Новости химической науки > Реакция-зомби оживает после окончания

Группа студентов химиков из Японии обнаружила колебательную реакцию, протекание которой перестает визуально наблюдаться через десять часов после ее старта, но после нескольких часов после «остановки» снова «запускается».

Хорошо известная реакция Белоусова-Жаботинского представляет собой процесс, который описывается в рамках неравновесной термодинамики. Концентрации исходных веществ и продуктов реакции падают и увеличиваются, потом увеличиваются и падают таким образом, что реакционная система испытывает колебания между двумя различными состояниями. С момента открытия в 1950-х годах для процессов, подобных реакции Белоусова-Жаботинского, было разработано большое количество составов, позволяющих наглядно демонстрировать колебательные реакции за счет изменения цвета реакционной системы.

Реакция Белоусова-Жаботинского – пример реакций, описывающихся в рамках неравновесной термодинамики. (Рисунок из J. Phys. Chem. A, 2011, DOI: 10.1021/jp200103s)

Классический состав для реакции Белоусова-Жаботинского – раствор бромата калия, сульфата церия (IV), малоновой и лимонной кислот, подкисленный разбавленной серной кислоты. При смешении реагентов реакционная смесь начинает периодически изменять окраску от желтой до бесцветной и обратно, и это чередование цветов в идеальных условиях может протекать достаточно долго. Колебания связаны с тем, что малоновая кислота восстанавливает Ce(IV) до Ce(III), после чего диффундирующие в системе бромат-ионы окисляют Ce(III) до Ce(IV). Колебательные биохимические реакции протекают с участием генов, кодирующих образование тех или иных пигментов у животных, они, в том числе, являются причиной образование пятен леопарда или полосок у зебры.

Хитоми Онума (Hitomi Onuma) с коллегами изучал реакцию Белоусова-Жаботинского, в которой реализовывались колебательные переходы между ионами ферроина ([Fe(phen)_3>]²⁺) и феррина ([Fe(phen)_3>]³⁺) в присутствии бромата натрия и малоновой кислоты. Реакционная смесь осциллирует между красной и синей окраской в течение долгого времени. Однако было обнаружено, что примерно через 10 часов колебания прекращались, реакция останавливалась, и реакционная смесь приобретала желтую окраску. Желтая окраска раствора сохранялась где-то около 20 часов, после чего колебания синей и красной окраски раствора возобновлялись, хотя и с меньшей интенсивностью. Тем не менее, «реакция-зомби» возобновлялась только при определённых концентрациях бромата натрия и малоновой кислоты, составлявших, соответственно 0.08 и 0.1 моль/л. Через некоторое время после «реанимации» реакция переходит в равновесное состояние, и колебания прекращаются.

Исследователи заявляют, что наблюдаемый ими процесс – самая продолжительная по времени колебательная реакция. Модельные расчеты и ранее позволяли находить «реакции-зомби», но, как правило, такие реакции возобновлялись максимум через несколько минут после угасания. Исследователи предполагают, что обнаруженная ими новая колебательная реакция является примером принципиально новой динамики химических реакций.

Источник: J. Phys. Chem. A, 2011, DOI: 10.1021/jp200103s

метки статьи: #физическая химия