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[[Datei:B-ROscGraph2.jpg|mini|300 px|Oszillogram aufgenommen im Juli 1972 von Briggs und Rauscher]]

Die '''Briggs-Rauscher Reaktion''' (auch ''oszillierende Iod-Uhr'') gehört zu der kleinen Zahl bekannter, in homogener Lösung [[Oszillierende Reaktion|oszillierender Reaktionen]]. Die Reaktion ist vor allem wegen der Farbänderungen geeignet, den Mechanismus oszillierender Reaktionen darzustellen. Die Farbänderungen verlaufen von farblos über gelblich zu tiefblau, das wieder zum farblosen Ausgangszustand zurückkehrt, um den Zyklus mehrfach zu durchlaufen.

== Geschichte ==
Die erste homogene oszillierende chemische Reaktion wurde von [[William C. Bray]] im Jahr 1921 gefunden.<ref>{{cite journal |author=W. C. Bray |year=1921 |title=A Periodic Reaction in Homogeneous Solution and Its Relation to Catalysis |journal=[[J. Am. Chem. Soc.]] |volume=43 |issue=6 |pages=1262–1267 |doi=10.1021/ja01439a007 |language=en}}</ref>
Es handelt sich um eine Reaktion von [[Wasserstoffperoxid]] (H2O2) und [[Iodat]] (IO3−) in saurer Lösung. Wegen der experimentellen Schwierigkeiten bekam die Reaktion nur wenig Beachtung und eignete sich nicht für die Demonstration des Effekts. 1958 entdeckte [[Boris Pavlovich Belousov|B. P. Belousov]] in der Sowjetunion die [[Belousov-Zhabotinsky-Reaktion]],<ref>B. P. Belousov: ''Sbornik Referatov po Radiatsionni Meditsine'' In: ''Medgiz.'' Moscow 1958, S. 145. (übersetzt ins Englische: ''A Periodic Reaction and Its Mechanism'' In: R. J. Field, M. Burger (Hrsg.): ''Oscillations and Traveling Waves in Chemical Systems.'' J. Wiley & Sons, New York 1985).</ref> die ebenfalls skeptisch aufgenommen wurde, da bis zu diesem Zeitpunkt oszillierende Reaktionen unbekannt waren. A. M. Zhabotinsky publizierte seine Forschungsergebnisse zu dieser Reaktion 1964<ref>{{cite journal |first=A. M. |last=Zhabotinskii |year=1964 |title=Периодические окислительные реакции в жидкой фазе (Periodic oxidation reactions in liquid phase) |journal=[[Doklady Akademii Nauk SSSR]] |volume=157 |issue=2 |pages=392–393 |language=ru}}</ref> und im Mai 1972 im Journal of Chemical Education.<ref>R. J. Field: ''A reaction periodic in time and space. A lecture demonstration.'' In: ''Journal of Chemical Education.'' 49, 1972, S. 308, {{DOI|10.1021/ed049p308}}.</ref><ref>Hans Degn: ''Oscillating chemical reactions in homogeneous phase.'' In: ''Journal of Chemical Education.'' 49, 1972, S. 302, {{DOI|10.1021/ed049p302}}.</ref> Durch diese Veröffentlichungen wurden zwei wissenschaftliche Mitarbeiter der Galileo High School in San Francisco auf die Reaktion aufmerksam. Sie entwickelten daraufhin die oszillierende Briggs-Rauscher-Reaktion,<ref name="BROR">Thomas S. Briggs, Warren C. Rauscher: ''An oscillating iodine clock.'' In: ''Journal of Chemical Education.'' 50, 1973, S. 496, {{DOI|10.1021/ed050p496}}.</ref> indem sie das Bromat der Belousov-Zhabotinsky-Reaktion durch Iodat und Stärke als Indikator ersetzten. Die so genannte ''oszillierende Iod-Uhr'' zeigte die ablaufenden Reaktionen.

== Mechanismus ==
[[Datei:Briggs–Rauscher reaction.webm|mini|Demonstration der Reaktion in einem großen Becherglas]]
Der detaillierte Reaktionsmechanismus ist komplex.<ref>{{cite journal |author=R. M. Noyes, S. D. Furrow |year=1982 |title=The oscillatory Briggs–Rauscher reaction. 3. A skeleton mechanism for oscillations |journal=[[J. Am. Chem. Soc.]] |volume=104 |issue=1 |pages=45–48 |doi=10.1021/ja00365a011 |language=en}}</ref><ref name=furrow>S. D. Furrow: ''Chemical Oscillators Based on Iodate Ion and Hydrogen Peroxide.'' In: R. J. Field, M. Burger (Hrsg.): ''Oscillations and Traveling Waves in Chemical Systems.'' J. Wiley & Sons, New York 1985.</ref> Als wichtige Schritte können zwei Schlüsselprozesse beschrieben werden:

* ein nicht-radikalischer Prozess A: die langsame Reaktion von freiem Iod und [[Malonsäure]] in der Gegenwart von Iodat unter Produktion eines intermediären Iodid-Ions.

