Химические часы (или часовая реакция ) представляют собой сложную смесь реагирующих химических соединений , в которой появление наблюдаемого свойства (обесцвечивание или окраска) происходит после предсказуемого времени индукции из-за присутствия видов часов в обнаружимом количестве. [1] В случаях, когда один из реагентов имеет видимый цвет, превышение порога концентрации может привести к резкому изменению цвета по истечении воспроизводимого периода времени.
Реакции часов можно разделить на три или четыре типа: [2]
Простейшая часовая реакция, состоящая из двух реакций: [2]
Когда присутствует субстрат (B), часы (C) быстро расходуются во второй реакции. Только когда субстрат B полностью израсходован или исчерпан, количество вещества C может накапливаться, вызывая изменение цвета. Примером этой часовой реакции является сульфитно-иодатная реакция или йодная часовая реакция , также известная как реакция Ландольта .
Иногда часовая реакция предполагает образование промежуточных соединений в трех последовательных реакциях.
Учитывая, что Q в избытке, когда субстрат (P) истощается, C накапливается, что приводит к изменению цвета.
Основа реакции аналогична часовой реакции, истощающей субстрат, за исключением того факта, что скорость k 2 очень медленная, что приводит к сосуществованию субстратов и видов часов, поэтому нет необходимости истощать субстрат, чтобы наблюдать изменение цвета. Примером этих часов является реакция пентатионат/йодат. [2] [3]
Реакции этой категории ведут себя как реакция часов, однако они невоспроизводимы, непредсказуемы и их трудно контролировать. Примерами являются реакции хлорит/тиосульфат и йодид/хлорит. [2]
Реакция невоспроизводима в каждом цикле из-за первоначальной неоднородности смеси, которая возникает в результате изменения скорости перемешивания, общего объема, а также геометрии реакторов. Повторение реакции статистически значимым образом приводит к воспроизводимой кривой распределения кумулятивной вероятности. Примером этих часов является реакция йодата с мышьяковистой кислотой. [4]
Одна реакция может попасть в более чем одну классификацию, указанную выше, в зависимости от обстоятельств. Например, реакция йодат-мышьяковистая кислота может быть часовой реакцией, истощающей субстрат, часовой реакцией, управляемой автокатализом , и сумасшедшей часовой реакцией.
Одним из классов примеров являются реакции йодных часов , в которых разновидности йода смешиваются с окислительно-восстановительными реагентами в присутствии крахмала. После задержки внезапно появляется темно-синяя окраска из-за образования трииодидно-крахмального комплекса .
В некоторые химические часы можно добавлять дополнительные реагенты для создания химического генератора . Например, реакция Бриггса-Раушера получается из реакции йодных часов путем добавления хлорной кислоты , малоновой кислоты и сульфата марганца . [5]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )