Хімічний годинник
Хімічні реакції йдуть дуже швидко і, як правило, починаються відразу після змішування реагентів. Однак із цього правила є винятки. Реакційна суміш може залишатися якийсь час безбарвною, а потім миттєво забарвитися. Хочете через п'ять секунд, хочете через десять; ви самі можете поставити "хімічний годинник" на потрібний час.
Приготуйте два розчини. Склад першого: 3,9 г йодату калію KIO3 на літр води. Склад другого: 1 г сульфіту натрію Na2SO3, 0,94 г концентрованої сірчаної кислоти (обережно!) і небагато, кілька мілілітрів крохмального клейстеру теж на літр води. Обидва розчини безбарвні та прозорі.
Відміряйте по 100 мл обох розчинів і швидко, краще при перемішуванні, налийте другою до першого. Дослід зручніше ставити вдвох - нехай ваш товариш відразу ж почне відлік часу за секундоміром або годинником з секундною стрілкою. Через шість-вісім секунд (точний час залежить від температури) рідина миттєво забарвиться у темно-синій, майже чорний колір.
Тепер відміряйте знову 100 мл другого розчину, а 50 мл першого розбавте водою рівно вдвічі. З секундоміром в руках ви переконаєтеся, що час, що минув з моменту зливання розчинів до їх фарбування, також збільшиться вдвічі.
Нарешті, змішайте 100 мл другого розчину з 25 мл першого, розбавленого водою вчетверо, тобто до тих же 100 мл. "Хімічний годинник" працюватиме вчетверо довше, ніж у першому досліді.
Цей дослід демонструє один із фундаментальних хімічних законів — закон дії мас, згідно з яким швидкість реакції пропорційна концентраціям реагуючих речовин. Але ось у чому питання: чому розчини забарвлюються миттєво після паузи, а не рівномірно та поступово, як цього слід очікувати?
Сірчана кислота у розчині витісняє йодат- та сульфіт-іони з їх солей. При цьому в розчині утворюється йодоводнева кислота HI, але живе вона недовго і відразу вступає у взаємодію з йодною кислотою HIO3. В результаті виділяється вільний йод, він-то і дає кольорову реакцію з крохмалем.
Якби все йшло саме так, то розчин і темнів поступово, у міру виділення йоду. Однак паралельно йде ще один процес: сірчиста кислота Н2SO3 реагує з вільним йодом і знову утворюється йодоводнева кислота. Ця реакція йде швидше за попередню, і йод, не встигнувши пофарбувати крохмаль, знову відновлюється до IO3-.
Виходить, що фарбування не повинно з'явитися зовсім? Зверніть увагу: у ході реакції сірчиста кислота безперервно витрачається, і як тільки вся вона перетвориться на сірчану, йоду ніщо вже не заважатиме реагувати з крохмалем. І тоді розчин миттєво забарвиться у всьому об'ємі.
Розбавляючи розчин удвічі та вчетверо, ви зменшували концентрацію іодату калію, і швидкість реакції зменшувалася пропорційно.
Пояснення, здається, зайняло більше часу, ніж сам дослід із "хімічним годинником".
