Kimyasal Saat Nedir?

Kimyasal bir saat, reaksiyona giren kimyasal bileşiklerin, reaktiflerin konsantrasyonlarını ayarlayarak nispeten kesin olarak ayarlanabilen bir zaman gecikmesinden sonra ani, gözlemlenebilir bir olay meydana getirdiği bir senaryodur. Genellikle olay renkteki bir değişiklikle gösterilir, ancak efervesansa neden olan gaz üretimi gibi başka bir şekilde de olabilir. Bazı durumlarda, değişiklik döngüseldir ve genellikle farklı renklerle gösterilen, iki veya daha fazla durum arasında düzenli aralıklarla geçiş yapan bir çözümü içerir.

En basit kimyasal saatlerden biri “iyot saati” reaksiyonu olarak bilinir. İki renksiz çözelti karıştırılır ve duraklatıldıktan sonra elde edilen çözelti aniden koyu maviye döner. Deneyin en yaygın versiyonunda, bir çözelti seyreltik bir sülfürik asit ve hidrojen peroksit karışımı ve diğeri potasyum iyodür, nişasta ve sodyum tiyosülfat karışımı içerir. Solüsyonların karıştırılması üzerine elementel iyot potasyum iyodürden salınır, ancak iyot ve sodyum tiyosülfat arasındaki daha hızlı bir reaksiyon onu tekrar renksiz iyodür iyonlarına dönüştürür. Tüm tiyosülfatlar kullanıldığı zaman, iyot koyu mavi bir bileşik elde etmek için nişasta ile reaksiyona girebilir.

Döngüsel veya salınan kimyasal saat reaksiyonları özellikle etkileyicidir. Normal olarak, bir kimyasal reaksiyon bir denge noktasına ulaşılıncaya kadar bir yönde ilerler. Bundan sonra, sıcaklık değişimi gibi başka bir faktörün müdahalesi olmadan başka bir değişiklik yapılmayacaktır. Salınımlı reaksiyonlar başlangıçta şaşkınlık yarattı, çünkü kendiliğinden dengeden uzaklaşıp tekrar tekrar oraya geri dönerek bu kurala meydan okuyor gibi görünüyorlardı. Gerçekte, genel reaksiyon dengeye doğru ilerler ve orada kalır, ancak bu işlemde bir veya daha fazla reaktan veya ara ürünün konsantrasyonu döngüsel olarak değişir.

İdealize edilmiş salınımlı bir kimyasal saatte, bir ürünü oluşturan bir reaksiyon ve bu ürünü kullanan başka bir reaksiyon, hangi konsantrasyonun gerçekleşeceğini belirleyen ürün konsantrasyonu ile birlikte. Konsantrasyon düşük olduğunda, ilk reaksiyon meydana gelir ve daha fazla ürün elde edilir. Bununla birlikte, ürünün konsantrasyonundaki bir artış, ikinci reaksiyonu tetikler, konsantrasyonu azaltır ve ilk reaksiyonun gerçekleşmesini sağlar. Bu, iki rakip reaksiyonun hangi ürünün gerçekleşeceğini belirleyen bir ürünün konsantrasyonunu belirlediği bir döngü ile sonuçlanır. Bir kaç devirden sonra, karışım dengeye ulaşacak ve reaksiyonlar duracaktır.

İlk döngüsel kimyasal saatlerden biri, 1921'de William C. Bray tarafından gözlendi. Hidrojen peroksit ve bir iyot tuzunun reaksiyonunu içeriyordu. Bray ve öğrencisi Hermann Liebhafsky tarafından yapılan araştırmalar, iyotun iyotun, oksijen üretimi ile iyotun ve iyodun oksidasyona oksidasyonunun, oksijen üretimi ve iyot konsantrasyonundaki periyodik bir şekilde gerçekleştiğini göstermiştir. Bu Bray-Liebhafsky reaksiyonu olarak bilinirdi.

1950'lerde ve 1960'larda, biyofizikçiler Boris P. Belousov ve daha sonra Anatol M. Zhabotinsky, salınan renk değişikliklerine neden olarak periyodik oksidasyon ve seryum tuzunun indirgenmesini içeren başka bir siklik reaksiyonu araştırdı. Belousov-Zhabotinsky veya BZ ise, reaksiyon, kimyasal karışımın ince bir tabakası kullanılarak gerçekleştirilirse, reaktiflerin konsantrasyonlarında karmaşık spiral modellerin ve eşmerkezli dairelerin desenlerinin ortaya çıkmasına yol açan küçük yerel dalgalanmalarla dikkat çekici bir etki görülür. Gerçekleşen kimyasal prosesler, 18 kadar farklı reaksiyon içeren çok karmaşık.

Fen öğretmeni Thomas S. Briggs ve Warren C. Rauscsher, yukarıdaki reaksiyonları temel alarak 1972'de ilginç bir üç renkli salınımlı kimyasal saat yarattı. Briggs-Rauscher reaksiyonu, periyodik olarak renksizden açık kahverengiden kahverengiye doğru değişen bir çözelti sunuyor. koyu mavi. Dikkatli bir şekilde kurulursa, koyu mavi renkte dengeye yerleşmeden önce 10-15 döngü olabilir.

Renkten ziyade şekil değişikliklerini içeren alışılmadık bir kimyasal saat, cıva atan kalp tepkisidir. Sülfürik asit içindeki bir potasyum dikromat çözeltisine bir damla cıva eklenir ve daha sonra cıvaya yakın bir demir çivi yerleştirilir. Damla üzerinde bir cıva I sülfat filmi oluşur, yüzey gerilimini azaltır ve yayılmasına ve demir çiviye dokunmasına neden olur. Bu olduğunda, tırnaktaki elektronlar cıva I sülfatını tekrar cıvaya indirger, yüzey gerginliğini geri kazandırır ve bloğun tekrar tutuşmasına neden olarak tırnakla temas eder. İşlem birçok kez tekrar eder ve döngüsel bir şekil değişikliğine neden olur.

Kimyasal saat reaksiyonları devam eden bir araştırma alanıdır. Özellikle döngüsel veya salınımlı reaksiyonlar, kimyasal kinetik ve kendi kendini düzenleyen sistemler üzerine yapılan çalışmalarda büyük ilgi çekmektedir. Bu tür reaksiyonların yaşamın kökeni ile ilgili olabileceği öne sürülmüştür.