Đồng hồ hóa học là gì?

Một đồng hồ hóa học là một kịch bản trong đó các hợp chất hóa học phản ứng mang lại một sự kiện đột ngột, có thể quan sát được sau một thời gian trễ có thể được đặt tương đối chính xác bằng cách điều chỉnh nồng độ của các chất phản ứng.Thông thường sự kiện được biểu thị bằng một sự thay đổi về màu sắc, nhưng nó có thể có một số hình thức khác, chẳng hạn như sản xuất khí gây ra sủi bọt.Trong một số trường hợp, sự thay đổi là theo chu kỳ và liên quan đến một giải pháp chuyển đổi định kỳ giữa hai hoặc nhiều trạng thái, thường được biểu thị bằng các màu khác nhau. Một trong những đồng hồ hóa học đơn giản nhất được gọi là phản ứng của đồng hồ iodine.Hai dung dịch không màu được trộn lẫn và sau khi tạm dừng, dung dịch kết quả đột ngột chuyển sang màu xanh đậm.Trong phiên bản phổ biến nhất của thí nghiệm, một dung dịch chứa hỗn hợp loãng axit sunfuric và hydro peroxide, và một hỗn hợp khác của kali iodide, tinh bột và natri thiosulfate.Khi trộn các dung dịch, iốt nguyên tố được giải phóng từ kali iodide, nhưng phản ứng nhanh hơn giữa iốt và natri thiosulfate chuyển đổi nó trở lại thành ion iốt không màu.Khi tất cả các thiosulfate đã được sử dụng hết, iốt có thể phản ứng với tinh bột để tạo ra một hợp chất màu xanh đậm.

Cyclic, hoặc dao động, các phản ứng đồng hồ hóa học đặc biệt hấp dẫn.Thông thường, một phản ứng hóa học tiến hành theo một hướng cho đến khi đạt được điểm cân bằng.Sau đó, sẽ không có sự thay đổi nào khác sẽ diễn ra mà không cần sự can thiệp của một số yếu tố khác, chẳng hạn như thay đổi nhiệt độ.Các phản ứng dao động ban đầu gây khó hiểu khi chúng dường như thách thức quy tắc này bằng cách tự nhiên di chuyển ra khỏi trạng thái cân bằng và trở lại ở đó nhiều lần.Trong thực tế, phản ứng tổng thể tiến hành trạng thái cân bằng và ở đó, nhưng trong quá trình đó, nồng độ của một hoặc nhiều chất phản ứng hoặc các sản phẩm trung gian khác nhau theo cách chu kỳ.Một sản phẩm và một phản ứng khác sử dụng sản phẩm này, với nồng độ của sản phẩm xác định phản ứng nào diễn ra.Khi nồng độ thấp, phản ứng đầu tiên xảy ra, tạo ra nhiều sản phẩm hơn.Tuy nhiên, sự gia tăng nồng độ sản phẩm của sản phẩm gây ra phản ứng thứ hai, làm giảm nồng độ và khiến phản ứng đầu tiên diễn ra.Điều này dẫn đến một chu kỳ theo đó hai phản ứng cạnh tranh xác định nồng độ của sản phẩm, từ đó xác định phản ứng nào sẽ diễn ra.Sau một số chu kỳ, hỗn hợp sẽ đạt đến trạng thái cân bằng và các phản ứng sẽ dừng lại.Cuộc điều tra của Bray và học sinh Hermann Liebhafsky cho thấy việc giảm iốt thành iốt, với việc sản xuất oxy và quá trình oxy hóa iốt trở lại iốt diễn ra một cách định kỳ với các đỉnh tuần hoàn trong sản xuất oxy và nồng độ iốt.Điều này được gọi là phản ứng Bray-Liebhafsky.

vào những năm 1950 và 1960, các nhà sinh học Boris P. Belousov và sau đó, Anatol M. Zhabotinsky đã điều tra một phản ứng tuần hoàn khác liên quan đến quá trình oxy hóa định kỳ và giảm muối cerium, kết quảTrong thay đổi màu sắc dao động.Nếu Belousov-Zhabotinsky, hoặc BZ, phản ứng được thực hiện bằng cách sử dụng một lớp mỏng của hỗn hợp hóa học, một hiệu ứng đáng chú ý được nhìn thấy, với các dao động cục bộ nhỏ trong nồng độ của các chất phản ứng dẫn đến sự xuất hiện của các mô hình xoắn ốc phức tạp và vòng tròn đồng tâm.Các quá trình hóa học diễn ra rất phức tạp, liên quan đến 18 phản ứng khác biệt.1972. Phản ứng Briggs-Rauscher có một giải pháp định kỳThay đổi từ không màu sang màu nâu nhạt sang màu xanh đậm.Nếu được thiết lập cẩn thận, có thể có 10-15 chu kỳ trước khi nó ổn định ở trạng thái cân bằng với màu xanh đậm.

Một đồng hồ hóa học bất thường liên quan đến sự thay đổi hình dạng thay vì màu sắc là phản ứng trái tim đang đập thủy ngân.Một giọt thủy ngân được thêm vào dung dịch kali dichromate trong axit sunfuric, và một móng sắt sau đó được đặt gần thủy ngân.Một bộ phim của Mercury I Sulfate hình thành trên sự sụt giảm, giảm căng thẳng bề mặt và khiến nó trải ra và chạm vào móng tay sắt.Khi điều này xảy ra, các electron từ móng làm giảm Mercury I sulfate trở lại thủy ngân, khôi phục sức căng bề mặt và khiến Blob co lại, mất liên lạc với móng.Quá trình này lặp đi lặp lại nhiều lần, dẫn đến sự thay đổi theo chu kỳ của hình dạng. Phản ứng đồng hồ hóa học là một lĩnh vực nghiên cứu đang diễn ra.Các phản ứng theo chu kỳ hoặc dao động nói riêng rất được quan tâm trong việc nghiên cứu động học hóa học và hệ thống tự tổ chức.Người ta đã suy đoán rằng các phản ứng thuộc loại này có thể đã tham gia vào nguồn gốc của cuộc sống.