कंपन रासायनिक अभिक्रियांचा शोध. दोलन प्रतिक्रिया शाळेत रासायनिक अभिक्रियांच्या दोलनांचा अभ्यास करणे

दोलन प्रतिक्रियांचे सार. दोलन प्रतिक्रियांची यंत्रणा आणि गतीशास्त्र.

सामग्री

1. परिचय ………………………………………………………………………………………………
2. मूलभूत संकल्पना ……………………………………………………… 4
3. इतिहास……………………………………………………………………………… 5
4. महत्त्व आणि व्याप्ती ………………………………………………
5. प्रतिक्रिया यंत्रणा ………………………………………………………१०
6. दोलन प्रतिक्रियांचे गतिशास्त्र ………………………………………………
7. प्रयोग आयोजित करण्याची प्रक्रिया……………………………………….15
8. प्रायोगिक डेटा ……………………………………………….18
9. निष्कर्ष ………………………………………………………………..२३
10. संदर्भग्रंथ…………..………………………………..…………24

परिचय
कंपन प्रतिक्रिया हा अजैविक रसायनशास्त्रातील सर्वात मनोरंजक आणि आकर्षक विभागांपैकी एक आहे. केवळ रसायनशास्त्रज्ञच नव्हे तर भौतिकशास्त्रज्ञ, गणितज्ञ, जैवभौतिकशास्त्रज्ञ आणि इतर अनेकांचे लक्ष वेधून घेणे, ते आधुनिक विज्ञानाचा एक महत्त्वाचा मुद्दा आहे. म्हणून, माझ्या कामात मला दोलन प्रतिक्रियांचा इतिहास, त्यांचा व्यावहारिक उपयोग आणि दोन सर्वात प्रसिद्ध एकसंध दोलन प्रतिक्रियांशी परिचित व्हायचे आहे, तसेच त्यांची यंत्रणा समजून घ्यायची आहे आणि प्रयोग करून, सरावातील दोलन प्रतिक्रियांशी परिचित होऊ इच्छित आहे.

दोलन प्रतिक्रियांच्या मूलभूत संकल्पना

• दोलन प्रतिक्रिया- मध्यवर्ती पदार्थांच्या नियतकालिक चढउतारांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत रेडॉक्स प्रतिक्रियांचा एक वर्ग आणि परिणामी, रंग, तापमान, प्रवाह दर इ.

1. उत्प्रेरक
2. एकसंध
3. एंजाइम उत्प्रेरक प्रतिक्रिया
4. धातू आयन द्वारे उत्प्रेरित प्रतिक्रिया
5. विषम (घन उत्प्रेरकांवर प्रतिक्रिया)
6. गैर-उत्प्रेरक, जरी त्यांना ऑटोकॅटॅलिटिक म्हणणे अधिक योग्य आहे (ब्रोमेटसह सुगंधी संयुगेचे ऑक्सीकरण)

• प्रेरण कालावधी हा प्राथमिक निर्मिती आणि प्रतिक्रिया उत्प्रेरक जमा होण्याचा काळ आहे.
• दोलनाचा कालावधी हा सर्वात कमी कालावधी असतो ज्या दरम्यान एक संपूर्ण दोलन होते (म्हणजे, प्रणाली त्याच स्थितीत परत येते ज्यामध्ये ती सुरुवातीच्या क्षणी होती, अनियंत्रितपणे निवडलेली)

प्रतिक्रिया यंत्रणा
आजपर्यंत, अनेक डझन एकसंध आणि विषम रासायनिक अभिक्रियांचा अभ्यास केला गेला आहे. अशा जटिल प्रतिक्रियांच्या गतीशील मॉडेल्सच्या अभ्यासामुळे प्रतिक्रिया दर आणि मध्यवर्ती पदार्थांच्या एकाग्रतेमध्ये स्थिर दोलनांच्या घटनेसाठी आवश्यक असलेल्या अनेक सामान्य परिस्थिती तयार करणे शक्य झाले:

1. स्थिर दोलन बहुतेक प्रकरणांमध्ये खुल्या प्रणालींमध्ये आढळतात ज्यामध्ये सहभागी अभिकर्मकांची स्थिर एकाग्रता राखणे शक्य आहे.
2. दोलन प्रतिक्रियेमध्ये ऑटोकॅटॅलिटिक आणि रिव्हर्सिबल टप्पे, तसेच प्रतिक्रिया उत्पादनांद्वारे प्रतिबंधित केलेल्या चरणांचा समावेश असणे आवश्यक आहे.
3. प्रतिक्रिया यंत्रणेमध्ये पहिल्यापेक्षा जास्त ऑर्डर असलेल्या पायऱ्या समाविष्ट करणे आवश्यक आहे.

3HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 + BrO 3 - Ce(3+/4+), H+→ Br - + 3CO 2 + 3H 2 O
बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया ही खुल्या आणि अभ्यासलेल्या दोलन प्रतिक्रियांपैकी पहिली आहे. या संबंधात, कदाचित या गटाच्या सर्वात अभ्यासलेल्या प्रतिक्रियांपैकी एक म्हटले जाऊ शकते. या क्षणी, सिस्टममध्ये उद्भवणार्या ऐंशी इंटरमीडिएट टप्पे (आणि साइड प्रतिक्रिया) ची उपस्थिती एक प्रकारे किंवा दुसर्या प्रकारे पुष्टी केली गेली आहे.
पहिल्या आणि सोप्या प्रतिक्रिया योजनांपैकी एक अशी योजना होती ज्यामध्ये दोन टप्प्यांचा समावेश होता:

1. ब्रोमेटसह ट्रायव्हॅलेंट सिरियमचे ऑक्सीकरण

1. आणि सायट्रिक ऍसिडसह टेट्राव्हॅलेंट सिरियम कमी करणे

1. BrO 3 - + Br - + 2H + ↔ HBrO 2 + HBrO
2. HBrO 2 + Br - + H + ↔ 2HBrO
3. HBrO + Br - + H + ↔ Br 2 + H 2 O
4. Br 2 + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 → Br - + H + + HOOC(OH)C(CHBrCOOH)CH 2 COOH
5. BrO 3 - + HBrO 2 + H + ↔ 2BrO 2. +H2O
6. BrO2. + Ce 3+ + H + → HBrO 2 + Ce 4+
7. 2HBrO 2 ↔ BrO 3 - + HBrO + H +
8. HBrO + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 → H 2 O + HOOC(OH) C(CHBrCOOH) CH 2 COOH
9. 18Ce 4+ + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 + 5H 2 O → 18Ce 3+ + 6CO 2 + 18H +

तर, या प्रणालीतील Ce 3+ / Ce 4+ च्या कंपनांचा विचार करूया. समजा आपल्याकडे सोल्युशनमध्ये Ce 4+ ची एक लहान, हळूहळू वाढणारी मात्रा आहे, याचा अर्थ Br ची एकाग्रता देखील लहान आहे आणि प्रतिक्रिया (10) मुळे वाढते. म्हणून, Ce 4+ ची विशिष्ट गंभीर एकाग्रता पोहोचताच, Br - ची एकाग्रता झपाट्याने वाढेल, ज्यामुळे HBrO 2 स्टेज (2) चे बंधन होईल, Ce 3+ च्या उत्प्रेरक ऑक्सिडेशनसाठी आवश्यक, स्टेज (5), (6). यावरून असे घडते की सोल्युशनमध्ये Ce 4+ चे संचय थांबेल आणि प्रतिक्रिया (9), (10) नुसार त्याची एकाग्रता कमी होईल. Br ची उच्च एकाग्रता प्रतिक्रिया (1)-(3) द्वारे त्यांच्या वापराच्या दरात वाढ करेल. या प्रकरणात, एका विशिष्ट मूल्याच्या खाली Br ची एकाग्रता कमी केल्यावर, ते व्यावहारिकरित्या प्रतिक्रिया (2) आणि (3) थांबवेल, ज्यामुळे HBrO 2 जमा होईल. याचा अर्थ Ce 4+ च्या एकाग्रतेत वाढ आणि आपण ज्या चक्रातून गेलो आहोत त्याची पुनरावृत्ती.

ब्रिग्स-रॉशर प्रतिक्रिया:
IO 3 - + 2H 2 O 2 + H + + RH Mn(2+/3+)→ RI + 2O 2 + 3H 2 O
जेथे RH हे मॅलोनिक ऍसिड आहे आणि RI हे मॅलोनिक ऍसिडचे आयोडीन व्युत्पन्न आहे.
ही प्रतिक्रिया 1973 मध्ये सापडली. हायड्रोजन पेरोक्साइड आणि उत्प्रेरक (Mn 2+/3+ आयन) च्या उपस्थितीत आयोडेट आयनसह मॅलोनिक ऍसिडचे ऑक्सीकरण हे प्रतिक्रियेचे सार आहे. जेव्हा स्टार्च एक सूचक म्हणून जोडला जातो, तेव्हा आयोडीनच्या एकाग्रतेतील चढउतारांमुळे द्रावणाच्या रंगात रंगहीन ते पिवळ्या आणि नंतर निळ्या रंगात चढउतार दिसून येतात. ब्रिग्ज-रौशर प्रतिक्रियाच्या यंत्रणेचा संपूर्ण अभ्यास ही एक जटिल आणि अद्याप निराकरण न झालेली समस्या आहे, कदाचित, सर्व प्रथम, एक गतिज समस्या आहे. आधुनिक संकल्पनांनुसार, या प्रतिक्रियेच्या यंत्रणेमध्ये तीस टप्पे समाविष्ट आहेत. त्याच वेळी, दोलनांची कारणे समजून घेण्यासाठी, खालील अकरा चरणांचा समावेश असलेल्या सरलीकृत प्रतिक्रिया यंत्रणेचा विचार करणे पुरेसे आहे:

1. IO 3 - + H 2 O 2 + H + → HIO 2 + O 2 + H 2 O
2. IO 3 - + HIO 2 + H + ↔ 2IO 2 . +H2O
3. HIO 2 + H 2 O 2 → HIO + O 2 + H 2 O
4. IO2. + Mn 2+ + H 2 O ↔ HIO 2 + MnOH 2+
5. 2HIO + H 2 O 2 → 2I - + 4O 2 + 4H +
6. MnOH 2+ + I - + H + ↔ I. + Mn 2+ + H 2 O
7. HIO+ I - + H + ↔ I 2 + H2O
8. 2HIO 2 → IO 3 - + HIO + H +
9. RH↔enol
10. HIO + enol → RI + H2O
11. I 2 + enol → RI + I - + H +

कंपन प्रतिक्रियांचे गतीशास्त्र

प्रयोग प्रक्रिया
बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया.

अभिकर्मक: सायट्रिक ऍसिड, पोटॅशियम ब्रोमेट, सिरियम(III) सल्फेट, सल्फ्यूरिक ऍसिड.
भांडी: 50 मिली मोजणारा सिलेंडर, 300 मिली आणि 100 मिली उष्णता-प्रतिरोधक चष्मा, काचेची रॉड, स्पॅटुला.
उपकरणे: विश्लेषणात्मक शिल्लक, फरशा.
Belousov-Zhabotinsky प्रतिक्रिया पार पाडण्यासाठी, खालील उपाय आणि नमुने तयार करणे आवश्यक आहे:

1. सायट्रिक ऍसिडचे द्रावण तयार करा आणि ते 50 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम करा.
2. पोटॅशियम ब्रोमेट आणि सेरिअम (III) सल्फेटचा एक भाग घालून काचेच्या रॉडने हलवा.
3. टाइलमधून ग्रॉउट काढा.
4. सल्फ्यूरिक ऍसिड घाला.

ब्रिग्स-रॉशर प्रतिक्रिया.
आवश्यक अभिकर्मक, काचेच्या वस्तू आणि उपकरणे:
अभिकर्मक: पोटॅशियम आयोडेट, सल्फ्यूरिक ऍसिड, मॅलोनिक ऍसिड, मँगनीज (II) सल्फेट, स्टार्च, हायड्रोजन पेरोक्साइड.
भांडी: 50 मिली मोजणारा सिलेंडर, 2 ग्लास प्रति 500 ​​मिली, 3 ग्लास प्रति 100 मिली, काचेची रॉड, स्पॅटुला.
उपकरणे: विश्लेषणात्मक संतुलन, चुंबकीय ढवळणे, चुंबक.
Briggs-Raucher प्रतिक्रिया पार पाडण्यासाठी, खालील उपाय तयार करणे आवश्यक आहे:
उपाय क्रमांक १:

उपाय क्रमांक 2:

उपाय क्रमांक 3

प्रयोग प्रक्रिया:

1. सर्व आवश्यक उपाय तयार करा.
2. चुंबक असलेल्या 500 मिली बीकरमध्ये 50 मिली द्रावण क्रमांक 1 घाला आणि ते चुंबकीय स्टिररवर ठेवा. हे सुरु करा.
3. इतर दोन ग्लासेसमध्ये 25 मिली द्रावण क्रमांक 2 आणि द्रावण क्रमांक 3 चे 40 मिली स्वतंत्रपणे मोजा.
4. सोल्यूशन क्र. 1 मध्ये एकाच वेळी सोल्यूशन क्र. 2 आणि क्र. 3 जोडा.
5. इंडक्शन कालावधी आणि दोलन कालावधी रेकॉर्ड करा.

प्रयोग
बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया:
प्रतिक्रिया पार पाडण्यासाठी, साइट्रिक ऍसिडचे द्रावण तयार केले गेले (20 ग्रॅम प्रति 80 मिली पाण्यात). सायट्रिक ऍसिड पूर्णपणे विरघळण्यासाठी, द्रावण इलेक्ट्रिक स्टोव्हवर गरम करावे लागेल. पुढे, पोटॅशियम ब्रोमेट (8 ग्रॅम) आणि सिरियम III सल्फेट (1.5 ग्रॅम) चे वजन केलेले भाग तयार केले गेले आणि अनुक्रमे सायट्रिक ऍसिडच्या द्रावणात ओतले गेले. काचेच्या रॉडने ढवळल्यानंतर, सतत ढवळत असताना सल्फ्यूरिक ऍसिड काळजीपूर्वक जोडले गेले, त्यानंतर पांढर्या ते पिवळ्या रंगात चढ-उतार नोंदवले गेले.

ब्रिग्स-रॉशर प्रतिक्रिया:
प्रतिक्रिया पार पाडण्यासाठी, तीन उपाय तयार केले गेले: पोटॅशियम आयोडेटचे सल्फेट द्रावण (c(KIO 3) = 0.067 mol/l; c(H 2 SO 4) = 0.053 mol/l) - 50 मिली, एक स्टार्च द्रावण मॅलोनिक ऍसिड मँगनीज सल्फेट दोन (c(MnSO 4) = 0.0067 mol/l; c(CH 2 (COOH) 2) = 0.05 mol/l; स्टार्च 0.1%) - 25 मिली आणि सात हायड्रोजन पेरोक्साइडचे मोलर द्रावण - 40 मिली. सोल्यूशन क्रमांक 1 हे चुंबक असलेल्या बीकरमध्ये ओतले गेले, 250 मि.ली. काच चुंबकीय स्टिररवर ठेवली गेली, जी नंतर चालू केली गेली आणि तीव्र ढवळणे चालू केले गेले जेणेकरून रंग बदल झपाट्याने झाला. नंतर, ढवळत न थांबता, द्रावण क्रमांक 2 आणि क्रमांक 3 सह चष्माची सामग्री एकाच वेळी आणि द्रुतपणे जोडली गेली. स्टॉपवॉचने पहिल्या पिवळ्या रंगाचे स्वरूप मोजले - प्रेरण कालावधी आणि निळा रंग दिसण्याची सुरुवात - दोलन कालावधी.

प्रेरण कालावधी 2 सेकंद आहे.

निष्कर्ष: प्रतिक्रियेची प्रगती होत असताना, दोलन कालावधीत हळूहळू वाढ दिसून येते, जी विशेषतः आलेखामध्ये स्पष्टपणे दृश्यमान आहे:

निष्कर्ष
या कामात, दोलन प्रतिक्रिया आणि त्यांचे गुणधर्म विचारात घेतले गेले, विशेषतः:

1. आधुनिक जगात दोलन प्रतिक्रियांच्या वापराच्या व्याप्तीचा अभ्यास केला गेला आहे
2. दोलन प्रतिक्रियांचा इतिहास अभ्यासला गेला आहे
3. दोन दोलन प्रतिक्रियांच्या यंत्रणेचे विश्लेषण केले जाते: ब्रिग्ज-रौशर

1. Belousov-Zhabotinsky प्रतिक्रिया यंत्रणा साठी रुपांतर होते

1. दोलन प्रतिक्रियांची कल्पना करण्यासाठी नियंत्रण संश्लेषण केले गेले.

वापरलेल्या साहित्याची यादी

1. D. Garel, O. Garel "Oscillatory रासायनिक प्रतिक्रिया" L.P. द्वारे इंग्रजीतून अनुवाद. तिखोनोवा. प्रकाशन गृह "मीर" 1986. पान 13-25, 92-112.
2. आहे. झाबोटिन्स्की "एकाग्रता स्व-दोलन". प्रकाशन गृह "विज्ञान" 1974. पान ८७-८९
3. ठीक आहे. परवुखिन “ओसीलेटरी प्रतिक्रिया. टूलकिट". सेंट पीटर्सबर्ग स्टेट युनिव्हर्सिटी पब्लिशिंग हाऊस, 1999. पान 3-11.
4. एस. पी. मुश्ताकोवा "रसायनशास्त्रातील दोलन प्रतिक्रिया" सेराटोव्ह स्टेट युनिव्हर्सिटी. एन.जी. चेरनीशेव्हस्की
5. "फेनिलॅसेटिलीनच्या ऑक्सिडेटिव्ह कार्बोनिलेशनच्या प्रक्रियेत ओसीलेटरी मोडच्या घटनेच्या परिस्थितीचा अभ्यास." पान 2-4.
6. आय.डी. इक्रामोव्ह, एस.ए. मुस्ताफिना. "बेलॉसॉव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रियेच्या उदाहरणाद्वारे स्पंदनात्मक प्रतिक्रियेचे स्थिरांक शोधण्यासाठी अल्गोरिदम." बश्कीर रासायनिक जर्नल 2015
7. पेचेनकिन ए.ए. "ओसीलेटरी रासायनिक अभिक्रियांचे जागतिक दृश्य महत्त्व"
8. फील्ड R. J., Koros E., Noyes R. M., Oscillations in Chemical Systems II. ब्रोमॅट-सेरियम-मॅलोनिक ऍसिड सिस्टीममधील टेम्परल ऑसिलेशन्सचे संपूर्ण विश्लेषण., जे. आमेर. केम. Soc., 94, 8649-8664 (1972).
9. Noyes R. M., Field R. J., Koros E., J. Amer. केम. Soc., 94, 1394-1395 (1972).

	ला काम डाउनलोड करातुम्हाला आमच्या ग्रुपमध्ये विनामूल्य सामील होणे आवश्यक आहे च्या संपर्कात आहे. फक्त खालील बटणावर क्लिक करा. तसे, आमच्या गटात आम्ही विनामूल्य शैक्षणिक पेपर लिहिण्यास मदत करतो. तुमची सदस्यता तपासल्यानंतर काही सेकंदांनंतर, तुमचे काम डाउनलोड करणे सुरू ठेवण्यासाठी एक लिंक दिसेल.

Belousov द्वारे प्रतिक्रिया शोधण्यापूर्वी एकाग्रता चढउतार अभ्यास

असे दिसून आले की रासायनिक कंपनांवरील पहिल्या प्रकाशनांपैकी एक 1828 मध्ये आहे. त्यात, टी. फेकनर यांनी इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाच्या कंपनांच्या अभ्यासाचे परिणाम सादर केले. 1833 मध्ये, डब्ल्यू. हर्शेलने उत्प्रेरक विषम अभिक्रियाच्या दोलनांचा समान अभ्यास प्रकाशित केला. सर्वात मनोरंजक आहे एम. रोसेन्स्कॉल्डचे काम, 1834 पासून. त्याच्या लेखकाच्या चुकून लक्षात आले की थोडे फॉस्फरस असलेले एक लहान फ्लास्क अंधारात खूप तीव्र प्रकाश उत्सर्जित करते. फॉस्फरस चमकला यात आश्चर्यकारक काहीही नव्हते, परंतु प्रत्येक सातव्या सेकंदाला ही चमक नियमितपणे पुनरावृत्ती होते ही वस्तुस्थिती मनोरंजक होती. रोसेनस्कील्डचे प्रकाशन बल्बच्या झगमगाटाचा तपशीलवार अभ्यास प्रदान करते. चाळीस वर्षांनंतर, "फ्लिकरिंग फ्लास्क" सह हे प्रयोग फ्रेंच नागरिक एम. जौबर्ट (1874) यांनी चालू ठेवले. तो चाचणी ट्यूबमध्ये "चमकदार ढग" च्या नियतकालिक निर्मितीचे निरीक्षण करण्यात यशस्वी झाला. आणखी वीस वर्षांनंतर, जर्मन शास्त्रज्ञ ए. झेंटनरश्वर यांनीही हवेच्या दाबाचा कालांतराने फॉस्फरसच्या उद्रेकावर होणाऱ्या परिणामाचा अभ्यास केला. त्याच्या प्रयोगांमध्ये, चमकांचा कालावधी 20 सेकंदांनी सुरू झाला. आणि घटत्या दाबाने कमी होते. त्याच वेळी, इंग्लंडमध्ये, रसायनशास्त्रज्ञ टी. थॉर्प आणि ए. टॅटन यांनी सीलबंद काचेच्या भांड्यात फॉस्फरस ट्रायऑक्साइडच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियेचा नियतकालिक उद्रेक पाहिला.

रासायनिक कंपनांच्या इतिहासातील एक विशेषतः उज्ज्वल पृष्ठ तथाकथित लीसेगँग रिंगशी संबंधित आहे. 1896 मध्ये, जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ आर. लीसेगँग यांनी फोटोकेमिकल्सवर प्रयोग करून शोधून काढले की जर लॅपिसला क्रोमियम असलेल्या जिलेटिनने लेपित काचेच्या प्लेटवर टाकले गेले, तर प्रतिक्रिया उत्पादन, अवक्षेपण, प्लेटवर एकाग्र वर्तुळात स्थित होते. लीसेगँगला या घटनेने भुरळ पडली आणि त्याने जवळपास अर्धशतक संशोधन करण्यात घालवले. त्याचा व्यावहारिक उपयोगही आढळून आला आहे. उपयोजित कलेमध्ये, जॅस्पर, मॅलाकाइट, ॲगेट इत्यादींचे अनुकरण करून विविध उत्पादने सजवण्यासाठी लीसेगँग रिंग्ज वापरल्या जात होत्या. लिसेगँगने स्वतः कृत्रिम मोती बनवण्याचे तंत्रज्ञान प्रस्तावित केले होते. आणि तरीही, लीसेगँगचा शोध, ज्याचा वैज्ञानिक रासायनिक मंडळांमध्ये मोठा अनुनाद होता, तो पहिला नव्हता. आणि त्याच्या आधी, रासायनिक लहरींचा अभ्यास केला गेला आणि 1855 मध्ये एफ. रुंज यांचे एक पुस्तक प्रकाशित झाले, ज्यामध्ये अशा प्रयोगांची असंख्य उदाहरणे गोळा केली गेली.

तत्सम उदाहरणांची यादी पुढे चालू ठेवता येईल. यानंतर, दोन टप्प्यांमधील इंटरफेसमध्ये दोलन प्रतिक्रिया शोधल्या गेल्या. यापैकी, मेटल-सोल्यूशन इंटरफेसवरील प्रतिक्रिया सर्वात ज्ञात आहेत, ज्यांना विशिष्ट नावे मिळाली आहेत - "लोह तंत्रिका" आणि "पारा हृदय". त्यापैकी प्रथम - नायट्रिक ऍसिडमध्ये लोह (वायर) विरघळण्याची प्रतिक्रिया - उत्तेजित मज्जातंतूच्या गतिशीलतेसह बाह्य समानतेमुळे त्याचे नाव प्राप्त झाले, व्ही.एफ. ऑस्टवाल्ड. दुसरा, किंवा त्याऐवजी त्याच्या प्रकारांपैकी एक, धातूच्या पाराच्या पृष्ठभागावर H 2 O 2 ची विघटन प्रतिक्रिया आहे. प्रतिक्रियेमध्ये पाराच्या पृष्ठभागावर ऑक्साईड फिल्मची नियतकालिक निर्मिती आणि विघटन समाविष्ट असते. पाराच्या पृष्ठभागावरील ताणातील चढ-उतारांमुळे थेंबाची लयबद्ध स्पंदन होते, हृदयाच्या ठोक्याची आठवण करून देते. परंतु या सर्व प्रतिक्रियांकडे रसायनशास्त्रज्ञांचे फारसे लक्ष वेधले गेले नाही, कारण रासायनिक अभिक्रियेबद्दलच्या कल्पना अजूनही अस्पष्ट होत्या.

फक्त 19 व्या शतकाच्या उत्तरार्धात. थर्मोडायनामिक्स आणि रासायनिक गतीशास्त्र निर्माण झाले, ज्यामुळे कंपन प्रतिक्रिया आणि त्यांच्या विश्लेषणाच्या पद्धतींमध्ये विशिष्ट स्वारस्य निर्माण झाले. आणि त्याच वेळी, समतोल थर्मोडायनामिक्सचा विकास होता ज्याने सुरुवातीला अशा प्रक्रियांच्या अभ्यासावर ब्रेक म्हणून काम केले. वरवर पाहता, ही "मागील ज्ञानाच्या जडत्वाची" बाब होती. प्रोफेसर श्नोल यांच्या मते, “एक शिक्षित व्यक्ती मोठ्या संख्येने रेणूंच्या अव्यवस्थित थर्मल हालचालीमध्ये मॅक्रोस्कोपिक ऑर्डरची कल्पना करू शकत नाही: सर्व रेणू एका किंवा दुसर्या स्थितीत असतात आणि हे समतोल स्थितीच्या जवळ असू शकत नाही! त्या वर्षांच्या थर्मोडायनामिक्सचा विचार केला जातो, तथापि, समतोल नसलेल्या रासायनिक प्रणालींसह जटिलतेवर कोणतेही निर्बंध नाहीत, जेव्हा प्रतिक्रिया अद्याप पूर्ण झालेल्या नाहीत आणि अभिक्रियाकांची एकाग्रता समतोल पातळीवर पोहोचली नाही परिस्थितीने रसायनशास्त्रज्ञांचे लक्ष वेधून घेतले... "संपूर्ण ज्ञानाच्या लोखंडी बेड्या" मधून बाहेर पडण्यासाठी आणि समतोलपणापासून दूर असलेल्या प्रणालींच्या वर्तनाची तपासणी करण्यासाठी अत्यंत बौद्धिक प्रयत्न करावे लागले.

तरीसुद्धा, 1910 मध्ये आधीच, इटालियन ए. लोटका यांनी, भिन्न समीकरणांच्या प्रणालीच्या विश्लेषणावर आधारित, रासायनिक प्रणालींमध्ये दोलन होण्याची शक्यता वर्तवली होती. तथापि, प्रथम गणितीय मॉडेल केवळ ओलसर दोलनांशी संबंधित होते. फक्त 10 वर्षांनंतर, लोटकाने दोन त्यानंतरच्या ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रियांसह एक प्रणाली प्रस्तावित केली आणि या मॉडेलमध्ये दोलन आधीच अस्पष्ट केले जाऊ शकतात.

तथापि, येथे भौतिकशास्त्रज्ञ आणि रसायनशास्त्रज्ञांचे स्थान वेगळे झाले. 20 व्या शतकातील भौतिकशास्त्र आणि गणितातील सर्वात उल्लेखनीय कामगिरींपैकी एक. - दोलनांच्या सिद्धांताची निर्मिती. सोव्हिएत भौतिकशास्त्रज्ञांचे उत्कृष्ट, सामान्यतः ओळखले जाणारे गुण येथे आहेत. 1928 मध्ये, पदवीधर विद्यार्थी ए.ए. अँड्रोनोव्ह, भविष्यातील शिक्षणतज्ज्ञ, भौतिकशास्त्रज्ञांच्या काँग्रेसमध्ये "पॉइनकारे मर्यादा चक्र आणि स्वयं-दोलनांचा सिद्धांत" या अहवालासह बोलले.

1930 च्या सुरुवातीस. यूएसएसआर अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या रासायनिक भौतिकशास्त्र संस्थेमध्ये, "कोल्ड फ्लेम्स" मधील ल्युमिनेसेन्स चढउतार आढळून आले, जे फॉस्फरस वाफेच्या कंपनात्मक ल्युमिनेसेन्ससारखेच होते, ज्याला प्रसिद्ध भौतिकशास्त्रज्ञ डी.ए. फ्रँक-कॅमेनेत्स्की, ज्यांनी लोटका कायनेटिक मॉडेलवर आधारित या चढउतारांचे स्पष्टीकरण दिले. आणि 1947 मध्ये, त्याच संस्थेत, आय.ई.ने लिहिलेल्या "सजातीय रासायनिक अभिक्रियांच्या नियतकालिक घटनेच्या सिद्धांताकडे" या विषयावर एक प्रबंध सादर केला गेला. फ्रँक-कमेनेत्स्की यांच्या वैज्ञानिक देखरेखीखाली सालनिकोव्ह. या प्रबंधात रासायनिक कंपनांच्या अभ्यासाच्या शतकाहून अधिक इतिहासाबद्दल आणि ॲकॅडेमिशियन एंड्रोनोव्हच्या शाळेने विकसित केलेल्या नॉनलाइनर कंपनांच्या सिद्धांताच्या पद्धतींचा वापर करून त्यांच्या सैद्धांतिक अभ्यासाच्या पहिल्या निकालांबद्दल विस्तृत माहिती आहे. पण तेव्हा तिचा बचाव झाला नाही. व्होल्टेअरच्या म्हणण्यानुसार, "रासायनिक स्वयं-दोलनांवर फ्रँक-कॅमेनेत्स्की आणि सालनिकोव्ह यांचे कार्य, एका प्रबंधात, पुस्तकात आणि अनेक लेखांमध्ये सादर केले गेले होते, परंतु त्या काळातील रासायनिक विज्ञानासाठी हे नक्कीच नाविन्यपूर्ण होते नवीनता "ओसीलेटरी विचारधारा" (अँड्रोनोव्हची संज्ञा) रासायनिक विज्ञान आणि सराव नसलेल्या दैनंदिन जीवनासाठी परकी होती आणि हे हे स्पष्ट करू शकते की 1940 च्या दशकात फ्रँक-कमेनेत्स्की आणि सालनिकोव्ह यांचे कार्य शत्रुत्वाने प्राप्त झाले होते आणि जेव्हा रासायनिक कंपनांचा दुय्यम शोध लागला, कोणालाही ते आठवले नाही. बेलोसोव्हला या कामांची कल्पना होती की नाही हे एक रहस्य आहे. कोणत्याही परिस्थितीत, त्यांच्या दोन लेखांमध्ये त्यांच्या पूर्वसुरींच्या कार्याचा कोणताही संदर्भ नाही.

वापरलेले साहित्य:
him.1september.ru, Wikipedia, Nature magazine, scholarpedia.org, hopf.chem.brandeis.edu, online.redwoods.cc.ca.us, vivovoco.rsl.ru.

डेडेनेव्ह युरी

हे काम सुरू करण्याचे कारण म्हणजे 1997 साठी सोरोस एज्युकेशनल जर्नल क्रमांक 7 मध्ये प्रकाशित चेर्निशेव्हस्कीच्या नावावर सेराटोव्ह स्टेट युनिव्हर्सिटीच्या एस.पी. मुश्ताकोव्ह यांचा "रसायनशास्त्रातील ओसीलेटरी प्रतिक्रिया" हा लेख होता. शालेय रसायनशास्त्राच्या अभ्यासक्रमात या प्रकारच्या प्रतिक्रियांच्या अस्तित्वाचा उल्लेखही नाही; त्यांना बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया देखील म्हणतात. रसायनशास्त्र या विषयाकडे विद्यार्थ्यांचे जास्तीत जास्त लक्ष वेधून घेणे हा या कार्याचा उद्देश आहे, म्हणजे केवळ रसायनशास्त्राची आवड असलेल्या नगेट्सचा शोध घेणे नव्हे, तर उघडपणे प्रकट न झालेल्या विद्यार्थ्यांमधील लपलेल्या क्षमता जागृत करण्याचा प्रयत्न करणे हा आहे. आतापर्यंत. त्यांच्यात स्वारस्य निर्माण करण्यासाठी, रसायनशास्त्रावर प्रेम निर्माण करणे हे आपल्या काळातील सर्वात मनोरंजक आणि सुंदर विज्ञानांपैकी एक आहे, जे अनपेक्षित सामग्रीची प्रचंड क्षमता लपवते, नवीन परंतु अज्ञात पदार्थ तयार करण्याची क्षमता. आम्ही आत्मविश्वासाने म्हणू शकतो की केझन स्कूल ऑफ केमिस्ट रशियामधील सर्वात मजबूत आहे आणि म्हणूनच आम्हाला ते तरुण, उत्साही आणि उत्साही लोकांसह भरून काढायचे आहे जे इतरांमध्ये रसायनशास्त्राबद्दल प्रेम निर्माण करू शकतात.

