Выполнила: Сальникова Мария, ученица 10а класса МОУ СОШ 32 «Эврика – развитие» Руководитель: Назаренко В.А., учитель химии

Актуальность «Вы смотрите на стакан с красно-лиловой жидкостью, а он вдруг становится ярко-синим. А потом снова красно-лиловым. И снова синим. И вы невольно начинаете дышать в такт колебаниям. А когда жидкость налита тонким слоем, в ней распространяются волны изменения окраски. Образуются сложные узоры, круги, спирали, вихри, или все приобретает хаотический вид.» - так описывает колебательную реакцию Белоусова –Жаботинского, профессор С.Э. Шноль. Действительно загадочно и красочно. Невольно поверишь в существование волшебников. Кажется что в макромире все уже изучено, но природа вновь приоткрывает тайны и пускает человека в мир своих загадок. Одной из таких химических загадок долгое время оставались «невероятные» колебательные реакции. Долгое время считалось, что они противоречат законам термодинамики и поэтому их существование ставилось под сомнение. Лишь в двадцатом столетии было доказано, что колебательные реакции имеют право на существование, и с тех пор они являются объектом пристального изучения химиков. Но до сих пор многое в природе и механизмах колебательных реакций остается неизученным.

Гипотеза Период колебаний будет меньше, если повысить концентрацию исходных веществ, и температуру реакции

Цели и задачи Цель Изучить колебательные реакции и условия их протекания Задачи 1. Изучить историю открытия колебательных реакций; 2. Дать понятие колебательным реакциям и рассмотреть наиболее распространенные колебательные реакции. 3. Определить является ли используемая нами реакция каталитической; 4. Выявить зависимость периода колебаний от температуры и концентрации, реагирующих веществ.

История вопроса В конце XVII века Роберт Бойль впервые наблюдал колебательную химическую реак цию, проявляющуюся в виде периодических вспышек при окислении паров фосфора. В 1921 году У. Брей опубликовал статью, в которой достаточно подробно описана первая колебательная жидкофазн ая реакция разложения пероксида водорода, катализируемая иодатом. К сожалению его работа не вызывала интереса в течение примерно 40 лет. Современная история исследований колебательных химичес ких реакций в жидкой фазе началась в 1951 году, когда Б.П. Белоусов открыл колебания концентраций окисленной и восстановительной форм церия в реакции взаимодействия лимонной кислоты с броматом, катализируемой ионами церия. Раствор регулярно менял свою окраску от бесцветной к желтой, затем снова к бесцветной. В конце 1961 года работа Б.П. Белоусова была продолжена А.М. Жаботинским, который получил колебания при использовании в качестве восстановителя в реакции Белоусова не только лимонной, но и малоновой, а также яблочной кислот.

Определение колебательных реакций. Колебательные реакции - это периодические процессы, характеризующиеся колебаниями концен траций некоторых промежуточных соединений и соответственно скоростей превращения. Наблюдаются такие процессы в газовой и жидкой фазах и особенно часто на границе раздела этих фаз с твердой фазой. Колебательными чаще всего бывают редокс-реакции, а также реакции, сопровождающиеся появлением новой фазы вещества. Причиной возникновения колебаний концентрации является наличие обратных связей между отдельными стадиями сложной реакции: положительных и отрицательных.

