmals von Robert Boyle eine oszillierende chemische Reaktion beobachtet, die sich in Form von periodischen Blitzen bei der Oxidation von Phosphordampf äußert. Diese wiederholten Ausbrüche wurden dann von vielen Forschern immer wieder beschrieben. Im 19. Jahrhundert wurden auch andere Schwingungsreaktionen entdeckt. Sie erregten jedoch wenig Aufmerksamkeit, da die chemische Kinetik als Wissenschaft noch nicht existierte. Erst das Aufkommen der Thermodynamik und der chemischen Kinetik legte den Grundstein für ein besonderes Interesse an oszillierenden Reaktionen und Methoden zu ihrer Analyse. Vorhersagen über die Möglichkeit von Schwingungen in chemischen Systemen werden seit 1910 auf der Grundlage mathematischer Modelle von A. Lotka gemacht. 1921 veröffentlichte W. Bray einen Artikel, in dem die erste oszillierende Flüssigphasenreaktion ausreichend detailliert beschrieben wird. Bray erkannte den Zusammenhang zwischen seiner Entdeckung und Lotkas Vorhersage. Seine Arbeit erregte jedoch etwa 40 Jahre lang kein Interesse. Einer der Gründe für diese Gleichgültigkeit ist der eher niedrige Entwicklungsstand von Methoden zur Untersuchung der Mechanismen komplexer chemischer Reaktionen. Ein weiterer Grund war die weit verbreitete Meinung, dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik solche Schwankungen verbietet, auch weit entfernt vom Gleichgewicht. Tatsächlich glaubten die meisten Chemiker, dass Konzentrationsschwankungen in geschlossenen homogenen Systemen unmöglich sind, es also keine rein chemischen Schwankungen gibt.

1.2 Neuere Geschichte der Erforschung oszillatorischer Prozesse

Studien zu oszillatorischen chemischen Reaktionen in der flüssigen Phase begannen 1951, als B. P. Belousov Schwankungen in den Konzentrationen der oxidierten und reduzierenden Formen von Cer bei der Reaktion der Wechselwirkung von Zitronensäure mit Bromat entdeckte. Die Lösung änderte sich regelmäßig von farblos nach gelb (aufgrund von CeIV), dann wieder zurück zu farblos (CeIII) und so weiter. Belousov führte eine ziemlich detaillierte Untersuchung dieser Reaktion durch und zeigte insbesondere, dass die Schwingungsdauer mit zunehmendem Säuregehalt des Mediums und Temperatur stark abnimmt. Die Reaktion war für Laboruntersuchungen geeignet. Die Oszillationen konnten leicht visuell beobachtet werden, und ihre Periode lag im Bereich von 10–100 s, was der natürlichen Zeitskala eines menschlichen Beobachters entspricht.

Ende 1961 wurde die Arbeit von B.P. Belousov wurde von A.M. Zhabotinsky, der Schwankungen erhielt, als er nicht nur Zitronensäure, sondern auch Malonsäure sowie Äpfelsäure als Reduktionsmittel in der Belousov-Reaktion verwendete. BIN. Zhabotinsky führte detaillierte Studien von Oszillationen in einem System mit Malonsäure durch, die sich als bequemeres Reduktionsmittel herausstellte, da die Reaktion nicht durch Gasentwicklung kompliziert wurde. Die Nachrichten über diese erstaunliche Reaktion gingen um die ganze Welt, und in mehreren Labors (in der UdSSR, den USA und Westeuropa) begannen sie, die BZ-Reaktion intensiv zu untersuchen. Vibrationsreaktionen haben endlich Einzug in das Chemielabor gehalten.

1.3 Mögliche Perspektiven für den Einsatz schwingender Verfahren

Betrachten wir die Aussichten für die mögliche Anwendung oszillatorischer chemischer Prozesse. Ein charakteristisches Merkmal solcher Regime, das Ende des 19. Jahrhunderts von Poincare festgestellt wurde, ist ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber den geringsten äußeren Störungen. Die Forschung auf diesem Gebiet eröffnet große Perspektiven für die Schaffung grundlegend neuer Methoden zur Analytik von Stoffspuren.

Die quantitative Grundlage für die analytische Bestimmung verschiedener Mikroverunreinigungen (und schwacher äußerer Einflüsse) kann die Abhängigkeit der Frequenz (Periode) von Schwingungen von der Konzentration von Reagenzien oder Katalysator sein. Da die Messung der Schwingungsfrequenz eine der einfachsten und am genauesten durchzuführenden Operationen ist, können selbstoszillierende chemische Reaktionen für analytische Zwecke verwendet werden.

Eine detaillierte Untersuchung der Wechselwirkung von Schwingungen, die sich von zwei räumlich entfernten Zentren aus ausbreiten, half, die verschiedenen Arten von Arrhythmien zu verstehen, die im Herzmuskel auftreten. Gegenwärtig ist die Kinetik oszillatorischer Reaktionen ein sich schnell entwickelnder Wissenszweig, der an der Schnittstelle von Chemie, Biologie, Medizin, Physik und Mathematik entstanden ist. Gegenwärtig wurde gezeigt, dass chaotische Regime in vielen Bereichen der Biologie (in der Biochemie, Biophysik, dem Studium des Biorhythmus, beim Studium der Populationsdynamik, der Migration von Organismen usw.), der Ökologie und im weitesten Sinne beobachtet werden dieses Konzepts, einige soziale Prozesse (Bevölkerungswechsel, wirtschaftliche Entwicklung). In vielen Fällen können relativ einfache dynamische chemische Systeme mit streng kontrollierten Konzentrationsänderungen von Ausgangs- und Zwischenchemikalien sehr geeignete Funktionsmodelle für das Studium chaotischer Prozesse in anderen Wissensgebieten (Wissenschaft von der Erde und anderen Planeten, Festkörperphysik, Nuklearwissenschaften) sein Physik und Elementarteilchenphysik), Technische Mechanik usw.).

Kapitel 2 Theoretische Vorhersage von Schwingungsreaktionen

2.1. Eigenschaften der Hauptkomponenten der Reaktion.

Das Reduktionsmittel muss durch die oxidierte Form des Katalysators leicht oxidierbar sein und darf nicht direkt mit dem Bromat reagieren. Außerdem ist es erforderlich, dass das Reduktionsmittel leicht bromiert werden kann und dass sich die Bromderivate ziemlich leicht zersetzen, wobei Br freigesetzt wird. Diese Anforderungen werden von Stoffen mit einer aktiven Methylengruppe erfüllt. Reaktionen mit MK, BMK, LA sind qualitativ ähnlich.

Als Katalysator können Substanzen (vorwiegend Ionen variabler Wertigkeit) eingesetzt werden, die Cerionen sowohl im Hinblick auf das Redoxpotential als auch in der Kinetik von Oxidations- und Reduktionsreaktionen nahestehen.

Die Oxidationsreaktionen von Halogen-Sauerstoff-Verbindungen haben eine ähnliche Kinetik. Daher ist es naheliegend anzunehmen, dass Chlorat und Jodat Bromat ersetzen können. Allerdings können Chlorat und Jodat Bromat als Oxidationsmittel nicht ersetzen. Die Redoxpotentiale bei den Reaktionen dieser Verbindungen mit verschiedenen Reduktionsmitteln (z. B. Halogeniden) liegen nahe beieinander. Die Geschwindigkeiten der Oxidationsreaktionen der obigen Katalysatoren mit Iodat und Chlorat sind jedoch viel geringer als die Oxidationsgeschwindigkeiten mit Bromat. Daher bleibt Bromat das einzige Oxidationsmittel in dieser Reaktionsklasse.

2.2. Die ersten mathematischen Modelle oszillatorischer chemischer Reaktionen

Tray-Systeme

Die mathematische Modellierung von konzentrationsoszillatorischen Systemen begann mit der Arbeit von Lotka (1910), die das System betrachtete:

EIN XY . 1.1

Es gibt ein Reservoir A, eine lineare Umwandlung von A in X, eine autokatalytische Umwandlung von X in Y und einen linearen Zerfall von Y. Dieses Modell wurde von Lotka angewendet, um sowohl chemische als auch ökologische Systeme zu beschreiben. Lotka betrachtete ein offenes System, d.h. von Er vernachlässigte von Anfang an den Verbrauch von A und berücksichtigte die Endprodukte der Umwandlung Y nicht. Außerdem beschrieb er die Autokatalyse als Elementarreaktion. Diese Annahmen führen zu folgendem Gleichungssystem:

x = k 0 A - k 1 xy, y = k 2 xy - k 3 y.

Im einfachsten Fall k 2 = k1 . Mitglieder k 0 A und k 3 y kann sowohl chemische Reaktionen als auch lineare Transportprozesse in einem offenen System beschreiben.