डाउनलोड करा:

पूर्वावलोकन:

रशियन ओपन स्टुडंट कॉन्फरन्स

"युवा, विज्ञान, संस्कृती"

रसायनशास्त्र विभाग

स्पंदनात्मक रासायनिक अभिक्रियांचा अभ्यास

डेडेनेव्ह युरी

माध्यमिक शाळा क्र. 105, 11 वी वर्ग, कझान

वैज्ञानिक सल्लागार:

मिनुलिन आर.आर., II पात्रता श्रेणीचे शिक्षक

ओबनिंस्क 2005

चिन्हे आणि संक्षेप पृष्ठ 3

परिचय पृष्ठ 4

धडा 1. प्रक्रियांचा उदय आणि संभावनांचा इतिहास पृष्ठ 5

१.१. दोलन प्रक्रिया शोधण्याचा इतिहास पृष्ठ 5

१.२. प्रक्रिया संशोधनाचा आधुनिक इतिहास पी

१.३. प्रक्रिया लागू करण्यासाठी संभाव्य शक्यता पृष्ठ 6

धडा 2. प्रतिक्रियेच्या शक्यतेचा सैद्धांतिक अंदाज पृष्ठ 7

२.१. प्रतिक्रिया पृष्ठ 7 च्या मुख्य घटकांचे गुणधर्म

२.२. प्रथम गणितीय मॉडेल. ट्रे सिस्टम पृष्ठ 7

धडा 3. प्रायोगिक भाग पृष्ठ 9

३.१. पोटॅशियम ब्रोमेटचे संश्लेषण (कॅलिअमब्रोमॅट) p.10

४+ पृष्ठ १०

३.३. दोलन प्रतिक्रिया पृष्ठ 11 ची तयारी आणि अंमलबजावणी

धडा 4. निष्कर्ष p.14

साहित्य p.18

परिशिष्ट p.19

आकृती 1 पृष्ठ 19

आकृती 2 p.20

दंतकथा

1. BZ - Belousov - Zhabotinsky

2. एलए - सायट्रिक ऍसिड

3. एमके - मॅलोनिक ऍसिड

4. BMK - ब्रोमेटेमॅलोनिक ऍसिड

5. पहा - पहा

6. अंजीर. - रेखाचित्र

7. कमाल - कमाल

8. मि – किमान

परिचय

हे काम सुरू करण्याचे कारण म्हणजे 1997 साठी सोरोस एज्युकेशनल जर्नल क्रमांक 7 मध्ये प्रकाशित चेर्निशेव्हस्कीच्या नावावर सेराटोव्ह स्टेट युनिव्हर्सिटीच्या एस.पी. मुश्ताकोव्ह यांचा "रसायनशास्त्रातील ओसीलेटरी प्रतिक्रिया" हा लेख होता. शालेय रसायनशास्त्राच्या अभ्यासक्रमात या प्रकारच्या प्रतिक्रियांच्या अस्तित्वाचा उल्लेखही नाही; त्यांना बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया देखील म्हणतात.

रसायनशास्त्र या विषयाकडे विद्यार्थ्यांचे जास्तीत जास्त लक्ष वेधून घेणे हा या कार्याचा उद्देश आहे, म्हणजे केवळ रसायनशास्त्राची आवड असलेल्या नगेट्सचा शोध घेणे नव्हे, तर उघडपणे प्रकट न झालेल्या विद्यार्थ्यांमधील लपलेल्या क्षमता जागृत करण्याचा प्रयत्न करणे हा आहे. आतापर्यंत. त्यांच्यात स्वारस्य निर्माण करण्यासाठी, रसायनशास्त्रावर प्रेम निर्माण करणे हे आपल्या काळातील सर्वात मनोरंजक आणि सुंदर विज्ञानांपैकी एक आहे, जे अनपेक्षित सामग्रीची प्रचंड क्षमता लपवते, नवीन परंतु अज्ञात पदार्थ तयार करण्याची क्षमता. आम्ही आत्मविश्वासाने म्हणू शकतो की केझन स्कूल ऑफ केमिस्ट रशियामधील सर्वात मजबूत आहे आणि म्हणूनच आम्हाला ते तरुण, उत्साही आणि उत्साही लोकांसह भरून काढायचे आहे जे इतरांमध्ये रसायनशास्त्राबद्दल प्रेम निर्माण करू शकतात. म्हणून, आम्ही स्वतःला खालील कार्ये सेट करतो:

1. कंपन प्रतिक्रियांचा शोध घेण्यासाठी थोडक्यात पार्श्वभूमी द्या

2. कंपन प्रतिक्रियांच्या यंत्रणेसाठी सैद्धांतिक आधार द्या

3. उपलब्ध रासायनिक अभिकर्मकांपासून आवश्यक घटक मिळविण्यासाठी संश्लेषण करा

4. कंपन प्रतिक्रिया करा

धडा 1. देखावा आणि संभाव्य शक्यतांचा इतिहास

1.1.दोलन प्रक्रिया शोधण्याचा इतिहास

प्रथमच, फॉस्फरस बाष्पाच्या ऑक्सिडेशन दरम्यान नियतकालिक चमकांच्या स्वरूपात प्रकट होणारी एक दोलन रासायनिक प्रतिक्रिया 17 व्या शतकाच्या शेवटी रॉबर्ट बॉयल यांनी पाहिली. या आवर्ती उद्रेकांचे अनेक संशोधकांनी वारंवार वर्णन केले. 19व्या शतकात, इतर दोलन प्रतिक्रियांचा शोध लागला. तथापि, त्यांनी फारसे लक्ष वेधले नाही, कारण विज्ञान म्हणून रासायनिक गतिशास्त्र अद्याप अस्तित्वात नव्हते. केवळ थर्मोडायनामिक्स आणि रासायनिक गतीशास्त्राच्या उदयाने कंपन प्रतिक्रिया आणि त्यांच्या विश्लेषणाच्या पद्धतींमध्ये विशिष्ट स्वारस्य निर्माण केले. ए. लोटका यांनी गणितीय मॉडेल्सच्या आधारे 1910 पासून रासायनिक प्रणालींमधील कंपनांच्या शक्यतेबद्दल भाकीत केले आहे. 1921 मध्ये, डब्ल्यू. ब्रे यांनी एक लेख प्रकाशित केला ज्यामध्ये प्रथम दोलन द्रव-टप्प्यावरील प्रतिक्रिया पुरेसे तपशीलवार वर्णन करण्यात आली होती. ब्रेला त्याचा शोध आणि लोटकाचा अंदाज यांच्यातील संबंध जाणवला. तथापि, त्याच्या कामात सुमारे 40 वर्षे रस नाही. या उदासीनतेचे एक कारण म्हणजे जटिल रासायनिक अभिक्रियांच्या यंत्रणेचा अभ्यास करण्याच्या पद्धतींचा विकास कमी पातळी. दुसरे कारण म्हणजे थर्मोडायनामिक्सचा दुसरा नियम समतोलपणापासून दूर असलेल्या अशा चढउतारांना प्रतिबंधित करतो असा व्यापक विश्वास होता. खरं तर, बहुतेक रसायनशास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की बंद एकसंध प्रणालींमध्ये एकाग्रता चढ-उतार अशक्य आहेत, दुसऱ्या शब्दांत, पूर्णपणे रासायनिक चढउतार नव्हते.

1.2.दोलन प्रक्रियांच्या अभ्यासाचा आधुनिक इतिहास

द्रव अवस्थेतील दोलन रासायनिक अभिक्रियांवरील संशोधन 1951 मध्ये सुरू झाले, जेव्हा बी.पी. बेलोसोव्ह यांनी ब्रोमेटसह सायट्रिक ऍसिडच्या प्रतिक्रियेत ऑक्सिडाइज्ड आणि कमी झालेल्या सेरियमच्या एकाग्रतेमध्ये चढ-उतार शोधले. द्रावण नियमितपणे रंगहीन ते पिवळे (CeIV मुळे), नंतर पुन्हा रंगहीन (CeIII) मध्ये बदलले. बेलोसोव्हने या प्रतिक्रियेचा बऱ्यापैकी तपशीलवार अभ्यास केला आणि विशेषतः, मध्यम आणि तापमानाच्या वाढत्या आंबटपणासह दोलनांचा कालावधी मोठ्या प्रमाणात कमी होतो हे दर्शविले. प्रतिक्रिया प्रयोगशाळेच्या अभ्यासासाठी सोयीस्कर होती. दोलन सहजपणे दृष्यदृष्ट्या पाहिले जाऊ शकतात, आणि त्यांचा कालावधी 10-100 s च्या श्रेणीत होता, मानवी निरीक्षकाच्या नैसर्गिक टाइम स्केलशी एकरूप होता.

1961 च्या अखेरीस बी.पी. बेलोसोवाला ए.एम. झाबोटिन्स्की, ज्याने बेलोसोव्ह प्रतिक्रियेत कमी करणारे एजंट म्हणून केवळ सायट्रिकच नव्हे तर मॅलोनिक आणि मॅलिक ऍसिडचा वापर करताना चढ-उतार प्राप्त केले. आहे. झाबोटिन्स्कीने मॅलोनिक ऍसिड असलेल्या प्रणालीमध्ये कंपनांचा तपशीलवार अभ्यास केला, जो अधिक सोयीस्कर कमी करणारा एजंट ठरला, कारण प्रतिक्रिया गॅस उत्क्रांतीमुळे गुंतागुंतीची नव्हती. या आश्चर्यकारक प्रतिक्रियेची बातमी जगभरात पसरली आणि अनेक प्रयोगशाळांनी (यूएसएसआर, यूएसए आणि पश्चिम युरोपमध्ये) बीझेड प्रतिक्रियेचा सखोल अभ्यास करण्यास सुरवात केली. दोलन प्रतिक्रिया शेवटी रसायनशास्त्राच्या प्रयोगशाळांमध्ये दाखल झाल्या आहेत.

1.3 दोलन प्रक्रियांच्या वापरासाठी संभाव्य शक्यता

दोलन रासायनिक प्रक्रियांच्या संभाव्य वापराच्या संभाव्यतेचा विचार करूया. 19व्या शतकाच्या अखेरीस पॉइन्कारेने नोंदवलेले अशा शासनांचे एक विशिष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे अगदी कमी बाह्य त्रासांबद्दल त्यांची उच्च संवेदनशीलता. या क्षेत्रात संशोधन केल्याने पदार्थांच्या सूक्ष्म प्रमाणांचे विश्लेषण करण्यासाठी मूलभूतपणे नवीन पद्धतींच्या निर्मितीसाठी मोठ्या संधी उघडल्या जातात.

विविध सूक्ष्म अशुद्धता (आणि कमकुवत बाह्य प्रभाव) च्या विश्लेषणात्मक निर्धारासाठी परिमाणवाचक आधार अभिकर्मक किंवा उत्प्रेरकांच्या एकाग्रतेवर दोलनांच्या वारंवारतेचे (कालावधी) अवलंबन असू शकते. कंपन वारंवारता मोजणे ही सर्वात सोपी आणि अचूकपणे केलेल्या ऑपरेशन्सपैकी एक असल्याने, स्वयं-दोलन रासायनिक अभिक्रिया विश्लेषणात्मक हेतूंसाठी वापरल्या जाऊ शकतात.

दोन अवकाशीयदृष्ट्या दूरच्या केंद्रांमधून प्रसारित होणाऱ्या दोलनांच्या परस्परसंवादाचा तपशीलवार अभ्यास केल्याने हृदयाच्या स्नायूमध्ये उद्भवणारे विविध प्रकारचे अतालता समजण्यास मदत झाली. सध्या, कंपन प्रतिक्रियांचे गतीशास्त्र ही ज्ञानाची झपाट्याने विकसित होणारी शाखा आहे जी रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, औषध, भौतिकशास्त्र आणि गणिताच्या छेदनबिंदूवर उद्भवली आहे. आता असे दिसून आले आहे की जीवशास्त्राच्या अनेक क्षेत्रांमध्ये (जैवरसायनशास्त्र, बायोफिजिक्स, बायोरिदम्सचा अभ्यास, लोकसंख्येच्या गतिशीलतेचा अभ्यास, जीवांचे स्थलांतर इ.), पर्यावरणशास्त्र आणि व्यापक अर्थाने अराजक व्यवस्था पाळली जाते. संकल्पना, काही सामाजिक प्रक्रिया (लोकसंख्या बदलणे, आर्थिक विकास). बर्याच बाबतीत, पालक आणि मध्यवर्ती रसायनांच्या काटेकोरपणे नियंत्रित एकाग्रता बदलांसह तुलनेने साध्या डायनॅमिक रासायनिक प्रणाली ज्ञानाच्या इतर क्षेत्रांमध्ये (पृथ्वी आणि इतर ग्रह विज्ञान, घन स्थिती भौतिकशास्त्र, आण्विक आणि कण भौतिकशास्त्र) मध्ये गोंधळलेल्या प्रक्रियांचा अभ्यास करण्यासाठी अतिशय योग्य कार्यात्मक मॉडेल असू शकतात. अभियांत्रिकी यांत्रिकी इ.).

धडा 2 कंपन प्रतिक्रियांचा सैद्धांतिक अंदाज

२.१. प्रतिक्रियेतील मुख्य घटकांचे गुणधर्म.

कमी करणारे एजंट उत्प्रेरकाच्या ऑक्सिडाइज्ड फॉर्मद्वारे सहजपणे ऑक्सिडाइझ केले जावे आणि ब्रोमेटशी थेट प्रतिक्रिया देऊ नये. याव्यतिरिक्त, हे आवश्यक आहे की कमी करणारे एजंट सहजपणे ब्रोमिनेट केले जाणे आणि ब्रोमाइन डेरिव्हेटिव्ह्ज सहजपणे विघटित होणे, Br सोडणे आवश्यक आहे. या आवश्यकता सक्रिय मिथिलीन गट असलेल्या पदार्थांद्वारे पूर्ण केल्या जातात. MK, BMK आणि LC यांचा समावेश असलेल्या प्रतिक्रिया गुणात्मकदृष्ट्या जवळ आहेत.

रेडॉक्स पोटेंशिअलच्या मूल्यात आणि ऑक्सिडेशन आणि रिडक्शन रिॲक्शनच्या गतीशास्त्रात सिरियम आयनच्या जवळ असलेले पदार्थ (प्रामुख्याने व्हेरिएबल व्हॅलेन्सचे आयन) उत्प्रेरक म्हणून वापरले जाऊ शकतात.

हॅलोजनसह ऑक्सिडेशन प्रतिक्रिया - ऑक्सिजन संयुगे समान गतीशास्त्र आहेत. म्हणून, क्लोरेट आणि आयोडेट ब्रोमेटची जागा घेऊ शकतात असे गृहीत धरणे स्वाभाविक आहे. तथापि, क्लोरेट आणि आयोडेट ब्रोमेटला ऑक्सिडायझिंग एजंट म्हणून बदलू शकत नाहीत. या संयुगांच्या विविध कमी करणाऱ्या घटकांसह (उदाहरणार्थ, हॅलाइड्स) प्रतिक्रियांमध्ये रेडॉक्स संभाव्यता जवळ आहेत. तथापि, आयोडेट आणि क्लोरेटसह वरील उत्प्रेरकांच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांचे दर ब्रोमेटसह ऑक्सिडेशनच्या दरांपेक्षा खूपच कमी आहेत. परिणामी, या वर्गातील प्रतिक्रियांमध्ये ब्रोमेट हा एकमेव ऑक्सिडायझिंग एजंट राहिला आहे.

२.२. दोलन रासायनिक अभिक्रियांचे पहिले गणितीय मॉडेल

ट्रे सिस्टम्स

एकाग्रता दोलन प्रणालीचे गणितीय मॉडेलिंग लोटका (1910) च्या कार्याने सुरू झाले, ज्याने या प्रणालीचा विचार केला:

A X Y . १.१

एक जलाशय A आहे, A ते X चे रेखीय रूपांतरण, X ते Y चे स्वयंउत्प्रेरक रूपांतर आणि Y चे एक रेषीय घट. हे मॉडेल लोटकाने रासायनिक आणि पर्यावरणीय दोन्ही प्रणालींचे वर्णन करण्यासाठी लागू केले होते. लोटकाला ओपन सिस्टम मानले जाते, म्हणजे.सह सुरुवातीपासूनच त्याने A च्या वापराकडे दुर्लक्ष केले आणि Y परिवर्तनाची अंतिम उत्पादने विचारात घेतली नाहीत. याव्यतिरिक्त, त्याने ऑटोकॅटॅलिसिसला प्राथमिक प्रतिक्रिया म्हणून वर्णन केले. या गृहितकांमुळे खालील समीकरण प्रणाली निर्माण होते:

x = k 0 A – k 1 xy, y = k 2 xy – k 3 y.

सर्वात सोप्या प्रकरणात के२ = k १ . अटी k 0 A आणि k 3 y ओपन सिस्टममध्ये रासायनिक अभिक्रिया आणि रेखीय वाहतूक प्रक्रिया या दोन्हीचे वर्णन करू शकते.

