Proef 01   Uitgestelde reactie: de chemische wekker.
maart 2012

Benodigde chemicaliën en spullen:

 Proef01b.jpg
De spullen voor de proef.
Gedemineraliseerd water (H2O):0,6 L
Natriumwaterstofsulfiet (NaHSO3) of
    natriummetabisulfiet (Na2S2O5):		 0,1 g
Kaliumjodaat (KIO3):0,6 g
Natriumwaterstofsulfaat (NaHSO4):0,3 g
Natriumthiosulfaat (Na2S2O3·5H2O): 0,7 g
Amylose, t.w. stijfsel, bijv. Crackfree of Maizena of aardappelmeel: 0,5 g
Bekerglazen van ca 250 mL:3
Glazen potten met deksel, reageerbuisjes

Voorbereiding:

Doe het stijfsel of zetmeel of amylose in een bekerglas of pannetje en voeg 100 mL water toe. Breng het aan de kook zodat het is opgelost en voeg 100 mL water toe. Laat afkoelen. Los ondertussen in een reageerbuis het natrium(meta)waterstofsulfiet op in wat water en doe dat ook bij het opgeloste zetmeel. Dit is oplossing I.
Doe nu 0,3 gram kaliumjodaat in een reageerbuis en los op in wat water. Doe dit in een bekerglas en vul aan tot 200 mL. Dit is oplossing II.
Maak precies zo nog een oplossing, maar doe daar het natriumwaterstofsulfaat bij dat je ook hebt opgelost in een reageerbuisje. Dit is oplossing III.

De proef:

Doe in een reageerbuisje of limonadeglas wat van oplossing I en in een ander buisje of glas een ongeveer gelijke hoeveelheid van oplossing II.
Als je het ene leeg giet in het andere, gebeurt er aanvankelijk niets. Maar na een aantal minuten wordt de kleurloze vloeistof plotseling blauw.
Doe hetzelfde met de oplossingen I en III. Ook nu gebeurt er aanvankelijk niets, maar na enige tijd wordt dit mengsel ook blauw. Als je de tijden hebt opgenomen, merk je dat het veel sneller gaat met de aangezuurde oplossing III.
Als je snel na het mengen van de oplossingen extra water toevoegt, gaat het juist langzamer. Je kunt proefondervindelijk vaststellen hoe lang de reactie op zich laat wachten bij welke concentraties jodaat, waterstofsulfiet en waterstofsulfaat.
Merk overigens op dat in proef 30 dezelfde reacties een rol spelen.

Dit spectaculaire scheikundige verschijnsel is reeds in 1886 beschreven door H. Landolt en wordt daarom ook wel de Landolt-reactie genoemd.

Na de proef:

Los het natriumthiosulfaat op in wat water. De blauwe oplossingen kun je kleurloos maken door een scheutje thio-oplossing toe te voegen. Dat reageert met het vrije jodium, zodat de afvalproducten zonder probleem door de gootsteen kunnen.

Nadere beschouwingen van de M.S.

  • Dit zijn de reacties die zich voordoen bij deze proef:
    (1) IO3¯ (aq)+ 3 HSO3¯ (aq) → I¯ (aq) + 3 SO42¯ (aq) + 3 H+(aq)
    (2) IO3¯ (aq) + 8 I¯ (aq) + 6 H+ (aq) → 3 I3¯ (aq) + 3 H2O
    (3) I3¯ (aq) + HSO3¯ (aq) + H2O → 3 I¯ (aq) + SO42¯ (aq) + 3 H+(aq)
    (4) 2 I3¯ (aq) + amylose ↔ donkerblauw amylose-I5¯complex + I¯ (aq)

    Als je blauw wilt kijgen, moet je van IO3¯  naar I3¯. Maar bij reactie (1) schiet je door naar I¯ . (Eerste rode pijl). Dat I¯  kun je gebruiken in reactie (2) (Eerste blauwe pijl). Reactie (2) levert wel het gewenste product I3¯. (Tweede rode pijl).
    Proef01c.gif Maar helaas! HSO3¯ (als er nog wat van is) gooit roet in het eten: het laat in reactie (3) weer I¯  ontstaan. (Tweede blauwe pijl en derde rode pijl).
    Maar één troost: I¯  laat reactie (2) herkansen (derde blauwe pijl) en doet weer het gewenste I3¯  ontstaan. Tenzij er nog weer HSO3¯  over is, dan wordt de gesloten loop (cirkelgang, linksom, iets dikker aangegeven) nogmaals doorlo­pen, waarbij wel HSO3¯  nodig is en verbruikt wordt. Deze loop wordt net zo vaak doorlopen tot het HSO3¯  op is. Dan wordt I3¯ niet meer weggereageerd en treedt er blauwkleuring op. De hoe­veelheid HSO3¯  is dus doorslaggevend voor de tijd dat het duurt voor de blauwe kleur verschijnt. IO3¯  moet ondertussen niet opraken: het is een voeding voor de loop.

  • Je ziet dat de kloktijd afhangt van de concentraties van de stoffen in vergelijking (1). Halvering van de concentratie van één van beide componenten leidt tot een verdubbeling van de tijd. Dat valt gemakkelijk te controleren door de proef te herhalen met andere concentraties. Overigens is de tijd eveneens afhankelijk van de temperatuur. Zoals bekend verlopen chemische reacties ongeveer twee keer zo snel bij een verhoging van de temperatuur met 10°C.

  • Wat betreft het verwijderen van het jodium met natriumthiosulfaat het volgende.
    Vrij jodium - en daaronder valt ook I3¯ - is schadelijk voor het milieu. Daarom zet je het om in jodide, I¯, dat nauwelijks schadelijk is. Dat geldt voor halogenen in het algemeen. Chloorgas is uiterst giftig maar Cl¯ niet.
    Natriumthiosulfaat is een reductiemiddel dat korte metten maakt met de schadelijke variant:
    2 S2O32- → S4O62- + 2 e¯
    I3¯ + 2 e¯ → 3 I¯
    2 S2O32- + I3¯ → S4O62- + 3 I¯
    Dit staat ook in Binas, tabel 48.
    Zolang er nog jodaat is kan er nieuw I3¯ worden gevormd volgens reactie (2). Dat wordt dan door (meer) thiosulfaat ook weer omgezet in jodide. Je kunt dus waarnemen dat de oplossing helder wordt, maar even later weer blauw. Dan doe je er dus nog wat thio-oplossing bij, totdat de kleur niet meer terugkomt.

  • Deze reactie ligt ook ten grondslag aan de zogenaamde jodometrie, maar die wordt hier niet behandeld.

Klik hier voor een filmpje .WMV of hier .MP4    (4'16").

En hier voor filmpjes op YouTube.