時計反応


はじめに

 どうもおはこんばんちは!これから時計反応について解説をさせていただくKENTです!よろしくおねげ〜しますだ。m(_ _)m
 さて,時計反応とはいったいどういう反応でしょう?文化祭で僕の実験をみてくれた人なら分かりますよね!ここで,「やべ〜よ。俺冊子だけもらって帰っちゃったからな〜。」というあなた!ご安心を。なんとこの実験,家でも出来ます!是非やってみてください!
 さてさて,前置きはこれくらいにしてさっそく実験に入っていきたいと思います。

時計反応とはなんぞや?

 時計反応は,一般的に酸化還元を利用してヨウ素でんぷん反応を起こし,一定時間経過後に溶液の色を一瞬のうちに変化させるという実験です。こんな風に文字でずらずら書かれても分からないと思います。何度も言うようですが,是非ご家庭でやってみて下さい!絶対に感Doするはずです!よろしこ!

 時計反応その1
 〜HSOイオンとIOイオンとの反応〜

 ここで言いますが,実はわたくし3年生。そう,受験生です。ですからのんびりのんびり実験をやっていられる時間は無いのです!ということで去年の冊子を参考に,ある程度書いてしまおうと思います。読者の方々のご理解をお願いいたします。
 私いっけんまともそうな理由を言っておりますが,半分以上単に手を抜いているだけです。より一層のご理解願います。くり返しますが単なる受験生なのであまり触らないで下さいね。(^_^!)

1.実験その1 〜とにかくDoしてみましょう〜

 <実験に使うもの>

 器具: メスシリンダー、ビーカー、ピペット、ストップウォッチ

 試薬: ヨウ素酸カリウム(KIO3)、無水亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)、可溶性デンプン

 1−1.反応液をつくる

 はじめに説明する今回の時計反応は,A液とB液の2つの溶液を混ぜることによって反応がはじまるタイプなので,まずこの2液をつくります。

 A液 : ヨウ素酸カリウム(KIO3)2.14gを水に溶かして1Lの溶液とする。
 (ようするに約0.02mol/l溶液を作る)
 コレダケ!

B液 : 自分の感覚で約4gの可溶性デンプンを熱水に溶かす。これに水を加え1Lの溶液とし、冷やす。そして0.3gの無水亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)を溶かし、更に1mol/lの硫酸を10ml加える。溶液温度によって反応速度が 変わることを考慮し,室温と同じ温度になるまで溶液を冷やす。

完〜成〜!

 1−2.〜Doする〜

 さっそくできた溶液を混合してみましょう。混合する割合は,体積比でA液:B液=1:1でやってみました。
 A液にB液を加えてみる。・・・しばらくすると,おお〜!!変わった変わった!みごとに鮮やかな青紫色がでてくれました!(ここのリアクション去年と全く同じです・・・。)
 ちなみに今回の色が表れるまでの時間は約32秒。あれ?おかしいなあ〜。本には18〜20秒の間で反応すると書いてあって,これとずれている分には去年と一緒なのですが,去年の24秒というタイムよりさらに遅くなっている。なぜだ?・・・・・・・・・・(考察中)・・・・・・・・・・そうだ!去年も今年も古い硫酸を使っているので,硫酸の脱水作用のせいで硫酸がかなり薄まっていて,それをそのまま使っていたんだな。納得に至る。それにしても富士高の硫酸はいい加減だなあ・・・。(;´Д`)
 さて,そんなら時間をそろえてしまおうということで,さらに適当に硫酸を加え,反応速度を約10秒である10秒38にセットしました。
 そんでもってここからが化学部の研究活動らしいところです。溶液の濃度によって,反応時間がどのように変わるかについて調べてみました。結果はかなりさきのほうにある表に記します。

2.変化を付けてじっけ〜ん

 2−1ー1.硫酸銅水溶液(CuSO4 aq)を加えてみる
 この方法は、この時計反応が出ているのとは別の本で、しかも違う時計反応の実験の欄に触媒として出ていたものを、伏見先生にすすめられてやってみた。
 まずは、てきと〜に10mlとったB液の中へ3滴ほどポタポタと入れてやってみる。色が現れるまでの時間は20秒41秒。お〜、確かに反応速度が速くなっている!調子に乗って今度は1ml入れてみる。するとタイムは16秒31.確実に速くなっている。とりあえず成功〜!!

