A jodát-arzénessav reakció bolondóra viselkedése és determinisztikus kinetikai leírása

Abstract

A jodát-arzénessav reakció számos „egzotikus” kémiai jelenség kísérleti demonstrálására alkalmas rendszer. A kinetikai leírást legtöbbször egy kétlépéses modellel hajtják végre, melyek a Dushman- és Roebuck-reakciókból áll. Külön érdekessége a rendszernek, hogy noha igen szélesköruen tanulmányozott, a bolondóra jellegu viselkedés (l. 3. oldal) elkerülte a kutatók figyelmét, mely pufferelt körülmények között is megfigyelheto. A jodát–arzénessav rendszerben pufferelt közegben, jodátfelesleg alkalmazása esetén bizonyítottuk a bolondóra viselkedést. A leírás érdekében 1290 független kinetikai mérést végeztünk el, kiegészítve a keverés hatékonyságának vizsgálatával egy modellrendszeren keresztül. A keverési sebesség szisztematikus változtatásával bizonyítottuk, hogy a hatékonyabb keverés hosszabb átlagos Landolt-idot eredményez. A keverés módjának változtatása azt bizonyította, hogy a reakció kimenetelének szempontjából az indítás pillanatában kialakuló inhomogenitások dönto fontosságúak, azonban a késobb fellépo keverési elégtelenségeket sem szabad elhanyagolnunk. A teljes oldattérfogat és a reaktor geometriája is jelentos hatással van a mért eloszlásgörbékre, a különbözo keveredések miatt. Bizonyítottuk azt a feltételezést, miszerint közel tökéletes kezdeti keverés esetén kis pH beállítása esetén a kinetikai görbék reprodukálhatóvá válnak, és stopped-flow idoskálára kerülnek. Az így nyert mérési eredményeket egy ötlépéses, egyszeru kinetikai modellel sikerült megillesztenünk, mely egyszerusége mellett megfeleloen leírja a rendszer fobb karakterisztikáját. Ez két, gyors eloegyensúlyt tartalmaz, továbbá egy, a jodát és az arzénessav között lejátszódó közvetlen reakciót. Ily módon az irodalomban széles körben elterjedt nézettel szemben a kezdeti jodidszennyezés nélkül is leírhatóvá válik a rendszer. A Roebuck-reakciót jellemzo kísérleti görbéket egy olyan kinetikai modellel sikerült leírnunk, amely elemi, vagy kvázi-elemi reakciósoron keresztül képes értelmezni a reakciót jellemzo jodid- és protoninhibíciót. A Dushman-reakció érzékeny az alkalmazott közegre, így a közegfüggo kinetikai paraméterek illesztését elvégeztük. A leíráshoz öt további kémiai reakciót vettünk figyelembe. Ezt követoen az összes (determinisztikus kinetikai) mérés illesztésével a két alrendszer és a jodát–arzénessav reakció leírását, 13 kémiai reakció figyelembevételével sikerült megoldanunk.