Reaksi jam iodin

Reaksi jam iodin adalah percobaan demonstrasi jam kimia klasik untuk memperlihatkan kinetika kimia secara langsung; reaksi ini ditemukan oleh Hans Heinrich Landolt pada tahun 1886.^[1] Reaksi jam iodin memiliki beberapa variasi; masing-masing melibatkan spesies iodin (ion iodida, iodin bebas, atau ion iodat) dan reagen redoks di mana terdapat pati. Dua larutan yang tidak berwarna dicampur dan pada awalnya tidak ada reaksi yang tampak. Setelah waktu yang singkat, cairan tiba-tiba berubah menjadi warna biru gelap akibat terbentuknya kompleks triiodida-pati. Dalam beberapa variasi, larutan akan berulang mengalami siklus dari tak berwarna menjadi biru dan kembali ke tidak berwarna, sampai reagen habis.

Variasi hidrogen peroksida

Reaksi ini dimulai dari larutan hidrogen peroksida dengan asam sulfat. Kepadanya ditambahkan larutan yang mengandung kalium iodida, natrium tiosulfat, dan pati. Ada dua reaksi yang terjadi dalam larutan.

Pada yang pertama, reaksi lambat, dihasilkan iodin:

H₂O₂ + 2I⁻ + 2H⁺ → I₂ + 2H₂O

Pada yang kedua, reaksi cepat, iodiun dikembalikan menjadi 2 ion iodida oleh tiosulfat:

2S₂O₃²⁻ + I₂ → S₄O₆²⁻ + 2I⁻

Setelah beberapa waktu, larutan selalu mengalami perubahan warna menjadi biru yang sangat gelap, hampir hitam.

Ketika larutan-larutan dicampurkan, reaksi yang kedua menyebabkan ion triiodida dikonsumsi jauh lebih cepat daripada dihasilkan, dan hanya sejumlah kecil triiodida berada dalam kesetimbangan dinamis. Setelah ion tiosulfat habis, reaksi ini berhenti dan warna biru yang disebabkan oleh kompleks triiodida – pati muncul.

Apapun yang mempercepat reaksi pertama akan memperpendek waktu sampai larutan berubah warna. Penurunan pH (peningkatan konsentrasi H⁺), atau meningkatkan konsentrasi iodida atau hidrogen peroksida akan memperpendek waktu. Menambahkan lebih banyak tiosulfat akan memiliki efek sebaliknya; akan lebih lama warna biru muncul.

Varisasi iodat

Protokol alternatif memanfaatkan larutan ion iodat (misalnya kalium iodat) yang kepadanya larutan natrium bisulfit yang diasamkan (lagi-lagi dengan asam sulfat) ditambahkan.^[2]

Dalam protokol ini, ion iodida dihasilkan melalui reaksi lambat antara iodat dan bisulfit:

IO₃⁻ + 3 HSO₃⁻ → I⁻ + 3 HSO₄⁻

Inilah langkah yang menentukan tingkat (laju). Iodat yang berlebihan akan mengoksidasi iodida yang dihasilkan seperti di atas untuk membentuk iodin:

IO₃⁻ + 5⁻ + 6 H⁺ → 3 I₂ + 3 H₂O

Namun, iodin langsung tereduksi kembali menjadi iodida oleh bisulfit:

I₂ + HSO₃⁻ + H₂O → 2 I⁻ + HSO₄⁻ + 2 H⁺

Ketika bisulfit sepenuhnya dikonsumsi, iodin akan bertahan (yaitu, tidak ada reduksi oleh bisulfit) membentuk kompleks biru tua dengan pati.

Variasi persulfat

Reaksi jam ini menggunakan natrium, kalium, atau amonium persulfat untuk mengoksidasi ion iodida menjadi iodin. Natrium tiosulfat digunakan untuk mereduksi iodin kembali menjadi iodida sebelum iodin membentuk kompleks dengan pati membentuk warna karakteristik biru-hitam.

Iodin dihasilkan:

2 I⁻ + S₂O₈²⁻ → I₂ + 2 SO₄²⁻

Lalu diubah:

I₂ + 2 S₂O₃²⁻ → 2 I⁻ + S₄O₆²⁻

Begitu semua tiosulfat terpakai, iodin dapat membentuk kompleks dengan pati. Kalium persulfat kurang larut (cfr. Salters website) sementara amonium persulfat memiliki kelarutan yang lebih tinggi dan digunakan menggantikan dalam reaksi pada contoh dari Oxford University.^[3]

Variasi Klorat

Serangkaian jam iodin eksperimental telah dibuat dengan sistem yang terdiri atas iodin kalium-iodida, natrium klorat and asam perklorat dengan reaksi berikut.^[4]

Triiodida berada dalam kesetimbangan dengan anion iodida dan iodin molekuler:

I₃⁻ ⇄ I⁻ + I₂

Ion klorat mengoksidasi ion iodida menjadi asam hipoiod dan asam klor dalam langkah penentu laju yang lambat:

ClO₃⁻ + I⁻ + 2 H⁺ → HOI + HClO₂

Pemakaian klorat dipercepat dengan reaksi asam hipoiod menjadi asam iod dan asam klor yang lebih banyak:

ClO₃⁻ + HOI + H⁺ → HIO₂ + HClO₂

Otokatalisis lebih lanjut ketika asam iod yang baru terbentuk juga mengubah klorat dalam langkah reaksi yang paling cepat:

ClO₃⁻ + HIO₂ → IO₃⁻ + HClO₂

Untuk jam ini, periode induksi adalah waktu proses otokatalisis dimulai setelah konsentrasi iodin bebas menurun tajam sesuai observasi spektroskopi UV/VIS.

Referensi

↑ See:
↑ "Experiment 6: THE RATE LAWS OF AN IODINE CLOCK REACTION" (PDF). Diarsipkan dari asli (PDF) tanggal 2018-05-17. Diakses tanggal 2018-05-28.
↑ Hugh Cartwright (2006). "Kinetics of the Persulfate-iodide Clock Reaction" (PDF). 2nd/3rd Year Physical Chemistry Practical Course. Oxford University. Diakses tanggal 25 Maret 2018.{{cite web}}: Pemeliharaan CS1: Tanggal diterjemahkan otomatis (link)
↑ André P. Oliveira and Roberto B. Faria (2005). "The chlorate-iodine clock reaction". J. Am. Chem. Soc. 127 (51): 18022–18023. doi:10.1021/ja0570537. PMID 16366551.