exercise/jodklokke.tex

   1 \section{Jodklokke (pulserende)}
   2 \label{Jodklokke} \index{Jodklokke (pulserende)|textbf}
   3 (Oscillerende reaksjon mellom kaliumjodat og hydrogenperoksid)
   4
   5
   6 \subsubsection{Innledning}
   7 I dette forsøket vil det merkeligste skje at en løsning vil skifte
   8 mellom blåfarge og klar, med nesten like tidsintervaller. Ingen har
   9 ennå helt greid å forklare dette fenomenet, da reaksjonene skjer i
  10 en tilstand langt fra likevekt. Reaksjonen foregår i ca. 10 - 15
  11 minutter.
  12 \begin{figure}[h]
  13 \centering
  14 \includegraphics[width=0.80\textwidth]{images/jodklokke/mod_bilde1}
  15 \caption{Utstyrsoppsettet for klokkereaksjonen}
  16 \end{figure}
  17 \index{Kaliumjodat} \index{KIO$_{3}$} \index{Hydrogenperoksid}
  18 \index{Oscillerende reaksjoner} \index{\sv}
  19
  20
  21 \subsubsection{Framgangsmåte}
  22 Det er generelt viktig ved klokkereaksjoner at alt glassutstyr er
  23 rent! Lag 3 forskjellige løsninger slik:\\
  24 \newline
  25
  26 \begin{description}
  27     \item[Løsning A] Løs 21,4 gram kaliumjodat KIO$_{3}$ (bør
  28     finknuses) + 2,3 ml konsentrert \sv i 500 ml destillert vann.
  29     Tilsett svovelsyren forsiktig for å unngå syresprut.
  30     \item[Løsning B] Løs 10,4 gram malonsyre CH$_{2}$(COOH)$_{2}$ og 2,5
  31     gram mangansulfat MnSO$_{4}$  H$_{2}$O i 500 ml destillert
  32     vann.
  33     \item[Løsning C] 50 ml 35$\%$ hydrogenperoksid H$_{2}$O$_{2}$.
  34 \end{description}
  35
  36 \begin{description}
  37     \item[Løsning D] Lag også en stivelses løsning ved å koke opp
  38     150 ml destillert vann og tilsett 1 gram stivelse. Stivelsen
  39     løses bare i kokende vann. Potetmel kan benyttes.
  40 \end{description}
  41 I et 500 ml begerglass som helst står på et rørverk, blander en
  42 følgende:\\
  43 \newline
  44 170 ml løsning A + 125 ml løsning B + 125 ml løsning D og til
  45 slutt 30 ml løsning C.\\
  46 \newline
  47 Reaksjonen starter å skifte farge (oscillere) etter ca. 1/2
  48 minutt. Fargeskifte skjer fortere ved høyere temperatur, og mer
  49 langsomt hvis løsningene fortynnes med destillert vann, altså når
  50 konsentrasjonene avtar.\\
  51 Når reaksjonen slutter å gå, kan den startes igjen ved å tilsette
  52 mer H$_{2}$O$_{2}$ og \sv (20 ml H$_{2}$O$_{2}$ og 5 ml \sv).
  53
  54
  55
  56
  57
  58 \subsubsection{Teori}
  59 For fullstendig forklaring av reaksjonen henvises det til forsøket
  60 med gul pulserende klokke. Reaksjonen kan enkelt beskrives som en
  61 periodisk veksling mellom hastighetene til to reakskjoner.\\
  62 \newline
  63 \begin{description}
  64     \item[(I)] 2IO$_{3}$$^{-}$  +  5H$_{2}$O$_{2}$  +  2H$^{+}$  =  I$_{2}$  +  5O$_{2}$  +  6H$_{2}$O
  65     \item[(II)] I$_{2}$  +  stivelse  =  Blå-svart kompleks
  66     \item[(III)] I$_{2}$  +  11H$_{2}$O$_{2}$  =  2IO$_{3}$$^{-}$  +  2H$^{+}$  +  10H$_{2}$O
  67 \end{description}
  68 I reaksjonen (I) reduseres jodat til fritt jod. Fritt jod danner et
  69 blått kompleks med stivelse. Deretter oksideres jod til jodat med
  70 hydrogenperoksid. Jodkomplekset ødelegges og løsningen blir
  71 fargeløs igjen.\\
  72 \newline
  73 Legg merke til at hydrogenperoksid virker som oksidasjonsmiddel i
  74 reaksjon (I) og som et redusksjonsmiddel i reaskjon (II).\\
  75 \newline
  76 Halvreaksjoner:
  77 \begin{description}
  78     \item[Red.middel] H$_{2}$O$_{2}$  =  O$_{2}$  +  2H$^{+}$  + 2e$^{-}$
  79     \item[Oks.middel] H$_{2}$O$_{2}$  +  2H$^{+}$  +  2e$^{-}$  =  2H$_{2}$O
  80 \end{description}
  81
  82
  83
  84
  85 \subsubsection{Tips}
  86
  87 \begin{figure}[h]
  88 \centering
  89 \includegraphics[width=0.80\textwidth]{images/jodklokke/mod_bilde2}
  90 \caption{Manganionenes katalyserende virkning}
  91 \end{figure}
  92
  93 Fyll et kar (begerglass) med en vannløsning av Zalo (vaskemiddel) +
  94 hydrogenperoksid. Det skjer ingen reaksjon. Tilsett så noen korn
  95 MnSO$_{4}$, og en voldsom utvikling av bobler observeres. Tenn på
  96 boblene med ei glødende treflis som påviser O$_{2}$ utvikling. Dette
  97 skulle godt vise manganionenes katalyserende virkning.
  98
  99 \subsubsection{Forsiktig}
 100 Hydrogenperoksid H$_{2}$O$_{2}$ eretsende, og kan eksplodere hvis
 101 det blandes med konsentrerte løsninger av for eksempel mangansulfat.
 102 Konsentrert \sv er etsende og reagerer kraftig med vann.
 103
 104
 105 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 106 \begin{table}[h]\begin{tabular}{ll}
 107   Hydrogenperoksid H$_{2}$O$_{2}$ & Ap. \\
 108   Konsentrert \sv & Ap. \\
 109   Malonsyre CH$_{2}$(COOH)$_{2}$ &  \\
 110   Mangansulfat MnSO$_{4}$ $\bullet$ H$_{2}$O &  \\
 111   Kaliumjodat KIO$_{3}$ &  \\
 112   Stivelse (potetmel) &  \\
 113 \end{tabular}
 114 \caption{Kjemikalier til forsøket med Jodklokke}
 115 \end{table}
 116
 117 \index{Malonsyre} \index{CH$_{2}$(COOH)$_{2}$} \index{Mangansulfat}
 118 \index{MnSO$_{4}$ $\bullet$ H$_{2}$O} \index{Kaliumjodat}
 119 \index{KIO$_{3}$} \index{Stivelse} \index{Hydrogenperoksid}
 120 \index{H$_{2}$O$_{2}$}
 121
 122 \nocite{jynge}
 123
 124 \printbibliography