Oszillierende Reaktion Martina Benz, Hendrik Höhnle, Thomas Müller.

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1 Oszillierende Reaktion Martina Benz, Hendrik Höhnle, Thomas Müller

2 Was ist eine oszillierende Reaktion? Unter einer Oszillierenden Reaktion versteht man eine Reaktion, die nicht linear, sondern periodisch abläuft. Es handelt sich dabei eigentlich um eine Klasse von Reaktionen, wobei als oszillierender Katalysator ein Redoxsystem anwesend ist, dessen oxidierte und reduzierte Form sich nur um eine Oxidationsstufe unterscheiden.

3 Die wichtigsten oszillierenden Reaktionen HClO 4 H 2 SO 4 bzw. HClO 4 H 2 SO 4 Säuremilieu Stärke[Fe(phen) 3 ] 2+ / [Fe(phen) 3 ] 3+ Indikator H2O2H2O2 H2O2H2O2 Redoxamphotere Verbindung Mn 2+ /Mn 3+ Ce 3+ /Ce 4+ Mn 2+ /Mn 3+ Redoxkatalysator Malonsäure Bromierbare organische Verbindung Iodat BromatAnorganisches Oxidationsmittel Briggs-Rauscher- Reaktion Bray-Liebhafsky- Reaktion Belousov- ZhabotinskyReaktion

4 Die Briggs-Rauscher-Reaktion Lösung A: 4,3 g Kaliumiodat in 100 ml Wasser Lösung B: 100 ml 10%ige Wasserstoff- peroxidlösung Lösung C: 1,6 g Malonsäure, 0,3 g Mangansulfat, 3 ml 1%ige Stärkelösung und 2 ml 60%ige Perchlorsäure werden in 40-50 ml demineralisiertem Wasser gelöst und auf 100 ml aufgefüllt

5 Die Briggs-Rauscher-Reaktion Gesamtreaktion: IO 3- + 2 H 2 O 2 + CH 2 (COOH) 2 + H 3 O + ICH(COOH) 2 + 2 O 2 + 4 H 2 O Mn 2+ Erklärt diese Reaktionsgleichung die Oszillation? Nein!

6 Die Briggs-Rauscher-Reaktion Alle Reaktionsgleichungen: Iod-System: Iod-Oxidations-System: Sauerstoff-System:Iod-Reduktions-System: Mangan-System:Organische-Säure-System: HO+HIO 2 2HOO H 2 O+HOO H 2 O 2 +O 2 HOI+I - +H 3 O + HIO 2 +I - +H 3 O + IO 3 - +I - +2H 3 O + 2HIO 2 +H 2 O IO 3 -+HIO 2 +H 3 O + IO 2+HOI I 2 +2H 2 O 2HIO+H 2 O HIO 2 +HOI+H 2 O IO 3 - +HOI+H 3 O + 2IO 2 +2H 2 O HIO 2 +IO HOI+H 2 O 2 HIO 2 +H 2 O 2 IO 3 - +H 2 O 2 +H 3 O + HOO+IO 3 - +H 3 O + HOO+I 2 +H 2 O I - +O 2 +H 3 O + HOI+O 2 +H 2 O HIO 2 +O 2 +2H 2 O O 2 +2H 2 O+IO 2 O 2 +H 3 O + +I - +I I+H 2 O 2 HO+I 2 IO+H 2 O 2 HOO+HOI HO+HOI HOO+I - +H 3 O + HOI+HO HOI+I HIO 2 +HO H 2 O 2 +IO HIO 2 +HO H 2 O+IO Mn 2+ +I+2H 2 O IO 2 +Mn 2+ +H 2 O Mn(OH) 2+ +H 2 O 2 Mn(OH) 2+ +HOI HO+Mn 2+ Mn(OH) 2+ +I - +H 3 O + HIO 2 +Mn(OH) 2+ Mn 2+ +H 2 O+HOO Mn 2+ +H 2 O+IO Mn(OH) 2+ Mn 2+ +I+2H 2 O HO +RH R+H 2 O 2 RH I 2 +Enol+H 2 O HOI+Enol H 2 O+R ROH+HO Enolform RI+I - +H 3 O + RI+H 2 O Zu Komplex!!!

7 Die Briggs-Rauscher-Reaktion Diese Gleichungen sind in Prozesse eingeteilt: Prozess C Prozess AProzess B Wir brauchen Gleichungen die uns die Oszillation erklären!

8 Prozess A I - +IO 3 - +2H 3 O + I - +HIO 2 +H 3 O + 3I - +3HOI+3H 3 O + 5I - +IO 3 - +6H 3 O + HIO 2 +HOI+2H 2 O 2HOI+H 2 O 3I 2 +6H 2 O 3I 2 +9H 2 O 3I 2 +3CH 2 (COOH) 2 +3H 2 O3ICH(COOH) 2 +3I - +3H 3 O + A1 A2 WICHTIG!!! Diese Reaktion läuft nur ab, wenn die Iodid Konzentration über einem Kritischen Wert liegt (c(I - )>c krit )

9 Prozess B HIO 2 +IO 3 - +H 3 O + 2 IO 2 +2[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ Autokatalyse des HIO2: IO 3 - +HIO 2 +2[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ +H 3 O + 2 IO 2 +2H 2 O 2HIO 2 +2[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+ 2HIO 2 +2[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+ + 2H 2 O 2HIO 2 +H 2 OHIO+IO 3 - +H 3 O + B1 B2 WICHTIG!!! Diese Reaktion läuft nur ab, wenn die Iodid Konzentration unter einem Kritischen Wert liegt (c(I - )<c krit )

10 Prozess C 2[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+ +2H 2 O 2 2OOH HIO+H 2 O 2 2H 2 O 2 +2[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+ +HIO 2[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ +2OOH H 2 O 2 +O 2 O 2 +I - +H 3 O + 2O 2 +2[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ +I - +H 3 O + C WICHTIG!!! Diese Reaktion bildet neues Iodid (I - ), so dass der Prozess A wieder starten kann.

11 Zusammenfassung Prozess C 2H 2 O 2 +2[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+ +HIO2O 2 + 2[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ + I - + H 3 O + Prozess A c(I - )>c krit 5I - +IO 3 - +6H 3 O + 3I 2 +3CH 2 (COOH) 2 + 3H 2 O 3CH 2 (COOH) 2 +IO 3 - +2I - +3H 3 O + 3I 2 +9H 2 O 3ICH(COOH) 2 +3I - +3H 3 O + 3ICH(COOH) 2 + 6H 2 O Prozess B c(I - )<c krit IO 3 - +HIO 2 + 2[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ +H 3 O + 2HIO 2 +H 2 O IO 3 - +4[Mn(H 2 O) 6 ] 2+ + H 3 O + 2HIO 2 +2H 2 O+ 2[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+ HIO+IO 3 - +H 3 O + HIO+3H 2 O+ 4[Mn(H 2 O) 5 (OH)] 2+

12 Wie kommen die Farben zustande? Wenn die Iod und Iodid Konzentrationen groß sind bildet das Iod mit der Stärke den blauen Iod-Stärke-Komplex. Wenn die Iod Konzentrationen groß ist, aber die Iodid Konzentration klein färbt sich die Lösung gelb-braun (Iod). Wenn sowohl die Iod als auch die Iodid Konzentration klein ist bleibt die Lösung farblos.