La reazione di Briggs-Rauscher, detta anche pendolo chimico, è una reazione oscillante in cui si verifica una variazione periodica della colorazione della soluzione. Il colore va da un colore giallo ambra al blu e viceversa in un certo intervallo di tempo che varia dai 3 ai 5 minuti e oltre.
In questo tipo di reazione si verificano variazioni periodiche della concentrazione dei reagenti, dei prodotti e dei catalizzatori che provoca una sequenza di cambiamenti di colore che si ripete periodicamente. Il potenziale elettrico della soluzione monitorato con un elettrodo di platino registra un cambio di tensione a ogni cambio di colore. Man mano che la reazione procede, il tempo tra i cambiamenti di colore e la variazione di tensione aumenta.
Sin dalla sua scoperta nel 1972, la reazione di Briggs-Rauscher ha attirato grande attenzione, sia per la ricerca del meccanismo del comportamento oscillatorio, sia per le dinamiche esotiche che mostra. Inoltre, la reazione di Briggs-Rauscher è quasi certamente la reazione oscillante più interessante dal punto di vista visivo a causa dei cambiamenti di colore evidenti e rapidi della soluzione di reazione, da trasparente a giallo-marrone a blu
Modello fisico delle reazioni oscillanti
reazione di Briggs-Rauscher
Sebbene detta pendolo chimico che oscilla da un lato all’altro attraverso la sua posizione di equilibrio per la reazione di Briggs-Rauscher il modello fisico che appare più appropriato è costituito da un antico orologio. In esso le lancette passano due volte al giorno attraverso la stessa posizione. L’energia immagazzinata in elevazione dei pesi, tuttavia, diminuisce continuamente mentre funziona l’orologio.
Nel maggio 1972 Thomas Briggs e Warren Rauscher, due insegnanti di scienze alla Galileo High School di San Francisco, prendendo spunto da un paio di articoli sul Journal of Chemical Education scoprirono la reazione oscillante che porta il loro nome
Metodica per la reazione di Briggs-Rauscher
Si premette che la reazione e, in particolar modo, la preparazione delle soluzioni deve essere fatta da un chimico e in un ambiente adatto.
Per realizzare la reazione bisogna preparare tre soluzioni incolori:
Soluzione A: solubilizzare 43 g di iodato di potassio in circa 800 mL di acqua distillata e aggiungere 4.5 mL di acido solforico. Diluire a 1 L
Soluzione B: unire 15.6 g di acido malonico e 3.4 g di solfato di manganese monoidrato in circa 800 mL di acqua distillata. Si può utilizzare anche un altro sale di manganese che agisce da catalizzatore. Aggiungere 4 g di salda d’amido e diluire a 1 L
Soluzione C: diluire 400 mL di perossido di idrogeno al 30% con circa 600 mL di acqua
Per consentire la solubilizzazione delle specie per le soluzioni A e B si può utilizzare acqua calda e agitare con un’ancoretta magnetica. Unire volumi uguali delle tre soluzioni (almeno 250 mL di ogni soluzione) in sequenza
I cambiamenti periodici del colore sono dovuti allo iodio (giallo ambra) e al complesso dell’amido con lo iodio (blu scuro).
Reazioni
Si ritiene che le reazioni complessive in competizione tra loro siano:
2 H+ + 2 IO3– + 5 H2O2 → I2 + 5 O2 + 6 H2O
5 CH2(COOH)2 + H+ + IO3– + 2 I2 → 5 CHI(COOH)2 + 3 H2O
La sequenza di cambiamenti di colore si ripete con un periodo di circa 15 secondi a 25 °C. La reazione dura circa 5 min.
La reazione mostra cambiamenti periodici ricorrenti, sia graduali che improvvisi, che sono visibili: lenti cambiamenti nell’intensità del colore, interrotti da bruschi cambiamenti di tonalità.
Ciò dimostra che una combinazione complessa di reazioni lente e veloci sta avvenendo simultaneamente. Ad esempio, seguire la concentrazione di ioni ioduro con un elettrodo argento/ioduro d’argento mostra improvvise oscillazioni di diversi ordini di grandezza separate da variazioni più lente.
