O que é um relógio químico?

Um relógio químico é um cenário em que os compostos químicos reagentes trazem um evento repentino e observável após um atraso de tempo que pode ser definido relativamente precisamente ajustando as concentrações dos reagentes. Muitas vezes, o evento é indicado por uma mudança de cor, mas pode assumir outra forma, como a produção de gás causando efervescência. Em alguns casos, a mudança é cíclica e envolve uma solução que alterna periodicamente entre dois ou mais estados, geralmente indicados por cores diferentes.

Um dos relógios químicos mais simples é conhecido como reação "relógio de iodo". Duas soluções incolores são misturadas e, após uma pausa, a solução resultante fica abruptamente azul escuro. Na versão mais comum do experimento, uma solução contém uma mistura diluída de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio, e a outra uma mistura de iodeto de potássio, amido e tiossulfato de sódio. Ao misturar as soluções, o iodo elementar é liberado do iodeto de potássio, mas uma reação mais rápida entreEN O iodo e o tiossulfato de sódio o converte de volta em íons de iodeto incolores. Quando todo o tiossulfato é usado, o iodo é capaz de reagir com o amido para produzir um composto azul escuro.

As reações cíclicas ou oscilantes do relógio químico são particularmente fascinantes. Normalmente, uma reação química prossegue em uma direção até que um ponto de equilíbrio seja atingido. Depois disso, nenhuma mudança adicional ocorrerá sem a intervenção de algum outro fator, como uma mudança de temperatura. As reações oscilantes foram inicialmente intrigantes, pois pareciam desafiar essa regra se afastando espontaneamente do equilíbrio e retornando lá repetidamente. Na realidade, a reação geral prossegue em direção ao equilíbrio e permanece lá, mas no processo, a concentração de um ou mais reagentes ou produtos intermediários varia de maneira cíclica.

Em um cloc químico oscilante idealizadoK, há uma reação que cria um produto e outra reação que usa esse produto, com a concentração do produto determinando qual reação ocorre. Quando a concentração é baixa, a primeira reação ocorre, tornando mais do produto. Um aumento na concentração do produto, no entanto, desencadeia a segunda reação, reduzindo a concentração e levando a primeira reação a ocorrer. Isso resulta em um ciclo pelo qual as duas reações concorrentes determinam a concentração de um produto, que por sua vez determina qual reação ocorrerá. Após vários ciclos, a mistura atingirá o equilíbrio e as reações vão parar.

Um dos primeiros relógios químicos cíclicos foi observado por William C. Bray em 1921. Envolveu a reação do peróxido de hidrogênio e um sal de iodato. Investigação de Bray e seu aluno Hermann Liebhafsky mostrou que a redução do iodo em iodo, com a produção de oxigênio e a oxidação do iodo de volta ao iodato, tomou um lugar para o posicionamentoe de maneira periódica com picos cíclicos na produção de oxigênio e concentração de iodo. Isso passou a ser conhecido como a reação de Braybhafsky.

Nas décadas de 1950 e 1960, os biofísicos Boris P. Belousov e, mais tarde, Anatol M. Zhabotinsky investigaram outra reação cíclica envolvendo a oxidação periódica e a redução de um sal de cério, resultando em mudanças de cor oscilantes. Se a reação de Belousov-Zhabotinsky, ou BZ, é realizada usando uma fina camada da mistura química, é visto um efeito notável, com pequenas flutuações locais nas concentrações dos reagentes que levam ao surgimento de padrões complexos de espirais e círculos concêntricos. Os processos químicos que ocorrem são muito complexos, envolvendo até 18 reações distintas.

Os instrutores de ciências Thomas S. Briggs e Warren C. Rauscsher, usando as reações acima como base, criaram um interessante relógio químico oscilante de três cores em 1972. A reação de Briggs-Rauscher apresenta uma solução quemuda periodicamente de incolor para marrom claro a azul escuro. Se configurado com cuidado, pode haver 10 a 15 ciclos antes de se instalar em equilíbrio em uma cor azul escura.

Um relógio químico incomum que envolve mudanças de forma, em vez de cor, é a reação do Mercúrio que bate no coração. Uma gota de mercúrio é adicionada a uma solução de dicromato de potássio no ácido sulfúrico e uma unha de ferro é então colocada perto do mercúrio. Um filme de Sulfato de Mercúrio I se forma na queda, reduzindo a tensão da superfície e fazendo com que ele se espalhe e tocasse a unha de ferro. Quando isso acontece, os elétrons da unha reduzem o mercúrio I sulfato de volta ao mercúrio, restaurando a tensão da superfície e fazendo com que o bolhas se contraia novamente, perdendo contato com a unha. O processo se repete muitas vezes, resultando em uma mudança de forma cíclica.

As reações de relógio químico são uma área de pesquisa em andamento. As reações cíclicas ou oscilantes, em particular, são de grande interesse no estudo da cinética química e auto-orgasistemas de nação. Especula -se que as reações desse tipo podem estar envolvidas na origem da vida.