什么是化學鐘(Chemical Clock)？
化學鐘是一種場景，在經過一段時間的延遲之后，化學反應物會產生一個突然的、可觀察到的事件，這個事件可以通過調節反應物的濃度來相對精確地設置。通常，這個事件是由顏色的變化來表示的，但也可能是其他形式的，在某些情況下，這...
化學鐘是一種場景，在經過一段時間的延遲之后，化學反應物會產生一個突然的、可觀察到的事件，這個事件可以通過調節反應物的濃度來相對精確地設置。通常，這個事件是由顏色的變化來表示的，但也可能是其他形式的，在某些情況下，這種變化是周期性的，涉及到一種在兩種或多種狀態之間周期性切換的解決方案，通常用不同的顏色表示。
一種化學鐘當化學物質發生化學反應，通過調節反應物的濃度可以設定一個時間延遲后可觀察到的事件。最簡單的化學鐘之一被稱為"碘鐘"反應。兩種無色溶液混合，在停頓一下，得到的溶液突然變成深藍色。在最常見的實驗中，一種溶液含有稀硫酸和過氧化氫的混合物，另一種溶液含有碘化鉀、淀粉和硫代硫酸鈉的混合物。混合溶液時，碘化鉀釋放出元素碘，但是碘和硫代硫酸鈉之間的快速反應將其轉化為無色的碘離子，當所有的硫代硫酸鹽用完后，碘能夠與淀粉反應生成一種深藍色的化合物循環的，或振蕩的，化學鐘反應特別迷人通常，化學反應朝一個方向進行，直到達到平衡點為止。此后，沒有其他因素的干預，如溫度的變化，就不會發生進一步的變化。振蕩反應最初令人費解，因為它們似乎違背了這一規則，自發地偏離了平衡在現實中，整體反應確實朝著平衡的方向發展，并停留在那里，但在這個過程中，一個或多個反應物或中間產物的濃度以周期性的方式變化。在理想的振蕩化學鐘中，有一個反應生成一個產物，另一個反應用這個產物，與濃度成正比決定發生哪種反應的產物。當濃度較低時，第一個反應發生，使產物更多。然而，產物濃度的增加會引發第二個反應，降低濃度并促使第一個反應發生。這就形成了一個循環，在這個循環中，兩個相互競爭的反應決定了一個產品的濃度，而這又決定了將要發生的反應。經過若干個循環，混合物將達到平衡，反應將停止1921年William C.Bray觀測到第一個循環化學鐘，它涉及過氧化氫和碘酸鹽的反應。布雷和他的學生赫爾曼·利伯夫斯基的研究表明，碘酸鹽還原為碘，隨著氧氣的產生，碘氧化還原為碘酸鹽的過程是周期性的，在氧氣產生量和碘濃度上都有周期性的峰值，這就是所謂的布雷-利伯夫斯基反應在20世紀50年代和60年代，生物物理學家Boris P.Belousov和后來的Anatol M.Zhabotinsky研究了另一個循環反應，涉及鈰鹽的周期性氧化和還原，從而導致顏色的振蕩變化。如果Belousov-Zhabotinsky，或BZ，反應是使用一薄層化學混合物進行的，一個顯著的效果是，反應物濃度的局部小波動導致出現復雜的螺旋形和同心圓圖案，所發生的化學過程非常復雜，涉及多達18個不同的反應科學導師Thomas S.Briggs和Warren C.Rauscher以上述反應為基礎，1972年發明了一個有趣的三色振蕩化學鐘。布里格斯-勞舍爾反應的特點是溶液會周期性地從無色變為淺棕色再到深藍色。如果仔細設置，可能需要10-15個周期才能在深藍色中達到平衡一種不尋常的化學鐘是汞跳動的心臟反應，它涉及形狀的變化而不是顏色的變化，然后把一個鐵釘放在靠近水銀的地方。一層硫酸汞薄膜會在水滴上形成，降低表面張力，使其擴散并接觸鐵釘。當這種情況發生時，釘子中的電子會將硫酸汞還原為水銀，恢復表面張力，并使水滴再次收縮，失去與指甲的接觸。這個過程重復多次，導致形狀的循環變化化學鐘反應是一個正在進行的研究領域，特別是循環反應或振蕩反應在化學動力學和自組織系統的研究中有很大的興趣，人們推測這類反應可能與生命起源有關。