लोटका (1920) आणि नंतर व्होल्टेरा (1931) द्वारे स्वतंत्रपणे अभ्यासलेल्या खालील मॉडेलमध्ये दोन अनुक्रमिक ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रिया आहेत (हे मॉडेल पर्यावरणशास्त्रात मोठ्या प्रमाणावर “शिकार-शिकारी” म्हणून ओळखले जाते. उदाहरणार्थ: A हे गवताचे विशिष्ट प्रमाण आहे, ज्याचा पुरवठा अक्षम्य मानला जातो - शाकाहारी प्राण्यांची लोकसंख्या घनता;

A X Y . १.२

योजनेसाठी (1.2) योजना (1.1) प्रमाणेच गृहीत धरून, लोटका आणि व्होल्टेअर यांनी खालील समीकरण प्रणाली प्राप्त केली:

x = k 1 Ax – k 2 xy, y = k 3 xy – k 4 y.

लक्षात घ्या की या प्रक्रियांचे गणितीय वर्णन बरेच गुंतागुंतीचे होते. एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस संबंधित गणितीय उपकरणे विकसित झाली असली तरीही दोलन प्रतिक्रियांवर सैद्धांतिक कार्ये आजही प्रकाशित होत आहेत हा योगायोग नाही. गणितीय मॉडेलिंगमुळे अनपेक्षित परिणाम झाले. असे दिसून आले की दोन लागोपाठ ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रियांच्या प्रणालीतील दोलनांचे वर्णन करणारी एक सोपी रासायनिक योजना पर्यावरणीय प्रक्रियांचे वर्णन करण्यासाठी 30 च्या दशकाच्या सुरुवातीस व्हॉल्टेअरने वापरलेल्या समीकरणांशी गणितीयदृष्ट्या समान आहे.

उदाहरण म्हणून, आम्ही दोन परस्परसंवादी प्रणाली वापरू, ज्यापैकी एक ऊर्जा, पदार्थ किंवा विकासासाठी आवश्यक असलेले इतर घटक दुसऱ्याकडून काढते (रासायनिक ॲनालॉग ही दोलन प्रतिक्रिया आहे). या समस्येला शिकारी-शिकार समस्या म्हणतात. स्पष्टतेसाठी, कल्पना करूया की लांडगे आणि ससा काही मर्यादित वातावरणात राहतात. या पर्यावरणीय प्रणालीमध्ये, गवत वाढते, जे ससा खातो, जे लांडग्यांसाठी अन्न आहे, जसे की, जर तुमच्याकडे सजीवांचा समूह असेल, तर अनुकूल परिस्थितीत त्यांची लोकसंख्या अनिश्चित काळासाठी वाढेल. खरं तर, बाह्य घटक, जसे की ऊर्जा किंवा अन्नाचा अभाव, या वाढीच्या प्रक्रियेवर मर्यादा घालतात. लांडगे आणि ससा यांच्या उदाहरणात हे कसे घडते?

चला कल्पना करूया की एका विशिष्ट बिंदूपर्यंत, दोन उपप्रणालींचा परस्परसंवाद, म्हणजे, लांडगे आणि ससा यांची लोकसंख्या संतुलित होती: लांडग्यांच्या विशिष्ट संख्येला खायला देण्यासाठी पुरेसे ससे (त्यांची नैसर्गिक भरपाई लक्षात घेऊन) होते. नंतर, वेळेच्या गणनेचे शून्य म्हणून घेतलेल्या क्षणी, काही चढउतारांमुळे, ससाांची संख्या वाढली. यामुळे लांडग्यांच्या अन्नाचे प्रमाण आणि त्यामुळे त्यांची संख्या वाढली. लांडग्यांच्या संख्येत चढउतार होता. शिवाय, लांडगे आणि ससा यांची संख्या वेळोवेळी काही सरासरी (समतोल) मूल्याच्या आसपास बदलते. चांगले पोसलेले लांडगे तीव्रतेने वाढू लागतील, नवीन संततींना जन्म देतील, जे विपुल अन्नावर त्वरीत परिपक्व होतात आणि नवीन संतती उत्पन्न करतात. अशी परिस्थिती उद्भवते जेव्हा ससा ब्रीडर यापुढे सर्व लांडग्यांना खायला घालू शकत नाही - ससांची संख्या कमी होऊ लागते आणि लांडग्यांची संख्या (काही काळासाठी) वाढतच जाते. शेवटी, इकोसिस्टम लांडग्यांनी भरलेली आहे आणि लाल पुस्तकात ससांचं स्थान जवळजवळ आहे. चला निष्कर्षापर्यंत घाई करू नका. पर्यावरणीय दुर्मिळता बनल्यानंतर, ससा लांडग्यांसाठी कठीण शिकार बनतात. इकोसिस्टम पुढच्या टप्प्यात प्रवेश करत आहे: ससांची संख्या आधीच किमान पातळीवर घसरली आहे जिथे ते लांडग्यांसाठी जवळजवळ मायावी आहेत. नंतरची संख्या, कमाल ओलांडल्यानंतर, कमी होण्यास सुरवात होते आणि ससा त्यांच्या किमान संख्येसह पोसण्यास सक्षम असलेल्या पातळीपर्यंत पोहोचेपर्यंत ही घट चालू राहते. आता लांडग्यांची संख्या किमान झाली आहे, ससाला शिकार करायला कोणीच नाही. ससा प्रजनन करण्यास सुरवात करतात आणि लांडग्यांची अल्प लोकसंख्या यापुढे त्यांच्याबरोबर राहू शकत नाही. ससांची संख्या लवकरच गवत खाऊ शकेल अशा पातळीवर पोहोचेल. ससाची विपुलता पुन्हा दिसून येते आणि सर्वकाही पुन्हा पुनरावृत्ती होते.

धडा 3 मुख्य प्रायोगिक भाग

३.१. पोटॅशियम ब्रोमेट (कॅलिअमब्रोमेट) चे संश्लेषण

KOH (टेक.) च्या फिल्टर केलेल्या 30% सोल्यूशनचे 1050 मिली मोठ्या पोर्सिलेन ग्लासमध्ये ओतले जाते आणि 110 ग्रॅम ब्रोमाइन अतिशय हळू (मसुद्याखाली) ओतले जाते, सतत ढवळत राहते, ड्रॉपिंग फनेलमधून ट्यूबसह तळाशी पोहोचते. . परिणामी द्रावण क्लोरीनसह संतृप्त (ड्राफ्ट अंतर्गत) आहे. संपृक्ततेचा शेवट खालीलप्रमाणे निर्धारित केला जातो. द्रावणाचा नमुना (10 मिली) 10 मिली पाण्यात पातळ केला जातो, जोपर्यंत Br पूर्णपणे काढून टाकला जात नाही तोपर्यंत उकळले जाते. 2 आणि Cl 2 (आयोडीन स्टार्च पेपर द्रवाच्या वाफेमध्ये निळा होऊ नये) आणि त्यात फेनोल्फथालीन द्रावणाचा एक थेंब घाला. क्लोरीनने पूर्णपणे भरल्यावर, द्रावणाचा नमुना लाल होऊ नये.

प्रतिक्रिया समाधान 15 पर्यंत थंड केले जातेओ C, KC1O क्रिस्टल्सचे अवक्षेपित मिश्रण वेगळे करा 3 आणि KS1 (300 - 350 ग्रॅम) आणि 150 मिली पाण्याने कित्येक तास ढवळा. उर्वरित KBrO क्रिस्टल्स 3 बुचनर फनेल वापरून सक्शन करा, 100 मिली पाण्याने धुवा आणि वेगळे करा. 200-240 ग्रॅम कच्चे पोटॅशियम ब्रोमेट मिळते.

संश्लेषण खालील रासायनिक अभिक्रिया समीकरणांद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते:

Br 2 + 2KOH = KBrO + KBr + H 2 O

KBrO + Cl 2 + 4KOH = KBrO 3 + 4KCl + 2H 2 O

KBr + Cl 2 + 6KOH = KBrO 3 + 6KCl + 3H 2 O

३.२. सीई उत्प्रेरक तयार करण्याच्या संभाव्य पद्धती 4+

शालेय रसायनशास्त्र प्रयोगशाळांमध्ये तुम्हाला सेरियम डायऑक्साइड सापडतो, जो शालेय रसायनशास्त्र संचाचा भाग असायचा. या प्रकरणात, सर्वात सोपा मार्ग म्हणजे सेरियम (VI) सल्फेट मिळवणे, यासाठी विद्यमान सिरीयम डायऑक्साइडला उकळत्या सल्फ्यूरिक ऍसिडमध्ये उघड करणे आवश्यक आहे; एसईओ 2 पाण्यात अघुलनशील, म्हणून थेट सेरियम डायऑक्साइड पावडरवर सल्फ्यूरिक ऍसिडसह कार्य करणे आवश्यक आहे.

प्रतिक्रिया समीकरण खालीलप्रमाणे व्यक्त केले जाऊ शकते:

CeO 2 + 2H 2 SO 4 = Ce(SO 4 ) 2 + 2H 2 O

सेरिअम (VI) सल्फेटचे चमकदार पिवळे द्रावण तयार होते, जे नंतर पिवळे क्रिस्टल्स दिसेपर्यंत बाष्पीभवन डिशवर बाष्पीभवन केले जाऊ शकते. अद्याप सिरियम डायऑक्साइड नसल्यास, आपण खालील प्रकारे विरघळणारे सिरियम आयन मिळवू शकता: आपण लाइटरमधून सिलिकॉन वापरू शकता, आपल्याला त्यापैकी बरेच घ्यावे आणि गरम करताना एकाग्र सल्फ्यूरिक ऍसिडमध्ये विरघळवावे लागेल. लाइटरमधील सिलिकॉनमध्ये सेरिअम (III) आणि (VI) संयुगे असतात. परंतु हे लक्षात घेतले पाहिजे की मूळ घटकामध्ये अशुद्धता असल्यामुळे प्रयोगाची शुद्धता बदलू शकते.

३.३. दोलन प्रतिक्रियेची तयारी आणि अंमलबजावणी.

प्रयोग आयोजित करण्यासाठी, दोन उपाय तयार केले आहेत. पहिल्या प्रकरणात, या प्रयोगात, 1.0 ग्रॅम ताजे तयार केलेले सिरियम सल्फेट, 15 मिली पाण्यात विरघळलेले आणि सल्फ्यूरिक ऍसिडसह ऍसिडिफिकेशन वापरले गेले. दुसऱ्यामध्ये, सायट्रिक ऍसिड 10 मिली गरम पाण्यात विरघळले जाते आणि त्यात पोटॅशियम ब्रोमेट ओतले जाते. पदार्थ पूर्णपणे विरघळण्यासाठी, मिश्रण किंचित गरम केले जाते. तयार केलेले द्रावण पटकन एकत्र ओतले जाते आणि काचेच्या रॉडने मिसळले जाते. एक हलका पिवळा रंग दिसतो, जो 20 सेकंदांनंतर. गडद तपकिरी रंगात बदलते, परंतु 20 सेकंदांनंतर. पुन्हा पिवळा होतो. 45 च्या तापमानातओ असा बदल 2 मिनिटांत दिसून येतो. मग द्रावण ढगाळ होते, कार्बन मोनॉक्साईड (IV) चे बुडबुडे दिसू लागतात आणि द्रावणाच्या पर्यायी रंगाचे मध्यांतर काटेकोरपणे परिभाषित क्रमाने हळूहळू वाढते: प्रत्येक पुढील मध्यांतर मागीलपेक्षा 10 - 15 सेकंद जास्त असतो आणि द्रावणाचे तापमान देखील वाढते.

प्रात्यक्षिक दरम्यान किंवा विद्यार्थ्यांना प्रयोगाचे प्रात्यक्षिक दिल्यानंतर, रासायनिक अभिक्रियाची यंत्रणा सरलीकृत आवृत्तीमध्ये स्पष्ट केली जाऊ शकते, म्हणजे, ऑक्सिडेशन-कपात प्रक्रिया ज्यामध्ये ब्रोमिक ऍसिड (BA) ऑक्सिडायझिंग एजंटची भूमिका बजावते आणि सायट्रिक ऍसिड कमी करणाऱ्या एजंटची भूमिका बजावते:

KBrO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + HBrO 3

9HBrO 3 + 2C 6 H 8 O 7 = 9HBrO + 8H 2 O + 12CO 2

9HBrO + C 6 H 8 O 7 = 9HBr + 4H 2 O + 6CO 2

उत्प्रेरकांच्या प्रभावाखाली द्रावणाचा रंग बदलतो - सिरियम संयुगे, ज्यामुळे ऑक्सिडेशन स्थिती देखील बदलते, परंतु विशिष्ट आयन एकाग्रतेपर्यंत, ज्यानंतर उलट प्रक्रिया होते.

धडा 4. निष्कर्ष

सादरीकरणाच्या सोयीसाठी, आम्ही प्रथम स्वयं-दोलन प्रतिक्रियेच्या सरलीकृत आकृतीचा विचार करू. या प्रतिक्रियेदरम्यान, द्रावणाच्या रंगात चढ-उतार दिसून येतात, जे सेरियम (VI) च्या एकाग्रतेतील चढउतारांमुळे होते. सेरिअम (VI) एकाग्रतेतील चढ-उतार आकृती 2 मध्ये दाखवले आहेत. हे विश्रांती दोलन आहेत, ज्याचा कालावधी (T) स्पष्टपणे दोन भागांमध्ये विभागलेला आहे: T1 हा सेरिअम (VI) च्या एकाग्रता कमी होण्याचा टप्पा आहे आणि T2 हा वाढत्या एकाग्रतेचा टप्पा आहे. त्यानुसार, सरलीकृत योजनेनुसार, प्रतिक्रियामध्ये दोन टप्प्यांचा समावेश आहे: पहिल्या टप्प्यात, टेट्राव्हॅलेंट सिरियम सायट्रिक ऍसिडसह कमी केले जाते, अंजीर 1.

ठीक आहे

Ce4+ Ce3+ , (1)

दुसऱ्यामध्ये, ट्रायव्हॅलेंट सिरियम ब्रोमेटद्वारे ऑक्सिडाइझ केले जाते

BrO3

Ce3+ Ce4+ (2)

ब्रोमेट कपात उत्पादने चरण (2) ब्रोमाइड एलए मध्ये तयार होतात. LA चे परिणामी ब्रोमाइन डेरिव्हेटिव्ह्ज ब्रोमाइन आयनच्या प्रकाशनासह नष्ट होतात. ब्रोमाइड हे प्रतिक्रियांचे मजबूत अवरोधक आहे (2).

त्याच्या कोणत्याही उत्पादनाचा प्रतिक्रियेवर उत्प्रेरक प्रभाव असू शकतो.

या घटनेला ऑटोकॅटलिसिस म्हणतात. ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रियेचे वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे ते परिवर्तनशील असते आणि प्रतिक्रिया दरम्यान उत्प्रेरकाची एकाग्रता वाढते. म्हणून, ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रियेचा दर सुरुवातीच्या काळात वाढतो आणि केवळ परिवर्तनाच्या सखोल टप्प्यावर, सुरुवातीच्या पदार्थांच्या एकाग्रतेत घट झाल्यामुळे, दर वाढल्याने कमी होण्यास मार्ग मिळतो.

अभिकर्मक वापरल्यामुळे ऑटोकॅटॅलिटिक प्रक्रियेची गती कमी होत नाही, परंतु वस्तुमान कृतीच्या कायद्याशी कोणत्याही विरोधाशिवाय वाढते. प्रतिक्रियांची यंत्रणा अशी आहे की त्यांच्या मध्यवर्ती किंवा अंतिम उत्पादनांचा प्रक्रियेवर प्रवेगक प्रभाव पडतो. म्हणून, त्यांची गती सुरुवातीला कमी होते, परंतु नंतर प्रतिक्रिया उत्पादनांच्या वाढत्या एकाग्रतेसह वाढते. आधुनिक शब्दावलीनुसार, अशा प्रक्रिया सकारात्मक अभिप्राय असलेल्या प्रक्रियांचा संदर्भ घेतात. म्हणून, उदाहरणार्थ, जर मल्टीस्टेज प्रतिक्रियेचे मध्यवर्ती किंवा अंतिम उत्पादन त्याचे अवरोधक असल्याचे दिसून आले, तर प्रतिक्रियेचे स्वयं-प्रतिबंध लक्षात येईल - त्याची गती वेगाने कमी होईल. प्रारंभिक अभिकर्मकांची एकाग्रता कशी कमी होते.

प्रतिक्रियामध्ये जेव्हा Ce4+ आयन सायट्रिक ऍसिडशी संवाद साधतात तेव्हा ते कमी होतात:

Ce 4+ + C 6 H 8 O 7 Ce 3+ + उत्पादन (1)

प्रतिक्रिया दरम्यान तयार झालेल्या Ce3+ नंतर ब्रोमेट आयनसह प्रतिक्रिया करणे आवश्यक आहे:

Ce 3+ + BrO 3 Ce 4+ (2)

ऑक्सिडेशन अवस्थांमध्ये सेरिअमचे स्थिर वितरण होते. तथापि, प्रतिक्रिया (2) स्वयं उत्प्रेरक आहे, आणि त्यामध्ये स्वयं-प्रवेगक अभ्यासक्रम प्रेरण कालावधीच्या आधी असतो, म्हणजेच, प्रतिक्रिया लगेच सुरू होत नाही. म्हणून, प्रेरण कालावधी दरम्यान, जवळजवळ सर्व Ce आयन 4+ Se 3+ वर जा . या प्रकरणात, सी कॉम्प्लेक्सद्वारे स्पेक्ट्रमच्या दृश्यमान प्रदेशात प्रकाश शोषल्यामुळे द्रावणाचा रंग 4+ सायट्रिक ऍसिडसह, अदृश्य होते. इंडक्शन कालावधीच्या शेवटी, Ce आयनांचे एक स्व-त्वरित जलद संक्रमण होते Se 4+ मध्ये 3+ आणि द्रावणाचा मूळ रंग परत येतो.

