Wat is een chemische klok?

Een chemische klok is een scenario waarbij reagerende chemische verbindingen een plotselinge, waarneembare gebeurtenis teweegbrengen na een vertraging die relatief nauwkeurig kan worden ingesteld door de concentraties van de reactanten aan te passen.Vaak wordt het evenement aangegeven door een verandering in kleur, maar het kan een andere vorm aannemen, zoals de productie van gas die bruisen veroorzaakt.In sommige gevallen is de verandering cyclisch en omvat een oplossing die periodiek tussen twee of meer toestanden schakelt, meestal aangegeven door verschillende kleuren.

Een van de eenvoudigste chemische klokken staat bekend als de "jodiumklok" -reactie.Twee kleurloze oplossingen worden gemengd en na een pauze wordt de resulterende oplossing abrupt donkerblauw.In de meest voorkomende versie van het experiment bevat de ene oplossing een verdund mengsel van zwavelzuur en waterstofperoxide, en de andere een mengsel van kaliumjodide, zetmeel en natriumthiosulfaat.Bij het mengen van de oplossingen komt elementair jodium vrij uit het kaliumjodide, maar een snellere reactie tussen het jodium en de natriumthiosulfaat zet het terug in kleurloze jodide -ionen.Normaal gesproken verloopt een chemische reactie in één richting totdat een evenwichtspunt is bereikt.Hierna zal geen verdere verandering plaatsvinden zonder de tussenkomst van een andere factor, zoals een temperatuurverandering.Oscillerende reacties waren aanvankelijk raadselachtig omdat ze deze regel leken te trotseren door spontaan van het evenwicht te gaan en er herhaaldelijk terug te keren.In werkelijkheid gaat de algehele reactie naar evenwicht en blijft daar, maar in het proces varieert de concentratie van een of meer reactanten of tussenproducten op een cyclische manier.

In een geïdealiseerde oscillerende chemische klok is er een reactie die creëert die creëertEen product en een andere reactie die dit product gebruikt, met de concentratie van het product dat bepaalt welke reactie plaatsvindt.Wanneer de concentratie laag is, treedt de eerste reactie op, waardoor meer van het product wordt gemaakt.Een toename van de concentratie van het product leidt echter tot de tweede reactie, waardoor de concentratie wordt verminderd en de eerste reactie wordt aangedrongen.Dit resulteert in een cyclus waarbij de twee concurrerende reacties de concentratie van een product bepalen, wat op zijn beurt bepaalt welke reactie zal plaatsvinden.Na een aantal cycli zal het mengsel een evenwicht bereiken en de reacties zullen stoppen.

Een van de eerste cyclische chemische klokken werd waargenomen door William C. Bray in 1921. Het betrof de reactie van waterstofperoxide en een jodaatzout.Onderzoek door Bray en zijn student Hermann Liebhafsky toonde aan dat de vermindering van jodium tot jodium, met productie van zuurstof, en de oxidatie van jodium terug naar jodaat plaatsvond op een periodieke manier met cyclische pieken in zuurstofproductie en jodiumconcentratie.Dit werd bekend als de Bray-Liebhafsky-reactie.

In de jaren 1950 en 1960 onderzocht de biofysici Boris P. Belousov en later Anatol M. Zhabotinsky een andere cyclische reactie onderzocht die de periodieke oxidatie en reductie van een ceriumzout omvatte, wat resulteerdebij oscillerende kleurveranderingen.Als de Belousov-Zhabotinsky of BZ de reactie wordt uitgevoerd met behulp van een dunne laag van het chemische mengsel, wordt een opmerkelijk effect gezien, met kleine lokale fluctuaties in de concentraties van de reactanten die leiden tot de opkomst van complexe patronen van spiralen en concentrische cirkels.De chemische processen die plaatsvinden zijn zeer complex, waarbij maar liefst 18 verschillende reacties zijn betrokken.1972. De Briggs-Rauscher-reactie heeft een oplossing die periodiekVerandert van kleurloos naar lichtbruin naar donkerblauw.Als het zorgvuldig wordt ingesteld, kunnen er 10-15 cycli zijn voordat het zich vestigt in een evenwicht in een donkerblauwe kleur.

Een ongebruikelijke chemische klok die vormveranderingen inhoudt in plaats van kleur is de kwik die hartreactie klopt.Een druppel kwik wordt toegevoegd aan een oplossing van kaliumdichromaat in zwavelzuur en een ijzeren nagel wordt vervolgens dicht bij het kwik geplaatst.Een film van kwik I Sulfaat vormt zich op de druppel, waardoor de oppervlaktespanning wordt verminderd en het zich verspreidt en de ijzeren nagel raakt.Wanneer dit gebeurt, verminderen elektronen van de nagel het kwik dat ik sulfaat terug naar kwik, het herstellen van de oppervlaktespanning en waardoor de klodder weer samentrekt, het contact verliest met de nagel.Het proces herhaalt zich vele malen, wat resulteert in een cyclische vormverandering.

Chemische klokreacties zijn een gebied van lopend onderzoek.Vooral cyclische of oscillerende reacties zijn van groot belang in de studie van chemische kinetiek en zelforganiserende systemen.Er is gespeculeerd dat dit type reacties mogelijk zijn betrokken bij de oorsprong van het leven.