¿Qué es un reloj químico?

Un reloj químico es un escenario en el que los compuestos químicos de reacción provocan un evento repentino y observable después de un retraso de tiempo que se puede establecer de manera relativamente precisa ajustando las concentraciones de los reactivos. A menudo, el evento está indicado por un cambio de color, pero puede tomar otra forma, como la producción de gas que causa efervescencia. En algunos casos, el cambio es cíclico e implica una solución que cambia periódicamente entre dos o más estados, generalmente indicado por diferentes colores.

Uno de los relojes químicos más simples se conoce como la reacción de "reloj de yodo". Dos soluciones incoloras se mezclan y después de una pausa, la solución resultante se vuelve de color azul oscuro. En la versión más común del experimento, una solución contiene una mezcla diluida de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno, y la otra una mezcla de yoduro de potasio, almidón y tiosulfato de sodio. Al mezclar las soluciones, el yodo elemental se libera del yoduro de potasio, pero una reacción más rápida entreEn el yodo y el tiosulfato de sodio lo convierten en iones de yoduro incoloros. Cuando todo el tiosulfato se ha usado, el yodo puede reaccionar con el almidón para producir un compuesto azul oscuro.

reacciones cíclicas u oscilantes del reloj químico son particularmente fascinantes. Normalmente, una reacción química continúa en una dirección hasta alcanzar un punto de equilibrio. Después de esto, no se producirán más cambios sin la intervención de algún otro factor, como un cambio de temperatura. Las reacciones oscilantes fueron inicialmente desconcertantes, ya que parecían desafiar esta regla al alejarse espontáneamente del equilibrio y regresar allí repetidamente. En realidad, la reacción general continúa hacia el equilibrio y permanece allí, pero en el proceso, la concentración de uno o más reactivos o productos intermedios varía de manera cíclica.

En un cloc químico oscilante idealizadoK, hay una reacción que crea un producto y otra reacción que usa este producto, con la concentración del producto que determina qué reacción tiene lugar. Cuando la concentración es baja, se produce la primera reacción, haciendo más del producto. Sin embargo, un aumento en la concentración del producto desencadena la segunda reacción, reduciendo la concentración y provocando que se produzca la primera reacción. Esto da como resultado un ciclo por el cual las dos reacciones competitivas determinan la concentración de un producto, lo que a su vez determina qué reacción tendrá lugar. Después de varios ciclos, la mezcla alcanzará el equilibrio y las reacciones se detendrán.

Uno de los primeros relojes químicos cíclicos fue observado por William C. Bray en 1921. Involucró la reacción de peróxido de hidrógeno y una sal yodada. La investigación realizada por Bray y su alumno Hermann Liebhafsky demostró que la reducción del yodado al yodo, con la producción de oxígeno y la oxidación del yodo de regreso al yodado se llevó a la placaE de manera periódica con picos cíclicos en la producción de oxígeno y la concentración de yodo. Esto llegó a ser conocido como la reacción Bray-Liebhafsky.

En las décadas de 1950 y 1960, los biofísicos Boris P. Belosov y, más tarde, Anatol M. Zhabotinsky investigó otra reacción cíclica que implica la oxidación periódica y la reducción de una sal de cerio, lo que resultó en cambios en el color oscilante. Si la reacción Belosousov-Zhabotinsky, o BZ, se realiza usando una capa delgada de la mezcla química, se observa un efecto notable, con pequeñas fluctuaciones locales en las concentraciones de los reactivos que conducen a la aparición de patrones complejos de espirales y círculos concéntricos. Los procesos químicos que tienen lugar son muy complejos, que involucran hasta 18 reacciones distintas.

Los instructores de ciencias Thomas S. Briggs y Warren C. Ruscsher, utilizando las reacciones anteriores como base, crearon un interesante reloj químico oscilante de tres colores en 1972. La reacción Briggs-Rauscher presenta una solución queperiódicamente cambia de color incoloro a marrón claro a azul oscuro. Si se configura con cuidado, puede haber 10-15 ciclos antes de que se asienta en equilibrio en un color azul oscuro.

Un reloj químico inusual que implica cambios de forma en lugar del color es la reacción cardíaca que golpea el mercurio. Se agrega una gota de mercurio a una solución de dicromato de potasio en ácido sulfúrico, y luego se coloca una uña de hierro cerca del mercurio. Una película de mercurio I se forma sulfato en la caída, reduciendo la tensión superficial y haciendo que se extienda y toque la uña de hierro. Cuando esto sucede, los electrones de la uña reducen el mercurio I de regreso al mercurio, restaurando la tensión superficial y haciendo que la mancha se contraiga nuevamente, perdiendo el contacto con la uña. El proceso se repite muchas veces, lo que resulta en un cambio cíclico de forma.

Las reacciones de reloj químico son un área de investigación en curso. Las reacciones cíclicas u oscilantes en particular son de gran interés en el estudio de la cinética química y la autoorgaSistemas de Nizing. Se ha especulado que las reacciones de este tipo pueden haber estado involucradas en el origen de la vida.