प्रक्रियेचे नियतकालिक स्वरूप खालीलप्रमाणे स्पष्ट केले जाऊ शकते. प्रतिक्रियेचा परिणाम म्हणून (1):

Ce(VI) + सायट्रिक ऍसिड Ce(III) + उत्पादन

ब्रोमाइड तयार होतो - आयन जे प्रतिक्रिया कमी करतात (2):

Ce(III) + HBrO 3 Ce(VI) + उत्पादने.

तथापि, प्रणालीमध्ये ब्रोमाइडची एकाग्रता प्रतिक्रियेच्या दरावर अवलंबून असते, ज्यामध्ये ब्रोमेटच्या परस्परसंवादामुळे ब्रोमाइडचा वापर केला जातो.

(BrO 3 + Br Br 2 ). ब्रोमाइडची एकाग्रता पुरेशी जास्त असल्यास, प्रतिक्रिया (2) थांबते, कारण ब्रोमेटसह Ce(III) च्या ऑक्सिडेशन दरम्यान Ce(VI) पुनर्जन्म होत नाही आणि परिणामी, उत्प्रेरक चक्रात व्यत्यय येतो. जेव्हा प्रतिक्रिया (1) च्या परिणामी कमी होणारी Ce(VI) ची एकाग्रता किमान संभाव्य मूल्यापर्यंत पोहोचते, तेव्हा ब्रोमाइड आयनची एकाग्रता झपाट्याने कमी होऊ लागते. नंतर प्रतिक्रिया (2) लक्षणीयरीत्या वेगवान होते आणि Ce(VI) ची एकाग्रता एका विशिष्ट मूल्यापर्यंत वाढते ज्यावर ब्रोमाइड एकाग्रता वेगाने वाढू लागते, ज्यामुळे प्रतिक्रिया कमी होते (2). नंतर संपूर्ण चक्र पुनरावृत्ती होते, चित्र 2.

सर्वसाधारणपणे, प्रतिक्रिया यंत्रणा खालील समीकरणांच्या संचाद्वारे वर्णन केली जाऊ शकते:

प्रक्रिया ए

BrO 3 + 2Br + 3(CH 2 ) 2 C(OH)(COOH) 3 + 3H +

3BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + 3H 2 O

BrO 3 + Br + 2H + HBrO 2 + HOBr

HBrO 2 + Br + H + 2HOBr

HOBr + Br + H + Br 2 + H 2 O

Br 2 + (CH 2 ) 2 C(OH)(COOH) 3 BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + Br + H +

प्रक्रिया बी

BrO 3 + 4Ce 3+ + (CH 2 ) 2 C(OH)(COOH)3 + 5H +

BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + 4Ce 4+ + 3H 2 O

BrO 3 + HBrO 2 + H + 2BrO 2 + H 2 O

BrO 2 + Ce 3+ + H + HBrO 2 + Ce 4+

2HBrO 2 BrO 3 + HOBr + H +

HOBr + (CH 2 ) 2 C(OH)(COOH) 3 BrCH(CH 2 )C(OH)(COOH) 3 + H 2 O

वरील व्यतिरिक्त, अशा प्रतिक्रिया देखील आहेत: सायट्रिक ऍसिडचे सिरियम (VI) आयन आणि सल्फ्यूरिक ऍसिड (द्रावणाचे आम्लीकरण आणि सेरिअम (VI) सल्फेटचे पृथक्करण झाल्यामुळे), आम्ही प्रतिक्रिया यंत्रणेचे वर्णन करत नाही. त्यांच्या जटिलतेनुसार, या प्रतिक्रियांचे उत्पादन कार्बन मोनोऑक्साइड (IV ), कार्बन मोनोऑक्साइड (II), पाणी आणि अंशतः डायमिथाइल केटोन आहेत.

आता आपण सांगितलेल्या प्रत्येक गोष्टीचे सामान्यीकरण करू शकतो आणि दोलन प्रतिक्रियांची व्याख्या देऊ शकतो: दोलन प्रतिक्रिया या नियतकालिक प्रक्रिया आहेत ज्या एकाग्रतेतील चढउतार आणि त्यानुसार, रूपांतरण दर आहेत. एकाग्रतेच्या चढउतारांचे कारण म्हणजे जटिल प्रतिक्रियेच्या वैयक्तिक टप्प्यांमधील अभिप्रायाची उपस्थिती.

आम्ही प्रामाणिकपणे आशा करतो की आमचे कार्य अनेकांचे लक्ष वेधून घेईल आणि ते अधिक विकसित आणि चालू राहील.

संदर्भ

1. आहे. झाबोटिन्स्की एकाग्रता चढउतार. एम.: - विज्ञान. 1974.
2. यु.व्ही. कार्याकिन, आय.आय. अँजेलोव्ह शुद्ध रसायने. एम.: - रसायनशास्त्र. 1974.
3. बी.एन. सेंद्रिय रसायनशास्त्राचा स्टेपनेंको कोर्स. एम.: - उच्च शाळा. 1972.
4. वर. अकार्बनिक रसायनशास्त्रावरील ओस्टापकेविच कार्यशाळा. एम.: - उच्च माध्यमिक शाळा 1987
5. व्ही.एन. अलेक्सिंस्की रसायनशास्त्रातील मनोरंजक प्रयोग. एम.: शिक्षण, 1980.
6. सोरोस शैक्षणिक मासिक. क्र. 7.1997.

अर्ज

[Ce4+]

मी - - - - - - -

एन - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

| | |

| | |

| T 1 | T 2 |

| | |

| | ट

| टी |

| |

| |

आकृती क्रं 1. सेरियम (VI) एकाग्रतेचे स्वयं-दोलन

[सीई ४+]

कमाल - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

मि - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

[ब्र]

अंजीर.2. ब्रोमाइड आयनच्या एकाग्रतेवर सेरिअम (VI) च्या एकाग्रतेतील बदलांचे अवलंबन.

स्पंदनात्मक प्रतिक्रिया- रेडॉक्स नियतकालिक प्रतिक्रियांचा एक वर्ग. प्रतिक्रिया यंत्रणा कुंडी यंत्राच्या ऑपरेशनसारखी दिसते. अशा प्रतिक्रिया प्रथम 1951 मध्ये मॉस्को रसायनशास्त्रज्ञ बी.पी.

कंपन प्रतिक्रिया उत्प्रेरकाच्या सहभागाने घडतात (सेरियम आयनच्या उपस्थितीत प्रतिक्रियेदरम्यान हे प्रथम शोधले गेले होते) आणि सामान्यत: दोन टप्प्यात असतात.

अशा प्रतिक्रिया येण्याची शक्यता सुनिश्चित करणाऱ्या आवश्यक परिस्थिती:

अ) पहिल्या टप्प्याची गती दुसऱ्या टप्प्याच्या गतीपेक्षा लक्षणीयरीत्या जास्त असावी;

ब) दुस-या टप्प्यावर, एक कंपाऊंड दिसणे आवश्यक आहे जे पहिल्या टप्प्याच्या कोर्सला प्रतिबंधित करते (त्याला अवरोधक म्हणतात).

सेरियम(III) मीठ (उदाहरणार्थ, सेरियम सल्फेट), पोटॅशियम ब्रोमेट KBrO 3 आणि ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिड HO(O)C – CH(Br) – C(O)OH यांचे जलीय द्रावण मिसळताना समान प्रतिक्रिया दिसून येते. प्रतिक्रिया वस्तुमान सल्फ्यूरिक ऍसिडसह ऍसिडिफाइड केले जाते.

पहिल्या टप्प्यावर, ट्रायव्हॅलेंट सिरियम आयन (सेरियम मीठाच्या विघटनाने उद्भवणारे) ब्रोमेट आयन (पोटॅशियम ब्रोमेटद्वारे पुरवले जाते) कमी होते. या प्रकरणात, Ce(III) आयन Ce(IV) मध्ये ऑक्सिडाइझ केले जाते, जे प्रतिक्रिया द्रावणाच्या रंगात बदल करून बाहेरून लक्षात येते - जलीय द्रावणातील Ce(III) आयन रंगहीन असतात आणि Ce(IV) असतात पिवळा.

10Ce 3+ + 2BrO 3 – + 12H + = 10Ce 4+ + Br 2 + 6H 2 O (I)

पुढील टप्प्यावर, परिणामी Ce(IV) आयन ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडवर प्रतिक्रिया देतो, त्याचे ऑक्सिडायझेशन करतो:

4Ce 4+ + HO(O)C – CH(Br) – C(O)OH + 2H 2 O =

4Ce 3+ + HC(O)OH + 2CO 2 + 5H + + Br - (II)

या प्रकरणात, सेरिअम पुन्हा एक Ce(III) आयन बनते आणि पुन्हा प्रतिक्रिया I मध्ये भाग घेऊ शकते. या प्रकरणात, ते विशिष्ट उत्प्रेरकाची भूमिका बजावते, प्रतिक्रियेत भाग घेते, परंतु खपत नाही, तथापि, प्रतिक्रिया होणार नाही त्याशिवाय पुढे जा. प्रतिक्रियेदरम्यान पोटॅशियम ब्रोमेट आणि ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडचे सेवन केले जाते, सेरिअम फक्त इलेक्ट्रॉन एका अभिकर्मकातून दुसऱ्या अभिकर्मकात हस्तांतरित करते (प्रारंभिक अभिकर्मक काळ्या रंगात चिन्हांकित केले जातात आणि प्रतिक्रिया उत्पादने लाल रंगात चिन्हांकित केली जातात):

या प्रतिक्रियेचे वैशिष्ठ्य म्हणजे स्टेज II वर, ब्रोमाइन आयन Br एक उप-उत्पादन म्हणून दिसून येते. – . हे प्रतिबंधित करते, म्हणजेच ते स्टेज I प्रतिबंधित करते, परंतु स्टेज II वर कोणताही परिणाम होत नाही. परिणामी, स्टेज II ची उत्पादने, प्रामुख्याने Ce 3+ आयन, प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये जमा होतात. एका विशिष्ट टप्प्यावर, जेव्हा यापैकी बरेच आयन जमा होतात, तेव्हा ब्रोमाइन आयन स्टेज I ला प्रतिबंध करू शकत नाहीत आणि ते उच्च वेगाने पुढे जातात. Ce(IV) आयन सिस्टममध्ये पुन्हा दिसतात, जे नंतर स्लो स्टेज II मध्ये भाग घेतात. अशा प्रकारे, ब्रोमाइन आयन ट्रिगर म्हणून कार्य करतात, पहिल्या टप्प्याला विशिष्ट बिंदूपर्यंत सुरू होण्यापासून प्रतिबंधित करतात. बाहेरून, असे दिसते (Ce(III) आयन जलीय द्रावणातील रंगहीन आहेत, आणि Ce(IV) पिवळे आहेत: प्रतिक्रिया वस्तुमान त्वरित पिवळा होतो आणि नंतर हळूहळू विरंगुळा होतो (चित्र 4, काच क्रमांक 1). रंग अंदाजे प्रत्येक दीड मिनिटाला बदलतो, वेळ मध्यांतर काही तासांपर्यंत अपरिवर्तित राहतो. आपण हळूहळू उपभोग्य अभिकर्मक जोडल्यास, असे "रासायनिक घड्याळ" खूप काळ कार्य करेल. जसजसे तापमान वाढते तसतसे दोलन प्रतिक्रियेचे कालचक्र कमी होते.

oscillatory प्रतिक्रियांची इतर उदाहरणे आहेत. वर वर्णन केलेल्या प्रणालीमध्ये, सिरियम आयन लोह आयनांनी बदलले जाऊ शकतात. हे करण्यासाठी, फेनॅन्थ्रोलिनच्या तीन रेणूंसह Fe(II) सल्फेटचे कॉम्प्लेक्स वापरा, जो जलीय द्रावणात लाल रंगाचा असतो (हे कॉम्प्लेक्स मोठ्या प्रमाणात लोहाच्या परिमाणात्मक निर्धारासाठी वापरले जाते):

एक समान Fe(III) कॉम्प्लेक्स, जो ऑक्सिडेशनच्या परिणामी दिसून येतो, रंगीत निळा असतो, प्रतिक्रिया दरम्यान, निळा रंग त्वरित लाल होतो, जो पुन्हा हळूहळू निळा होतो (चित्र 4, काच क्रमांक 2).

जर आपण ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडला सायट्रिक ऍसिड [HOC(O)CH 2 ] 2 C(OH)C(O)OH ने बदलले, तर उत्प्रेरक प्रमाणात मँगनीज क्षारांच्या उपस्थितीत एक प्रणाली तयार होते ज्यामध्ये दर दोन मिनिटांनी रंग धडधडतो (चित्र 4, काच क्रमांक 3). ऑक्सॅलिक ऍसिटिक ऍसिड HOC(O)CH 2 C(O)C(O)OH सिरियम क्षारांसह सहा-सेकंद अंतराल मोजतो (काच क्रमांक 4). ॲनिमेटेड आकृतीमधील वेळ मध्यांतर पारंपारिकपणे दर्शविलेले आहेत, सर्वात मोठा रंग बदल मध्यांतर ग्लास क्रमांक 3 मध्ये आहे, सर्वात लहान ग्लास क्रमांक 4 मध्ये आहे

अशा प्रतिक्रियांचा शोध लागल्यानंतर, हे स्थापित केले गेले की अशा प्रक्रिया अगदी सामान्य आहेत. परिणामी, दोलन प्रक्रियांचा एक सामान्य सिद्धांत विकसित झाला, ज्यामध्ये काही गॅस-फेज प्रतिक्रियांचा समावेश आहे (उदाहरणार्थ, हायड्रोकार्बन्सचे ऑक्सीकरण), कार्बन मोनोऑक्साइडचे हेटरोफेस ऑक्सीकरण, हायड्रोजन, अमोनिया, धातू उत्प्रेरकांवर इथिलीन आणि अनेक पॉलिमरायझेशन. प्रक्रिया. दोलन प्रतिक्रिया काही महत्त्वाच्या जैविक प्रक्रियेचा मार्ग ठरवतात: मज्जातंतूंच्या आवेगांची निर्मिती आणि स्नायूंच्या आकुंचनची यंत्रणा.

मिखाईल लेवित्स्की

शिक्षण, विज्ञान, युवा आणि क्रीडा मंत्रालय

सैद्धांतिक लिसियम पेत्रु मोविला

विभाग

"क्षमता, काम, प्रतिभा"

विषयावरील रसायनशास्त्रातील अभ्यासक्रम:

"ओसीलेटरी रासायनिक प्रतिक्रिया"

द्वारे पूर्ण केले: इयत्ता 12 अ चा विद्यार्थी

बोलुबाश इरिना

शिक्षक: स्निडचेन्को एम.ए.

*चिसिनौ 2007*

1. परिचय:

अ) रेडॉक्स प्रतिक्रिया

b) दोलन रासायनिक अभिक्रिया

2. दोलन प्रतिक्रियांच्या शोधाचा इतिहास:

अ) शोध लागण्यापूर्वी एकाग्रतेतील चढउतारांचा अभ्यास

बी.पी. बेलोसोव्हच्या प्रतिक्रिया

3. सैद्धांतिक भाग:

अ) ए. लोटकोय यांचे गणितीय मॉडेल

b) दोलन प्रतिक्रियांच्या यंत्रणेचा अभ्यास

4. प्रायोगिक भाग

5. निष्कर्ष

6. अर्ज:

अ) काही दोलन प्रतिक्रियांसाठी पाककृती

b) केलेल्या प्रयोगांसाठी चित्रे

7. साहित्य

परिचय.

रसायनशास्त्र हे प्रायोगिक विज्ञान आहे. आणि म्हणूनच वैज्ञानिक संशोधनाची पद्धत म्हणून प्रयोगाने नैसर्गिक विज्ञानाच्या पद्धतींमध्ये दीर्घकाळापासून एक अग्रगण्य स्थान व्यापले आहे. प्रयोग हा रसायनशास्त्र शिकवताना सिद्धांताशी सराव जोडण्याचा आणि ज्ञानाचे विश्वासांमध्ये रूपांतर करण्याचा सर्वात महत्त्वाचा मार्ग आहे. म्हणून, प्रत्येक अनुभवाचे संज्ञानात्मक महत्त्व प्रकट करणे ही रासायनिक प्रयोगाची मुख्य आवश्यकता आहे.