* ein radikalischer Prozess B: ein schneller [[Autokatalyse|autokatalytischer]] Prozess des [[Manganat]]s und freien Radikalen, die das Wasser und das Iodat in freies Iod und Sauerstoff überführen. Dieser Prozess verbraucht Iod bis zum [[Geschwindigkeitsbestimmender Schritt|geschwindigkeitsbestimmenden Schritt]]. Prozess B kann nur bei geringen Konzentrationen von Iodid auftreten, das ansonsten einen Rückkopplungsprozess auslöst.

Anfangs ist die Iodid-Konzentration gering und der Prozess B generiert freies Iod, das langsam akkumuliert. Währenddessen generiert der Prozess A langsam das intermediäre Iodid-Ion mit steigender Rate aus dem freien Iod. An einem bestimmten Punkt unterdrückt die Reaktion den Prozess B und stoppt somit die Produktion von freiem Iod (und damit Iodid), bis die Konzentration soweit abgenommen hat, dass Prozess B wieder abläuft. Der Prozess läuft solange ab, bis alle [[Reaktant]]en verbraucht sind.

Die Reaktion lässt sich annähernd durch die folgende Gleichung beschreiben:<ref name=furrow/>
:<math>\mathrm {IO_3^- + \ 2 \ H_2O_2 \ + CH_2(COOH)_2 + \ H^+ \to \ ICH(COOH)_2 + 2 \ O_2 + 3 \ H_2O }</math>

Die Farbänderung des Prozesses korrespondiert mit der Kinetik der beiden Prozesse. Die langsam ansteigende gelbliche Farbe ist auf die Produktion von freiem Iod durch Prozess B zurückzuführen. Wenn der Prozess B stoppt, führt die steigende Konzentration von Iodid-Ionen zum Farbumschlag nach blau, da sowohl Iod als auch Iodid-Ionen für die Bildung des [[Iodprobe|Stärke-Komplexes]] notwendig sind. Weil immer noch Prozess A abläuft, geht der Farbumschlag wieder zurück zur farblosen Lösung. Die schließliche Wiederaufnahme des Prozesses B ist nicht sichtbar, kann aber elektrochemisch nachgewiesen werden.<ref name=BROR/>

Eine negative Rückkopplung mit einer Verzögerung, die durch Prozess A vermittelt wird, ist der generelle Mechanismus, um oszillierende Reaktionen in physikalischen Systemen zu generieren, wird aber in nicht-biologischen homogenen chemischen Reaktionen nur selten beobachtet.

== Weblinks ==
* {{Webarchiv |url=http://polymer.matscieng.sunysb.edu/tutorials/OSCILLATING%20CHEMICAL%20REACT.pdf |wayback=20080916054821 |text=Eine detaillierte Geschichte oszillierender Reaktionen}} (PDF; 177 kB).

=== Videos ===
* [https://www.youtube.com/watch?v=Ch93AKJm9os Reaktion ungerührt mit kleinen räumlichen Änderungen]
* {{Webarchiv |url=http://genchem.chem.wisc.edu/demonstrations/Gen_Chem_Pages/12kineticpage/briggs-rauscher_reaction.htm |wayback=20080626052640 |text=Ungerührte Variante mit großen räumlichen Änderungen}}
* [https://www.youtube.com/watch?v=vwIZ9Nrdrx4 19 Zyklen der Briggs-Rauscher-Reaktion]

==== Temperatureffekte ====
* Serie von 4 Videos um den Einfluss der Temperatur zu demonstrieren: [https://www.youtube.com/watch?v=KRU6T4Pe_ME 10°C] [https://www.youtube.com/watch?v=-1W2KlBsLUM 22°C] [https://www.youtube.com/watch?v=D5Ch4rY8L7E 40°C] [https://www.youtube.com/watch?v=m8p4wZDo2Ic 60°C]

=== Präparation ===
* [http://chemistry.about.com/cs/demonstrations/a/aa050204a.htm Demonstration von about.com]
* [http://www.pojman.com/nlcd/demos.html Demo von John A. Pojman (Gebrauch von 3% H2O2)]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Oszillierende Reaktion]]
[[Kategorie:Wikipedia:Artikel mit Video]]

Briggs-Rauscher-Reaktion - Versionsgeschichte

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