Реакция Белоусова-Жаботинского (Реакция Белоусова- Жаботинского – итог, по крайней мере, десяти реакций, которые можно объединить в три группы – А, Б и В.) (группа реакций А ) бромат-ион взаимодействует с бромид-ионом в присутствии Н+ с образованием бромистой и гипобромистой кислот: BrO-3 + Br-- + 2H+ = HBrO2 + HOBr (А1) Далее бромистая кислота реагирует с бромид-ионом, образуя гипобромистую кислоту: HBrO2 + Br-- + H+ = 2HOBr (А2) Гипобромная кислота, в свою очередь, реагирует с бромид-ионом, образуя свободный бром: HOBr + Br-- + H+ = Br2 + H2O (А3) Малоновая кислота бромируется свободным бромом: Br2 + CH2(COOH)2 = BrCH(COOH)2 + Br-- + H+ (А4) В результате всех этих реакций малоновая кислота бромируется свободным бромом: BrO-3 + 2Br-- + 3CH2(COOH)2 + 3H+ = 3BrCH(COOH)2 + 3H2O (А) Химический смысл этой группы реакций двойной: уничтожение бромид-иона и синтез броммалоновой кислоты. Реакции группы Б возможны лишь при отсутствии (малой концентрации) бромид-иона. При взаимодействии бромат-иона с бромистой кислотой образуется радикал BrO2. BrO-3 + HBrO2 + H+ > 2BrO2 + H2O (Б1) BrO2 реагирует с церием (III), окисляя его до церия (IV), а сам восстанавливается до бромистой кислоты: BrO2 + Ce3+ + H+ > HВrO2 + Ce4+ (Б2) Бромистая кислота распадается на бромат-ион и гипобромистую кислоту: 2HBrO2 > BrO-3 +HOBr + H+ (Б3) Гипобромистая кислота бромирует малоновую кислоту: HOBr + CH2(COOH)2 > BrCH(COOH)2 + H2O (Б4) В итоге реакций группы Б образуется броммалоновая кислота и четырехвалентный церий. Колебания концентраций основных компонентов реакции: бромистой кислоты и феррина – в фазовом пространстве представляются в виде замкнутой линии (предельного цикла). BrO-3 + 4Ce3+ + CH2(COOH)2 + 5H+ > BrCH(COOH)2 + 4Ce4+ + 3H2O (Б) Образовавшийся в этих реакциях церий (IV) (реакции группы В): 6Ce4+ + CH2(COOH)2 + 2H2O > 6Ce3+ + HCOOH + 2CO2 +6H+ (В1) 4Ce4+ + BrCH(COOH)2 + 2H2O > Br-- + 4Ce3+ + HCOOH + 2CO2 + 5H+ (В2) Химический смысл этой группы реакций: образование бромид- иона, идущее тем интенсивнее, чем выше концентрация броммалоновой кислоты. Увеличение концентрации бромид-иона приводит к прекращению (резкому замедлению) окисления церия (III) в церий (IV). В исследованиях последнего времени церий обычно заменяют ферроином.

Реакция Брея – Либавски. Двойственную роль пероксида водорода как окислителя и восстановителя Брей изучал в сотрудничестве с Колкином в 1916 году. Честь же открытия этого явления принадлежит Оже. Но хотя эти реакции и были впервые описаны Оже, только Брею в 1921 году удалось обнаружить в данной системе колебания, имеющие в условиях эксперимента затухающий характер. 5H 2 O 2 +I 2 2HIO 3 +4H 2 O 5H 2 O 2 +2HIO 3 I 2 +5O 2 +6H 2 O 1 реакция автокаталитическая и протекает с высокой скоростью. 2 реакция протекает с более медленной скоростью. (Разложение пероксида водорода катализируемое иодатом.) Наличие колебаний в данной реакции подтвердили многие исследователи: Дегн, Либавски, Нойесом, Мацузаки. Математический было доказано, что в процессе реакции осуществляются колебания иодид-ионов I-, молекулярного иода I 2 и гипоиодистой кислотой HIO.

Реакция Бриггса-Раушера (Периодические йодные часы) Автоколебательная химическая реакция. При взаимодействии пероксида водорода, йодноватой кислоты, сульфата марганца (II), серной и малоновой кислот и крахмала возникает колебательная реакция с переходами бесцветный золотой синий. В процессе этой реакции периодически изменяются концентрации I- и I 2.

Практическая часть Реакция

5H 2 O 2 +I 2 2HIO 3 +4H 2 O 5H 2 O 2 +2HIO 3 I 2 +5O 2 +6H 2 O C 6 H 8 O 6 +I 2 C 6 H 6 O 6 +2HI Суммарное уравнение данной реакции может иметь вид C 6 H 8 O 6 +I 2 +2H 2 O 2 O 2 +2H 2 O+C 6 H 6 O 6 +2HI

Влияние концентрации на период колебания

Влияние температуры на период колебания

Вывод 1. Колебательные реакции представляют собой сложные многокомпонентные системы. 2.Описанную нами реакцию можно отнести к слабоколеблющимся реакциям. 3. Концентрация исходных веществ мало влияет на период колебания данной реакции. 4. Температура оказывает влияние на период колебания, но четкой зависимости из-за нарушения условий эксперимента обнаружено не было. Гипотеза выдвинутая нами в начале работы, не подтвердилась, период колебания повышался при повышении температуры, а концентрация не оказывала влияния на период колебания.