Меркурий бьется сердце
Ртутное бьющееся сердце — это электрохимическая окислительно-восстановительная реакция между элементами ртутью , железом и хромом. Реакция заставляет каплю ртути в воде колебаться.
Наблюдаемая реакция демонстрирует эффект неоднородного двойного электрического слоя . [1] [2] Его часто используют в качестве демонстрации в классе.
Эксперимент
[ редактировать ]В эксперименте каплю ртути помещают в часовое стекло , погруженное в электролит, такой как серная кислота , который содержит окислитель, такой как перекись водорода , перманганат калия или дихромат калия. Кончик железного гвоздя почти касается ртути. Если положение кончика ногтя правильное, капля ртути начинает колебаться, меняя форму.
Объяснение
[ редактировать ]Считается, что в одном варианте механизм выглядит следующим образом:
Дихромат окисляет ртуть, образуя слой оксида ртути. При этом дихромат восстанавливается до иона хрома (III). Окисленный слой ртути снижает поверхностное натяжение капли, и капля расплющивается при контакте с железным гвоздем. Затем сульфат ртути окисляет железо до иона железа(II) и в процессе восстанавливается обратно до металлической ртути. Как только на капле ртути не остается оксидного покрытия, поверхностное натяжение увеличивается, капля округляется и теряет контакт с ногтем, готовая начать процесс заново.
Конечная реакция заключается в том, что дихромат окисляет железо. Эта благоприятная реакция вызывает окисление/восстановление ртути и колебания формы. Когда дихромат полностью восстанавливается, реакция прекращается.
Однако здесь могут быть задействованы и другие механизмы. Лин и др. по-видимому, сообщают, что колебания происходят без присутствия окислителя, хотя на ртути, по-видимому, нет окислительного слоя, и колебания намного слабее.
двойной электрический слой Между поверхностью капли ртути и раствором электролита образуется . В состоянии покоя этот слой однороден. При введении железного наконечника начинается окислительно-восстановительная реакция , при которой железо окисляется до иона трехвалентного железа и окислительный реагент расходуется (например, когда перекись водорода вместе с ионами гидроксония восстанавливается до воды). Поскольку окисление происходит только вблизи кончика капли, а процесс восстановления охватывает всю поверхность капли, поверхностное натяжение больше не является однородным; это приводит к наблюдаемым колебаниям. [3]
Хотя эта реакция опосредована изменениями поверхностного натяжения, по механизму она очень похожа на другие химические осцилляторы, такие как реакция Белоусова-Жаботинского , которая имеет несколько промежуточных окислительно-восстановительных реакций, вызванных окислением малата бромом.
История
[ редактировать ]Ртутное бьющееся сердце впервые наблюдали в 1800 году Алессандро Вольта и Уильям Генри . Химическое явление в наиболее известной сегодня форме было впервые описано немецким химиком Фридлибом Фердинандом Рунге , первооткрывателем кофеина . [4]
См. также
[ редактировать ]- Простые демонстрации в классе: Химический сад . Реакция лающей собаки. Реакция синей бутылки.
- Химический осциллятор
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Демири, Сани; Найдоски, Методия; Мирчески, Валентин; Петрушевский Владимир Михайлович; Розенберг, Дэниел (2007). «Ртутное бьющееся сердце: модификации классической демонстрации» . Журнал химического образования . 84 (8): 1292. Бибкод : 2007JChEd..84.1292D . дои : 10.1021/ed084p1292 .
- ^ Авнир, Дэвид (1 марта 1989 г.). «Химически индуцированные пульсации границ раздела: ртутное бьющееся сердце». Журнал химического образования . 66 (3). Отделение химического образования Американского химического общества: 211. Бибкод : 1989JChEd..66..211A . дои : 10.1021/ed066p211 . ISSN 0021-9584 .
- ^ Шу-Вай Линь; Джоэл Кейзер; Питер А. Рок; Герберт Стеншке (1974). «О механизме колебаний в бьющемся ртутном сердце » . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 71 (11): 4477–4481. Бибкод : 1974PNAS...71.4477L . дои : 10.1073/pnas.71.11.4477 . JSTOR 64221 . ПМК 433909 . ПМИД 16592197 .
- ^ Мёлленкамп, Хартвиг; Флинтьер, Болко; Янсен, Уолтер (1994). «200 лет «Пульсирующего сердца Меркурия»︁ по истории и теории увлекательного электрохимического эксперимента» . ЧЕМКОН . 1 (3): 117–125. дои : 10.1002/ckon.19940010303 .