reakcje oscylacyjne

reakcje oscylacyjne,

reakcje chem., w których stężenia produktów przejściowych drgają (oscylują) w skali makroskopowej w czasie.

Niegasnące, periodyczne zmiany stężeń reagentów w czasie można obserwować tylko w otwartych, dalekich od równowagi termodynamicznej układach chem. (reaktory przepływowe z idealnym mieszaniem). W układach zamkniętych oscylacje po pewnym czasie zawsze gasną, gdyż układ zamknięty zawsze dąży do stanu równowagi. Periodyczne zmiany stężeń reagentów są przykładem struktur dysypatywnych (dysypatywny układ). Aż do połowy lat 60. XX w. chemicy wykluczali możliwość pojawiania się oscylacji stężeń reagentów w czasie; przełomem było doświadczalne udowodnienie istnienia oscylacji stężeń produktów przejściowych w reakcji Biełousowa–Żabotyńskiego (BZ), tj. w reakcji utleniania kwasów org. (np. cytrynowego, malonowego) bromianem, katalizowanych jonami np. ceru, manganu, ferroiny. W układach tych gołym okiem było widać powtarzające się nawet setki razy zmiany barwy mieszaniny reakcyjnej wywołane oscylacjami stężeń katalizatora. Obecnie jest znanych wiele oscylatorów chem. występujących w reakcjach tlenowych związków chlorowców z różnymi reduktorami: oscylatory bromianowe(V), jodanowe(V), chloranowe(III), a także w reakcjach innych utleniaczy i reakcjach enzymatycznych. W r.o. prowadzonych w reaktorach przepływowych z idealnym mieszaniem obserwowano zarówno proste periodyczne (jedno drganie w okresie), jak i złożone periodyczne (wiele różnych drgań w okresie), a także nieperiodyczne oscylacje stężeń reagentów o charakterze chaotycznym (chaos deterministyczny). Teoretyczne badania modelowych układów chem., a następnie badania doświadczalne (gł. reakcji BZ) wykazały, że pojawianiu się chaotycznych oscylacji towarzyszą pewne scenariusze bifurkacji, tzn. charakterystyczne sekwencje różnych złożonych oscylacji przy zmianie parametru kontrolnego (czas przebywania w reaktorze, stężenia doprowadzanych reagentów). W układach chem. w dowolnie małym zakresie zmian parametru kontrolnego może występować nieskończenie wiele różnych typów oscylacji. Wyniki te mogą stanowić fizykochemiczne podstawy do wyjaśnienia periodyczności procesów zachodzących w układach biol., takich jak np. zegary biologiczne.

Andrzej Lech Kawczyński