Хемиски осцилатор
Хемиски осцилатор ― сложена мешавина од хемиски соединенија кои реагираат во која концентрацијата на една или повеќе компоненти покажува периодични промени. Тие се класа на реакции кои служат како пример за нерамнотежна термодинамика со однесување далеку од рамнотежа. Реакциите се теоретски важни по тоа што покажуваат дека во хемиските реакции не мора да надвладејува рамнотежното термодинамичко однесување.
Во случаи кога еден од реагенсите има видлива боја, може да бидат забележани периодични промени на бојата. Примери за осцилирачки реакции се Белоусов-Жаботинскиевата реакција, Бригс-Раушеровата реакција и Бреј-Либхафскиевата реакција.
Историја уреди
Најраните научни докази дека таквите реакции можат да осцилираат биле дочекани со краен скептицизам. Во 1828 година, Густав Фехнер објавил извештај за осцилации во хемиски систем. Тој опишал електрохемиска ќелија која произведува осцилирачка струја. Во 1899 година, Вилхелм Оствалд забележал дека стапката на растворање на хром во киселина периодично се зголемува и намалува. И двата системи биле хетерогени и се верувало дека тогаш, и во поголемиот дел од минатиот век, не постојат хомогени осцилирачки системи. Додека теоретските дискусии датираат од околу 1910 година, систематското проучување на осцилирачките хемиски реакции и на поширокото поле на нелинеарната хемиска динамика не станало добро воспоставено до средината на 1970-тите.[1]
Теорија уреди
Хемиските системи не можат да осцилираат околу положбата на конечна рамнотежа бидејќи таквата осцилација би го прекршила вториот закон на термодинамиката. За термодинамички систем кој не е во рамнотежа, овој закон бара системот да се приближува до рамнотежа и да не се повлекува од него. За затворен систем на постојана температура и притисок, термодинамичкото барање е Гибсовата слободна енергија да мора постојано да се намалува и да не осцилира. Сепак, можно е концентрациите на некои реакциони посредници да осцилираат, а исто така и стапката на образување на производите да осцилира.[2]
Теоретски модели на осцилирачки реакции се проучувани од хемичари, физичари и математичари. При колебање, реакцијата на ослободување на енергија може да следи најмалку два различни патишта, а реакцијата периодично се префрла од една патека на друга. Еден од овие патишта произведува специфичен меѓупроизвод, додека друг пат го троши. Концентрацијата на овој посредник предизвикува префрлување на патеките. Кога концентрацијата на посредникот е ниска, реакцијата ја следи патеката на производство, што потоа води до релативно висока концентрација на интермедиер. Кога концентрацијата на посредникот е висока, реакцијата се префрла на патеката на потрошувачка.
Создадени се различни теоретски модели за овој тип на реакција, вклучувајќи го и Лотка-Волтераовиот модел, бруселаторот и орегонаторот. Вториот бил дизајниран да ја симулира Белоусов-Жаботинскиевата реакција.[3]
Видови уреди
Белоусов-Жаботинскиева реакција уреди
Белоусов-Жаботинскиевата реакција е еден од неколкуте колебачки хемиски системи, чиј заеднички елемент е вклучувањето на бром и киселина. Суштински аспект на Белоусов-Жаботинскиевата реакција е нејзината таканаречена „возбудливост“ — под влијание на стимули, моделите се развиваат во она што инаку би било совршено мирен медиум. Некои часовни реакции како што се Бригс-Рошеровата и Белоусов-Жаботинскиевата реакција со користење на хемикалијата рутениум бипиридил како катализатор може да се возбудат во самоорганизирачка активност преку влијанието на светлината.
Борис Белоусов прв пат забележал, некаде во 1950-тите, дека во мешавина од калиум бромат, цериум (IV) сулфат, малонска киселина и лимонска киселина во разредена сулфурна киселина, односот на концентрацијата на цериумот (IV ) и јоните на цериум (III) осцилирале, предизвикувајќи бојата на растворот да осцилира помеѓу жолт раствор и безбоен раствор. Ова се должи на тоа што јоните на цериум (IV) се намалуваат со малонската киселина до јони на цериум (III), кои потоа се оксидираат назад до јони на цериум (IV) со јони на бромат (V).
Бригс-Раушерова реакција уреди
Бригс-Рошеровата осцилирачка реакција е една од малиот број познати осцилирачки хемиски реакции. Тој е особено погоден за прикажувачки цели поради неговите визуелно впечатливи промени во бојата: свежо подготвениот безбоен раствор полека добива килибарна боја, наеднаш менувајќи се во многу темно сина боја. Ова полека згаснува до безбоен и процесот се повторува, околу десет пати во најпопуларната формулација.
Бреј-Либхафскиева реакција уреди
Бреј-Либхафскиевата реакција е хемиски часовник првпат опишан од Вилијам Крауел Бреј во 1921 година со оксидација на јодин во јодат:
- 5 H2O2 + I2 → 2 IO−
3 + 2 H+ + 4 H2O
и намалување на јодатот назад во јодин:
- 5 H2O2 + 2 IO−
3 + 2H+ → I2 + 5O2 + 6H2O[4]
Поврзано уреди
Наводи уреди
- ↑ Epstein, Irving R., and John A. Pojman. An introduction to nonlinear chemical dynamics: oscillations, waves, patterns, and chaos. Oxford University Press, USA, 1998, p. 3.
- ↑ Espenson, J.H. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms (2nd ed., McGraw-Hill 2002) p.190 ISBN 0-07-288362-6
- ↑ „IDEA - Internet Differential Equations Activities“. Универзитет во Сојузната Држава Вашингтон. Архивирано од изворникот на 2017-09-09. Посетено на 21 февруари 2023.
- ↑ Bray, William C. (1921). „A periodic reaction in homogeneous solution and its relation to catalysis“. Journal of the American Chemical Society. 43 (6): 1262–1267. doi:10.1021/ja01439a007.