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: Pt redox elektroda, Br^- iontově selektivní elektroda (Br-ISE), potenciometr
Mettler Toledo, notebook s vhodným programem pro sběr dat (Seven Multi). Elektromagnetická rotační
mícháčka s míchadlem, 2 vyšší kádinky cca 100 ml, stojan s držákem elektrod. 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, 3 pipety 20ml.

2

Postup: Zapneme notebook a seznámíme se s programem na sběr dat a obsluhou potenciometru.

Oscilace s přítomností indikátoru.

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

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.
Obě elektrody 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 (viz návod na přístroj Mettler Toledo a
program Seven Multi).

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 a změnami
signálů Pt a Br-ISE elektrod. Časová perioda oscilací s časem roste. Délka periody činí asi 90 s.
Zaznamenáme cca 20 cyklů pro Pt a  Br- elektrodu.

Oscilace bez indikátoru.

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

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

:

Způsob vyhodnocení výsledků: Pomocí vhodného SW vytvoříme grafy. Vyhodnotíme vlivy (teplota, změny
koncentrací, atd.).

?

protokol: Grafy 1-4: závislosti potenciálů elektrod na čase (signály z Pt elektrody a Br^-
elektrody s ferroinem i bez ferroinu). Graf 5: Zobrazení atraktoru oscilace ve fázovém prostoru
(závislost signálu Pt elektrody na signálu Br^- elektrody) Dále: průměrná hodnota oscilační periody
pro všechny oscilace (Pt elektrody a Br^- elektrody s ferroinem i bez ferroinu).

G

Očekávané výsledky:

                  Obr 1: Závislost signálu Br^- elektrody na čase, s indikátorem


  Obr 2: Atraktor oscilace ve fázovém prostoru (závislost signálu Pt elektrody na signálu z Br^-
                                     elektrody, s indikátorem)