प्रयोग अंतर्गत (lat. "प्रयोग" - "चाचणी")विशिष्ट परिस्थितींमध्ये अभ्यासल्या जाणाऱ्या घटनेचे निरीक्षण समजून घ्या ज्यामुळे या घटनेच्या प्रगतीचे निरीक्षण करणे शक्य होते आणि या अटी पूर्ण झाल्यास त्याची पुनरावृत्ती करणे शक्य होते. रसायनशास्त्र शिकवण्यात रासायनिक प्रयोगाला महत्त्वाचे स्थान आहे, कारण निरीक्षणे आणि प्रयोगांद्वारे पदार्थांच्या स्वरूपातील विविधता जाणून घेतली जाते, तुलना, सामान्यीकरण आणि निष्कर्ष यासाठी तथ्ये जमा केली जातात.

प्रयोग करून आणि विविध परिस्थितींमध्ये रासायनिक परिवर्तनांचे निरीक्षण करून, आम्हाला खात्री आहे की जटिल रासायनिक प्रक्रिया नियंत्रित केल्या जाऊ शकतात, घटनेत काहीही गूढ नाही, ते नैसर्गिक नियमांचे पालन करतात, ज्याच्या ज्ञानामुळे रासायनिक परिवर्तनांचा व्यावहारिक वापर करणे शक्य होते. मानवी क्रियाकलाप.

तथापि, काही रासायनिक प्रयोगांचे परिणाम अनपेक्षित असतात आणि ते पदार्थांच्या गुणधर्मांबद्दल किंवा रासायनिक अभिक्रियांच्या नमुन्यांबद्दलच्या पारंपारिक कल्पनांमध्ये बसत नाहीत. अशा रासायनिक परिवर्तनांना समस्या प्रयोग म्हणतात.

अगदी प्राचीन काळातही, तत्त्वज्ञांचा असा विश्वास होता की कोणत्याही ज्ञानाची सुरुवात आश्चर्याने होते. नवीनमुळे आश्चर्यचकित होण्यामुळे कुतूहल (आपल्या सभोवतालच्या जगाच्या समस्यांबद्दल संवेदनशीलता) विकसित होते आणि नंतर एखाद्या गोष्टीमध्ये शाश्वत स्वारस्य निर्माण होते. आश्चर्य आणि, त्याचे अनुसरण, ज्ञानाची तहान - समस्या प्रयोगाचा अभ्यास करण्यासाठी, द्वंद्वात्मक आणि पद्धतशीर विचारांची निर्मिती आणि सर्जनशील क्षमता प्रकट करण्यासाठी ही सुपीक जमीन आहे.

हीच अवस्था उज्ज्वल, प्रभावी रासायनिक प्रयोगामुळे (समस्या प्रयोग) होऊ शकते. रसायनशास्त्रात, समस्याप्रधान प्रयोगांची कारणे बहुतेकदा रेडॉक्स प्रतिक्रिया असतात.

रेडॉक्स प्रतिक्रिया

रासायनिक अभिक्रियांचे वर्गीकरण करण्यासाठी अनेक निकष आहेत. सर्वात महत्वाचे म्हणजे घटकांच्या ऑक्सिडेशन स्थितीतील बदलांचे लक्षण. घटकांच्या ऑक्सिडेशन अवस्था बदलतात किंवा त्याच राहतात यावर अवलंबून, रासायनिक अभिक्रिया रेडॉक्स प्रतिक्रियांमध्ये विभागल्या जाऊ शकतात आणि त्या ऑक्सिडेशन अवस्था न बदलता उद्भवतात.

घटकांच्या (रेडॉक्स) ऑक्सिडेशन अवस्थेतील बदलांसह होणाऱ्या प्रतिक्रिया व्यापकपणे ज्ञात आहेत. ते तंत्रज्ञान आणि निसर्गात महत्त्वाची भूमिका बजावतात, ते सजीवांमध्ये चयापचय अधोरेखित करतात आणि ऑक्सिडेशन, क्षय, किण्वन आणि प्रकाशसंश्लेषण या प्रक्रिया त्यांच्याशी संबंधित आहेत. ऑक्सिडेशन (आणि घट) प्रक्रिया इंधन ज्वलन, धातूंचे गंज आणि त्यांच्या मदतीने, धातू, अमोनिया, अल्कली आणि इतर अनेक मौल्यवान उत्पादने प्राप्त होतात; म्हणून, अकार्बनिक आणि सेंद्रिय रसायनशास्त्रातील शालेय अभ्यासक्रमांमध्ये रेडॉक्स प्रतिक्रियांचा अभ्यास समाविष्ट केला जातो.

रेडॉक्स प्रतिक्रियांच्या संकल्पनेशी संबंधित मूलभूत तरतुदी लक्षात घेऊया.

ऑक्सीकरण स्थितीरासायनिक संयुगातील दिलेल्या घटकाच्या अणूवर दिसणाऱ्या शुल्काशी संबंधित आहे, जर आपण असे गृहीत धरले की सर्व इलेक्ट्रॉन जोड्या ज्याद्वारे हा अणू इतरांशी जोडलेला आहे त्या उच्च विद्युत ऋणात्मकता असलेल्या घटकांच्या अणूंकडे पूर्णपणे वळल्या आहेत.

ऑक्सिडायझर- इलेक्ट्रॉन स्वीकारणारे अणू किंवा आयन असलेले पदार्थ: Xm ^{(ऑक्सिडायझिंग एजंट) + ne- = X(m-n), जेथे m ही स्त्रोत पदार्थातील घटकाची ऑक्सीकरण स्थिती आहे, n ही इलेक्ट्रॉनची संख्या आहे.}

कमी करणारे एजंट- इलेक्ट्रॉन दान करणारे अणू किंवा आयन असलेले पदार्थ: Ym ^{(कमी करणारे एजंट) - ne-= Y(m+n) .}

ऑक्सिडेशन- अणू, रेणू किंवा आयनद्वारे इलेक्ट्रॉन सोडण्याची प्रक्रिया आणि घटकाची ऑक्सिडेशन स्थिती वाढते.

पुनर्प्राप्ती- अणू, रेणू किंवा आयनद्वारे इलेक्ट्रॉन प्राप्त करण्याची प्रक्रिया, तर घटकाची ऑक्सीकरण स्थिती कमी होते.

ऑक्सिडेशन आणि घट ही एकत्रित प्रक्रिया आहेत; ऑक्सिडेशन प्रक्रियेदरम्यान ऑक्सिडायझिंग एजंटने दान केलेल्या इलेक्ट्रॉनची संख्या नेहमी ऑक्सिडायझिंग एजंटने स्वीकारलेल्या इलेक्ट्रॉनच्या संख्येइतकी असते.

दोलन रासायनिक प्रतिक्रिया

या अभ्यासक्रमाच्या कामात मी समस्याप्रधान प्रयोग, कंपनात्मक रासायनिक अभिक्रियांचे विशेष प्रकरण विचारात घेईन. ऑसीलेटरी प्रतिक्रिया ही रेडॉक्स गुणधर्म असलेल्या उत्प्रेरकाच्या सहभागासह सेंद्रिय पदार्थांच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियांचा एक संपूर्ण वर्ग आहे. ही प्रक्रिया चक्रीय पद्धतीने होते, म्हणजेच त्यात अनेक पुनरावृत्ती असतात.

1951 मध्ये सोव्हिएत शास्त्रज्ञ बोरिस पेट्रोविच बेलोसोव्ह यांनी कंपन रासायनिक अभिक्रिया शोधल्या आणि वैज्ञानिकदृष्ट्या सिद्ध केल्या. बी.पी. बेलोसोव्हने सल्फ्यूरिक ऍसिडच्या द्रावणात सोडियम ब्रोमेटसह प्रतिक्रिया करताना सायट्रिक ऍसिडच्या ऑक्सिडेशनचा अभ्यास केला. प्रतिक्रिया वाढविण्यासाठी, त्याने द्रावणात सिरियम लवण जोडले. सेरियम हे व्हेरिएबल व्हॅलेन्सी (3+ किंवा 4+) असलेले धातू आहे, म्हणून ते रेडॉक्स परिवर्तनासाठी उत्प्रेरक असू शकते. प्रतिक्रिया सह CO2 फुगे बाहेर पडतात आणि म्हणूनच असे दिसते की संपूर्ण प्रतिक्रिया मिश्रण "उकळत आहे." आणि या उकळत्या पार्श्वभूमीवर, बीपी बेलोसोव्हने एक आश्चर्यकारक गोष्ट लक्षात घेतली: द्रावणाचा रंग अधूनमधून बदलला - तो पिवळा, नंतर रंगहीन झाला. बेलोसोव्हने सोल्युशनमध्ये फेरस आयर्न (फेरोइन) सह फेनॅन्थ्रोलिनचे कॉम्प्लेक्स जोडले आणि द्रावणाचा रंग वेळोवेळी जांभळ्या-लाल ते निळ्या आणि मागे बदलू लागला.

अशा प्रकारे प्रसिद्ध झालेल्या प्रतिक्रिया शोधल्या गेल्या. आता हे जगभर ओळखले जाते, त्याला "बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया" म्हणतात. ए.एम. झाबोटिन्स्कीने ही आश्चर्यकारक घटना समजून घेण्यासाठी बरेच काही केले. तेव्हापासून, मोठ्या संख्येने समान प्रतिक्रिया शोधल्या गेल्या आहेत.

दोलन प्रतिक्रियांच्या शोधाचा इतिहास.

आयपी बेलोसोव्ह यांनी सेलमधील कार्बोक्झिलिक ऍसिडच्या मुख्य जैवरासायनिक परिवर्तनाच्या प्रणालीच्या काही टप्प्यांचे एक साधे रासायनिक मॉडेल तयार करण्याचा प्रयत्न करताना दोलन रासायनिक अभिक्रियाचा शोध लावला. तथापि, त्याच्या शोधाबद्दलचा पहिला संदेश प्रकाशित झाला नाही. रासायनिक जर्नलच्या समीक्षकाने लेखात वर्णन केलेल्या प्रतिक्रियेच्या मूलभूत संभाव्यतेवर शंका घेतली. त्या वर्षांतील बहुतेक रसायनशास्त्रज्ञांचा असा विश्वास होता की पूर्णपणे रासायनिक स्पंदने अस्तित्वात नाहीत, जरी oscillatory प्रतिक्रियांचे अस्तित्व 1910 मध्ये A. Lotkoy यांनी नियतकालिक प्रक्रियेच्या गणितीय सिद्धांताच्या आधारे वर्तवले होते.

संशोधनाचे परिणाम प्रकाशित करण्याचा दुसरा प्रयत्न 1957 मध्ये शास्त्रज्ञाने केला होता आणि त्या वेळी बेल्जियन भौतिकशास्त्रज्ञ आणि भौतिक रसायनशास्त्रज्ञ आय.आर. या कार्यांनी दोलन रासायनिक अभिक्रियांची शक्यता आणि संभाव्यता दर्शविली.

केवळ 1959 मध्ये बी.पी. बेलोसोव्ह यांनी "कलेक्टेड ॲब्स्ट्रॅक्ट्स ऑन रेडिएशन मेडिसिन" या अल्प-ज्ञात प्रकाशनात प्रकाशित केलेल्या आवर्तक रासायनिक अभिक्रियाच्या शोधाबद्दलचा एक छोटा गोषवारा होता.

परंतु संपूर्ण मुद्दा असा आहे की जेव्हा बीपी बेलोसोव्हने त्याचा शोध लावला तेव्हा अभिकर्मकांच्या एकाग्रतेमध्ये नियतकालिक बदल हे थर्मोडायनामिक्सच्या नियमांचे उल्लंघन असल्याचे दिसून आले. खरं तर, प्रतिक्रिया थेट किंवा विरुद्ध दिशेने कशी होऊ शकते याची कल्पना करणे अशक्य आहे की जहाजातील संपूर्ण रेणू एका किंवा दुसर्या स्थितीत असतील (कधी कधी सर्व "निळे", कधीकधी सर्व " लाल"...).

प्रतिक्रियेची दिशा रासायनिक (थर्मोडायनामिक) संभाव्यतेद्वारे निर्धारित केली जाते - प्रतिक्रिया अधिक संभाव्य स्थितींच्या दिशेने, प्रणालीची मुक्त ऊर्जा कमी करण्याच्या दिशेने केली जाते. जेव्हा दिलेल्या दिशेने प्रतिक्रिया पूर्ण होते, याचा अर्थ असा होतो की तिची क्षमता संपली आहे, थर्मोडायनामिक समतोल साधला गेला आहे आणि ऊर्जा खर्च केल्याशिवाय, प्रक्रिया उत्स्फूर्तपणे उलट दिशेने जाऊ शकत नाही. आणि इथे... प्रतिक्रिया प्रथम एका दिशेने जाते, नंतर दुसऱ्या दिशेने.

मात्र, या प्रतिक्रियेत कायद्याचे उल्लंघन झाले नाही. मध्यवर्ती उत्पादनांच्या एकाग्रतेमध्ये चढ-उतार होते—नियतकालिक बदल—प्रारंभिक अभिक्रियाक किंवा अंतिम उत्पादनांऐवजी. या अभिक्रियामध्ये CO2 सायट्रिक ऍसिडमध्ये बदलत नाही; हे खरोखरच अशक्य आहे. समीक्षकांनी हे लक्षात घेतले नाही की एक प्रणाली समतोल पासून खूप दूर आहे, त्यात अनेक आश्चर्यकारक गोष्टी चांगल्या प्रकारे घडू शकतात. केवळ अलिकडच्या दशकांमध्ये या समस्या समतोलपणापासून दूर असलेल्या प्रणालींच्या थर्मोडायनामिक्सद्वारे संबोधित केल्या गेल्या आहेत. हे नवीन विज्ञान नवीन विज्ञानाचा आधार बनले - सिनर्जेटिक्स (स्व-संस्थेचा सिद्धांत).

बेलोसोव्हची प्रतिक्रिया, वर नमूद केल्याप्रमाणे, ए.एम. झाबोटिन्स्की आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी तपशीलवार अभ्यास केला. त्यांनी सायट्रिक ऍसिडची जागा मॅलोनिक ऍसिडने घेतली. मॅलोनिक ऍसिडचे ऑक्सिडेशन सीओ 2 फुगे तयार करत नाही, म्हणून सोल्यूशनच्या रंगात बदल फोटोइलेक्ट्रिक उपकरणांच्या हस्तक्षेपाशिवाय रेकॉर्ड केला जाऊ शकतो, नंतर असे दिसून आले की फेरोइन सेरियमशिवाय देखील या अभिक्रियासाठी उत्प्रेरक म्हणून काम करते. बीपी बेलोसोव्ह, त्याच्या पहिल्या प्रयोगांमध्ये, त्याच्या प्रतिक्रियेचा आणखी एक उल्लेखनीय गुणधर्म लक्षात आला: जेव्हा ढवळणे थांबते, तेव्हा द्रावणातील रंग बदल लाटांमध्ये पसरतो. अंतराळातील रासायनिक कंपनांचा हा प्रसार विशेषतः स्पष्ट झाला जेव्हा 1970 मध्ये ए.एम. झाबोटिन्स्की आणि ए. N. Zaikin ने एका पातळ थरात प्रतिक्रिया मिश्रण पेट्री डिशमध्ये ओतले. कपमध्ये विचित्र आकृत्या तयार होतात - एकाग्र वर्तुळे, सर्पिल, "व्हर्टिसेस", सुमारे 1 मिमी/मिनिट वेगाने पसरतात. रासायनिक लहरींमध्ये अनेक असामान्य गुणधर्म असतात. म्हणून, जेव्हा ते आदळतात तेव्हा ते विझतात आणि एकमेकांमधून जाऊ शकत नाहीत.

एकाग्रता अभ्यास
B. P. Belousov द्वारे प्रतिक्रिया शोधण्यापूर्वी कंपन

परंतु इतिहासानुसार, बी.पी. बेलोसोव्हचा शोध जागतिक विज्ञानातील पहिला नव्हता. असे दिसून आले की रासायनिक कंपनांवरील पहिल्या प्रकाशनांपैकी एक 1828 मध्ये आहे. त्यात, टी. फेकनरने इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाच्या कंपनांच्या अभ्यासाचे परिणाम सादर केले 1834. त्याच्या लेखकाच्या अगदी चुकून लक्षात आले की एक लहान फ्लास्क ज्यामध्ये थोडेसे फॉस्फरस असते, अंधारात ते बऱ्यापैकी प्रखर प्रकाश उत्सर्जित करते. फॉस्फरस चमकला यात आश्चर्यकारक काहीही नव्हते, परंतु प्रत्येक सातव्या सेकंदाला ही चमक नियमितपणे पुनरावृत्ती होते ही वस्तुस्थिती मनोरंजक होती. चाळीस वर्षांनंतर, "फ्लिकरिंग फ्लास्क" सह हे प्रयोग फ्रेंच नागरिक एम. जौबर्ट (1874) यांनी चालू ठेवले. तो चाचणी ट्यूबमध्ये "चमकदार ढग" च्या नियतकालिक निर्मितीचे निरीक्षण करण्यात यशस्वी झाला. वीस वर्षांनंतर, जर्मन शास्त्रज्ञ A. Zentnerschwer यांनी नियतकालिक फॉस्फरस फ्लॅशवर हवेच्या दाबाच्या प्रभावाचा अभ्यास केला. त्याच्या प्रयोगांमध्ये, फ्लेअर्सचा कालावधी 20 सेकंदांनी सुरू झाला आणि कमी होत असलेल्या दाबाने कमी झाला.

