Reação do relógio de iodo - Iodine clock reaction
A reação do relógio de iodo é um experimento clássico de demonstração do relógio químico para mostrar a cinética química em ação; foi descoberto por Hans Heinrich Landolt em 1886. A reação do relógio de iodo existe em várias variações, cada uma envolvendo espécies de iodo ( íon iodeto , iodo livre ou íon iodato ) e reagentes redox na presença de amido . Duas soluções incolores são misturadas e a princípio não há reação visível. Após um curto intervalo de tempo, o líquido repentinamente muda para um tom de azul escuro devido à formação de um complexo triiodeto-amido . Em algumas variações, a solução irá alternar repetidamente de incolor para azul e de volta para incolor, até que os reagentes se esgotem.
Variação do peróxido de hidrogênio
Este método começa com uma solução de peróxido de hidrogênio e ácido sulfúrico . A isso é adicionada uma solução contendo iodeto de potássio , tiossulfato de sódio e amido . Existem duas reações ocorrendo simultaneamente na solução.
Na primeira reação lenta, o iodo é produzido:
-
H
2O
2+ 2 I-
+ 2 H+
→ eu
2+ 2 H
2O
Na segunda reação rápida, o iodo é reconvertido em 2 íons iodeto pelo tiossulfato:
- 2 S
2O2−
3+ I
2→ S
4O2−
6+ 2 I-
Depois de algum tempo, a solução sempre muda de cor para um azul muito escuro, quase preto.
Quando as soluções são misturadas, a segunda reação faz com que o iodo seja consumido muito mais rápido do que é gerado , e apenas uma pequena quantidade de iodo está presente no equilíbrio dinâmico . Uma vez que o íon tiossulfato tenha se exaurido, essa reação para e a cor azul causada pelo complexo iodo-amido aparece.
Qualquer coisa que acelere a primeira reação encurtará o tempo até que a solução mude de cor. Diminuindo o pH (aumentando H+
concentração), ou aumentar a concentração de iodeto ou peróxido de hidrogênio irá encurtar o tempo. Adicionar mais tiossulfato terá o efeito oposto; levará mais tempo para que a cor azul apareça.
Além de usar tiossulfato de sódio como substrato, a cisteína também pode ser usada.
iodeto de iodeto de potássio é convertido em iodo na primeira reação:
2 eu-
+ 2 H + + H 2 O 2 → I 2 + 2 H 2 O
O iodo produzido na primeira reação é reduzido de volta a iodeto pelo agente redutor , cisteína. Ao mesmo tempo, a cisteína é oxidada em cistina.
2 C 3 H 7 NO 2 S + I 2 → C 6 H 12 N 2 O 4 S 2 + 2 I-
+ 2 H +
Semelhante ao caso do tiossulfato, quando a cisteína se esgota, a cor azul aparece.
Variação de iodato
Um protocolo alternativo usa uma solução de íon iodato (por exemplo iodato de potássio) ao qual uma solução acidificada (novamente com ácido sulfúrico ) de bissulfito de sódio é adicionada.
Neste protocolo, o íon iodeto é gerado pela seguinte reação lenta entre o iodato e o bissulfito:
-
IO-
3 + 3 HSO-
3 → eu-
+ 3 HSO-
4
Esta primeira etapa é a etapa de determinação da taxa. Em seguida, o iodato em excesso oxidará o iodeto gerado acima para formar iodo:
-
IO-
3 + 5 I-
+ 6 H+
→ 3 I
2 + 3 H
2O
No entanto, o iodo é reduzido imediatamente de volta a iodeto pelo bissulfito:
-
eu
2 + HSO-
3 + H
2O → 2 I-
+ HSO-
4+ 2 H+
Quando o bissulfito é totalmente consumido, o iodo sobreviverá (ou seja, sem redução pelo bissulfito) para formar o complexo azul escuro com amido.
Variação de persulfato
Esta reação de relógio usa persulfato de sódio , potássio ou amônio para oxidar íons de iodeto a iodo . O tiossulfato de sódio é usado para reduzir o iodo de volta a iodeto antes que o iodo possa complexar com o amido para formar a cor preta azulada característica.
O iodo é gerado:
- 2 eu-
+ S
2O2−
8→ eu
2+ 2 SO2−
4
E então é removido:
-
eu
2+ 2 S
2O2−
3→ 2 I-
+ S
4O2−
6
Uma vez que todo o tiossulfato é consumido, o iodo pode formar um complexo com o amido. O persulfato de potássio é menos solúvel (cfr. Site Salters), enquanto o persulfato de amônio tem uma solubilidade mais alta e é usado na reação descrita nos exemplos da Universidade de Oxford.
Variação de clorato
Uma sequência experimental de relógio de iodo também foi estabelecida para um sistema que consiste em iodo-iodeto de potássio , clorato de sódio e ácido perclórico que ocorre por meio das seguintes reações.
O triiodeto está presente em equilíbrio com o ânion iodeto e o iodo molecular :
-
eu-
3⇌ eu
2+ I-
O íon cloreto oxida o íon iodeto em ácido hipoiodoso e ácido cloroso na etapa lenta e determinante da taxa :
-
ClO-
3+ I-
+ 2 H+
→ HOI + HClO
2
O consumo de clorato é acelerado pela reação de ácido hipoiodoso a ácido iodo e mais ácido cloroso:
-
ClO-
3+ HOI + H+
→ HIO
2+ HClO
2
Mais autocatálise quando o ácido iodo recém-gerado também converte clorato na etapa de reação mais rápida:
-
ClO-
3+ HIO
2→ IO-
3+ HClO
2
Neste relógio, o período de indução é o tempo que leva para o processo autocatalítico começar, após o qual a concentração de iodo livre cai rapidamente conforme observado por espectroscopia UV-visível .