SLSection24-pulserende_klokke.tex

   1 \section{Pulserende klokke}
   2 \label{pulserendeklokke} \index{Pulserende klokke|textbf}
   3
   4
   5
   6 \subsubsection{Innledning}
   7 Dette er et veldig fascinerende forsøk, da en løsning veksler mellom
   8 klar-gul eller blå-rød helt av seg selv. Dette kan virke som rene
   9 magi, men har sin realistiske forklaring. Dette er en godt utprøvet
  10 reaksjon, men den er likevel en utfordring da en må være nøyaktig
  11 for å få den til.
  12
  13
  14 \subsubsection{Framgangsmåte}
  15 En ting må presiseres fra start av, og det er at den minste
  16 forurensing kan spolere hele forsøket. Vask utstyret i \sal og vær
  17 nøyaktig.\\
  18 \newline
  19 I et 500 ml begerglass løses 8,6 gram malonsyre
  20 (CH$_{2}$(COOH)$_{2}$) + 16 ml \sv i 300 ml destillert vann under
  21 omrøring (rørverk). Tilsett så 0,35 gram ammoniumcerium(IV)nitrat
  22 (NH$_{4}$)$_{2}$Ce(NO$_{3}$)$_{6}$, vent til gulfargen forsvinner
  23 før du tilsetter 4,9 gram Kaliumbromat KBrO$_{3}$.
  24 \index{Malonsyre} \index{CH$_{2}$(COOH)$_{2}$}
  25 \index{Ammoniumcerium(IV)nitrat}
  26 \index{(NH$_{4}$)$_{2}$Ce(NO$_{3}$)$_{6}$} Nå vil løsningen veksle
  27 mellom klar og gul hvert 50 sekund. Hvis en tilsetter 2 - 3 dråper
  28 av indikatoren ferroin (tris, fenantrolin jern(II)sulfat, vil
  29 løsningen veksle mellom rød og blå. Pass på at ferroin løsningen
  30 ikke inneholder klorid istedenfor sulfat, da klorid er en
  31 inhibitor og stopper reaksjonen. \index{Ferroin}
  32 \index{jern(II)sulfat}
  33
  34 \begin{figure}[h]
  35 \centering
  36 \includegraphics[width=1.2\textwidth]{images/klokke/osillerende1}
  37 \caption{Veksling mellom klar og gul eller rød og blå}
  38 \end{figure}
  39
  40
  41
  42 \subsubsection{Tips}
  43 En kan også bruke luminescens indikatoren
  44 tris(2,2-bipyridin)ruthenium(II). Ved å bestråle løsningen med
  45 UV-lys i mørkt rom vil den veksle mellom orange lysutsendelse
  46 (fluorescens) og mørke. \index{tris(2,2-bipyridin)ruthenium(II)}
  47 \index{luminescens indikator} \index{Fluorescens}
  48
  49
  50
  51 \subsubsection{Teori}
  52 En har enda ikke fullstendig viten om oscillerende reaksjoner, men
  53 her er et forslag. Mekanismen består av to prosesser I og II. Det
  54 er bromid konsentrasjonen som bestemmer hvilken av de to som skal
  55 gå. Ved bromid konsentrasjon som er høy går posess I, men under en
  56 viss terskel går prosess II. Prosess I forbruker bromid, slik at
  57 prosess II starter etterhvert. Men prosess II produserer broid
  58 indirekte igjen.\\
  59 \newline
  60 Cerium Ce$^{3+}$ gir klar løsning, mens Ce$^{4+}$ gir gul.\\
  61 \index{Ce$^{3+}$} \index{Ce$^{4+}$} \index{bromid}
  62 \newline
  63 Prosess I:\\
  64 \newline
  65 Br$^{-}$  +  BrO$_{3}$$^{-}$  +  2H$^{+}$  =  HBrO$_{2}$  +
  66 HOBr\\
  67 \newline
  68 Bromid reagerer med bromaten.\\
  69 \newline
  70 Br$^{-}$  +  HBrO$_{2}$  +  H$^{+}$  =  2HOBr\\
  71 \newline
  72 Bromiden reagerer også med bromsyre.\\
  73 (Br$^{-}$  +  HOBr  +  H$^{+}$  =  Br$_{2}$  +  H$_{2}$O)
  74 $\bullet$ 3\\
  75 \newline
  76 Bromid og bromsyrling danner fritt brom og vann\\
  77 \newline
  78 (Br$_{2}$  +  CH$_{2}$(COOH)$_{2}$  =  BrCH(COOH)$_{2}$  +
  79 Br$^{-}$ +  H$^{+}$) $\bullet$ 3\\
  80 \newline
  81 Malonsyren blir bromert ved at et hydrogen fra syra skiftes ut med
  82 et bromatom. Total reaksjon i prosess I blir:\\
  83 \newline \index{Malonsyre} \index{CH$_{2}$(COOH)$_{2}$} \index{Bromsyrling} \index{Brom}
  84 2Br$^{-}$  + BrO$_{3}$$^{-}$  +  3H$^{+}$   +
  85 3CH$_{2}$(COOH)$_{2}$ = 3BrCH(COOH)$_{2}$  +  3H$_{2}$O\\
  86 \newline
  87 Prosess II, hovedreaksjonen:\\
  88 \newline
  89 BrO$_{3}$$^{-}$  +  4Ce$^{3+}$  +  CH$_{2}$(COOH)$_{2}$  +5H$^{+}$
  90 = 4Ce$^{4+}$ + BrCH(COOH)$_{2}$  +  3H$_{2}$O\\
  91 \newline
  92 Vi ser her at cerium blir oksidert fra +III til +IV og løsningen
  93 blir gul. Samtidig blir bromaten redusert. Men bromid vil begynne å
  94 bli gjendannet slik at prosess I kan starte. Dette skjer etter
  95 likningen:\\
  96 \newline
  97 4Ce$^{4+}$  +  BrCH(COOH)$_{2}$  +  3H$_{2}$O  =  HCOOH  +
  98 2CO$_{2}$ +5H$^{+}$  +Br$^{-}$  +  4Ce$^{3+}$
  99
 100
 101 \subsubsection{Forsiktig}
 102 Svovelsyre virker etsende, og reagerer kraftig med vann.
 103 \index{Ammoniumceriumnitrat} \index{(NH$_{4}$)Ce(NO$_{3}$)$_{6}$}
 104 \index{Kaliumbromat} \index{KBrO$_{3}$}
 105
 106
 107
 108 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 109 \begin{table}[h]\begin{tabular}{ll}
 110   KBrO$_{3}$ & Kaliumbromat \\
 111   H$_{2}$SO$_{4}$ & Svovelsyre \\
 112   CH$_{2}$(COOH)$_{2}$ & Malonsyre \\
 113   (NH$_{4}$)Ce(NO$_{3}$)$_{6}$ & Ammoniumceriumnitrat \\
 114   Ferroin &  \\
 115 \end{tabular}
 116 \caption{Kjemikalier til forsøket - Pulserende klokke}
 117 \end{table}
 118
 119
 120
 121 \subsubsection{Referanser}
 122 \begin{description}
 123     \item[\lbrack1\rbrack] Knut Jynge $\&$~Bjørn Riise.
 124 \newblock Funny reactions.
 125 \newblock Chemistry reports, University Of Tromsø; Institute Of Mathematical
 126   and Physical Sciences, July 1985.
 127 \end{description}
 128
 129
 130 \newpage