रासायनिक कंपनांच्या इतिहासातील एक विशेषतः उज्ज्वल पृष्ठ तथाकथित लीसेगँग रिंगशी संबंधित आहे. 1896 मध्ये, जर्मन रसायनशास्त्रज्ञ आर. लीसेगँग यांनी फोटोकेमिकल्सवर प्रयोग करून शोधून काढले की जर लॅपिसला क्रोमियम असलेल्या जिलेटिनने लेपित काचेच्या प्लेटवर टाकले गेले, तर प्रतिक्रिया उत्पादन, अवक्षेपण, प्लेटवर एकाग्र वर्तुळात स्थित होते. लीसेगँगला या घटनेने भुरळ पडली आणि त्याने जवळपास अर्धशतक संशोधन करण्यात घालवले. त्याचा व्यावहारिक उपयोगही आढळून आला आहे. उपयोजित कलेमध्ये, जॅस्पर, मॅलाकाइट, ॲगेट इत्यादींचे अनुकरण करून विविध उत्पादने सजवण्यासाठी लीसेगँग रिंग्ज वापरल्या जात होत्या. लिसेगँगने स्वतः कृत्रिम मोती बनवण्याचे तंत्रज्ञान प्रस्तावित केले होते.

अशा उदाहरणांची यादी पुढे चालू ठेवता येईल. यानंतर, दोन टप्प्यांमधील इंटरफेसमध्ये कंपन प्रतिक्रिया शोधल्या गेल्या. यापैकी, मेटल-सोल्यूशन इंटरफेसवरील प्रतिक्रिया सर्वात ज्ञात आहेत, ज्यांना विशिष्ट नावे मिळाली आहेत - "लोह तंत्रिका" आणि "पारा हृदय". त्यापैकी प्रथम - नायट्रिक ऍसिडमध्ये लोह (वायर) विरघळण्याची प्रतिक्रिया - उत्तेजित मज्जातंतूच्या गतिशीलतेसह बाह्य समानतेमुळे त्याचे नाव प्राप्त झाले, व्ही.एफ. दुसरा, किंवा त्याऐवजी त्याच्या प्रकारांपैकी एक, धातूच्या पाराच्या पृष्ठभागावर H2O2 ची विघटन प्रतिक्रिया आहे. प्रतिक्रियामध्ये, पाराच्या पृष्ठभागावर ऑक्साईड फिल्मची नियतकालिक निर्मिती आणि विघटन होते. पाराच्या पृष्ठभागावरील ताणातील चढ-उतारांमुळे थेंबाची लयबद्ध स्पंदन होते, हृदयाच्या ठोक्याची आठवण करून देते. परंतु या सर्व प्रतिक्रियांकडे रसायनशास्त्रज्ञांचे फारसे लक्ष वेधले गेले नाही, कारण रासायनिक अभिक्रियेबद्दलच्या कल्पना अजूनही अस्पष्ट होत्या.

फक्त 19 व्या शतकाच्या उत्तरार्धात. थर्मोडायनामिक्स आणि रासायनिक गतीशास्त्र उद्भवले, ज्याने कंपन प्रतिक्रिया आणि त्यांच्या विश्लेषणाच्या पद्धतींमध्ये विशिष्ट स्वारस्यचा पाया घातला.

A. Lotkoy द्वारे गणितीय मॉडेल

रासायनिक अभिक्रियांसारख्या प्रणालींमधील दोलनांचा गणिती सिद्धांत 1910 मध्ये ए. लोटका यांनी प्रकाशित केला होता - त्यांनी विभेदक समीकरणांची एक प्रणाली लिहिली, ज्यामधून नियतकालिक शासनाची शक्यता निर्माण झाली. लोटकाने “शिकार”, जसे की शाकाहारी प्राणी आणि त्यांना खातात “भक्षक” (X आणि Y) यांच्या परस्परसंवादाचा विचार केला. शिकारी बळी खातात आणि पुनरुत्पादन करतात - Y ची एकाग्रता वाढते, परंतु एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत, जेव्हा बळींची संख्या झपाट्याने कमी होते आणि शिकारी भुकेने मरतात - Y ची एकाग्रता कमी होते. मग वाचलेले बळी गुणाकार करू लागतात - X ची एकाग्रता वाढते. नंतर जिवंत शिकारी देखील पुनरुत्पादित होतात, Y ची एकाग्रता पुन्हा वाढते आणि असेच अनेक वेळा. अभिकर्मकांच्या एकाग्रतेमध्ये नियतकालिक चढ-उतार दिसून येतात. हे स्पष्ट आहे की अशा undamped (दीर्घकालीन) oscillations साठी स्थिती गवत भरपूर प्रमाणात असणे आहे - पीडितांचे अन्न. ट्रे समीकरणे व्ही. व्होल्टेरा यांनी सुधारली. आणि दोलनांचा आधुनिक सिद्धांत रशियन भौतिकशास्त्रज्ञ एल.आय. मँडेलस्टॅम, ए.ए. एंड्रोनोव्ह, ए.ए. विट, एस.ई. खैकिन, डी. यांनी विकसित केला होता. A. फ्रँक-कमेनेत्स्की. म्हणून भौतिकशास्त्रज्ञ आणि गणितज्ञांसाठी, बेलोसोव्हेनचा शोध खूप आश्चर्यकारक होता.

दोलन प्रतिक्रियांच्या यंत्रणेचा अभ्यास.

बेलोसोव्ह प्रतिक्रियेची तपशीलवार यंत्रणा अद्याप पूर्णपणे ज्ञात नाही. पहिल्या कामात असे दिसते की मध्यवर्ती उत्पादनांची संख्या कमी होती. कंपनांचे स्वरूप समजावून सांगण्यासाठी, ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिड प्रथम इस्मालोनिक ऍसिडपासून कसे तयार होते याची कल्पना करणे पुरेसे होते आणि पुढील प्रतिक्रियासह, KBrO3 चे KBr मध्ये रूपांतर होते. Br-anion ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडचे पुढील ऑक्सिडेशन प्रतिबंधित करते आणि उत्प्रेरक (सेरियम टेट्राव्हॅलेंट किंवा फेनॅन्थ्रोलिनच्या संयोजनात फेरिक लोह) चे ऑक्सिडाइज्ड फॉर्म जमा होते. परिणामी, Br- चे संचय थांबते, आणि ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडचे ऑक्सिडेशन पुन्हा सुरू होते... आता हे स्पष्ट झाले आहे की अशी यंत्रणा पूर्ण होण्यापासून दूर आहे. इंटरमीडिएट उत्पादनांची संख्या चाळीसपर्यंत पोहोचली आहे आणि अभ्यास सुरू आहे.

1972 मध्ये, आर. नोयेस आणि सहकर्मचाऱ्यांनी हे दाखवून दिले की बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया ही किमान दहा प्रतिक्रियांचा परिणाम आहे जी तीन गटांमध्ये एकत्र केली जाऊ शकते - ए, बी आणि सी.

प्रथम (प्रतिक्रिया गट A), ब्रोमेट आयन H+ च्या उपस्थितीत ब्रोमाइड आयनवर प्रतिक्रिया देऊन ब्रोमाइड आणि हायपोब्रोमेट ऍसिड तयार करतात:

BrO-3+ Br-- + 2H+ = HBrO2 + HOBr (ए1)

हायपोब्रोमिक ऍसिड:

HBrO2+ Br-- + H+ = 2HOBr (ए2)

हायपोब्रोमिक ऍसिड, यामधून, ब्रोमाइड आयनवर प्रतिक्रिया देते, मुक्त ब्रोमिन तयार करते:

HOBr + Br--+ H+ = Br2 + H2O (ए3)

मॅलोनिक ऍसिड फ्री ब्रोमिनसह ब्रोमिनेटेड आहे:

Br2+ CH2(COOH)2 = BrCH(COOH)2 + Br--+ H+ (ए4)

या सर्व प्रतिक्रियांच्या परिणामी, मॅलोनिक ऍसिड फ्री ब्रोमिनसह ब्रोमिनेटेड आहे:

BrO-3+ 2Br-- + 3CH2(COOH)2 + 3H+ =3BrCH(COOH)2 + 3H2O (ए)

प्रतिक्रियांच्या या गटाचा रासायनिक अर्थ दुहेरी आहे: ब्रोमाइड आयनचा नाश आणि ब्रोमोमालोनिक ऍसिडचे संश्लेषण.

ग्रुप बी प्रतिक्रिया केवळ ब्रोमाइड आयनच्या अनुपस्थितीत (कमी एकाग्रता) शक्य आहे. जेव्हा ब्रोमेट आयन ब्रोमस ऍसिडवर प्रतिक्रिया देते तेव्हा मूलगामी BrO2 तयार होते.

BrO-3+ HBrO2 + H+ > 2BrO2 + H2O (बी1)

BrO2 cerium(III) शी प्रतिक्रिया देते, त्याचे ऑक्सिडायझेशन सेरिअम(IV), आणि स्वतः ब्रोमाइडमध्ये कमी होते:

BrO2+ Ce3+ + H+ > HBrO2 + Ce4+ (बी2)

ब्रोमिक ऍसिड ब्रोमेट आयन आणि हायपोब्रोमिक ऍसिडमध्ये मोडते:

2HBrO2> BrO-3 +HOBr + H+ (बी3)

हायपोब्रोमिक ऍसिड ब्रोमेट्स मॅलोनिक ऍसिड:

HOBr + CH2(COOH)2> BrCH(COOH)2 + H2O (बी4)

बी ग्रुपच्या प्रतिक्रियांच्या परिणामी, ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिड आणि टेट्राव्हॅलेंट सेरियम तयार होतात.

प्रतिक्रियेच्या मुख्य घटकांच्या एकाग्रतेतील चढ-उतार: ब्रोमिक ऍसिड आणि फेरीन - फेज स्पेसमध्ये बंद रेषा (मर्यादा चक्र) म्हणून दर्शविले जाते.

BrO-3+ 4Ce3+ + CH2(COOH)2 + 5H+ > BrCH(COOH)2 + 4Ce4+ + 3H2O (बी)

या अभिक्रियांमध्ये (गट बी प्रतिक्रिया) सिरियम(IV) तयार होतो:

6Ce4++ CH2(COOH)2 + 2H2O > 6Ce3+ +HCOOH + 2CO2 +6H+ (IN1)

4Ce4++ BrCH(COOH)2 + 2H2O > Br-- + 4Ce3++ HCOOH + 2CO2 + 5H+ (IN2)

प्रतिक्रियांच्या या गटाचा रासायनिक अर्थ म्हणजे ब्रोमाइड आयनची निर्मिती, जी ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडची एकाग्रता जितकी जास्त तितकी तीव्र असते. ब्रोमाइड आयनच्या एकाग्रतेत वाढ झाल्यामुळे सिरियम (III) ते सेरियम (IV) चे ऑक्सिडेशन बंद होते (तीक्ष्ण मंदी). अलीकडील अभ्यासात, सेरियमची जागा सामान्यतः फेरोइनने घेतली आहे.

बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रियेच्या टप्प्यांच्या या (अपूर्ण) क्रमावरून, ही प्रणाली किती गुंतागुंतीची आहे हे स्पष्ट होते. अशाप्रकारे, एचबीआरओ 2 (ब्रोमिक ऍसिड), बीआर-- आणि फेरोइन (किंवा सेरियम) प्रतिक्रियेतील सर्व आदिवासी मध्यवर्ती घटकांच्या एकाग्रतेतील बदल लक्षात घेणे पुरेसे आहे.

पहिली पायरीप्रतिक्रियेमध्ये - ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रियेच्या परिणामी, ब्रोमस ऍसिड तयार होते (एक वेगवान, स्फोटासारखी प्रक्रिया), फेरोइनचे फेरिनमध्ये रूपांतर होते (फेरोइनचे ऑक्सिडाइज्ड स्वरूप).

दुसरी पायरी- सेंद्रिय घटकासह परस्परसंवादाच्या परिणामी, फेरीन हळूहळू फेरोइनमध्ये बदलू लागते आणि त्याच वेळी ब्रोमाइड आयन तयार होऊ लागते.

तिसरी पायरी- ब्रोमाइड आयन हे ऑटोकॅटॅलिटिक प्रतिक्रिया (पहिली पायरी) चे प्रभावी अवरोधक आहे. परिणामी, ब्रोमाइड ऍसिड तयार होणे थांबते आणि ते लवकर विघटित होते.

चौथी पायरी- फेरीन विघटन प्रक्रिया, चरण 2 मध्ये सुरू झाली, पूर्ण झाली; ब्रोमाइड आयन सिस्टममधून काढून टाकले जाते. परिणामी, प्रणाली पहिल्या चरणापूर्वी होती त्या स्थितीत परत येते आणि प्रक्रिया वेळोवेळी पुनरावृत्ती होते. या प्रतिक्रियेचे, त्याच्या अभिकर्मकांच्या एकाग्रतेतील चढउतार आणि एकाग्रता लहरींच्या प्रसाराचे नमुने वर्णन करणारी अनेक गणितीय मॉडेल्स (अंतर समीकरणांची प्रणाली) आहेत.

प्रायोगिक भाग:

पोटॅशियम ब्रोमेटसह सायट्रिक ऍसिडची प्रतिक्रिया:

अभिकर्मक:

1. केएमnO4(पोटॅशियम परमँगनेट).

2. KBrO3(पोटॅशियम ब्रोमेट किंवा पोटॅशियम ब्रोमेट).

3. H2SO4(केंद्रित).

4. सायट्रिक ऍसिड.

5. डिस्टिल्ड वॉटर.

प्रगती: सायट्रिक ऍसिड - 2 चा एक वजनाचा भाग H2O च्या 6 मिली मध्ये विरघळला होता. परिणामी द्रावणात पोटॅशियम ब्रोमेटचा एक वजनाचा भाग जोडला गेला - 0.2 ग्रॅम आणि 0.7 मिली एकाग्र सल्फ्यूरिक ऍसिड जोडले गेले आणि नंतर 0.04 ग्रॅम पोटॅशियम परमँगनेट जोडले गेले आणि परिणामी द्रावणाची मात्रा डिस्टिल्ड वॉटरसह 10 मिली. अभिकर्मक पूर्णपणे विसर्जित होईपर्यंत पूर्णपणे मिसळा.

निरीक्षणे: KMnO4 जोडल्यानंतर लगेचच, द्रावणाने जांभळा रंग प्राप्त केला आणि "उकळणे" सुरू केले. 25 सेकंदांनंतर, जोमदार उकळत्या सह, द्रावणाचा रंग तपकिरी रंगात बदलू लागला. जसजशी प्रतिक्रिया वाढते तसतसे समाधान हळूहळू उजळते - हलका पिवळा रंग. 3 मिनिटे 45 सेकंदांनंतर, द्रावण तीव्र गडद होणे सुरू होते (उच्च घनतेच्या द्रवाच्या प्रसारासारखे), आणि 40 सेकंदांनंतर द्रावण पुन्हा पूर्णपणे तपकिरी होते. मग सर्वकाही 4.5 मिनिट - 5 मिनिटांच्या कालावधीसह पुनरावृत्ती होते. बऱ्याच कालावधीनंतर, प्रतिक्रिया कमी होण्यास सुरवात होते आणि नंतर पूर्णपणे थांबते (पिवळे द्रावण).

/>ओसीलेटरी रेडॉक्स प्रतिक्रिया:

अभिकर्मक:

1. FeSO4. 7H2Oक्रिस्टलीय लोह (II) सल्फेट हेप्टाहायड्रेट किंवा

Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O (मोहरचे मीठ)डायमोनियम सल्फेट हेक्साहायड्रेट-

लोह (II)

2. Ce(NO3)3.6H2Oसेरियम(III) नायट्रेट हेक्साहायड्रेट

3. KBrपोटॅशियम ब्रोमाइडचे जलीय द्रावण (2 mol/l, किंवा 12 ग्रॅम प्रति 50 मिली पाण्यात)

4. KBrO3पोटॅशियम ब्रोमेटचे संतृप्त द्रावण (सुमारे 10 ग्रॅम प्रति 100 मिली पाण्यात)

5. H2SO4केंद्रित सल्फ्यूरिक ऍसिड

6. CH2(COOH)2मॅलोनिक ऍसिडचे जलीय द्रावण (5 mol/l, किंवा 52 g in

100 मिली पाणी)

7. C12H8N2(फेन)ओ-फेनॅन्थ्रोलिन

8. डिस्टिल्ड वॉटर

क्रॉकरी आणि कटलरी: स्क्रीनसह पॉलीलक्स, 25 x 25 सेमी मोजणारी काचेची प्लेट, पेट्री डिश, 100 मिली व्हॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क, ग्राउंड स्टॉपरसह 250 मिली एर्लेनमेयर फ्लास्क, सहा पिपेट, बुरेट, ग्लास रॉड, वॉश, फिल्टर पेपर.