Das folgende Modell, das von Lotka (1920) und später unabhängig von Voltaire (Volterra, 1931) untersucht wurde, enthält zwei aufeinanderfolgende autokatalytische Reaktionen (dieses Modell ist in der Ökologie weithin als „Beute-Beute“-Modell bekannt. Zum Beispiel: A ist das Spezifische Grasmenge, deren Vorrat als unerschöpflich angesehen wird; X ist die Populationsdichte von Pflanzenfressern; Y ist die Populationsdichte von Fleischfressern).

EIN XY . 1.2

Für Schema (1.2) dasselbe wie für Schema (1.1) annehmend, erhielten Lotka und Voltaire das folgende Gleichungssystem:

x \u003d k 1 Axt - k 2 xy, y \u003d k 3 xy - k 4 y.

Beachten Sie, dass sich die mathematische Beschreibung dieser Prozesse als ziemlich kompliziert herausstellte. Es ist kein Zufall, dass bis heute theoretische Arbeiten zu Schwingungsreaktionen veröffentlicht werden, obwohl der entsprechende mathematische Apparat Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt wurde. Mathematische Modellierung führte zu unerwarteten Ergebnissen. Es stellte sich heraus, dass eines der einfachsten chemischen Schemata zur Beschreibung von Schwingungen in einem System aus zwei aufeinanderfolgenden autokatalytischen Reaktionen mathematisch identisch mit den Gleichungen ist, die Voltaire Anfang der 1930er Jahre zur Beschreibung ökologischer Prozesse verwendete.

Nehmen wir als Beispiel zwei interagierende Systeme, von denen das eine dem anderen die Energie, Substanz oder andere Komponenten entzieht, die es zur Entwicklung benötigt (das chemische Analogon ist eine oszillierende Reaktion). Dieses Problem wird Räuber-Beute-Problem genannt. Stellen wir uns zur Verdeutlichung vor, dass Wölfe und Hasen in einer begrenzten Umgebung leben. In diesem Ökosystem wächst Gras, das sich von Hasen ernährt, die wiederum Nahrung für Wölfe sind.Wie Sie wissen, wird, wenn Sie eine Reihe von Lebewesen haben, ihre Population unter günstigen Bedingungen unbegrenzt zunehmen. Tatsächlich begrenzen äußere Faktoren wie Energie- oder Nahrungsmangel diesen Wachstumsprozess. Wie geschieht dies am Beispiel von Wölfen und Hasen?

Stellen Sie sich vor, dass bis zu einem bestimmten Punkt das Zusammenspiel zweier Subsysteme, dh Populationen von Wölfen und Hasen, ausgeglichen war: Hasen (unter Berücksichtigung ihres natürlichen Nachschubs) reichten gerade aus, um eine bestimmte Anzahl von Wölfen zu ernähren. Dann, in dem Moment, der als Null der Zeitzählung genommen wurde, stieg die Anzahl der Hasen aufgrund einiger Schwankungen an. Dadurch erhöhte sich die Nahrungsmenge für die Wölfe und damit ihre Zahl. Es gab Schwankungen in der Anzahl der Wölfe. Darüber hinaus wird sich die Anzahl der Wölfe und Hasen im Laufe der Zeit periodisch um einen bestimmten durchschnittlichen (Gleichgewichts-)Wert ändern. Gut genährte Wölfe beginnen sich intensiv zu vermehren und bringen neue Nachkommen hervor, die bei reichlich Nahrung schnell reifen und neue Nachkommen hervorbringen. Es gibt eine Situation, in der der Hase nicht mehr alle Wölfe füttern kann - die Anzahl der Hasen beginnt zu sinken und die Wölfe (vorerst) weiter zu wachsen. Schließlich ist das Ökosystem mit Wölfen überbevölkert, und der Platz für Hasen steht fast im roten Buch. Lassen Sie uns keine voreiligen Schlüsse ziehen. Zu einer ökologischen Rarität geworden, werden Hasen zu einer schwierigen Beute für Wölfe. Das Ökosystem geht in die nächste Phase: Die Zahl der Hasen ist bereits auf ein Mindestmaß gesunken, bei dem sie für Wölfe kaum noch zu fassen sind. Der Viehbestand der letzteren beginnt nach Durchlaufen eines Maximums zu sinken, und diese Verringerung setzt sich fort, bis ein Niveau erreicht ist, das die Hasen mit ihrer minimalen Anzahl ernähren kann. Jetzt, wo die Zahl der Wölfe ein Minimum erreicht hat, gibt es niemanden mehr, der Hasen jagt. Hasen beginnen zu brüten, und das magere Vieh der Wölfe kann ihnen nicht mehr folgen. Die Anzahl der Hasen wird in kurzer Zeit ein Niveau erreichen, das das Gras ernähren kann. Wieder gibt es eine Fülle von Hasen, und alles wiederholt sich erneut.

Kapitel 3 Experimenteller Hauptteil

3.1. Synthese von Kaliumbromat (Kaliumbromat)

1050 ml einer filtrierten 30%igen KOH-Lösung (technisch) werden in ein großes Porzellanglas gegossen und 110 g Brom (unter Zug) aus einem Tropftrichter mit bis zum Boden reichendem Rohr unter ständigem Rühren sehr langsam eingegossen. Die resultierende Lösung wird (unter Zug) mit Chlor gesättigt. Das Ende der Sättigung wird wie folgt bestimmt. Eine Probe der Lösung (10 ml) wird mit 10 ml Wasser verdünnt, bis zur vollständigen Entfernung von Br gekocht 2 und Cl2 (Stärke-Jod-Papier sollte sich in Flüssigkeitsdampf nicht blau verfärben) und einen Tropfen Phenolphthalein-Lösung zugeben. Bei vollständiger Sättigung mit Chlor darf sich die Probenlösung nicht rot verfärben.

Die Reaktionslösung wird auf 15 gekühltÜber C wird das ausgefallene Gemisch von KS1O-Kristallen getrennt 3 und KC1 (300 - 350 g) zugeben und mit 150 ml Wasser mehrere Stunden rühren. Die restlichen KBrO-Kristalle 3 über einen Büchnertrichter abgesaugt, mit 100 ml Wasser gewaschen und getrennt. Holen Sie sich 200 - 240 g rohes Kaliumbromat.

Die Synthese kann durch die folgenden chemischen Reaktionsgleichungen ausgedrückt werden:

Br 2 + 2KOH = KBrO + KBr + H 2 O

KBrO + Cl 2 + 4KOH = KBrO 3 + 4KCl + 2H 2 O

KBr + Cl 2 + 6KOH = KBrO 3 + 6KCl + 3H 2 O

3.2. Mögliche Verfahren zur Gewinnung des Katalysators Ce 4+

In den Chemielaboren der Schule finden Sie Cerdioxid, das früher Teil des chemischen Reagenziensatzes der Schule war. Die Hauptaufgabe besteht darin, ein lösliches Cersalz zu erhalten. In diesem Fall ist es am einfachsten, Cersulfat (VI) zu erhalten. Dazu ist es erforderlich, das verfügbare Cerdioxid während des Kochens der Einwirkung von konzentrierter Schwefelsäure zu unterwerfen. SEO 2 unlöslich in Wasser, daher ist es notwendig, mit Schwefelsäure direkt auf das Cerdioxidpulver einzuwirken.

Die Reaktionsgleichung kann wie folgt ausgedrückt werden:

SeO 2 + 2H 2 SO 4 \u003d Ce (SO 4) 2 + 2H 2 O

Es entsteht eine hellgelbe Lösung von Cer(VI)-sulfat, die dann auf einer Abdampfschale eingedampft werden kann, bis gelbe Kristalle erscheinen. Wenn immer noch kein Cerdioxid vorhanden ist, können Sie auf folgende Weise ein lösliches Cerion erhalten: Sie können Silizium aus Feuerzeugen verwenden, Sie müssen mehrere davon nehmen und sich beim Erhitzen in konzentrierter Schwefelsäure auflösen. Die Zusammensetzung von Silizium aus Feuerzeugen umfasst Verbindungen von Cer (III) und (VI). Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass sich die Reinheit des Experiments durch das Vorhandensein von Verunreinigungen in der ursprünglichen Komponente ändern kann.

3.3. Vorbereitung und Durchführung einer Schwingungsreaktion.

Für das Experiment werden zwei Lösungen hergestellt. Im ersten Fall wurde eine Lösung von Cersulfat oder -nitrat (IV) verwendet, in diesem Versuch wurden 1,0 g frisch zubereitetes Cersulfat, gelöst in 15 ml Wasser und mit Schwefelsäure angesäuert, verwendet. In der zweiten wird Zitronensäure in 10 ml heißem Wasser gelöst und Kaliumbromat hineingegossen. Um die Substanzen vollständig aufzulösen, wird die Mischung leicht erhitzt. Die angesetzten Lösungen werden schnell zusammengegossen und mit einem Glasstab gemischt. Eine hellgelbe Farbe erscheint, die nach 20 Sekunden. wechselt zu dunkelbraun, aber nach 20 Sekunden. wird wieder gelb. Bei einer Temperatur von 45Über Eine solche Änderung kann innerhalb von 2 Minuten beobachtet werden. Dann wird die Lösung trüb, Kohlenmonoxid (IV)-Blasen beginnen sich abzuheben, und die Intervalle des Wechsels der Farbe der Lösung nehmen in einer genau definierten Reihenfolge allmählich zu: Jedes nächste Intervall ist 10-15 Sekunden länger als das vorherige. und die Temperatur der Lösung steigt ebenfalls an.

