Jódové hodiny

Základným pilierom chemickej kinetiky je poznatok, že rýchlosť chemickej reakcie závisí od koncentrácie reaktantov – čím je ich koncentrácia vyššia, tým reakcia prebieha rýchlejšie. Vyplýva to zo zrážkovej teórie: aby prebehla reakcia, častice sa musia zraziť s dostatočnou energiou a správnou orientáciou. Keď je v roztoku viac častíc, zrážajú sa častejšie a úspešných zrážok je za rovnaký čas viac.

V jódových hodinách sa rýchlosť reakcie prejaví veľmi názorne – časom, za ktorý sa roztok sfarbí. Čím sú roztoky koncentrovanejšie, tým skôr sa modrá farba objaví.

Pokus je fascinujúci tým, že sa farba nezmení hneď, ale až po uplynutí určitého času. Prebiehajú tu totiž dve súperiace reakcie.

Reakcia 1 (pomalá): vznik jódu. Jodičnanové ióny ($\text{IO}_3^-$) reagujú so siričitanovými iónmi ($\text{SO}_3^{2-}$) v kyslom prostredí. Výsledkom sú jodidové ióny ($\text{I}^-$):

Jodidové ióny potom reagujú s prebytkom jodičnanu za vzniku voľného jódu ($\text{I}_2$):

Reakcia 2 (veľmi rýchla): spotreba jódu. Vzniknutý jód okamžite reaguje so zostávajúcim siričitanom, ktorý ho redukuje späť na bezfarebné jodidové ióny:

Kým je v roztoku prítomný siričitan sodný, všetok vyprodukovaný jód sa ihneď „stiahne z obehu“ a premení sa späť na bezfarebný jodid. Navonok sa teda nič nedeje. V momente, keď sa všetok siričitan spotrebuje, voľný jód už nemá s čím reagovať. Zostane v roztoku a okamžite vytvorí farebný komplex so škrobom – roztok naraz stmavne.

Rovnakú úlohu „lapača jódu“ môže hrať aj vitamín C – pozrite pokus Reakcia jódu a vitamínu C.

Škrob nie je chemicky jednotná látka. Pozostáva z dvoch polysacharidov:

Molekuly jódu – presnejšie polyjodidové ióny ako $\text{I}_3^-$ alebo $\text{I}_5^-$ – sa „vsunú“ do vnútra skrutkovice amylózy. Medzi jódom a molekulou škrobu vznikajú slabé medzimolekulové interakcie, ktoré zmenia spôsob, akým látka pohlcuje svetlo. Naše oko to vníma ako intenzívnu tmavomodrú farbu. Reakcia je taká citlivá, že škrob slúži ako indikátor aj veľmi malého množstva jódu.

O tom, ako sa správa samotný jód, keď ho zahrejeme, sa dočítate v pokuse Sublimácia jódu. Úplne iný druh „chemických hodín“ – také, ktoré tikajú opakovane – predstavuje Bielousovova-Žabotinského reakcia.