 2−1−2.硫酸(H2SO4)を加えてみる

 この方法はこの実験が出ていた本にあったもの。入れればタイムが早くなるらしい。そこでまたてきと〜に10mlのB液に対し、ピペットで1mol硫酸を2ml入れてみる。混合し、タイムを計ろうとしたら入れ反!(入れてすぐ反応)。なんだよう〜(チューヤン)。これが硫酸のなせる力なのか!
 ということなので、0.5molにして再度やってみる。タイムは4秒13。硫酸パワーってすげーな−(-_-)ここでは硫酸も触媒として働く事が分かった。
 触媒・・・と言えば購買。今日購買でカレーを買ったら、食を求めて集まる人の波にカレーはおされてもまれて・・・。あげくの果てにカレー転覆!ビニール袋の中はカレー地獄とかしていた・・・・(泣)。結局食べたが、服に机にカレーが!ましてや携帯にまで!僕の机一帯にカレー臭をまきちらし、カレー臭いと言われまくった昼飯だった・・・。

 

 2−1−3.溶液を薄めた場合の反応速度の比較

溶液を薄めた場合の反応速度の表 

 A液を体積比で薄めたときの反応時間(B液いじってません)

A液 100%

・・・
10秒38
90%

・・・
12秒18
85%

・・・
13秒38
80%

・・・
14秒19
75%

・・・
15秒03

上記の割合の溶液を作って,各々の濃度の溶液を一斉に混ぜると,順々に色が表れる様が見られて大変面白いです。(*^o^*)

反応速度の表 その2 昨年の結果

 全て体積比によって薄められた溶液による反応の結果を表しています。硫酸イオンにかかわる結果の部分は,A液20mPに対してB液20mPを反応させるときに,硫酸銅と硫酸を各々B液に加えた場合です。前記の表とはB液に加えた硫酸の量が違うため,上記の表とは反応時間の関係はありません。

A液 100%

・・・
23秒56
90%

・・・
26秒87
80%

・・・
27秒90
60%

・・・
36秒59
40%

・・・
59秒38

・・・
B液 80%

・・・
32秒71
60%

・・・
100秒69

ついでに

硫酸銅3滴

・・・
20秒41
1ml

・・・
16秒31
1mol硫酸0.5ml

・・・
4秒13

 あ〜,去年も同じリアクションしたけれど,B液を薄めたときのこの遅さはいったい何なんでしょう?僕はこの1年間不思議に思ったまま原因解明をしてこなかったからなあ・・・(;___)。ということで,原理解説を書きながら考えればなんか自ずから答えが見えてくるんじゃあねえの?という楽観的な考えをいだきつつ,流れで原理解説に移っていきたいと思います。

2−2.原理解説

 時計反応の色は皆さんごぞんじのヨウ素でんぷん反応の色です。それでは化学式も混ぜながら詳しい原理解説をしていきたいと思います。

 まずA液の中には,よう素酸カリウムが電離してK+というイオンとI03-というイオンが存在している。
-方B液では,はじめに入れたデンプンは変化せず,後から溶かした無水亜硫酸ナトリウム(Na2S03)が次のように反応し,電離する。

Na2S03 + H+ → Na+ + HS03- + Na+

 ここで全てのヒドロニウムイオン(H+)が反応;してしまうわけではないらしい。
 2液を混ぜるとまず次のような反応がおこる。

I03- + 3HS03- → I-3S042- + 3H+ ・・・ (1)