Während der Demonstration oder nach der Demonstration des Experiments für Schüler kann der Mechanismus einer chemischen Reaktion in vereinfachter Form, dh als Redoxprozess, bei dem Bromsäure (BA) die Rolle eines Oxidationsmittels spielt, und erläutert werden Zitronensäure wirkt als Reduktionsmittel:

KBrO 3 + H 2 SO 4 \u003d KHSO 4 + HBrO 3

9HBrO 3 + 2C 6H 8O 7 \u003d 9HBrO + 8H 2 O + 12CO 2

9HBrO + C 6 H 8 O 7 \u003d 9HBr + 4 H 2 O + 6 CO 2

Die Farbänderung der Lösung erfolgt unter Einwirkung von Katalysatoren - Cerverbindungen, die wiederum auch den Oxidationsgrad ändern, jedoch bis zu einer bestimmten Konzentration des Ions, wonach der umgekehrte Vorgang eintritt.

Kapitel 4. Fazit

Zur Vereinfachung der Darstellung betrachten wir zunächst ein vereinfachtes Schema der Selbstoszillationsreaktion. Im Verlauf dieser Reaktion werden Farbschwankungen der Lösung beobachtet, die durch Konzentrationsschwankungen von Cer(VI) verursacht werden. Schwankungen in der Konzentration von Cer (VI) sind in Abb. 2 dargestellt. Dies sind Relaxationsschwingungen, deren Periode (T) klar in zwei Teile unterteilt ist: T1 - die Phase der Abnahme der Konzentration von Cer (VI) und T2 - die Phase der Konzentrationszunahme. Demnach besteht die Reaktion nach einem vereinfachten Schema aus zwei Stufen: In der ersten Stufe wird vierwertiges Cer durch Zitronensäure reduziert, Abb.1.

OK

Ce4+ Ce3+ , (1)

im zweiten wird dreiwertiges Cer durch Bromat oxidiert

BrO3

Ce3+ Ce4+ (2)

Die in Stufe (2) gebildeten Bromat-Reduktionsprodukte bromieren das LA. Die entstehenden Bromderivate von LA werden unter Freisetzung von Bromionen zerstört. Bromid ist ein starker Inhibitor der Reaktion (2).

Jedes seiner Produkte kann eine katalytische Wirkung auf die Reaktion haben.

Dieses Phänomen wird als Autokatalyse bezeichnet. Charakteristisch für die autokatalytische Reaktion ist, dass sie mit einer variablen Konzentration des Katalysators abläuft, die im Laufe der Reaktion zunimmt. Daher nimmt die Geschwindigkeit der autokatalytischen Reaktion in der Anfangsphase zu, und erst in tieferen Stadien der Umwandlung wird infolge einer Verringerung der Konzentration der Ausgangsstoffe die Erhöhung der Geschwindigkeit durch eine Verringerung ersetzt.

Die Geschwindigkeit autokatalytischer Prozesse nimmt mit dem Verbrauch der Reagenzien nicht ab, sondern nimmt ohne Widerspruch zum Massenwirkungsgesetz zu. Der Reaktionsmechanismus ist derart, dass ihre Zwischen- oder Endprodukte beschleunigend auf den Prozess wirken. Daher ist ihre Geschwindigkeit zu Beginn verschwindend gering, wächst dann aber mit zunehmender Konzentration an Reaktionsprodukten. Nach moderner Terminologie werden solche Prozesse als Prozesse mit positiver Rückkopplung bezeichnet. Wenn sich beispielsweise ein Zwischen- oder Endprodukt eines mehrstufigen Prozesses als dessen Inhibitor herausstellt, wird eine Selbsthemmung der Reaktion beobachtet - ihre Geschwindigkeit nimmt schneller ab. Was verringert die Konzentration der anfänglichen Reagenzien.

In der Reaktion während der Wechselwirkung von Ce4+-Ionen mit Zitronensäure werden sie reduziert:

Ce 4+ + C 6 H 8 O 7 Ce 3+ + Produkt (1)

Das bei der Reaktion gebildete Ce3+ muss dann mit dem Bromation reagieren:

Ce 3+ + BrO 3 Ce 4+ (2)

was zu einer stationären Verteilung von Cer zwischen den Oxidationsstufen führt. Die Reaktion (2) ist jedoch autokatalytisch, und hier geht der selbstbeschleunigenden Strömung eine Induktionsperiode voraus, dh die Reaktion beginnt nicht sofort. Daher werden während der Induktionsperiode fast alle Ce-Ionen 4+ gehen zu Ce 3+ . In diesem Fall ist die Farbe der Lösung auf die Absorption von Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums durch den Ce-Komplex zurückzuführen 4+ mit Zitronensäure, verschwindet. Am Ende der Induktionsperiode findet ein selbstbeschleunigender schneller Übergang von Ce-Ionen statt 3+ in Ce 4+ und die Lösung nimmt wieder ihre ursprüngliche Farbe an.

Die periodische Natur des Prozesses kann wie folgt erklärt werden. Als Ergebnis der Reaktion (1):

Ce(VI) + Zitronensäure Ce(III) + Produkt

Bromid entsteht - Ionen, die die Reaktion verlangsamen (2):

Ce(III) + HBrO 3 Ce(VI) + Produkte.

Die Bromidkonzentration im System hängt jedoch von der Reaktionsgeschwindigkeit ab, bei der Bromid aufgrund der Wechselwirkung mit Bromat verbraucht wird

(BrO 3 + Br Br 2 ). Ist die Bromidkonzentration hoch genug, bricht die Reaktion (2) ab, da Ce(VI) bei der Oxidation von Ce(III) mit Bromat nicht regeneriert wird und somit der Katalysezyklus unterbrochen wird. Wenn die Konzentration von Ce(VI), die infolge der Reaktion (1) abnimmt, den minimal möglichen Wert erreicht, beginnt die Konzentration des Bromidions stark abzunehmen. Dann beschleunigt sich Reaktion (2) merklich und die Ce(VI)-Konzentration wächst auf einen bestimmten Wert, bei dem die Bromidkonzentration schnell anzusteigen beginnt, wodurch Reaktion (2) verlangsamt wird. Dann wird der ganze Zyklus wiederholt, Abb.2.

Allgemein kann der Reaktionsmechanismus durch das folgende Gleichungssystem beschrieben werden:

Prozess A

BrO 3 + 2Br + 3(CH 2 ) 2 C(OH)(COOH) 3 + 3H +

3BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + 3H 2 O

BrO 3 + Br + 2H + HBrO 2 + HOBr

HBrO 2 + Br + H + 2HOBr

HOBr + Br + H + Br 2 + H 2 O

Br 2 + (CH 2 ) 2 C(OH)(COOH) 3 BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + Br + H +

Prozess B

BrO 3 + 4Ce 3+ + (CH 2 ) 2 C(OH)(COOH)3 + 5H +

BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + 4Ce 4+ + 3H 2 O

BrO 3 + HBrO 2 + H + 2BrO 2 + H 2 O

BrO 2 + Ce 3+ + H + HBrO 2 + Ce 4+

2HBrO 2 BrO 3 + HOBr + H +

HOBr + (CH 2 ) 2 C(OH)(COOH) 3 BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + H 2 O

Darüber hinaus gibt es noch Reaktionen: Wechselwirkungen von Citronensäure mit Cer(VI)-Ionen und Schwefelsäure (durch Ansäuern der Lösung und Dissoziation von Cer(VI)-Sulfat), die Reaktionsmechanismen sind aufgrund ihrer nicht beschrieben Komplexität sind die Produkte dieser Reaktionen Kohlenmonoxid (IV), Kohlenmonoxid (II), Wasser und teilweise Dimethylketon.

Nun können wir alles Gesagte zusammenfassen und Oszillationsreaktionen definieren: Oszillationsreaktionen sind periodische Prozesse, die durch Schwankungen der Konzentrationen und damit der Umsatzraten gekennzeichnet sind. Ursache für das Auftreten von Konzentrationsschwankungen sind Rückkopplungen zwischen den einzelnen Stufen einer komplexen Reaktion.

Wir hoffen sehr, dass unsere Arbeit viele Aufmerksamkeit erregt und weiterentwickelt und fortgeführt wird.

Verweise

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Abb.1. Selbstoszillationen der Cer(VI)-Konzentration

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max - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Mindest - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

[Br]

Abb.2. Abhängigkeit der Konzentrationsänderung von Cer (VI) von der Konzentration von Bromid - Ionen.

