Phản ứng Briggs-Rauscher chuyển đổi màu thuận nghịch

Giới thiệu

Phản ứng Briggs-Rauscher, còn được biết đến dưới cái tên “đồng hồ chuyển đổi màu thuận nghịch”, là một trong những ví dụ minh họa phổ biến nhất của một phản ứng thuận nghịch. Phản ứng bắt đầu khi 3 dung dich không màu kết hợp với nhau. Kết quả là màu sắc của hỗn hợp sẽ thay đổi một cách tuần hoàn từ không màu, màu hổ phách và xanh dương đậm trong khoảng thời gian 3- 5 phút. Dung dịch cuối cùng kết thúc với màu xanh đen.

Nguyên vật liệu

• Dung dịch A:

Thêm 43g iodat kali (KIO₃) với khoảng 800 mL nước cất. Khuấy trong 4,5 ml acid sulfuric H₂SO₄. Tiếp tục khuấy cho đến khi KIO₃ tan hoàn toàn. Pha loãng thêm vừa đủ 1 lít.

• Dung dịch B:

Thêm 15,6g acid malonic (HOOCCH₂COOH) và 3,4 g manganese sulfate monohydrate (MnSO₄ . H₂O) với khoảng 800 ml nước cất. Thêm 4g tinh bột. Khuấy cho đến khi tan hoàn toàn. Pha loãng đến 1 lít.

• Dung dịch C:

Pha loãng 400 ml dung dịch hydrogen peroxide (H₂O₂) 30% đến 1 lít.

Bạn sẽ cần:

300ml cho mỗi dung dịch

Cốc thủy tinh 1 lít

Cá từ

Bếp khuấy từ.

Các bước tiến hành

– Cho cá từ vào trong cốc thủy tinh.

– Đổ 300ml dung dich A và B vào trong cốc thủy tinh.

– Bật máy khuấy, điều chỉnh tốc độ khuấy đủ cho quá trình trộn.

– Thêm 300 ml dung dịch C vào cốc thủy tinh. Phải chắc chắn là  thêm dung dịch C  sau khi đã trộn lẫn dung dịch A và B, nếu không phản ứng sẽ không xảy ra.

Lưu ý

Ví dụ minh họa này tạo ra iod. Nên cần mang kính bảo hộ an toàn, đeo găng tay và thực hiện thí nghiệm trong phòng được thông gió tốt, đặc biệt là dưới phần miếng đệm hệ thống thông hơi. Cần quan tâm khi chuẩn bị dung dịch bởi vì hóa chất bao gồm nhiều chất kích thích dị ứng và những chất oxy hóa mạnh mẽ.

Thu dọn sau thí nghiệm

Trung hòa Iot bằng việc chuyển hóa nó thành iođua. Thêm khoảng 10g natri thiosunfat Na₂S₂O₃ vào hỗn hợp. Khuấy đều cho đến khi dung dịch pha trộn trở nên không màu. Phản ứng giữa Iot và thiosunfat là toả nhiệt và dung dịch pha trộn có thể nóng. Để làm giảm nhiệt, có thể rửa dung dịch trung hòa này bằng nước.

Phản ứng Briggs-Rauscher

IO₃^– + 2 H₂O₂ + CH₂(CO₂H)₂ + H⁺ –> ICH(CO₂H)₂ + 2 O₂ + 3 H₂O

Phản ứng này có thể bị biến đổi thành 2 phản ứng thành phần:

IO₃^– + 2 H₂O₂ + H⁺ –> HOI + 2 O₂ + 2 H₂O

Phản ứng này có thể xuất hiện bởi một chuỗi gốc hóa học được tạo ra khi nồng độ I^– thấp, hoặc bởi ko phải chuỗi gốc hóa học khi I^– có nồng độ cao. Cả hai quá trình đều chuyển iodat thành acid hypoiodous. Acid hypoiodous tạo ra từ quá trình gốc hóa học với tốc độ nhanh hơn so với quá trình không có gốc hóa học.

Sản phẩm HOI từ phản ứng thành phần đầu tiên là một chất phản ứng trong phản ứng thành phần thứ hai:

HOI + CH₂(CO₂H)₂ –> ICH(CO₂H)₂ + H₂O

Phản ứng này cung bao gồm 2 phản ứng thành phần:

I^– + HOI + H⁺ –> I₂ + H₂O

I₂CH₂(CO₂H)₂ –> ICH₂(CO₂H)₂ + H⁺ + I^–

Kết quả dung dịch có màu hổ phách là do sự tạo ra I₂. I₂ hình thành bởi sự xuất hiện nhanh chóng HOI tạo thành trong quá trình gốc hóa học. Khi quá trình gốc hóa học này xảy ra, HOI được tạo ra nhanh hơn so quá trình tiêu thụ. Một số HOI được sử dụng trong khi đa số được giảm bớt bởi nước oxi già thành I^–. Nồng độ I­­^– ngày càng tăng đạt đến một điểm mà tại đó quá trình không có gốc hóa học giành lại khả năng điều khiển pứ. Tuy nhiên, quá trình không gốc tạo ra HOI không nhanh bằng quá trình có gốc hóa học, vì vậy màu hổ phách bắt đầu bị mất khi I₂ được tiêu thụ nhanh hơn so với quá trình tạo thành. Dần dần nồng độ I^– đủ thấp để quá trình gốc hóa học khởi động lại và do đó chu trình tự lặp đi lặp lại.

Màu xanh thẳm là kết quả Của I^– Và I₂ liên kết đối với tinh bột trong dung dịch.

Tham khảo: B. Z. Shakhashiri, 1985, Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry, vol. 2, pp. 248-256.

(Translated by Nguyen Chi Thien – Chemistry About)

<

p style=”text-align: justify;”>Nguồn Hoahocdoisong.com