O jodzie i skrobi + reakcja Harcourta

Być może już kiedyś spotkałeś się z faktem, że wolny jod tworzy ze skrobią granatowy kompleks. Jest to charakterystyczna reakcja na wykrywanie wolnego jodu. Możesz to wypróbować. Jeśli nie znajdziesz w domowej apteczce jodyny to kupisz ją bez problemu w aptece (do naszych celów nadają się zarówno roztwory jodu w etanolu jak i w jodku potasu - płyn Lugola).

Do przeprowadzenia próby kontrolnej przygotuj "kisiel", czyli żel skrobiowy. W tym celu do garnka wlej dwie szklanki wody z tego pół odlej, a resztę zagotuj. Do odlanej wody wsyp czubatą łyżkę mąki ziemniaczanej i dokładnie wymieszaj. Kiedy woda w garnku już wrze - wlej zawartość szklanki i energicznie wymieszaj do zgęstnienia. Zestaw z palnika i ostudź.

PS. Tą metodą możesz również przygotowywać "normalny kisiel", wystarczy dodać do wody soku owocowego i możesz mieć kisiel taki, na jaki masz tylko ochotę.

Przygotowany kleik będzie potrzebny w kilku kolejnych doświadczeniach. Na początek obiecana próba kontrolna: niewielką ilość kleiku (łyżeczka do herbaty) umieść w zlewce (może być szklanka, ale nie muszę chyba tłumaczyć że przezroczysta) i dopełnij do połowy wodą. Rozmieszaj do całkowitego rozpuszczenia żelu w wodzie.

Do otrzymanego roztworu koloidalnej skrobi w wodzie wpuść kilka kropli jodyny. Powinno pojawić się charakterystyczne granatowe zabarwienie. Reakcja ta może służyć do wykrywania nie tylko jodu, ale i skrobi, co wykorzystamy w kolejnych doświadczeniach.

Wykrywanie skrobi w roślinach

Przygotuj plastry takich materiałów roślinnych jak: jabłko (dojrzałe i nie), ziemniak, gruszka oraz przekrojone łodygi roślin, drewno, wata, kostka cukru i co tylko zechcesz. Następnie na szalkach Petriego (lub talerzykach) umieść po kilka kropli jodyny i niewielkiej ilości wody. Na szalkach poukładaj następnie przygotowane materiały. Na których powstało granatowe zabarwienie? Dla uściślenia dodam, że wszystkie wymienione materiały zawierały cukry złożone, ale tylko skrobia tworzy granatowy kompleks z jodem.

Związki jodu a kompleks jod-skrobia

Okazuje się, że tylko wolny jod cząsteczkowy, który występuje w połączeniu z anionami jodkowymi w postaci I₂·I⁻ lub po prostu I₃⁻ * ma zdolność do tworzenia granatowego kompleksu. Związki jodu nie wykazują takich właściwości. Ani jony jodkowe (I⁻), ani jodanowe (IO_x⁻), ani organiczne jodopochodne (np. CH₃I) nie barwią skrobi na niebiesko.

*) Dla uproszczenia często jony I₃⁻ zapisuje się jako cząsteczki I₂ pomijając związany anion jodkowy

Aby to sprawdzić wykonamy proste doświadczenie. Zredukujemy jod do jodków oraz utlenimy do jodanów (dysproporcjonacja) i przeprowadzimy próbę skrobiową. W tym celu do niewielkiej ilości jodyny wkraplamy roztwór wodorotlenku potasu (lub sodu) aż do zniknięcia charakterystycznego pomarańczowego zabarwienia. Po dodaniu roztworu skrobi koloidalnej ("kisiel" z wodą) nie obserwujemy reakcji, w której powstaje granatowy kompleks.

Reakcję można przeprowadzić w innej kolejności: do żółtego roztworu jodyny dodajemy koloidalnego roztworu skrobi. Obserwujemy granatowe zabarwienie. Po dodaniu wodorotlenku potasu zabarwienie znika.

Brak jodu w naczyniu wyjaśnia reakcja:

I₂ + 2 KOH → KI + KIO + H₂O
I₂ + 2 OH⁻ → I⁻ + IO⁻ + H₂O (jonowo)

Redukcję można przeprowadzić także tiosiarczanem sodu:

I₂ + 2 Na₂S₂O₃ → 2 NaI + Na₂S₄O₆
I₂ + 2 S₂O₃²⁻ → 2 I⁻ + S₄O₆²⁻ (jonowo)

Reakcja Harcourta

A teraz to, do czego zmierza ten artykuł. Reakcja Harcourta jest to tzw. zegar jodowy, czyli reakcja zegarowa, która zachodzi w dość specyficzny sposób...

Przygotuj roztwór pierwszy (I). W tym celu w zlewce umieść 20 kropli jodyny, dodaj 50 ml wody i zakwaś kilkoma ml kwasu octowego. Następnie po kropli dodawaj do zlewki przygotowanego wcześniej roztworu tiosiarczanu sodu. Dodawanie przerwij, kiedy zniknie pomarańczowe zabarwienie. Należy wtedy dodać jeszcze kilka kropli tego roztworu. Im więcej dodamy, tym dłużej będziemy musieli czekać na efekt działania zegara. Na koniec dorzucamy łyżeczkę kleiku skrobiowego i dokładnie mieszamy.

Otrzymany roztwór po dokładnym wymieszaniu powinien być bezbarwny i lekko mętny. Jeśli obserwujemy niebieskie zabarwienie należy dodać kilka kropli roztworu tiosiarczanu, dokładnie wymieszać i cierpliwie (kilka godzin) odczekać. Jeśli roztwór się nie odbarwi - proces powtórzyć. Zachowanie takie jest konieczne, ponieważ redukcja jodu w postaci kompleksu jodowo-skrobiowego jest znacznie trudniejsza niż jodu niezwiązanego.

Porada dla niecierpliwych: aby przyspieszyć proces możesz roztwór zagotować, albo zrobić nowy (ten zostawiając na potem).

Roztwór drugi (II) to roztwór nadtlenku wodoru, czyli na warunki domowe 3%-owa woda utleniona. Roztwór I mieszamy z niewielką ilością (kilka/kilkanaście kropli) roztworu II i cierpliwie obserwujemy.

Początkowo nie widać objawów reakcji, a po pewnym czasie (w zależności od stężenia reagentów może to być kilka sekund do kilku minut) roztwór szybko przybiera granatowe zabarwienie.

Cały mechanizm polega na tym, że w roztworze zachodzą dwie równoległe reakcje, które znoszą efekty swego działania:

Redukcja jodu:

I₂ + 2 S₂O₃²⁻ → 2 I⁻ + S₄O₆²⁻
(I₃⁻ + 2 S₂O₃²⁻ → 3 I⁻ + S₄O₆²⁻)

Oraz utlenianie jodków:

2 I⁻ + H₂O₂ + 2 H⁺ → I₂ + 2 H₂O
(3 I⁻ + H₂O₂ + 2 H⁺ → I₃⁻ + 2 H₂O)

Jodki są powoli utleniane do wolnego jodu I₂ (I₃⁻), a ten natychmiast redukowany do jodków (I⁻). Tak więc kompleks skrobiowy nie zdąży powstać, bo jodu już nie ma. Dzieje się to tak długo aż cały Na₂S₂O₃ nie przereaguje. Wtedy reakcja redukcji się wyłącza i powolna reakcja utleniania bierze górę. Powstaje jod i roztwór zabarwia się na granatowo.

Jeśli brakuje nam odczynników - odsyłam do apteczno-kuchennej wersji reakcji zegarowej Harcourta (zegara jodowego).