SCHWINGUNGSREAKTIONEN- eine Klasse periodischer Redoxreaktionen. Der Reaktionsmechanismus ist ähnlich dem einer Halteklinkenvorrichtung. Zum ersten Mal wurden solche Reaktionen 1951 von dem Moskauer Chemiker B. P. Belousov entdeckt.

Oszillationsreaktionen laufen unter Beteiligung eines Katalysators ab (dieser wurde erstmals im Verlauf einer Reaktion in Gegenwart von Cerionen entdeckt) und bestehen meist aus zwei Stufen.

Notwendige Bedingungen für das Auftreten solcher Reaktionen:

a) die Geschwindigkeit der ersten Stufe sollte die Geschwindigkeit der zweiten Stufe deutlich übersteigen;

b) in der zweiten Stufe sollte eine Verbindung auftreten, die den Verlauf der ersten Stufe hemmt (sie wird als Inhibitor bezeichnet).

Eine ähnliche Reaktion kann beobachtet werden, wenn wässrige Lösungen eines Cer(III)-Salzes (z. B. Cersulfat), Kaliumbromat KBrO 3 und Brommalonsäure HO(O)C-CH(Br)-C(O)OH gemischt werden. Die Reaktionsmasse wird mit Schwefelsäure angesäuert.

In der ersten Stufe wird das dreiwertige Cerion (das bei der Dissoziation des Cersalzes entstanden ist) durch das Bromatanion reduziert (es wird von Kaliumbromat geliefert). Dabei wird das Ce(III)-Ion zu Ce(IV) oxidiert, was sich äußerlich durch die Farbänderung der Reaktionslösung bemerkbar macht – Ce(III)-Ionen in wässriger Lösung sind farblos, Ce(IV) sind gelb.

10Ce 3+ + 2BrO 3 – + 12H + = 10Ce 4+ + Br 2 + 6H 2 O (I)

In der nächsten Stufe reagiert das resultierende Ce (IV) -Ion mit Brommalonsäure und oxidiert sie:

4Ce 4+ + HO(O)C – CH(Br) – C(O)OH + 2H 2 O =

4Ce 3+ + HC(O)OH + 2CO 2 + 5H + + Br - (II)

In diesem Fall wird Cer wieder zum Ce(III)-Ion und kann wieder an Reaktion I teilnehmen. In diesem Fall spielt es die Rolle eines typischen Katalysators, nimmt an der Reaktion teil, wird aber nicht verbraucht, die Reaktion wird jedoch nicht ohne sie fortfahren. Kaliumbromat und Brommalonsäure werden während der Reaktion verbraucht, Cer überträgt nur Elektronen von einem Reagenz zum anderen (die Ausgangsreagenzien sind schwarz markiert, die Reaktionsprodukte rot):

Die Besonderheit dieser Reaktion besteht darin, dass in Stufe II das Bromanion Br – . Es hemmt, das heißt, es hemmt das Stadium I, beeinflusst aber nicht das Stadium II. Dadurch sammeln sich die Produkte der Stufe II, hauptsächlich Ce 3+ -Ionen, im Reaktionssystem an. Zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn sich viele dieser Ionen ansammeln, können Bromionen das Stadium I nicht mehr hemmen und es passiert mit hoher Geschwindigkeit. Ce(IV)-Ionen erscheinen wieder im System und nehmen dann am langsamen Stadium II teil. Bromionen spielen also die Rolle eines Auslösers, der das Anlaufen der ersten Stufe bis zu einem bestimmten Punkt verhindert. Äußerlich sieht es so aus (Ce(III)-Ionen in wässriger Lösung sind farblos und Ce(IV) sind gelb): Die Reaktionsmasse färbt sich sofort gelb und wird dann langsam farblos (Abb. 4, Becher Nr. 1) . Die Farbe ändert sich etwa alle anderthalb Minuten, das Zeitintervall bleibt über mehrere Stunden unverändert. Wenn Sie nach und nach verbrauchbare Reagenzien hinzufügen, funktioniert eine solche „chemische Uhr“ sehr lange. Mit steigender Temperatur verkürzt sich der Zeitzyklus der Schwingungsantwort.

Es gibt andere Beispiele für oszillierende Reaktionen. In dem oben beschriebenen System können Cerionen durch Eisenionen ersetzt werden. Dazu wird ein Komplex aus Fe(II)-Sulfat mit drei Molekülen Phenanthrolin verwendet, der sich in wässriger Lösung rot färbt (dieser Komplex ist weit verbreitet zur quantitativen Bestimmung von Eisen):

Ein ähnlicher Fe(III)-Komplex, der durch Oxidation entsteht, färbt sich blau, im Laufe der Reaktion wird die blaue Farbe sofort rot, das allmählich wieder blau wird (Abb. 4, Becher Nr. 2) .

Ersetzen wir Brommalonsäure durch Citronensäure [HOC(O)CH 2 ] 2 C(OH)C(O)OH, so entsteht in Gegenwart katalytischer Mengen an Mangansalzen ein System, in dem die Farbe alle zwei Minuten pulsiert (Abb 4, Glas Nr. 3) . Oxalessigsäure HOC(O)CH 2 C(O)C(O)OH mit Cersalzen zählt Sechs-Sekunden-Intervalle (Glas Nr. 4). Die Zeitintervalle in der animierten Figur sind bedingt dargestellt, das größte Farbwechselintervall liegt in Glas Nr. 3, das kleinste in Glas Nr. 4

Bald nach der Entdeckung solcher Reaktionen wurde festgestellt, dass solche Prozesse ziemlich häufig sind. Als Ergebnis wurde eine allgemeine Theorie schwingender Prozesse entwickelt, die einige Gasphasenreaktionen (z. B. die Oxidation von Kohlenwasserstoffen), die Heterophasenoxidation von Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Ammoniak, Ethylen an Metallkatalysatoren und eine Reihe von Polymerisationen umfassen Prozesse. Schwingungsreaktionen bestimmen den Ablauf einiger der wichtigsten biologischen Prozesse: die Erzeugung von Nervenimpulsen und den Mechanismus der Muskelkontraktion.

Michail Levitsky

Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Sport

Theoretisches Lyzeum Petru Movilă

Sessel

„Fähigkeit, Arbeit, Talent“

Studienarbeit in Chemie zum Thema:

"Vibrationschemische Reaktionen"

Abgeschlossen von: Schüler der Klasse 12A

Bolyubasch Irina

Dozent: Snidchenko M.A.

*Chişinău, 2007*

1. Einleitung:

a) Redoxreaktionen

b) Schwingungschemische Reaktionen

2. Die Geschichte der Entdeckung von Schwingungsreaktionen:

a) Studien zu Konzentrationsschwankungen vor der Entdeckung

Reaktionen von B. P. Belousov

3. Theoretischer Teil:

a) Mathematisches Modell von A. Lotka

b) Untersuchung des Mechanismus von Schwingungsreaktionen

4. Experimenteller Teil

5. Schlussfolgerung

6. Bewerbung:

a) Rezepte für einige Oszillationsreaktionen

b) Illustrationen zu den durchgeführten Experimenten

7. Literatur

Einführung.

Chemie ist eine experimentelle Wissenschaft. Und deshalb nimmt das Experiment als Methode naturwissenschaftlicher Forschung seit langem einen festen Platz unter den Methoden der Naturwissenschaften ein. Das Experiment ist die wichtigste Verbindung von Theorie und Praxis im Chemieunterricht und macht aus Wissen Überzeugungen. Daher ist die Offenlegung der kognitiven Bedeutung jeder Erfahrung die Hauptanforderung an ein chemisches Experiment.

Unter Versuch (otlat. "Experiment" - "Gerichtsverhandlung") die Beobachtung des untersuchten Phänomens unter bestimmten Bedingungen verstehen, so dass Sie den Verlauf dieses Phänomens verfolgen und unter diesen Bedingungen wiederholen können. Das chemische Experiment nimmt einen wichtigen Platz im Chemieunterricht ein, da durch Beobachtungen und Experimente die Vielfalt der Natur der Substanzen bekannt ist, Fakten für Vergleiche, Verallgemeinerungen und Schlussfolgerungen gesammelt werden.

Indem wir Experimente durchführen und chemische Umwandlungen unter verschiedenen Bedingungen beobachten, sind wir überzeugt, dass komplexe chemische Prozesse kontrolliert werden können, dass die Phänomene nichts Mysteriöses haben, sie gehorchen Naturgesetzen, deren Kenntnis es ermöglicht, chemische Umwandlungen im praktischen Menschen weit verbreitet zu nutzen Aktivität.

Die Ergebnisse einiger chemischer Experimente sind jedoch unerwartet und passen nicht in traditionelle Vorstellungen über die Eigenschaften von Substanzen oder die Muster chemischer Reaktionen. Solche chemischen Umwandlungen wurden Problemexperimente genannt.

