化学時計とは何ですか？

化学時計は、反応する化合物が、反応物の濃度を調整することで比較的正確に設定できる時間遅延の後、突然の観察可能なイベントをもたらすシナリオです。多くの場合、このイベントは色の変化によって示されますが、発泡を引き起こすガスの生産など、他の形をとることがあります。場合によっては、変化は周期的であり、通常は異なる色で示される2つ以上の状態を定期的に切り替えるソリューションを伴います。 2つの無色のソリューションが混ざり合っており、一時停止後、結果の解決策は突然濃い青に変わります。実験の最も一般的なバージョンでは、1つの溶液には硫酸と過酸化水素の希釈混合物が含まれており、もう1つはヨウ化カリウム、澱粉、チオ硫酸ナトリウムの混合物が含まれています。溶液を混合すると、元素ヨウ素はヨウ化カリウムから放出されますが、より速い反応がヨウ素とチオ硫酸ナトリウムは、それを無色のヨウ化物イオンに戻します。すべてのチオ硫酸が使用されると、ヨウ素は澱粉と反応して濃い青色の化合物を生成することができます。

周期的、または振動する化学時計反応は特に魅力的です。通常、化学反応は平衡点に達するまで一方向に進みます。この後、温度の変化など、他の要因の介入がなければ、それ以上の変更は行われません。振動する反応は、平衡から自然に移動し、繰り返しそこに戻ることにより、この規則に反するように見えたため、最初は不可解でした。実際には、全体的な反応は平衡に向かって進み、そこにとどまりますが、その過程で、1つまたは複数の反応物または中間製品の濃度は周期的な方法で変化します。

理想化された振動化学クロックK、製品を使用する製品と別の反応を作成する反応があり、製品の濃度がどの反応が起こるかを決定します。濃度が低い場合、最初の反応が発生し、より多くの製品を作ります。しかし、製品の濃度の増加は2番目の反応を引き起こし、濃度を減らし、最初の反応を促します。これにより、2つの競合する反応が産物の濃度を決定するサイクルになり、それがどの反応が起こるかを決定します。多くのサイクルの後、混合物は平衡に達し、反応が止まります。

最初の循環化学時計の1つは、1921年にウィリアムC.ブレイによって観察されました。それは、過酸化水素とヨウ化塩の反応を伴いました。 Brayと彼の学生のHermann Liebhafskyによる調査は、酸素の産生とヨウ素へのヨウ素の酸化により、ヨウ素へのヨウ化の減少がヨウ素を摂取したことを示しました。E酸素産生およびヨウ素濃度の周期的なピークを備えた周期的な方法。これは、Bray-Liebhafsky反応として知られるようになりました。

1950年代と1960年代、生物物理学者のボリスP.ベルーソフと、その後、アナトールM.ザボチンスキーは、セリウム塩の周期的な酸化と還元を含む別の循環反応を調査し、発振色の変化をもたらしました。 Belousov-Zhabotinsky（BZ）が化学混合物の薄い層を使用して反応が行われると、反応物の濃度が小さな局所的な変動があると、スパイラルと同心円の複雑なパターンの出現につながる顕著な効果が見られます。起こっている化学プロセスは非常に複雑で、18もの異なる反応が含まれます。

科学インストラクターのトーマス・S・ブリッグスとウォーレン・C・ラウシャーは、上記の反応を基礎として使用して、1972年に興味深い3色振動化学時計を作成しました。定期的に無色から薄茶色から濃い青に変わります。慎重にセットアップすると、濃い青色の色の平衡状態に落ち着く前に10〜15サイクルがある可能性があります。

色ではなく形状の変化を伴う異常な化学時計は、水銀鼓動心の反応です。硫酸中の二クロム酸カリウムの溶液に水銀が加えられ、鉄の爪が水銀の近くに置かれます。水銀I硫酸塩の膜が滴に形成され、表面の張力が低下し、鉄の爪に広がって触れます。これが起こると、爪から電子が水銀I硫酸水銀を減らし、水銀に戻り、表面張力を回復し、Blobを再び収縮させ、爪との接触を失います。このプロセスは何度も繰り返され、形状が周期的に変化します。

化学時計反応は、進行中の研究領域です。特に周期的または振動反応は、化学動態と自己軌道の研究に非常に興味深いものですシステム。このタイプの反応が生命の起源に関与している可能性があると推測されています。