अनुभवाचे वर्णन: प्रयोगाचे प्रात्यक्षिक करण्यासाठी, उपाय A आणि B पूर्व-तयार आहेत.

उपाय ए - फेरोइनचे द्रावण - लोह (II) कॉम्प्लेक्स ओ-फेनॅन्थ्रोलिन (फेन) सह. 100 मिली व्हॉल्यूमेट्रिक फ्लास्कमध्ये 0.70 ग्रॅम लोह(II) सल्फेट हेप्टाहायड्रेट (किंवा 0.99 ग्रॅम मोहरचे मीठ) आणि 1.49 ग्रॅम ओ-फेनॅन्थ्रोलिन घाला, द्रावणाची मात्रा पाण्याने चिन्हावर समायोजित करा आणि मिसळा. फेनॅन्थ्रोलिन आयरन (II) कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीमुळे सोल्यूशनला लाल रंग प्राप्त होतो:

Fe2++ 3 फेन = 2+

उपाय बी - ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडचे द्रावण (प्रदर्शनापूर्वी लगेच तयार केलेले). ग्राउंड स्टॉपरसह शंकूच्या आकाराच्या फ्लास्कमध्ये 3.3 मिली पोटॅशियम ब्रोमाइड द्रावण, 5 मिली मॅलोनिक ऍसिड द्रावण आणि 5 मिली सांद्रित सल्फ्यूरिक ऍसिड आणले जाते. परिणामी द्रावण पोटॅशियम ब्रोमेटच्या संतृप्त द्रावणासह ब्युरेटमधून टायट्रेट केले जाते आणि टायट्रंटचा प्रत्येक भाग जोडल्यानंतर ढवळत होतो, समांतर कम्युटेशन रिॲक्शनमध्ये ब्रोमिन सोडल्यामुळे तपकिरी रंग नाहीसा होतो याची खात्री करून:

BrO3–+ 5Br– + 6H+ = 3Br2 + 3H2O

3Br2+ 2CH2(COOH)2 + 2H2O = BrCH(COOH)2+ HCOOH + CO2 + 5HBr

टायट्रेशनसाठी वापरल्या जाणाऱ्या पोटॅशियम ब्रोमेट द्रावणाची एकूण मात्रा सुमारे 7.5 मिली असावी परिणामी ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिड अस्थिर आहे, परंतु ते 5100C तापमानात काही काळ साठवले जाऊ शकते.

प्रयोग प्रत्यक्षपणे दाखवण्यासाठी, पॉलीलक्सच्या प्रकाश खिडकीला झाकणाऱ्या एका काचेच्या प्लेटवर पेट्री डिश ठेवली जाते, ज्यामध्ये पोटॅशियम ब्रोमेटच्या संतृप्त द्रावणाचे 10 मिली, ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडचे द्रावण 4 मिली आणि फेरोइन द्रावणाचे 1.5 मिली. पिपेट्स वापरून क्रमाने जोडले जातात. काही मिनिटांत, फेनॅन्थ्रोलिन लोह (III) कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीमुळे लाल पार्श्वभूमीवर निळे डाग दिसतात. 3+ संबंधित लोह (II) कॉम्प्लेक्सच्या ऑक्सिडेशनचा परिणाम म्हणून:

62++ 6H3O+ + BrO3– = 63++ 9H2O + Br–

ही प्रक्रिया स्वत: ची गती वाढवणारी आहे. परिणामी कॉम्प्लेक्स 3+ ब्रोमाइड आयन तयार करण्यासाठी ब्रोमोमॅलोनिक ऍसिडचे ऑक्सिडायझेशन करते:

४३++ BrCH(COOH)2 + 7H2O =

= 2CO2+ 5H3O+ + Br– + HCOOH + 42+

सोडलेले ब्रोमाइड आयन हे ब्रोमेट आयनांसह लोह (II) कॉम्प्लेक्सच्या ऑक्सिडेशन प्रतिक्रियाचे अवरोधक असतात जेव्हा जटिल आयनांची एकाग्रता असते 2+ पुरेशी उच्च होते, ब्रोमाइड आयनच्या प्रतिबंधात्मक क्रियाकलापांवर मात केली जाते आणि लोह (III) कॉम्प्लेक्सच्या निर्मितीमुळे द्रावण निळे होते. प्रक्रिया पुन्हा पुन्हा पुनरावृत्ती होते, म्हणून द्रावणाचा रंग वेळोवेळी निळ्या ते गुलाबी किंवा उलट बदलतो. रंग बदलाची सुरुवात गुलाबी पार्श्वभूमीवर निळे ठिपके दिसण्यापासून होते, ज्यापासून रंगाच्या एकाग्र लहरी सर्व दिशांना वळवतात. कालांतराने, रंग बदलण्याचा दर कमी होतो आणि अखेरीस, प्रक्रिया फिकट होते. या प्रकरणात, आपण स्क्रीनवर "काळे ठिपके" चे स्वरूप पाहू शकता - सोडलेल्या कार्बन डाय ऑक्साईडच्या बुडबुड्यांचे अंदाज.

पेट्री डिशमध्ये सेरिअम(III) हेक्साहायड्रेट नायट्रेटचे अनेक क्रिस्टल्स जोडून रंगांची श्रेणी वाढवता येते. Ce(NO3)3. 6H2O.मग, निळ्या आणि गुलाबी रंगांव्यतिरिक्त, तुम्ही पिवळा (सेरियम(IV) संयुगे तयार झाल्यामुळे) किंवा हिरवा रंग (पिवळा आणि निळा यांच्या ओव्हरलॅपमुळे) पाहू शकता:

6Ce3++ BrO3– + 15H2O = 62++ Br– + 6H3O+

42++ BrCH(COOH)2 + 3H3O+ =

= 2CO2+ Br– + HCOOH + 4Ce3++ 9H2O

गरम झाल्यावर, प्रतिक्रियांचा दर वाढतो आणि रंग बदलण्याची गती वाढते.

नोंद. फेनॅन्थ्रोलिन हे दोन नायट्रोजन अणू असलेले हेटरोसायक्लिक कंपाऊंड आहे ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉनच्या एकाकी जोड्या असतात आणि समन्वय साधण्यास सक्षम असतात. लोह सह जटिल संयुगे मध्ये ओ-फेनॅन्थ्रोलिन बिडेंटेट लिगँडची भूमिका बजावते आणि मजबूत चेलेट-प्रकार कॉम्प्लेक्स तयार करते.

निष्कर्ष.

आतापर्यंत, बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रियेने जागतिक विज्ञानात त्याचे योग्य स्थान घेतले आहे. दरवर्षी, नॉनलाइनर केमिकल सिस्टम्सच्या डायनॅमिक्सवर जगभरातील अनेक आंतरराष्ट्रीय परिषदा आयोजित केल्या जातात आणि भौतिकशास्त्र, रसायनशास्त्र, या क्षेत्रातील समस्यांना समर्पित इतर डझनभर परिषदांमध्ये "बीझेड-प्रतिक्रिया" (संक्षेप: बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रिया) हे शब्द ऐकले जातात. आणि जीवशास्त्र.

बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रियेचा अभ्यास, जसा मला खात्री आहे, खूप महत्त्व आहे, कारण विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या विविध क्षेत्रात त्याचा उपयोग झाला आहे. ही प्रतिक्रिया हृदयाच्या गंभीर विकाराचा अभ्यास करण्यासाठी मॉडेल म्हणून वापरली जाते - एरिथमिया आणि फायब्रिलेशन. आणि अलीकडे, या प्रतिक्रियेच्या प्रकाशसंवेदनशील बदलासह प्रयोग सुरू केले गेले आहेत, जेव्हा या प्रणालीतील गतिशीलता प्रकाशाच्या तीव्रतेवर अवलंबून असते. असे दिसून आले की अशी प्रतिक्रिया प्रतिमा संग्रहित आणि प्रक्रिया करण्यासाठी संगणकीय मशीन म्हणून वापरली जाऊ शकते. बेलोसोव्ह-झाबोटिन्स्की प्रतिक्रियेचा प्रकाश-संवेदनशील बदल संगणकीय कॉम्प्लेक्सचा नमुना म्हणून काम करू शकतो जो संगणक बदलू शकतो.

दुसरीकडे, दोलनशील रासायनिक अभिक्रिया हे अतिरिक्त-सजीव निसर्गात स्वयं-संस्थेचे एक उल्लेखनीय उदाहरण आहे आणि या अर्थाने केवळ नैसर्गिक वैज्ञानिकच नाही तर तात्विक महत्त्व देखील आहे. नैसर्गिक विज्ञानातील मूलभूत बदल, ज्याने स्वयं-संस्थेच्या तथाकथित सिद्धांताला जन्म दिला, हे मुख्यत्वे रशियन शास्त्रज्ञांनी 1950-1960 च्या दशकाच्या शेवटी, जेव्हा बेलोसोव्हने रेडॉक्स रासायनिक अभिक्रिया शोधून काढले तेव्हा त्याला दिलेल्या प्रारंभिक उत्तेजनामुळे होते. त्याच वेळी, आश्चर्यकारक साधर्म्य शोधले गेले की अनेक नैसर्गिक घटना, आकाशगंगांच्या निर्मितीपासून चक्रीवादळ आणि प्रतिबिंबित पृष्ठभागांवर प्रकाशाचा खेळ, खरं तर, स्वयं-संस्थेच्या प्रक्रिया आहेत. ते खूप भिन्न स्वरूपाचे असू शकतात: रासायनिक, यांत्रिक, ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल इ.

अशाप्रकारे, उपयोजित संशोधनाला अधिकाधिक महत्त्व प्राप्त होत आहे, उदाहरणार्थ, मॉडेलिंगच्या क्षेत्रात माहिती प्रक्रियेच्या पर्यायी माध्यमांच्या (विशेषतः, वस्तूंच्या ब्राइटनेसच्या श्रेणीबद्धतेसह जटिल मोज़ेकचे विश्लेषण). उपयोजित संशोधनाची आणखी एक नवीन दिशा म्हणजे बीझेडएच सिस्टीममधील पॉलिमरायझेशनच्या वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करणे किंवा त्याच्यासारखेच.

मिश्रणाच्या अनुपस्थितीत बीझेड प्रणालीद्वारे प्रदर्शित केलेल्या जटिल स्पॅटिओ-टेम्पोरल ऑर्गनायझेशनमध्ये कालांतराने, निसर्गात, जैविक प्रणालींमध्ये समानता आढळली (उदाहरणार्थ: सेल्युलर चयापचयच्या नियतकालिक प्रक्रिया, हृदयाच्या ऊतींमधील क्रियाकलापांच्या लहरी आणि मेंदूच्या ऊतींमध्ये, नॉन-इकोलॉजिकल सिस्टीमच्या स्तरावर होणाऱ्या प्रक्रिया, त्याच्या नवीन क्षेत्रात - सिनेर्जेटिक्स (स्वयं-संस्थेचा सिद्धांत), तसेच प्रायोगिक कार्याने डायनॅमिक सिस्टमच्या आधुनिक सिद्धांताच्या विकासास सुरुवात केली. सध्या अशा अनेक प्रतिक्रिया आधीच समजल्या असल्या तरी, दोलन रासायनिक प्रक्रियांमुळे होणारी कारणे अस्पष्ट आहेत.

सध्या, दोलन प्रतिक्रियांचे गतीशास्त्र ही ज्ञानाची एक वेगाने विकसित होणारी शाखा आहे जी रसायनशास्त्र, जीवशास्त्र, औषध, भौतिकशास्त्र आणि गणिताच्या छेदनबिंदूवर उद्भवली आहे. अशा असामान्य आणि पहिल्या दृष्टीक्षेपात, जिवंत पदार्थांच्या अशक्य गुणधर्मांशी परिचित होणे माझ्यासाठी खूप मनोरंजक होते. पण मला आणखीनच धक्का बसला तो असा की असा अविस्मरणीय महत्त्वाचा, प्रभावशाली शोध अनेक वर्षांपासून इतरांना कळला नव्हता आणि त्या काळातील महान मनांना तो समजला नव्हता. या शोधाने एक विलक्षण मार्ग अनुसरला आणि शेवटी, जागतिक विज्ञानात त्याचे योग्य स्थान घेतले. अशा प्रतिक्रियेची शक्यता पुन्हा एकदा सिद्ध करते की आपल्या जगात अजूनही बरेच काही अज्ञात आणि अभ्यासलेले नाही.

काही oscillatory प्रतिक्रियांसाठी पाककृती

कृती १:त्यांच्या अंतिम एकाग्रतेवर आधारित खालील पदार्थांचे समाधान तयार करणे आवश्यक आहे: मॅलोनिक ऍसिड 0.2 एम; सोडियम ब्रोमेट 0.3 एम; सल्फ्यूरिक ऍसिड 0.3 एम; ferroin 0.005 M. Ferroin divalent manganese किंवा trivalent cerium sulfate ने बदलले जाऊ शकते, परंतु रंगाची तीव्रता लक्षणीयरीत्या कमकुवत असेल. सर्व घटकांचे सुमारे 5 मिली द्रावण पेट्री डिशमध्ये ओतले पाहिजे जेणेकरून द्रव थराची जाडी 0.5-1 मिमी असेल. 3-8 मिनिटांनंतर (संक्रमण कालावधी), कंपन आणि रासायनिक लहरींचे निरीक्षण केले जाऊ शकते.

कृती 2:खालील द्रावण एका सपाट पारदर्शक क्युव्हेटमध्ये थरांमध्ये घाला (1 मिली):

- KBrO3(0.2 mol/l)

- मॅलोनिक ऍसिड (0.3 mol/l)

- फेरोइन (0.003 mol/l)

- H2SO4(0.3 mol/l)

क्युवेट पांढऱ्या कागदाच्या शीटवर ठेवा. प्रतिक्रियेचा दर अल्कली किंवा आम्ल जोडून बदलता येतो.

कृती 3:आवश्यक उपाय:

- सायट्रिक ऍसिड (160 मिली H2O मध्ये 40 ग्रॅम)

- H2SO4(1:3).

आणि संलग्नक देखील:

- KBrO3(१६ ग्रॅम)

- Ce2(SO4)3(3-3.5 ग्रॅम)

सायट्रिक ऍसिडचे द्रावण 40°-50°C पर्यंत गरम करा, नंतर KBrO3 चा एक भाग घाला. काच पांढऱ्या कागदाच्या शीटवर ठेवा आणि Ce2(SO4)3 चा नमुना आणि H2SO4 चे काही ml जोडा. रंग बदलणे ताबडतोब सुरू होते: पिवळा > रंगहीन > पिवळा, 1-2 मिनिटांच्या कालावधीसह.

कृती 4:आवश्यक उपाय:

- H2O2(५० मिली ३०%)

- KIO3(50 मिली H2O मध्ये 7.17 ग्रॅम)

- HClO4(30 मिली पातळ केलेले द्रावण)

- मॅलोनिक ऍसिड (50 मिली H2O मध्ये 3 ग्रॅम).

- MnSO4(1 ग्रॅम) आणि थोडे स्टार्च.

सर्वकाही एका काचेच्या (200-250 मिली) मध्ये घाला, एक भाग जोडा, काचेच्या रॉडने नीट ढवळून घ्यावे. रंगाचा एक पर्याय आहे: रंगहीन > पिवळा > निळा.

संदर्भग्रंथ.

1. अलीव आर., श्नोल एस. E. "ओसीलेटरी रासायनिक प्रतिक्रिया." गतीशास्त्र आणि उत्प्रेरक. 1998. क्रमांक 3. पी.130-133.

2. Shnol S.E ज्ञान ही शक्ती आहे. 1994. क्रमांक 3. pp. ६२-७१.

3. झाबोटिन्स्की ए.एम. एकाग्रता स्व-दोलन. एम.: नौका, 1974.

4. Garel D., Garel O. Oscillatory रासायनिक अभिक्रिया / Transl. इंग्रजीतून M.:

5. डबनिशेवा टी. या आधुनिक नैसर्गिक विज्ञानाच्या संकल्पना. नोवोसी-

Birsk: YuKEA, 1997, pp. 683 – 697.

6. आधुनिक नैसर्गिक विज्ञानाच्या संकल्पना. एड. व्ही. एन. लाव्रिनेन्को,

व्ही. पी. रत्निकोवा, एम.: युनिटी-डाना, 1999, पीपी. 78 - 87.

7. वाव्हिलिनबी.व्ही."लिक्विड-फेज केमिकल सिस्टममध्ये सेल्फ-ऑसिलेशन."

प्रिरोडा, 2000, क्रमांक 5, पृ. 19-25.