Schon in der Antike glaubten die Philosophen, dass jede Erkenntnis mit Überraschung beginnt. Die Überraschung, die durch das Neue verursacht wird, führt zur Entwicklung von Neugier (Sensibilität für Probleme in der umgebenden Welt) mit der anschließenden Bildung eines stabilen Interesses an etwas. Überraschung und in der Folge Erkenntnishunger – das ist ein fruchtbarer Nährboden für die Auseinandersetzung mit dem Problemexperiment, der Herausbildung von dialektischem und systemischem Denken und der Offenlegung kreativer Potenziale.

Derselbe Zustand kann durch ein helles, beeindruckendes chemisches Experiment (Problemexperiment) verursacht werden. In der Chemie sind die Ursachen für problematische Experimente meistens Redoxreaktionen.

Redoxreaktionen

Es gibt zahlreiche Kriterien für die Klassifizierung chemischer Reaktionen. Einer der wichtigsten ist ein Zeichen für eine Änderung der Oxidationsstufen von Elementen. Je nachdem, ob sich die Oxidationsstufen der Elemente ändern oder beibehalten, lassen sich chemische Reaktionen in Redoxreaktionen und solche ohne Änderung der Oxidationsstufen einteilen.

Reaktionen, die bei einer Änderung der Oxidationsstufen von Elementen (Redox) auftreten, sind weithin bekannt. Sie spielen eine wichtige Rolle in Technik und Natur, sie liegen dem Stoffwechsel lebender Organismen zugrunde, sie sind mit Oxidations-, Fäulnis-, Fermentations- und Photosyntheseprozessen verbunden. Die Prozesse der Oxidation (und Reduktion) treten bei der Verbrennung von Kraftstoff, Korrosion von Metallen, Elektrolyse auf, mit deren Hilfe Metalle, Ammoniak, Alkalien und viele andere wertvolle Produkte gewonnen werden. Daher ist in den Schulfächern Anorganische und Organische Chemie das Studium von Redoxreaktionen vorgesehen.

Erinnern Sie sich an die wichtigsten Bestimmungen im Zusammenhang mit dem Konzept der Redoxreaktionen.

Oxidationszustand entspricht der Ladung, die auf einem Atom eines bestimmten Elements in einer chemischen Verbindung auftreten würde, wenn alle Elektronenpaare, über die dieses Atom mit anderen verbunden ist, vollständig zu Atomen von Elementen mit größerer Elektronegativität verschoben werden.

Oxidationsmittel- ein Stoff, der Atome oder Ionen enthält, die Elektronen aufnehmen: Xm ^{(Oxidationsmittel) + ne- = X(m-n) , wobei m die Oxidationsstufe des Elements in der Ausgangssubstanz ist, n die Anzahl der Elektronen ist.}

Reduktionsmittel- eine Substanz, die Atome oder Ionen enthält, die Elektronen abgeben: Ym ^{(Reduktionsmittel) - ne-= Y(m+n) .}

Oxidation- der Prozess der Abgabe von Elektronen durch ein Atom, Molekül oder Ion, während die Oxidationsstufe des Elements ansteigt.

Wiederherstellung- der Prozess der Aufnahme von Elektronen durch ein Atom, Molekül oder Ion, während der Oxidationszustand des Elements abnimmt.

Oxidation und Reduktion sind konjugierte Prozesse, die Zahl der Elektronen, die das Reduktionsmittel bei seiner Oxidation abgibt, ist immer gleich der Zahl der Elektronen, die das Oxidationsmittel bei seiner Reduktion aufnimmt.

Schwingungschemische Reaktionen

In dieser Hausarbeit werde ich einen Spezialfall eines problematischen Experiments betrachten, oszillierende chemische Reaktionen. Oszillationsreaktionen sind eine ganze Klasse von Oxidationsreaktionen organischer Substanzen unter Beteiligung eines Katalysators mit Redoxeigenschaften. Dieser Prozess läuft zyklisch ab, das heißt, er besteht aus mehreren Wiederholungen.

Schwingungschemische Reaktionen wurden 1951 von dem sowjetischen Wissenschaftler Boris Petrovich Belousov entdeckt und wissenschaftlich belegt. BP Belousov untersuchte die Oxidation von Zitronensäure während ihrer Reaktion mit Natriumbromat in einer Schwefelsäurelösung. Um die Reaktion zu beschleunigen, fügte er der Lösung Cersalz hinzu. Cer ist ein Metall mit variabler Wertigkeit (3+ oder 4+), daher kann es ein Katalysator für Redox-Umwandlungen sein. Die Reaktion wird von der Freisetzung von CO2-Blasen begleitet, und daher scheint es, dass die gesamte Reaktionsmischung "kocht". Und vor dem Hintergrund dieses Kochens bemerkte B. P. Belousov etwas Erstaunliches: Die Farbe der Lösung änderte sich periodisch - sie wurde entweder gelb oder farblos. Belousov fügte der Lösung Komplexphenanthrolin mit Eisen(II) (Ferroin) hinzu, und die Farbe der Lösung begann sich periodisch von purpurrot nach blau und zurück zu ändern.

So wurde die Reaktion entdeckt, die berühmt wurde. Jetzt ist es auf der ganzen Welt bekannt, es heißt Belousov-Zhabotinsky-Reaktion. A. M. Zhabotinsky hat viel getan, um dieses erstaunliche Phänomen zu verstehen. Seitdem wurde eine große Anzahl ähnlicher Reaktionen entdeckt.

Die Geschichte der Entdeckung von Schwingungsreaktionen.

I. P. Belousov machte die Entdeckung einer oszillatorischen chemischen Reaktion in einem Versuch, ein einfaches chemisches Modell einiger Stadien des Systems der biochemischen Schlüsselumwandlungen von Carbonsäuren in einer Zelle zu erstellen. Der erste Bericht über seine Entdeckung wurde jedoch nicht veröffentlicht. Der Gutachter einer chemischen Fachzeitschrift bezweifelte die grundsätzliche Möglichkeit der im Artikel beschriebenen Reaktion. Die meisten Chemiker dieser Jahre glaubten, dass es keine rein chemischen Oszillationen gibt, obwohl die Existenz von Oszillationsreaktionen 1910 von A. Lotkoy auf der Grundlage der mathematischen Theorie periodischer Prozesse vorhergesagt wurde.

Der zweite Versuch, die Ergebnisse der Studie zu veröffentlichen, wurde 1957 von dem Wissenschaftler unternommen, der trotz der damals erschienenen Arbeiten des belgischen Physikers und Physikochemikers I. R. Prigozhin erneut abgelehnt wurde. Diese Arbeiten zeigten die Möglichkeit und Wahrscheinlichkeit von oszillierenden chemischen Reaktionen.

Erst 1959 wurde in einer wenig bekannten Ausgabe der Collection of Abstracts on Radiation Medicine ein kurzes Abstract über die Entdeckung einer periodisch wirkenden oszillierenden chemischen Reaktion durch B. P. Belousov veröffentlicht.

Und die Sache ist die, dass, als B. P. Belousov seine Entdeckung machte, periodische Änderungen der Konzentration von Reagenzien eine Verletzung der Gesetze der Thermodynamik zu sein schienen. In der Tat, wie kann eine Reaktion entweder in die Vorwärts- oder in die Gegenrichtung verlaufen?Es ist unmöglich, sich vorzustellen, dass die gesamte riesige Anzahl von Molekülen in dem Gefäß in einem Zustand und dann in einem anderen Zustand war (entweder alle „blau“, dann alle "rot" ...).

Die Richtung der Reaktion wird durch das chemische (thermodynamische) Potential bestimmt - die Reaktionen werden in Richtung wahrscheinlicherer Zustände durchgeführt, in Richtung einer Verringerung der freien Energie des Systems. Wenn die Reaktion in dieser Richtung abgeschlossen ist, bedeutet dies, dass ihr Potenzial erschöpft ist, das thermodynamische Gleichgewicht erreicht ist und ohne Energieaufwand spontan der Prozess nicht in die entgegengesetzte Richtung gehen kann. Und dann ... geht die Reaktion in die eine oder andere Richtung.

Bei dieser Reaktion lag jedoch kein Rechtsverstoß vor. Es gab Schwankungen – periodische Änderungen – in den Konzentrationen der Zwischenprodukte und nicht der anfänglichen Reagenzien oder Endprodukte. CO2 wird bei dieser Reaktion nicht zu Zitronensäure, das ist eigentlich unmöglich. Die Gutachter haben nicht berücksichtigt, dass, obwohl das System weit vom Gleichgewicht entfernt ist, viele wunderbare Dinge darin passieren können.Die detaillierten Trajektorien des Systems vom Anfangszustand zum Endzustand können sehr komplex sein. Erst in den letzten Jahrzehnten hat die Thermodynamik von Systemen fernab des Gleichgewichts begonnen, sich mit diesen Problemen auseinanderzusetzen. Diese neue Wissenschaft wurde zur Grundlage einer neuen Wissenschaft – der Synergetik (der Theorie der Selbstorganisation).