一種化學鐘當化學物質發生化學反應，通過調節反應物的濃度可以設定一個時間延遲后可觀察到的事件。最簡單的化學鐘之一被稱為"碘鐘"反應。兩種無色溶液混合，在停頓一下，得到的溶液突然變成深藍色。在最常見的實驗中，一種溶液含有稀硫酸和過氧化氫的混合物，另一種溶液含有碘化鉀、淀粉和硫代硫酸鈉的混合物。混合溶液時，碘化鉀釋放出元素碘，但是碘和硫代硫酸鈉之間的快速反應將其轉化為無色的碘離子，當所有的硫代硫酸鹽用完后，碘能夠與淀粉反應生成一種深藍色的化合物循環的，或振蕩的，化學鐘反應特別迷人通常，化學反應朝一個方向進行，直到達到平衡點為止。此后，沒有其他因素的干預，如溫度的變化，就不會發生進一步的變化。振蕩反應最初令人費解，因為它們似乎違背了這一規則，自發地偏離了平衡在現實中，整體反應確實朝著平衡的方向發展，并停留在那里，但在這個過程中，一個或多個反應物或中間產物的濃度以周期性的方式變化。在理想的振蕩化學鐘中，有一個反應生成一個產物，另一個反應用這個產物，與濃度成正比決定發生哪種反應的產物。當濃度較低時，第一個反應發生，使產物更多。然而，產物濃度的增加會引發第二個反應，降低濃度并促使第一個反應發生。這就形成了一個循環，在這個循環中，兩個相互競爭的反應決定了一個產品的濃度，而這又決定了將要發生的反應。經過若干個循環，混合物將達到平衡，反應將停止1921年William C.Bray觀測到第一個循環化學鐘，它涉及過氧化氫和碘酸鹽的反應。布雷和他的學生赫爾曼·利伯夫斯基的研究表明，碘酸鹽還原為碘，隨著氧氣的產生，碘氧化還原為碘酸鹽的過程是周期性的，在氧氣產生量和碘濃度上都有周期性的峰值，這就是所謂的布雷-利伯夫斯基反應在20世紀50年代和60年代，生物物理學家Boris P.Belousov和后來的Anatol M.Zhabotinsky研究了另一個循環反應，涉及鈰鹽的周期性氧化和還原，從而導致顏色的振蕩變化。如果Belousov-Zhabotinsky，或BZ，反應是使用一薄層化學混合物進行的，一個顯著的效果是，反應物濃度的局部小波動導致出現復雜的螺旋形和同心圓圖案，所發生的化學過程非常復雜，涉及多達18個不同的反應科學導師Thomas S.Briggs和Warren C.Rauscher以上述反應為基礎，1972年發明了一個有趣的三色振蕩化學鐘。布里格斯-勞舍爾反應的特點是溶液會周期性地從無色變為淺棕色再到深藍色。如果仔細設置，可能需要10-15個周期才能在深藍色中達到平衡一種不尋常的化學鐘是汞跳動的心臟反應，它涉及形狀的變化而不是顏色的變化，然后把一個鐵釘放在靠近水銀的地方。一層硫酸汞薄膜會在水滴上形成，降低表面張力，使其擴散并接觸鐵釘。當這種情況發生時，釘子中的電子會將硫酸汞還原為水銀，恢復表面張力，并使水滴再次收縮，失去與指甲的接觸。這個過程重復多次，導致形狀的循環變化化學鐘反應是一個正在進行的研究領域，特別是循環反應或振蕩反應在化學動力學和自組織系統的研究中有很大的興趣，人們推測這類反應可能與生命起源有關。
- 發表于 2020-08-22 08:35
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- 分類：科學教育
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