Reacción del reloj de yodo

La reacción del reloj del yodo es un experimento clásico de demostración del reloj químico para mostrar la cinética química en acción; fue descubierto por Hans Heinrich Landolt en 1886. La reacción del reloj del yodo existe en varias variaciones, cada una de las cuales involucra especies de yodo (ion yoduro, yodo libre o ion yodato) y reactivos redox en presencia de almidón. Se mezclan dos soluciones incoloras y al principio no hay reacción visible. Después de un breve retraso, el líquido repentinamente adquiere un tono azul oscuro debido a la formación de un complejo triyoduro-almidón. En algunas variaciones, la solución pasará repetidamente de incolora a azul y de nuevo a incolora, hasta que se agoten los reactivos.

Variación del peróxido de hidrógeno

Este método comienza con una solución de peróxido de hidrógeno y ácido sulfúrico. A esto se le añade una solución que contiene yoduro de potasio, tiosulfato de sodio y almidón. Hay dos reacciones que ocurren simultáneamente en la solución.

En la primera reacción, lenta, se produce yodo:

H₂O₂ + 2 I⁻ + 2 H⁺ → I₂ + 2 H₂O

En la segunda reacción, rápida, el tiosulfato reconvierte el yodo en dos iones yoduro:

2 S₂O2 - 23 + I₂ → S₄O2 - 26 + 2 I⁻

Después de un tiempo, la solución siempre cambia de color a un azul muy oscuro, casi negro.

Cuando las soluciones se mezclan, la segunda reacción hace que el yodo se consuma mucho más rápido de lo que se genera, y solo una pequeña cantidad de yodo está presente en el equilibrio dinámico. Una vez agotado el ion tiosulfato, esta reacción se detiene y aparece el color azul provocado por el complejo yodo-almidón.

Cualquier cosa que acelere la primera reacción acortará el tiempo hasta que la solución cambie de color. Disminuyendo el pH (aumentando H⁺
concentración), o aumentar la concentración de El yoduro o el peróxido de hidrógeno acortarán el tiempo. Agregar más tiosulfato tendrá el efecto contrario; El color azul tardará más en aparecer.

Además de utilizar tiosulfato de sodio como sustrato, también se puede utilizar cisteína.

El yoduro del yoduro de potasio se convierte en yodo en la primera reacción:

2 I⁻ + 2 H⁺ + H₂O₂ → I₂ + 2 H₂O

El yodo producido en la primera reacción se reduce nuevamente a yoduro mediante el agente reductor, la cisteína. Al mismo tiempo, la cisteína se oxida a cistina.

2 C₃H₇NO₂S + I₂ → C₆H₁₂N₂O₄S₂ + 2 I ^- + 2 H⁺

Al igual que en el caso del tiosulfato, cuando se agota la cisteína, aparece el color azul.

Variación del yodato

Un protocolo alternativo utiliza una solución de ion yodato (por ejemplo, yodato de potasio) a la que se añade una solución acidificada (nuevamente con ácido sulfúrico) de bisulfito de sodio.

En este protocolo, el ion yoduro se genera mediante la siguiente reacción lenta entre el yodato y el bisulfito:

IO−3 + 3 HSO−3 → I⁻ + 3 HSO−4

Este primer paso es el paso determinante de la tasa. A continuación, el yodato en exceso oxidará el yoduro generado anteriormente para formar yodo:

IO−3 + 5 I⁻ + 6 H⁺ → 3 I₂ + 3 H₂O

Sin embargo, el bisulfito reduce inmediatamente el yodo a yoduro:

I₂ + HSO−3 + H₂O → 2 I⁻ + HSO−4 + 2 H⁺

Cuando el bisulfito se consume por completo, el yodo sobrevivirá (es decir, no se reducirá por el bisulfito) para formar el complejo azul oscuro con el almidón.

Variación de persulfato

Esta reacción de reloj utiliza persulfato de sodio, potasio o amonio para oxidar los iones de yoduro a yodo. El tiosulfato de sodio se utiliza para reducir el yodo a yoduro antes de que el yodo pueda formar complejos con el almidón para formar el característico color negro azulado.

El yodo se genera:

2 I⁻ + S₂O2 - 28 → I₂ + 2 Así que...2 - 24

Y luego se elimina:

I₂ + 2 S₂O2 - 23 → 2 I⁻ + S₄O2 - 26

Una vez que se consume todo el tiosulfato, el yodo puede formar un complejo con el almidón. El persulfato de potasio es menos soluble (ver el sitio web de Salters), mientras que el persulfato de amonio tiene una mayor solubilidad y se utiliza en su lugar en la reacción descrita en los ejemplos de la Universidad de Oxford.

Variación de clorato

También se ha establecido una secuencia de reloj de yodo experimental para un sistema compuesto por yodo yoduro de potasio, clorato de sodio y ácido perclórico que tiene lugar a través de las siguientes reacciones.

El triyoduro está presente en equilibrio con el anión yoduro y el yodo molecular:

I−3 ⇌ I₂ + I⁻

El ion clorato oxida el ion yoduro a ácido hipoyodoso y ácido cloroso en el paso lento y determinante de la velocidad:

ClO−3 + I⁻ + 2 H⁺ → HOI + HClO₂

El consumo de clorato se acelera por la reacción del ácido hipoyodoso al ácido yodoso y más ácido cloroso:

ClO−3 + HOI + H⁺ → HIO₂ + HClO₂

Más autocatálisis cuando el ácido yodo recién generado también convierte el clorato en el paso de reacción más rápido:

ClO−3 + HIO₂ → IO−3 + HClO₂

En este reloj, el período de inducción es el tiempo que tarda en comenzar el proceso autocatalítico, después del cual la concentración de yodo libre cae rápidamente, como se observa mediante espectroscopia UV-visible.