Belousovs Reaktion wurde, wie oben erwähnt, von A. M. Zhabotinsky und seinen Kollegen eingehend untersucht. Sie ersetzten Zitronensäure durch Malonsäure. Die Oxidation von Malonsäure geht nicht mit der Bildung von CO2-Bläschen einher, daher kann die Farbänderung der Lösung störungsfrei mit photoelektrischen Geräten erfasst werden.Später stellte sich heraus, dass Ferroin auch ohne Cer als Katalysator für diese Reaktion. B. P. Belousov bemerkte bereits in den ersten Experimenten eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft seiner Reaktion: Wenn das Rühren gestoppt wird, breitet sich die Farbänderung in der Lösung in Wellen aus. Diese Verteilung chemischer Schwingungen im Weltraum wurde besonders deutlich, als 1970 A. M. Zhabotinsky und A. N. Zaikin goss das Reaktionsgemisch in einer dünnen Schicht in eine Petrischale. In der Tasse bilden sich bizarre Figuren - konzentrische Kreise, Spiralen, "Wirbel", die sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 mm / min ausbreiten. Chemische Wellen haben eine Reihe ungewöhnlicher Eigenschaften. Wenn sie also kollidieren, werden sie gelöscht und können einander nicht passieren.

Konzentrationsstudien
Schwingungen vor der Entdeckung der Reaktion durch B. P. Belousov

Aber wie die Geschichte sagt, war die Entdeckung von B. P. Belousov keineswegs die erste in der Weltwissenschaft. Es stellte sich heraus, dass eine der ersten Veröffentlichungen über chemische Schwingungen aus dem Jahr 1828 stammt, in der T. Fechner die Ergebnisse einer Untersuchung der Schwingungen einer elektrochemischen Reaktion skizzierte, die im Dunkeln ziemlich intensives Licht aussendet. Die Tatsache, dass Phosphor leuchtete, war nicht überraschend, aber die Tatsache, dass dieses Leuchten regelmäßig jede siebte Sekunde wiederholt wurde, war interessant. Vierzig Jahre später wurden diese Experimente mit der „flackernden Flasche“ von dem Franzosen M. Joubert (1874) fortgesetzt. Es gelang ihm, in einem Reagenzglas die periodische Bildung von "Leuchtwolken" zu beobachten. Zwanzig Jahre später untersuchte der deutsche Wissenschaftler A. Tsentnershwer auch die Wirkung des Luftdrucks auf periodische Phosphorblitze. In seinen Experimenten begann die Blitzzeit bei 20 s und nahm mit abnehmendem Druck ab.

Eine besonders helle Seite in der Geschichte der chemischen Schwingungen sind die sogenannten Liesegang-Ringe. 1896 entdeckte der deutsche Chemiker R. Liesegang, der mit Photochemikalien experimentierte, dass, wenn Lapis auf eine Glasplatte getropft wird, die mit Gelatine beschichtet ist, die einen Chrompeak enthält, sich das ausfallende Reaktionsprodukt in konzentrischen Kreisen auf der Platte befindet. Liesegang war fasziniert von diesem Phänomen und studierte es fast ein halbes Jahrhundert lang. Es fand auch praktische Anwendungen. In der angewandten Kunst wurden Liesegangs Ringe verwendet, um verschiedene Produkte mit Imitationen von Jaspis, Malachit, Achat usw. zu dekorieren. Liesegang selbst schlug eine Technologie zur Herstellung künstlicher Perlen vor.

Die Liste solcher Beispiele lässt sich fortsetzen. Dem oben Gesagten folgend wurden oszillierende Reaktionen an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen entdeckt. Die bekanntesten davon sind die Reaktionen an der Metall-Lösungs-Grenzfläche, die spezielle Namen erhielten – „Eisennerv“ und „Quecksilberherz“. Der erste von ihnen - die Reaktion des Auflösens von Eisen (Draht) in Salpetersäure - erhielt seinen Namen aufgrund der äußeren Ähnlichkeit mit der Dynamik eines erregten Nervs, die von V. F. Ostwald bemerkt wurde. Die zweite bzw. eine ihrer Varianten ist die Zersetzungsreaktion von H2O2 an der Oberfläche von metallischem Quecksilber. Bei der Reaktion kommt es zur periodischen Bildung und Auflösung eines Oxidfilms auf der Quecksilberoberfläche. Schwankungen in der Oberflächenspannung von Quecksilber verursachen rhythmische Pulsationen des Tropfens, die einem Herzschlag ähneln. All diese Reaktionen erregten jedoch wenig Aufmerksamkeit der Chemiker, da die Vorstellungen über den Ablauf einer chemischen Reaktion noch recht vage waren.

Erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Thermodynamik und chemische Kinetik entstanden, die den Grundstein für ein spezifisches Interesse an Schwingungsreaktionen und Methoden zu ihrer Analyse legten.

Mathematisches Modell von A. Lotkoy

Die mathematische Theorie der Schwingungen in chemischen Reaktionen ähnlichen Systemen wurde bereits 1910 von A. Lotka veröffentlicht - er schrieb ein System von Differentialgleichungen, aus dem die Möglichkeit periodischer Regime folgte. Lotka betrachtete das Zusammenspiel von „Beute“, zum Beispiel Pflanzenfressern, und „Raubtieren“, die sie fressen (X und Y). Raubtiere fressen Beute und vermehren sich - die Konzentration von Y nimmt zu, aber bis zu einer bestimmten Grenze, wenn die Anzahl der Beute stark abnimmt und Raubtiere an Hunger sterben, nimmt die Konzentration von Y ab. Dann beginnen sich die überlebenden Opfer zu vermehren – die Konzentration von X wächst. Die überlebenden Raubtiere vermehren sich danach ebenfalls, die Konzentration von Y wächst wieder und so weiter um ein Vielfaches. Es werden periodische Schwankungen in der Konzentration der Reagenzien beobachtet. Es ist klar, dass die Bedingung für solche ungedämpften (für lange Zeit) Schwankungen der Grasreichtum ist - die Nahrung der Opfer. Lotkas Gleichungen wurden von V. Volterra verbessert. Und die moderne Schwingungstheorie wurde von den russischen Physikern L. I. Mandelstamm, A. A. Andronov, A. A. Witt, S. E. Khaikin, D. A. Frank-Kamenetsky. Für Physiker und Mathematiker war die Entdeckung von Belousovane also so erstaunlich.

Untersuchung des Mechanismus von Schwingungsreaktionen.

Der genaue Mechanismus der Belousov-Reaktion ist noch nicht vollständig bekannt. In den ersten Arbeiten schien die Anzahl der Zwischenprodukte gering zu sein. Um die Natur der Schwingungen zu erklären, genügte es, sich vorzustellen, wie aus Ismalonsäure zunächst Brommalonsäure entsteht und in der weiteren Reaktion KBrO3 in KBr umgewandelt wird. Das Anion Br-- hemmt die weitere Oxidation von Brommalonsäure, und die oxidierte Form des Katalysators (vierwertiges Cer oder Eisen in Kombination mit Phenanthrolin) reichert sich an. Als Ergebnis stoppt die Akkumulation von Br-- und die Oxidation von Brommalonsäure wird wieder aufgenommen ... Nun ist klar, dass ein solcher Mechanismus noch lange nicht abgeschlossen ist. Die Zahl der Zwischenprodukte hat vierzig erreicht, und die Studie wird fortgesetzt.

1972 zeigten R. Noyes und Kollegen, dass die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion das Ergebnis von mindestens zehn Reaktionen ist, die in drei Gruppen zusammengefasst werden können - A, B und C.

Zunächst (Reaktionsgruppe A) reagiert das Bromat-Ion mit dem Bromid-Ion in Gegenwart von H + unter Bildung von Brom- und Hypobromsäure:

BrO-3+ Br-- + 2H+ = HBrO2 + HOBr (ABER1)

Hypobromsäure:

HBrO2+ Br-- + H+ = 2HOBr (ABER2)

Hypobromsäure wiederum reagiert mit Bromidionen unter Bildung von freiem Brom:

HOBr + Br--+ H+ = Br2 + H2O (ABER3)

Malonsäure wird mit freiem Brom bromiert:

Br2+ CH2(COOH)2 = BrCH(COOH)2 + Br--+ H+ (ABER4)

Als Ergebnis all dieser Reaktionen wird Malonsäure mit freiem Brom bromiert:

BrO-3+ 2Br-- + 3CH2(COOH)2 + 3H+ =3BrCH(COOH)2 + 3H2O (ABER)

Die chemische Bedeutung dieser Gruppe von Reaktionen ist zweifach: die Zerstörung des Bromidions und die Synthese von Brommalonsäure.

