6.60. КОЛЕБАНИЯ ЦВЕТА

Если смешать водные растворы триоксобромата калия и лимонной кислоты и добавить немного серной кислоты и сульфата церия, раствор начнет в строго определенные интервалы времени то принимать желтую окраску, то обесцвечиваться.

В растворе протекают «колебательные реакции», которые открыл и изучил советский химик Борис Павлович Белоусов (1893–1970). Вначале происходит окисление ионов Ce³⁺ сульфата церия Ce₂(SO₄)₃ бромат-анионами BrO₃^-:

6Се³⁺ + BrO₃^- + 6Н⁺ = 6Се⁴⁺ + Br^- + 3Н₂O. (1)

Из-за появления ионов Ce⁴⁺ окраска раствора становится желтой. Затем катионы Ce⁴⁺ окисляют лимонную кислоту (СН₂СООН)₂С(ОН)СООН в ацетондикарбоновую кислоту (CH₂COOH)₂CO

(СН₂СООН)₂С(ОН)СООН + 2Се⁴⁺ = (CH₂COOH)₂CO + 2Се³⁺ + CO₂? + 2Н⁺ … (2)

Эта реакция вызывает обесцвечивание раствора. Появившиеся ионы Br^- тотчас же взаимодействуют с триоксоброматными ионами BrO₃^- с образованием брома Br₂, который немедленно окисляет катионы Ce³⁺ :

5Br^- + BrO₃^- + 6Н⁺ = 3Br₂ + 3Н₂O, (3)

2Се³⁺ + Br₂ = 2Се⁴⁺ + 2Br^-. (4)

Реакции (1), (3) и (4) протекают быстро и вызывают внезапное появление желтой окраски раствора, вызванной присутствием катионов Ce⁴⁺ . Ритм реакций можно ускорить или замедлить, изменяя концентрации взятых реагентов и температуру.

После реакций (3) и (4) опять вступает в дело реакция (2), и все они повторяются вновь, пока не будет израсходован один из реагентов — бромат калия KBrO₃ или лимонная кислота.

Остается добавить, что катионы Ce³⁺ и Ce⁴⁺ участвуют в реакции в виде аквакатионов [Ce(H₂O)₆]³⁺ и [Ce(H₂O)₆]⁴⁺ .