Reactions and rate constants of the MBM mechanism of the cerium catalysed
BZ reaction
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| Inorganic reactions | |||||||||||||||
| R1 | Br- + HOBr + H+ | à | Br2 + H2O |
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| R2 | Br- + HBrO2 + H+ | à | 2 HOBr |
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| R3 | Br- + BrO3- + 2 H+ | à | HOBr + HBrO2 |
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| R4 | HBrO2 + H+ | à | H2BrO2+ |
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| R5 | HBrO2 + H2BrO2+ | à | HOBr + BrO3- + 2 H+ |
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| R6 | HBrO2 + BrO3- + H+ | à | Br2O4 + H2O |
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| R7 | Br2O4 | à | 2 lBrO2 |
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| R8 | Ce3+ + lBrO2 + H+ | à | Ce4+ + HBrO2 |
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| R9 | 2 BrO3- + 2 H+ | à | 2 HBrO2 + O2 |
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| R10 | lBrO2 | à | 1/2 Br2 +O2 |
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| Reactions in the
BrMA subsystem |
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| R11 | BrMA + Ce4+ | à | BrMAl + Ce3+ + H+ |
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| R12 | 2 BrMAl | à | BrEETRA + Br- + CO2 + H+ |
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| R13 | BrMA | à | BrMA(enol) |
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| R14 | BrMA(enol) + Br2 | à | Br2MA + Br- + H+ |
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| R15 | BrMA(enol) + HOBr | à | Br2MA + H2O |
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| R16 | BrMAl + lBrO2 | à | BrMABrO2 |
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| R17 | BrMABrO2 | à | OA + HOBr + Br- + CO2 + H+ |
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| R18 | BrMABrO2 | à | BrTA + HBrO2 |
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| R19 | BrTA | à | Br- + MOA + H+ |
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| R20 | MOA + Ce4+ + H2O | à | OA + Ce3+ + COOHl + H+ |
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| R21 | OA + Ce4+ | à | COOHl + Ce3+ + CO2 + H+ |
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| R22 | 2 COOHl | à | OA |
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| R23 | COOHl + Ce4+ | à | Ce3+ + CO2 + H+ |
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| R24 | COOHl + BrMA | à | MAl + Br- + CO2 + H+ |
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| R25 | COOHl + BrMAl | à | BrMA + CO2 |
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| R26 | COOHl + lBrO2 | à | HBrO2 + CO2 |
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| Reactions in the
MA subsystem |
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| R27 | MA + Ce4+ | à | MAl + Ce3+ + H+ |
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| R28 | 2 MAl | à | ETA |
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| R29 | MA | à | MA(enol) |
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| R30 | MA(enol) + Br2 | à | BrMA + Br- + H+ |
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| R31 | MA(enol) + HOBr | à | BrMA + H2O |
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| R32 | MAl + lBrO2 | à | MABrO2 |
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| R33 | MABrO2 | à | MOA + HOBr |
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| R34 | MABrO2 | à | TA + HBrO2 |
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| R35 | MAl + BrMAl | à | Br- + EETA + H+ |
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| R36 | MAl + COOHl | à | MA + CO2 |
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| R37 | TA + Ce4+ | à | TAl + Ce3+ + H+ |
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| R38 | 2 TAl | à | CO2 + EEHTRA + H2O |
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| R39 | TA | à | TA(enol) |
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| R40 | TA(enol) + Br2 | à | BrTA + Br- + H+ |
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| R41 | TA(enol) + HOBr | à | BrTA + H2O |
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| R42 | TAl + MAl | à | EETA + H2O |
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| R43 | TAl + BrMAl | à | CO2 + BrEETRA + H2O |
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| R44 | TAl + COOHl | à | TA + CO2 |
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| R45 | TAl + lBrO2 | à | TABrO2 |
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| R46 | TABrO2 | à | MOA + HBrO2 |
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| R47 | TA + BrO3- | à | HBrO2 + MOA |
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| R48 | MAl + BrO3- + H+ | à | lBrO2 + TA |
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Abbreviations:
BrMA = bromomalonic acid, BrEETRA = bromoethenetricarboxylic acid, BrMAl
= bromomalonyl radical, BrTA = bromotartronic acid, COOHl
= carboxyl radical, EEHTRA = ethenehydroxytricarboxylic acid,
EETA = ethenetetracarboxylic acid, ETA = ethanetetracarboxylic acid,
MA = malonic acid, MAl
= malonyl radical, MOA = mesoxalic acid, OA = oxalic acid, TA = tartronic
acid, TAl = tartronyl
radical
a) k3 can be described by a power series:
k3 = c0 + c1×[Br-/M] + c2×[Br-/M]2 + c3×[Br-/M]3 for [Br-]>2×10-6 M; k3 = 0.3 for [Br-]<2×10-6 M
c0=0.48789 M-1s-1, c1=0.143911×10+5 M-1s-1, c2=-0.7076958×10+8 M-1s-1, c3=0.116310×10+12 M-1s-1
In the range of bromide concentrations typical for the BZ system (2×10-6 M to 2×10-5 M) k3 can be approximated by the mean value k3 = 0.6 M-1s-1
b) k-8 depends on the ionic strength m of the solution:
k-8 = c0 + c1×(m /M) + c2×(m /M)]2 + c3×(m /M)3
c0=-1.74743×10+4 M-1s-1, c1=6.75949×10+4 M-1s-1, c2=-4.30066×10+4 M-1s-1, c3=0.797993×10+4 M-1s-1
For a typical BZ system with an initial concentration of 0.1 M bromate
and 1 M sulfuric acid
the ionic strength is m =1.6 M-1s-1
and k-8 = 1.3×10+4 M-1s-1.