Исследовательский проект «Химические часы»

Слайд 1

Слайд 2

Задание : Вы оказались в закрытом вентилируемом помещении без окон с искусственным освещением. У вас есть разумный набор реактивов (считаем, что это реактивы, которые производятся в количествах более 10 тонн в год) и стеклянного оборудования, но нет ни одного прибора, способного измерять время. Предложите устройство, способное отмерять равные промежутки времени с помощью химической реакции. Опишите принцип их работы, укажите протекающие в устройстве химические реакции, а также оцените надежность и факторы, влияющие на продолжительность измеряемых промежутков времени.

Слайд 3

Модель решения : 3. Решить (в ыполнить действия : теоретическое и химическое обоснование задачи) 1. Понять задачу Связать условие и вопросы 2. Изучить источники информации Выдвинуть гипотезу (план решения) 4.Сравнить результат с предполагаемым.

Слайд 4

Теория: Среди реактивов, которые производят более 10 тонн в год можно выделить: соляную и серную кислоту, многие органические кислоты и соли.

Слайд 5

Решение: Химические реакции идут очень быстро и, как правило, начинаются сразу же после смешения реагентов. Однако есть исключения. Реакционная смесь может оставаться какое-то время бесцветной, а затем мгновенно окраситься. Хотите - через пять секунд, хотите - через десять: мы можем сами поставить "химические часы" на требуемое время.

Слайд 6

Оборудование: Вещества: 4 г. пищевой лимонной кислоты, два кремня для зажигалок ( содержат соединения церия (III и IV ), 12 мл. раствора серной кислоты (1:2), 1,7 г. бромата калия KBrO3 . H 2 SO 4 KBrO 3

Слайд 7

Ход опыта: Приготовим 2 раствора. 1 раствор: два кремня от зажигалок (катализатор) серная кислота. 2 раствор: – в 10 мл. горячей воды растворим лимонную кислоту и бромат калия.

Слайд 8

Ход опыта: Для полного растворения веществ смесь слегка подогреем раствор. Приготовленные растворы быстро сольем вместе и перемешаем стеклянной палочкой. Появляется светло-желтая окраска .

Слайд 9

Ход опыта: Меняется на темно-коричневую, но спустя 20 сек. вновь становится желтой. Происходит периодическая сменяемость цвета раствора.

Слайд 10

Ход опыта: Затем раствор помутнеет, выделяться пузырьки оксида углерода (IV), а промежутки чередования цвета раствора постепенно увеличиваются в строго определенной последовательности: каждый следующий промежуток больше предыдущего на 10-15 сек.

Слайд 11

Химические реакции: Механизм химических реакций можно объяснить как окислительно-восстановительный процесс, в котором роль окислителя выполняет бромноватая кислота , а восстановителя – лимонная: KBrO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + HBrO 3 9HBrO 3 + 2C 6 H 8 O 7 = 9HBrO + 8H 2 O + 12CO 2 9HBrO + C 6 H 8 O 7 = 9HBr + 4H 2 O + 6CO 2

Слайд 12

Результат: Изменение цвета раствора происходит под действием катализаторов – соединений церия , которые в свою очередь так же меняют степень окисления, но до определен-ной концентрации иона, после чего происходит обратный процесс. Недостатки химических часов: Промежутки времени увеличиваются, Реакция заканчивается по мере расходования окислителя и кислоты.

Слайд 13

Из истории Реакция Белоусова — Жаботинского — класс химических реакций , протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

Слайд 14

Из истории: В настоящее время под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по механизму, но различающихся используемыми катализаторами (Ce 3+ , Mn 2+ и комплексы Fe 2+ , Ru 2+ ), органическими восстановителями ( малоновая кислота , броммалоновая кислота , лимонная кислота , яблочная кислота и др.) и окислителями ( броматы , иодаты и др.). При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования универсальных закономерностей нелинейных систем. В частности, именно в реакции Белоусова — Жаботинского наблюдался первый экспериментальный странный аттрактор в химических системах и была осуществлена экспериментальная проверка его теоретически предсказанных свойств.

Слайд 15

Из истории: Простейшая модель, предложенная Пригожиным которая имеет колебательную динамику. I A → X II B + X → Y + D III 2X + Y → 3X (автокатализ) IV X → E V A + B → E + D

Слайд 16

Источники информации: http://chem21.info/info/1528005/ Главная / Библиотека / В популярных журналах / «Наука и жизнь» «Наука и жизнь» №2, 2011 https://ru.wikipedia.org/wiki ХиМиК.ру