Sledování oscilací v katalytickém reakčním systému (Bělousov-Žabotinský)
Některé složité reakce mohou vykazovat nikoliv exponenciální závislosti koncentrace reaktantů na čase, ale závislost za určitých podmínek oscilující. Příkladem je oscilační reakce Bělousov-Žabotinský (BZ). Podrobnější rozbor této zajímavé reakce je uveden například ve skriptech: J. Vohlídal: Chemická kinetika, Karolinum, Praha 2001. Přítomnost oscilace závisí na koncentraci iontů Br- . Kritická koncentrace je cca 1e-4M.
?
Úkol: Závislostí koncentrace Br- a Redox potenciálu na čase katalytického systému BZ. (Lze sledovat i absorpční spektra Ce+4 (žlutá cca 330nm a méně), popřípadě spektra ferroinu. Můžeme sledovat i vlivy (teplota, změny koncentrací, atd) na periodu oscilací. Pozor ferroin ovlivňuje významně signál z elektrod, proto vyhodnocení dat děláme z dat bez ferroinu.
Potřeby a chemikálie : Referenční kalomelová elektroda, Pt redox elektroda, Br- iontově selektivní elektroda (Br-ISE), potenciometr pro měření napětí, stopky. Stolní počítač s vhodným programem pro sběr dat. Elektromagnetická rotační mícháčka s míchadlem, 2 vyšší kádinky cca 100 ml, stojan s držákem elektrod. 1,5 M H2SO4 na ředění, 0,006M Ce(SO4)2 .4H2O v 1,5 M H2SO4, 0,187M KBrO3 v 1,5 M H2SO4, 0,807M kys. malonová (nebo 0,825M kys. citrónová) v 1,5 M H2SO4, indikátor ferroin, 0,02M KBr (na kalibrační křivku), 3 pipety 20ml.
Postup: Provádění úlohy závisí na použitém přístrojovém vybavení. Zapneme PC a seznámíme se s programem na sběr dat a obsluhou potenciometru. Způsob provádění experimentu nejprve konzultujeme s vedoucím praktika.
Oscilace s přítomností indikátoru.
Elektrody redox a Br-ISE vyjmeme z uchovávacích roztoků a upevníme do držáků. Zkontrolujeme spojení elektrod s potenciometrem propojení s PC.
Smísíme 20ml roztoku 0,006M Ce(SO4)2.4H2O v 1,5 M H2SO4 s 0,807M kys. malonovou v 1,5 M H2SO4 (roztok I). Přidáme malou pipetou 0,5ml indikátoru ferroinu.
Do kádinky s roztokem I vložíme míchadélko, vše položíme na elektromagnetickou míchačku. Ponoříme obě elektrody do roztoku I tak, aby nemohlo dojít k poškození elektrod otáčejícím se míchadlem.
Zapneme míchání a spustíme sběr signálů z elektrod (po 1sec).
Pipetou přidáme 20ml 0,187M KBrO3 v 1,5 M H2SO4 (roztok II).
Sledujeme inkubační periodu a oscilace provázené změnou barvy indikátoru. Je-li možné zvizualizujeme si signál redox a Br-ISE elektrod. Časová perioda oscilací s časem roste: 20-37sec. Zaznamenáme cca 20cyklů pro Pt a Br- elektrodu.
Oscilace bez indikátoru.
Postupujeme steně jako v předchozím pokusu, ale nepřidáváme ferroin.
Barevné změny jsou jiné. Žluté zabarvení je důsledek přítomnosti iontů Ce4+ .
Očekávané výsledky:
Obr. 1: Výsledek měření: Indukční perioda, signál z Pt elektrody, signál z ISE Br- elektrody, signál z ISE Br- po přídavky ferroinu.
Obr. 2: Detail signálu z ISE Br- eldy.
Obr. 3: Detail signálu z Pt- eldy.
Způsob vyhodnocení výsledků: Pomocí vhodného SW vytvoříme grafy. Vyhodnotíme vlivy (teplota, změny koncentrací, atd.).
protokol: Grafy 1-4: závislosti mV na čase Dále: Průměrná hodnota oscilační periody.
//
|
