화학 시계 란?
화학 시계는 반응 화합물의 농도를 조정하여 상대적으로 정확하게 설정할 수있는 시간 지연 후 반응하는 화합물이 갑자기 관찰 가능한 이벤트를 발생시키는 시나리오입니다. 종종 사건은 색의 변화로 표시되지만 발포성 가스 발생과 같은 다른 형태를 취할 수도 있습니다. 어떤 경우에는 변경이 주기적이며 일반적으로 다른 색상으로 표시되는 둘 이상의 상태를 주기적으로 전환하는 솔루션이 포함됩니다.
가장 간단한 화학 시계 중 하나는 "요오드 시계"반응으로 알려져 있습니다. 두 가지 무색 용액이 혼합되어 일시 정지 된 후 결과 용액이 갑자기 진한 파란색으로 변합니다. 가장 일반적인 실험 버전에서, 하나의 용액은 황산과 과산화수소의 희석 혼합물과 다른 요오드화 칼륨, 전분 및 티오 황산나트륨의 혼합물을 포함합니다. 용액을 혼합 할 때, 요오드화 칼륨으로부터 요오드화 원소가 방출되지만, 요오드와 티오 황산나트륨 사이의 빠른 반응은이를 무색 요오드화 이온으로 전환시킨다. 모든 티오 황산염이 다 소모되면 요오드는 전분과 반응하여 진한 파란색 화합물을 생성 할 수있다.
주기적 또는 진동 화학 시계 반응이 특히 매력적입니다. 일반적으로 화학 반응은 평형 점에 도달 할 때까지 한 방향으로 진행됩니다. 그 후에는 온도 변화와 같은 다른 요인의 개입 없이는 더 이상의 변화가 발생하지 않습니다. 자발적으로 평형에서 멀어지면서 반복적으로 되돌아 가서이 규칙을 무시하는 것처럼 보였을 때, 진동 반응은 처음에는 수수께끼였다. 실제로, 전체 반응은 평형을 향하여 진행되고 거기에 머 무르지 만, 공정에서 하나 이상의 반응물 또는 중간 생성물의 농도는 주기적으로 변한다.
이상적인 진동 화학 시계에는 제품을 생성하는 반응과이 제품을 사용하는 다른 반응이 있으며 제품의 농도에 따라 반응이 발생합니다. 농도가 낮 으면 첫 번째 반응이 일어나 제품을 더 많이 만듭니다. 그러나, 생성물 농도의 증가는 제 2 반응을 유발하여 농도를 감소시키고 제 1 반응이 일어나도록 자극한다. 이로 인해 두 개의 경쟁 반응이 생성물의 농도를 결정하고 결과적으로 어떤 반응이 일어날지를 결정하는주기를 초래한다. 여러 번의 사이클 후, 혼합물은 평형에 도달하고 반응이 멈출 것이다.
최초의 순환 화학 시계 중 하나가 1921 년 William C. Bray에 의해 관찰되었습니다. 과산화수소와 요오드 산염의 반응이 포함되었습니다. Bray와 그의 학생 인 Hermann Liebhafsky의 조사에 따르면 산소 생산으로 요오드가 요오드로 환원되고 요오드로의 요오드로의 산화는 주기적으로 산소 생산 및 요오드 농도에서 주기적으로 발생하는 것으로 나타났다. 이것은 Bray-Liebhafsky 반응으로 알려지게되었습니다.
1950 년대와 1960 년대에 생물 물리학 자 Boris P. Belousov와 나중에 Anatol M. Zhabotinsky는 주기적 산화와 세륨 염의 환원을 포함하는 또 다른 순환 반응을 조사하여 진동하는 색 변화를 일으켰습니다. Belousov-Zhabotinsky 또는 BZ 반응이 얇은 층의 화학 혼합물을 사용하여 수행되는 경우, 반응물의 농도의 작은 국소 변동으로 인해 나선 및 동심원의 복잡한 패턴이 출현하는 놀라운 효과가 나타납니다. 발생하는 화학 공정은 매우 복잡하여 최대 18 개의 별개의 반응이 수반됩니다.
과학 강사 Thomas S. Briggs와 Warren C. Rauscsher는 위의 반응을 기초로하여 1972 년에 흥미로운 3 색 진동 화학 시계를 만들었습니다. Briggs-Rauscher 반응은 주기적으로 무색에서 밝은 갈색으로 바뀌는 솔루션을 특징으로합니다. 진한 파란색. 주의 깊게 설정하면 진한 파란색으로 평형이되기 전에 10-15주기가있을 수 있습니다.
색보다는 모양의 변화와 관련된 특이한 화학 시계는 수은이 심장 반응을 때리는 것입니다. 황산 중의 중크롬산 칼륨 용액에 수은 방울을 첨가 한 다음 철 못을 수은에 가깝게 놓는다. 드롭에 수은 I 설페이트 막이 형성되어 표면 장력이 감소하고 퍼져서 철 손톱에 닿습니다. 이런 일이 발생하면 손톱에서 나온 전자가 황산 수은을 다시 수은으로 환원시켜 표면 장력을 회복시키고 블로 브를 다시 수축시켜 손톱과의 접촉을 잃는다. 프로세스가 여러 번 반복되어 주기적으로 모양이 변경됩니다.
화학 시계 반응은 지속적인 연구 분야입니다. 순환 또는 진동 반응은 특히 화학 역학 및 자체 구성 시스템의 연구에 큰 관심이 있습니다. 이러한 유형의 반응이 생명의 기원에 관여했을 수 있다고 추측되었다.