Co jsou chemické hodiny?
Chemické hodiny jsou scénář, kde reagující chemické sloučeniny přinášejí náhlou pozorovatelnou událost po časovém zpoždění, které lze relativně přesně nastavit úpravou koncentrací reaktantů. Událost je často označena změnou barvy, ale může to mít nějakou jinou formu, jako je například výroba plynu způsobujícího šumění. V některých případech je změna cyklická a zahrnuje roztok, který pravidelně přepíná mezi dvěma nebo více stavy, obvykle označený různými barvami. Dvě bezbarvá roztoky jsou smíšená a po pauze se výsledný roztok náhle změní tmavě modrou. V nejběžnější verzi experimentu obsahuje jeden roztok zředěnou směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku a druhou směs jodidu draselného, škrobu a thiosulfátu sodíku. Při míchání roztoků se z jodidu draselného uvolňuje elementární jód, ale rychlejší reakce meziEn jód a thiosulfát sodný jej přeměňují zpět na bezbarvé ionty jodidu. Když byl veškerý thiosulfát použit, jód je schopen reagovat se škrobem, aby vytvořil tmavě modrou sloučeninu.
Cyklické nebo oscilační reakce chemických hodin jsou obzvláště fascinující. Normálně chemická reakce probíhá v jednom směru, dokud není dosaženo rovnovážného bodu. Poté nedojde k další změně bez zásahu jiného faktoru, jako je změna teploty. Oscilační reakce byly zpočátku záhadné, protože se zdálo, že vzdorují tomuto pravidlu spontánně odsunutím od rovnováhy a opakovaně se tam vrací. Ve skutečnosti celková reakce postupuje směrem k rovnováze a zůstává tam, ale v procesu se koncentrace jednoho nebo více reakčních složek nebo mezilehlých produktů liší cyklickým způsobem.
V idealizované oscilační chemické clocK, existuje reakce, která vytváří produkt a další reakce, která používá tento produkt, přičemž koncentrace produktu určuje, která reakce probíhá. Když je koncentrace nízká, dojde k první reakci, což vytváří více produktu. Zvýšení koncentrace produktu však spustí druhou reakci, snižuje koncentraci a podněcuje první reakci. To má za následek cyklus, při kterém obě konkurenční reakce určují koncentraci produktu, což zase určuje, která reakce proběhne. Po několika cyklech směs dosáhne rovnováhy a reakce se zastaví.
Jeden z prvních cyklických chemických hodin pozoroval William C. Bray v roce 1921. Jednalo se o reakci peroxidu vodíku a jodatové soli. Vyšetřování Brayem a jeho studentem Hermannem Liebhafskym ukázalo, že redukce jodátu na jód, s produkcí kyslíku a oxidace jódu zpět na joodate, vzala placeE periodicky s cyklickými píky při produkci kyslíku a koncentrací jódu. To se stalo známé jako Bray-Liebhafská reakce.
V 50. a 60. letech 20. století biofyzicisté Boris P. Belousov a později Anatol M. Zhabotinsky zkoumali další cyklickou reakci zahrnující periodickou oxidaci a redukci cerové soli, což vedlo ke změnám oscilace barev. Pokud je reakce prováděna Belousov-Zhabotinsky nebo Bz za použití tenké vrstvy chemické směsi, je pozorovatelný účinek s malými lokálními fluktuacemi v koncentracích reaktantů vedoucími ke vzniku komplexních vzorců spirál a soustředných kruhů. Chemické procesy probíhají velmi složité a zahrnují až 18 odlišných reakcí.
Vědecké instruktoři Thomas S. Briggs a Warren C. Rauscsher, kteří využívají výše uvedené reakce jako základ, vytvořili zajímavé tříbarevné oscilační chemické hodiny v roce 1972. Reakce Briggs-Rauscher má řešení, které má řešení, které má řešení, které má řešení, kteréPravidelně se mění z bezbarvé na světle hnědou na tmavě modrou. Pokud je nastaveno pečlivě, může být 10-15 cyklů, než se usadí do rovnováhy v tmavě modré barvě.
Neobvyklé chemické hodiny, které zahrnují změny tvaru spíše než barvu, je reakce rtuti, která bil srdeční. K roztoku dichromátu draselného v kyselině sírové se přidá kapka rtuti a potom se potom v blízkosti rtuti umístí železný hřebík. Film rtuti I sulfátu se vytváří na kapce, snižuje povrchové napětí a způsobuje, že se rozprostírá a dotkne se železného hřebíku. Když k tomu dojde, elektrony z hřebíku snižují síranu rtuti i zpět do rtuti, obnoví povrchové napětí a způsobí, že se blob opět stahuje a ztrácí kontakt s hřebíkem. Proces se opakuje mnohokrát, což má za následek cyklickou změnu tvaru.
Chemické hodiny hodiny jsou oblastí probíhajícího výzkumu. Zejména cyklické nebo oscilační reakce jsou velmi zajímavé o studii chemické kinetiky a sebeorgaNize systémy. Bylo spekulováno, že reakce tohoto typu mohly být zapojeny do původu života.