 そしてしだいにHS03-イオンが全くなくなると次の反応がおこる。

5I- + 6H+ + IO- → 3I2 + 3H20・・・・・ (2)

 (2)の実験でI2が発生するため,先ほど溶かしたデンプンと反麻して, よう素デンプン反応の青紫色がみられる。 (1)の反応は時間がかかり,(2)の反応は瞬間的なのでこの時間差がおこる。 (柳場トシ回-風に考えた後)…なるほど。僕が硫酸鋼や硫酸を入れたのは(1)の反応を速めるためだったのか。確かにもとから硫酸イオンがあれば,はえ〜もんね。 あ〜。やっと原理もおわったよ〜。

 まだ実験は続くけど,先に家庭でできる時計反応をご紹介!  

 2−3.〜家でできる時計反応〜

 試薬となるもの

 イソ○ン(うがい薬)
 C1000タ○ダ(ビタミンC1000mg/500mg)
 デンプン(なんとか用意してください)
 オキシドール(薬局にて発売中)

 やってみる(簡単な原理解説も含めながら)
 全体として10mlとなるようにして実験

 1.C1000タ○ダをコップに3mlはかりとる。(ビタミンCには酸化防止作用があり、酸化したものを元に戻す作用がある。)
 2.イソ○ンを1ml入れる。(ヨウ素には酸化作用がある。しかし、ビタミンCによってヨウ素の色が消えるため、溶液は透明になる)
 3.デンプンをお湯に溶かした0.5%デンプン溶液を1ml入れる。
 4.水2mlを加える。
 5.オキシドール3mlを入れたら反応が始まり。(オキシドールは酸化作用が強いため、ヨウ素でも酸化する)

 実験やってみてもらえたでしょうか?
とはいっても、「いったいどういう反応の実験なんだかさっっぱりわかりません!」という人続出だと思いますので、富士高校入って勉強してください。 (無責任!)

 それにしてもあ〜〜〜。今深夜3時だよ〜。ねむ〜〜〜〜〜。
 原稿が間に合うか美尿(びみょう)になってきたなあ(まじ)。明日は数学の講座と物理の講座あるし,今度の日曜日東北大の模試だから勉強しなきゃならないし,AC入試の論文書かなきゃならないし・・・。うあぁぁぁぁぁぁーーーーーーー!

 まあ気合でがんばるべー!読着諸君もあと実験1つだからどうか最後までつきあってくださいね!

3.時計反応 ー その2

 この実験は,新歓(新入生歓迎会)で結構やっている実験です。3液を混合するタイプの時計反応です。僕はこっちの時計反応のほうがなんとなく好きです。今回は実験のやり方と実験結果だけを載せておきます。真剣に考えれば反応式も導けそうですが,ただいま作者が「今日塾に行き忘れた」ことに相当ショックを受けていて真剣にこんなことやっていられないので勘弁して下さい・・・。

 3−1. 溶液をつくる

試薬:ヨウ化カリウム・チオ硫酸ナトリウム・ペルオキソニ硫酸カリウム
A液 ・・・ ヨウ化カリウム溶液0.4mol/l
B液 ・・・ チオ硫酸ナトリウム溶液0.005mol/l
C液 ・・・ ペルオキソニ硫酸カリウム溶液0.1mol/l

 3−2. さっそくやってみちゃいませう!  

 A:B:C=2:1:2の比率で混合する

 3−3. 実験結果

A液が0,4mol/lのとき
A液100% ・・・ 21,98秒

A液が0,6mol/lのとき

A液 90%

・・・
12.94秒
80%

・・・
14.25秒
85%

・・・
16.24秒
70%

・・・
17.99秒

 こんなもんです。これ以上はショックで書けません・・・。
 嗚呼!何故我忘塾!超悲劇的展開!
 いまさら嘆いても遅いですけど・・・。


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