Reaktionen der Gruppe B sind nur in Abwesenheit (geringe Konzentration) des Bromidions möglich. Wenn das Bromation mit bromiger Säure reagiert, wird das Radikal BrO2 gebildet.

BrO-3+ HBrO2 + H+ > 2BrO2 + H2O (B1)

BrO2 reagiert mit Cer (III), oxidiert es zu Cer (IV) und wird selbst zu Bromsäure reduziert:

BrO2+ Ce3+ + H+ > HВrO2 + Ce4+ (B2)

Bromsäure zerfällt in Bromation und Hypobromsäure:

2HBrO2> BrO-3 +HOBr + H+ (B3)

Hypobromsäure bromiert Malonsäure:

HOBr + CH2(COOH)2 > BrCH(COOH)2 + H2O (B4)

Als Ergebnis von Reaktionen der Gruppe B werden Brommalonsäure und vierwertiges Cer gebildet.

Schwankungen in den Konzentrationen der Hauptkomponenten der Reaktion: Bromige Säure und Ferrin - im Phasenraum werden als geschlossene Linie (Grenzzyklus) dargestellt.

BrO-3+ 4Ce3+ + CH2(COOH)2 + 5H+ > BrCH(COOH)2 + 4Ce4+ + 3H2O (B)

Das bei diesen Reaktionen gebildete Cer(IV) (Reaktionen der Gruppe B):

6Ce4++ CH2(COOH)2 + 2H2O > 6Ce3+ +HCOOH + 2CO2 +6H+ (IN1)

4Ce4++ BrCH(COOH)2 + 2H2O > Br-- + 4Ce3++ HCOOH + 2CO2 + 5H+ (IN2)

Die chemische Bedeutung dieser Gruppe von Reaktionen ist die Bildung eines Bromidions, das umso intensiver ist, je höher die Konzentration an Brommalonsäure ist. Eine Erhöhung der Konzentration des Bromidions führt zu einem Stillstand (drastische Verlangsamung) der Oxidation von Cer(III) zu Cer(IV). In neueren Studien wird Cer in der Regel durch Ferroin ersetzt.

Diese (unvollständige) Schrittfolge der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion zeigt, wie komplex dieses System ist. Es reicht also aus, die Konzentrationsänderung aller dreibasigen Zwischenkomponenten der Reaktion HВrO2 (Bromsäure), Br-- und Ferroin (oder Cer) zu berücksichtigen.

Erster Schritt in der reaktion - als ergebnis einer autokatalytischen reaktion wird bromige säure gebildet (ein schneller, explosionsartiger prozess), ferroin wird in ferriin (die oxidierte form von ferroin) umgewandelt.

Zweiter Schritt– Durch die Wechselwirkung mit der organischen Komponente beginnt sich Ferrin langsam wieder in Ferroin umzuwandeln, und gleichzeitig beginnt sich Bromidion zu bilden.

Dritter Schritt– Bromidion ist ein wirksamer Inhibitor der autokatalytischen Reaktion (1. Schritt). Infolgedessen stoppt die Bildung von Bromsäure und sie zersetzt sich schnell.

Vierter Schritt– der im 2. Schritt begonnene Prozess des Ferrinzerfalls ist abgeschlossen; Bromidionen werden aus dem System entfernt. Dadurch kehrt das System in den Zustand zurück, in dem es sich vor dem 1. Schritt befand, und der Vorgang wird periodisch wiederholt. Es gibt mehrere mathematische Modelle (Differentialgleichungssysteme), die diese Reaktion, die Schwankungen in der Konzentration ihrer Reagenzien und die Ausbreitungsmuster von Konzentrationswellen beschreiben.

Experimenteller Teil:

Die Reaktion der Wechselwirkung von Zitronensäure mit Kaliumbromat:

Reagenzien:

1. KmNummer 4(Kaliumpermanganat).

2. KBrO3(Kaliumbromid oder Kaliumbromat).

3. H2SO4(konzentriert).

4. Zitronensäure.

5. Destilliertes Wasser.

Arbeitsprozess: Eine abgewogene Portion Citronensäure (2 g) wurde in 6 ml H 2 O gelöst. Eine abgewogene Portion Kaliumbromid – 0,2 g – wurde zu der resultierenden Lösung gegeben und 0,7 ml konzentrierte Schwefelsäure wurden zugegeben Dann wurden 0,04 g Kaliumpermanganat zugegeben und das Volumen der resultierenden Lösung wurde mit destilliertem Wasser auf 10 ml gebracht. Bis zur vollständigen Auflösung der Reagenzien gründlich mischen.

Beobachtungen: Unmittelbar nach Zugabe von KMnO4 verfärbte sich die Lösung violett und begann zu „kochen“. Nach 25 s begann sich die Farbe der Lösung unter schnellem Sieden nach braun zu ändern. Im Verlauf der Reaktion hellt sich die Lösung allmählich auf - bis zu einer hellgelben Farbe. Nach 3 min 45 s beginnt eine starke Verdunkelung der Lösung (ähnlich der Diffusion einer Flüssigkeit mit hoher Dichte), und nach 40 s wird die Lösung wieder vollständig braun. Dann wird alles mit einem Zeitraum von 4,5 Minuten - 5 Minuten wiederholt. Nach ziemlich langer Zeit beginnt sich die Reaktion zu verlangsamen und hört dann ganz auf (gelbe Lösung).

/>Schwingungsredoxreaktionen:

Reagenzien:

1. FeSO4. 7H2O kristallines Eisen(II)sulfat-Heptahydrat oder

Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O (Mohrsches Salz) Diammoniumsulfat Hexahydrat-

Eisen(II)

2. Ce(NO3)3.6H2O Cer(III)-Nitrat-Hexahydrat

3. KBr eine wässrige Lösung von Kaliumbromid (2 mol/l oder 12 g pro 50 ml Wasser)

4. KBrO3 gesättigte Kaliumbromatlösung (ca. 10 g auf 100 ml Wasser)

5. H2SO4 konzentrierte Schwefelsäure

6. CH2(COOH)2 eine wässrige Lösung von Malonsäure (5 mol / l oder 52 g in

100ml Wasser)

7. C12H8N2(phen) o-Phenanthrolin

8. destilliertes Wasser

Geschirr und Besteck: Polylux mit Sieb, 25 x 25 cm Glasplatte, Petrischale, 100 ml Messkolben, 250 ml Erlenmeyerkolben mit Schliffstopfen, sechs Pipetten, Bürette, Glasstab, Scheibe, Filterpapier.

Erlebnisbeschreibung: Um das Experiment zu demonstrieren, werden die Lösungen A und B vorläufig hergestellt.

Lösung ABER – eine Lösung von Ferroin, einem Komplex von Eisen(II) mit o-Phenanthrolin (Phen). In einen 100 ml Messkolben werden 0,70 g Eisen(II)sulfat-Heptahydrat (bzw. 0,99 g Mohrsches Salz) und 1,49 g o-Phenanthrolin gegeben, mit Wasser auf das Volumen der Lösung aufgefüllt und gemischt. Durch die Bildung des Eisen(II)-Phenanthrolin-Komplexes nimmt die Lösung eine rote Farbe an:

Fe2++ 3 Phen = 2+

Lösung B - eine Lösung von Brommalonsäure (unmittelbar vor der Demonstration hergestellt). In einem Erlenmeyerkolben mit Schliff werden 3,3 ml Kaliumbromidlösung, 5 ml Malonsäurelösung und 5 ml konzentrierte Schwefelsäure vorgelegt. Die resultierende Lösung wird aus einer Bürette mit einer gesättigten Kaliumbromatlösung unter Rühren nach Zugabe jeder Portion des Titriermittels titriert, wobei das Verschwinden der braunen Farbe durch die Freisetzung von Brom in einer parallelen Schaltreaktion erreicht wird:

BrO3–+ 5Br– + 6H+ = 3Br2 + 3H2O

3Br2+ 2CH2(COOH)2 + 2H2O = BrCH(COOH)2+ HCOOH + CO2 + 5HBr

Das Gesamtvolumen der zur Titration verwendeten Kaliumbromatlösung sollte ca. 7,5 ml betragen. Die resultierende Brommalonsäure ist instabil, kann aber einige Zeit bei einer Temperatur von 510°C gelagert werden.

