Proef 16   Een vloeistof met twee kleuren tegelijk.
juni 2012

Benodigde chemicaliën en spullen:
 
Proef16a.jpg
De geoxideerde vorm van thionine.
IJzer(II)sulfaat (FeSO4·7H2O): 1,0 g
Zwavelzuur 9,26% (1 M H2SO4): 50 mL
Ged. water (H2O):250 mL
Thionineacetaat (C12H9N3S·C2H4O2): 0,029 g
Aluminiumfolie:stuk
Bekerglas:ca. 400 mL
Flesje:100 mL
Roerstaaf, reageerbuisje
Sterke lichtbron: overhead-, film- of diaprojector
   of beamer of zonlicht.

Voorbereiding:

Los 29 milligram thionineacetaat (Lauth's violet) op in 100 mL ged. water en doe de oplossing in een fles. Deze oplossing van 0,001 M is - hoewel bewaard in de koelkast bij een pH van 3,5 -  slechts enige dagen houdbaar. Doe 5 mL ervan in een reageerbuisje.
Los in een bekerglas 1,0 gram ijzer(II)sulfaatheptahydraat op in ca. 50 mL water, voeg 50 mL 1 M zwavelzuur toe en vul aan met water tot ca. 295 mL.

Uitvoering van de proef:

Dim het licht. Voeg de 5 mL thionine-oplossing toe aan het bekerglas en roer goed. De vloeistof is violet. Schakel nu de sterke lichtbron aan, en laat het licht door de vloeistof schijnen. Die wordt geleidelijk, in enige seconden kleurloos op de plaats waar het licht op- of doorvalt. Je kunt met zilverpapier een deel van het bekerglas, of een deel van het lichtgevend oppervlak van de lichtbron bedekken. Dan zie je duidelijk dat daar waar het licht doorheen schijnt, de vloeistof kleurloos is en elders paars. Het licht "brandt" zich als het ware een weg door de donkere vloeistof.
Uitschakelen van het licht maakt dat de vloeistof weer donker wordt. Aldus kun je de proef eindeloos herhalen.

Verklaring:

Fe2+ + thionine+ (violet) ⇆ Fe3+ + thionine (kleurloos)

Deze evenwichtsreactie verloopt naar rechts door licht, en naar links zonder licht. De beste resultaten zie je in een zuur milieu met pH = 2 à 3. Bij afwezigheid van zuurstof is de reactie helemaal omkeerbaar (reversibel) maar zuurstof oxideert de gereduceerde, kleurloze toestand (thionine) irreversibel, d.w.z. onom­keer­baar, naar de donkere zodat het effect wordt afgezwakt. De vloeistof verandert dan nog slechts van donkerpaars naar lichtpaars.
In plaats van een lichtbron kan ook direct zonlicht worden gebruikt, maar dan is het moeilijk te bereiken dat de beker twee kleuren tegelijk bevat.
 Proef16b.jpg
Grotendeels gereduceerd in zonlicht.

Na afloop van de proef:

Neutraliseer de oplossing met wat soda; dan kan alles zonder bezwaar door de gootsteen.

Nadere beschouwingen van de M.S.

  • Thionine is een redoxindicator, net als de bekende kleurstof methyleenblauw. Zie onderaan tabel 52B in Binas.
    Thionine is in de gereduceerde vorm kleurloos en in de geoxideerde vorm violet. De over­gangs­potentiaal is 0,06 V. Dat betekent dat de kleurloze, gereduceerde versie van thionine violet kleurt als die oxidator sterker is dan mierenzuur, HCOOH (tabel 48); dus ook met zuurstof (+0,40, in zuur +0,68) en ook met Fe3+ (+0,77).
    Fe3+ + gereduceerd thionine (kleurloos) ⇆ Fe2+ + geoxideerd thionine (violet)
    Deze reactie is naar rechts exotherm en naar links endotherm. Door energietoevoer, bij­voor­beeld in de vorm van licht, verloopt de reactie naar links en wordt het mengsel kleurloos. Het gele Fe3+ is - bij deze concentratie - kennelijk niet te zien.

  • Proef16d.gif Wat gebeurt er precies met thionine?
    De structuurformule van de violette, geoxideerde vorm zie je hier rechts. Die is bijna te raden uit de brutomolecuulformule van het acetaat (ac): C12H9N3S-ac. Die bevat erg weinig H-atomen. En aangezien het een kleurstof is, zullen er veel C-C=C-combinaties inzitten. Omdat de stof als een acetaat (CH3COO¯) wordt gebruikt, moet thionine een positief ion zijn. De structuur is symmetrisch, en "thio" betekent dat een O vervangen is door een S. Tenslotte betekent de uitgang -ine dat het een amine is, dus dat er NH2-groepen in voor zullen komen.
    Proef16c.gif Als er een elektron bij komt, gaat dat elektron niet simpelweg aan de S+ zitten maar gebeurt er meer: er ontstaat de structuur links. Dus de reactie is:
    3 e¯ + C12H9N3S+ + 2 H+ → C12H11N3S
    Vandaar dat je dit in een zuur milieu moet doen.

Klik hier voor een filmpje .WMV of hier .MP4    (0'55").

En hier voor filmpjes op YouTube.