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 H[2]SO[4] na ředění, 0,006M Ce(SO[4])[2 ].4H[2]O v 1,5 M H[2]SO[4],
0,187M KBrO[3] v 1,5 M H[2]SO[4], 0,807M kys. malonová (nebo 0,825M kys. citrónová) v 1,5 M
H[2]SO[4], indikátor ferroin, 0,02M KBr (na kalibrační křivku), 3 pipety 20ml.

2

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.

a)      Elektrody redox a Br-ISE vyjmeme z uchovávacích roztoků a upevníme do držáků. Zkontrolujeme
spojení elektrod s potenciometrem propojení s PC.

b)      Smísíme 20ml roztoku 0,006M Ce(SO[4])[2].4H[2]O v 1,5 M H[2]SO[4] s 0,807M kys. malonovou v
1,5 M H[2]SO[4] (roztok I). Přidáme malou pipetou 0,5ml indikátoru ferroinu.

c)      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.

d)      Zapneme míchání a spustíme sběr signálů z elektrod (po 1sec).

e)      Pipetou přidáme 20ml 0,187M KBrO[3] v 1,5 M H[2]SO[4] (roztok II).

f)        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.

a)      Postupujeme steně jako v předchozím pokusu, ale nepřidáváme ferroin.

b)      Barevné změny jsou jiné. Žluté zabarvení je důsledek přítomnosti iontů Ce^4+ .


G

Očekávané výsledky:

Textové pole: Obr. 1: Výsledek měření: Indukční perioda, signál z Pt elektrody, signál z ISE Br-
elektrody, signál z ISE Br- po přídavky ferroinu.

Textové pole: Obr. 2: Detail signálu z ISE Br- eldy.

Textové pole: 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.