Zur direkten Demonstration des Versuchs wird auf eine das Lichtfenster des Polylux abdeckende Glasplatte eine Petrischale gestellt, in die 10 ml einer gesättigten Kaliumbromatlösung, 4 ml einer Brommalonsäurelösung und 1,5 ml einer Ferroinlösung gegeben werden werden nacheinander mit Pipetten zugegeben. Durch die Bildung eines Phenanthrolin-Eisen(III)-Komplexes erscheinen innerhalb weniger Minuten blaue Flecken auf rotem Grund 3+ durch Oxidation des entsprechenden Eisen(II)-Komplexes:

62++ 6H3O+ + BrO3– = 63++ 9H2O + Br–

Dieser Prozess beschleunigt sich von selbst. Der resultierende Komplex 3+ oxidiert Brommalonsäure unter Bildung von Bromidionen:

43++ BrCH(COOH)2 + 7H2O =

= 2CO2+ 5H3O+ + Br– + HCOOH + 42+

Die freigesetzten Bromidionen stellen Inhibitoren der Oxidationsreaktion von Eisen(II)-Komplexen mit Bromationen dar. Erst bei der Anreicherung von Komplexionen 2+ ausreichend hoch wird, wird die Hemmwirkung der Bromidionen überwunden und die Lösung färbt sich durch die Bildung eines Eisen(III)-Komplexes blau. Der Vorgang wird immer wieder wiederholt, sodass die Farbe der Lösung periodisch von blau nach rosa oder umgekehrt wechselt. Die Farbveränderung beginnt mit dem Erscheinen blauer Flecken auf rosafarbenem Grund, von denen konzentrische Farbwellen in alle Richtungen auslaufen. Mit der Zeit nimmt die Rate der Farbänderung ab und schließlich verblasst der Prozess. In diesem Fall können auf dem Bildschirm „schwarze Punkte“ - Projektionen von Blasen des freigesetzten Kohlendioxids - beobachtet werden.

Die Farbpalette kann erweitert werden, indem einige Kristalle Cer(III)-nitrat-Hexahydrat in die Petrischale gegeben werden. Ce(NO3)3. 6H2O. Dann kann man zusätzlich zur blauen und rosa Farbe eine gelbe (aufgrund der Bildung von Cer(IV)-Verbindungen) oder grüne Farbe (aufgrund der Überlappung von Gelb und Blau) beobachten:

6Ce3++ BrO3– + 15H2O = 62++ Br– + 6H3O+

42++ BrCH(COOH)2 + 3H3O+ =

= 2CO2+ Br– + HCOOH + 4Ce3++ 9H2O

Beim Erhitzen erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit und die Farbänderung beschleunigt sich.

Notiz. Phenanthrolin ist eine heterocyclische Verbindung mit zwei Stickstoffatomen, die freie Elektronenpaare haben und zur Koordination befähigt sind. In Komplexverbindungen mit Eisen Über-Phenanthrolin spielt die Rolle eines zweizähnigen Liganden und bildet starke Komplexe vom Chelattyp.

Fazit.

Bis heute hat die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion ihren rechtmäßigen Platz in der Weltwissenschaft eingenommen. Jedes Jahr finden weltweit mehrere internationale Konferenzen über die Dynamik linearer chemischer Systeme statt, und die Worte "BZ-Reaktion" (Abkürzung: Belousov-Zhabotinsky-Reaktion) fallen auf Dutzenden anderer Konferenzen, die sich Problemen der Physik, Chemie, und Biologie.

Das Studium der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion ist, wie ich überzeugt war, von großer Bedeutung, da sie auf verschiedenen Gebieten der Wissenschaft und Technologie Anwendung gefunden hat. Diese Reaktion wird als Modell für die Untersuchung einer gewaltigen Verletzung des Herzens verwendet - Arrhythmien und Fibrillationen. Und kürzlich wurden Experimente mit einer lichtempfindlichen Modifikation dieser Reaktion begonnen, wenn die Dynamik in diesem System von der Lichtintensität abhängt. Es stellte sich heraus, dass eine solche Reaktion als Computer zum Speichern und Verarbeiten von Bildern verwendet werden kann. Die lichtempfindliche Modifikation der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion kann als Prototyp eines Rechenkomplexes dienen, der den Computer ersetzen könnte.

Andererseits sind oszillatorische chemische Reaktionen ein anschauliches Beispiel für die Selbstorganisation in der unbelebten Natur, und in diesem Sinne gibt es nicht nur naturwissenschaftliche, sondern auch philosophische Bedeutung. Die grundlegenden Veränderungen in den Naturwissenschaften, die zur sogenannten Theorie der Selbstorganisation geführt haben, sind größtenteils auf die ersten Impulse zurückzuführen, die ihr russische Wissenschaftler um die Wende der 1950er/1960er Jahre gaben, als Belousov die chemische Redoxreaktion entdeckte. , von der Entstehung von Galaxien bis hin zu Tornados, Wirbelstürmen und Lichtspielen auf spiegelnden Oberflächen sind Prozesse der Selbstorganisation. Sie können sehr unterschiedlicher Natur sein: chemisch, mechanisch, optisch, elektrisch usw.

So gewinnt die angewandte Forschung beispielsweise im Bereich der Modellierung alternativer Möglichkeiten der Informationsverarbeitung (insbesondere der Analyse komplexer Mosaike mit Abstufung der Objekthelligkeit) zunehmend an Bedeutung. Eine weitere neue Richtung der angewandten Forschung ist die Untersuchung der Merkmale der Polymerisation im BZh-System oder ähnlich.

Die komplexe räumlich-zeitliche Organisation, die das BZ-System ohne Vermischung zeigte, fand im Laufe der Zeit Analogien in der Natur, in biologischen Systemen (zum Beispiel: periodische Prozesse des Zellstoffwechsels, Aktivitätswellen im Herzgewebe und im Gehirn). Gewebe, Prozesse, die auf der Ebene nicht-ökologischer Systeme ablaufen), in seinem neuen Gebiet - Synergetik (Theorie und Selbstorganisation) sowie experimentelle Arbeiten initiierten die Entwicklung der modernen Theorie dynamischer Systeme. Zwar ist heute schon ein Großteil solcher Reaktionen verstanden, doch die Ursachen, die oszillierende chemische Prozesse hervorrufen, bleiben bis zum Schluss ungeklärt.

Gegenwärtig ist die Kinetik oszillatorischer Reaktionen ein sich schnell entwickelnder Wissenszweig, der an der Schnittstelle von Chemie, Biologie, Medizin, Physik und Mathematik entstanden ist. Es war für mich sehr interessant, solche ungewöhnlichen und auf den ersten Blick unmöglichen Eigenschaften lebender Materie kennenzulernen. Aber noch mehr war ich beeindruckt, dass eine so unglaubliche Bedeutung, eine beeindruckende Entdeckung viele Jahre lang von anderen nicht wahrgenommen und von den großen Köpfen dieser Zeit einfach nicht verstanden wurde. Diese Entdeckung ging ihren dornigen Weg und nahm am Ende ihren rechtmäßigen Platz in der Weltwissenschaft ein. Asama, die Möglichkeit einer solchen Reaktion beweist einmal mehr, dass es in unserer Welt noch viel Unbekanntes und Unerforschtes gibt.

Rezepte für einige Schwingungsreaktionen

Rezept 1: Es ist notwendig, Lösungen der folgenden Substanzen basierend auf ihren Endkonzentrationen herzustellen: Malonsäure 0,2 M; Natriumbromat 0,3 M; Schwefelsäure 0,3 M; Ferroin 0,005 M. Ferroin kann durch zweiwertiges Mangan oder dreiwertiges Cersulfat ersetzt werden, aber die Farbintensität wird viel schwächer sein. Etwa 5 ml einer Lösung aller Komponenten müssen in eine Petrischale gegossen werden, so dass die Dicke der Flüssigkeitsschicht 0,5-1 mm beträgt. Nach 3-8 Minuten (Übergangszeit) sind Schwingungen und chemische Wellen zu beobachten.

Rezept 2: Gießen Sie die folgenden Lösungen in Schichten (1 ml) in eine flache transparente Küvette:

-KBrO3(0,2 mol/l)

- Malonsäure (0,3 mol/l)

- Ferroin (0,003 mol/l)

- H2SO4(0,3 mol/l)

Stellen Sie die Küvette auf ein weißes Blatt Papier. Die Reaktionsgeschwindigkeit kann durch Zugabe von Lauge oder Säure verändert werden.

Rezept 3: Benötigte Lösungen:

- Zitronensäure (40 g in 160 ml H2O)

- H2SO4(1:3).

Und auch Behänge:

-KBrO3(16 Gramm)

- Ce2(SO4)3(3-3,5 g)

Erhitzen Sie die Zitronensäurelösung auf 40°-50°C und gießen Sie dann eine Probe KBrO3 aus. Stellen Sie das Becherglas auf ein weißes Blatt Papier und fügen Sie eine Probe von Ce2(SO4)3 und einige ml H2SO4 hinzu. Der Farbwechsel beginnt sofort: gelb > farblos > gelb, mit einem Zeitraum von 1-2 Minuten.

Rezept 4: Benötigte Lösungen:

-H2O2(50ml 30%)

- KIO3(7,17 g in 50 ml H2O)

- HClO4(30 ml verdünnte Lösung)

- Malonsäure (3 g in 50 ml H2O) und Proben:

- MnSO4(1g) und etwas Stärke.

Alles in ein Glas (200-250 ml) geben, abgewogene Portionen zugeben, mit einem Glasstab umrühren. Es gibt einen Farbwechsel: farblos > gelb > blau.

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