В опытах, которые так похожи на фокусы,
бесцветные растворы окрашивались то в один, то в другой цвет, и
происходило это сразу же, как по мановению волшебной палочки. И
действительно, химические реакции идут очень быстро и, как правило,
начинаются сразу же после смешения реагентов. Однако из этого правила
есть исключения. Реакционная смесь может оставаться какое-то время
бесцветной, а затем мгновенно окраситься. Хотите — через пять секунд,
хотите — через десять; вы сами можете поставить «химические часы» на
требуемое время.
Приготовьте два раствора. Состав первого: 3,9 г йодата калия KJO3 на литр воды. Состав второго: 1 г сульфита натрия Na2SO3,
0,94 г концентрированной серной кислоты (осторожно!) и немного,
несколько миллилитров крахмального клейстера — тоже на литр воды. Оба
раствора бесцветны и прозрачны.
Отмерьте по 100 мл обоих растворов и
быстро, лучше при перемешивании, прилейте второй к первому. Опыт удобнее
ставить вдвоем — пусть ваш товарищ сразу же начнет отсчет времени по
секундомеру или по часам с секундной стрелкой. Через шесть-восемь
секунд (точное время зависит от температуры) жидкость мгновенно
окрасится в темно-синий, почти черный цвет.
Теперь отмерьте вновь 100 мл второго
раствора, а 50 мл первого разбавьте водой ровно вдвое. С секундомером в
руках вы убедитесь, что время, прошедшее с момента сливания растворов до
их окрашивания, тоже увеличится в два раза.
Наконец, смешайте 100 мл второго
раствора с 25 мл первого, разбавленного водой вчетверо, т. е. до тех же
100 мл. «Химические часы» будут работать в четыре раза дольше, чем в
первом опыте.
Этот опыт демонстрирует один из
фундаментальных химических законов — закон действия масс, согласно
которому скорость реакции пропорциональна концентрациям реагирующих
веществ. Но вот в чем вопрос: почему растворы окрашиваются мгновенно
после паузы, а не равномерно и постепенно, как этого следует ожидать?
Серная кислота в растворе вытесняет
йодат- и сульфит-ионы из их солей. При этом в растворе образуется
йодоводородная кислота HI, но живет она недолго и тут же вступает во
взаимодействие с йодноватой кислотой HJO3. В результате выделяется свободный йод, он-то и дает цветную реакцию с крахмалом.
Если бы все шло именно так, то раствор и
темнел бы постепенно, по мере выделения иода. Однако параллельно идет
еще один процесс: сернистая кислота Н2SO3
реагирует со свободным иодом и вновь образуется иодоводородная кислота.
Эта реакция идет быстрее предыдущей, и йод, не успев окрасить крахмал,
снова восстанавливается до JO3-.
Выходит, что окраска не должна
появиться вовсе? Обратите внимание: в ходе реакции сернистая кислота
непрерывно расходуется, и как только вся она превратится в серную, иоду
ничто уже не будет мешать реагировать с крахмалом. И тогда раствор
мгновенно окрасится по всему объему.
Разбавляя раствор вдвое и вчетверо, вы уменьшали концентрацию иодата калия, и скорость реакции уменьшалась пропорционально.
Объяснение, кажется, заняло больше времени, чем сам опыт с часами…
| 
