什么是化学钟(Chemical Clock)？
化学钟是一种场景，在经过一段时间的延迟之后，化学反应物会产生一个突然的、可观察到的事件，这个事件可以通过调节反应物的浓度来相对精确地设置。通常，这个事件是由颜色的变化来表示的，但也可能是其他形式的，在某些情况下，这...
化学钟是一种场景，在经过一段时间的延迟之后，化学反应物会产生一个突然的、可观察到的事件，这个事件可以通过调节反应物的浓度来相对精确地设置。通常，这个事件是由颜色的变化来表示的，但也可能是其他形式的，在某些情况下，这种变化是周期性的，涉及到一种在两种或多种状态之间周期性切换的解决方案，通常用不同的颜色表示。
一种化学钟当化学物质发生化学反应，通过调节反应物的浓度可以设定一个时间延迟后可观察到的事件。最简单的化学钟之一被称为"碘钟"反应。两种无色溶液混合，在停顿一下，得到的溶液突然变成深蓝色。在最常见的实验中，一种溶液含有稀硫酸和过氧化氢的混合物，另一种溶液含有碘化钾、淀粉和硫代硫酸钠的混合物。混合溶液时，碘化钾释放出元素碘，但是碘和硫代硫酸钠之间的快速反应将其转化为无色的碘离子，当所有的硫代硫酸盐用完后，碘能够与淀粉反应生成一种深蓝色的化合物循环的，或振荡的，化学钟反应特别迷人通常，化学反应朝一个方向进行，直到达到平衡点为止。此后，没有其他因素的干预，如温度的变化，就不会发生进一步的变化。振荡反应最初令人费解，因为它们似乎违背了这一规则，自发地偏离了平衡在现实中，整体反应确实朝着平衡的方向发展，并停留在那里，但在这个过程中，一个或多个反应物或中间产物的浓度以周期性的方式变化。在理想的振荡化学钟中，有一个反应生成一个产物，另一个反应用这个产物，与浓度成正比决定发生哪种反应的产物。当浓度较低时，第一个反应发生，使产物更多。然而，产物浓度的增加会引发第二个反应，降低浓度并促使第一个反应发生。这就形成了一个循环，在这个循环中，两个相互竞争的反应决定了一个产品的浓度，而这又决定了将要发生的反应。经过若干个循环，混合物将达到平衡，反应将停止1921年William C.Bray观测到第一个循环化学钟，它涉及过氧化氢和碘酸盐的反应。布雷和他的学生赫尔曼·利伯夫斯基的研究表明，碘酸盐还原为碘，随着氧气的产生，碘氧化还原为碘酸盐的过程是周期性的，在氧气产生量和碘浓度上都有周期性的峰值，这就是所谓的布雷-利伯夫斯基反应在20世纪50年代和60年代，生物物理学家Boris P.Belousov和后来的Anatol M.Zhabotinsky研究了另一个循环反应，涉及铈盐的周期性氧化和还原，从而导致颜色的振荡变化。如果Belousov-Zhabotinsky，或BZ，反应是使用一薄层化学混合物进行的，一个显著的效果是，反应物浓度的局部小波动导致出现复杂的螺旋形和同心圆图案，所发生的化学过程非常复杂，涉及多达18个不同的反应科学导师Thomas S.Briggs和Warren C.Rauscher以上述反应为基础，1972年发明了一个有趣的三色振荡化学钟。布里格斯-劳舍尔反应的特点是溶液会周期性地从无色变为浅棕色再到深蓝色。如果仔细设置，可能需要10-15个周期才能在深蓝色中达到平衡一种不寻常的化学钟是汞跳动的心脏反应，它涉及形状的变化而不是颜色的变化，然后把一个铁钉放在靠近水银的地方。一层硫酸汞薄膜会在水滴上形成，降低表面张力，使其扩散并接触铁钉。当这种情况发生时，钉子中的电子会将硫酸汞还原为水银，恢复表面张力，并使水滴再次收缩，失去与指甲的接触。这个过程重复多次，导致形状的循环变化化学钟反应是一个正在进行的研究领域，特别是循环反应或振荡反应在化学动力学和自组织系统的研究中有很大的兴趣，人们推测这类反应可能与生命起源有关。
一种化学钟当化学物质发生化学反应，通过调节反应物的浓度可以设定一个时间延迟后可观察到的事件。最简单的化学钟之一被称为"碘钟"反应。两种无色溶液混合，在停顿一下，得到的溶液突然变成深蓝色。在最常见的实验中，一种溶液含有稀硫酸和过氧化氢的混合物，另一种溶液含有碘化钾、淀粉和硫代硫酸钠的混合物。混合溶液时，碘化钾释放出元素碘，但是碘和硫代硫酸钠之间的快速反应将其转化为无色的碘离子，当所有的硫代硫酸盐用完后，碘能够与淀粉反应生成一种深蓝色的化合物循环的，或振荡的，化学钟反应特别迷人通常，化学反应朝一个方向进行，直到达到平衡点为止。此后，没有其他因素的干预，如温度的变化，就不会发生进一步的变化。振荡反应最初令人费解，因为它们似乎违背了这一规则，自发地偏离了平衡在现实中，整体反应确实朝着平衡的方向发展，并停留在那里，但在这个过程中，一个或多个反应物或中间产物的浓度以周期性的方式变化。在理想的振荡化学钟中，有一个反应生成一个产物，另一个反应用这个产物，与浓度成正比决定发生哪种反应的产物。当浓度较低时，第一个反应发生，使产物更多。然而，产物浓度的增加会引发第二个反应，降低浓度并促使第一个反应发生。这就形成了一个循环，在这个循环中，两个相互竞争的反应决定了一个产品的浓度，而这又决定了将要发生的反应。经过若干个循环，混合物将达到平衡，反应将停止1921年William C.Bray观测到第一个循环化学钟，它涉及过氧化氢和碘酸盐的反应。布雷和他的学生赫尔曼·利伯夫斯基的研究表明，碘酸盐还原为碘，随着氧气的产生，碘氧化还原为碘酸盐的过程是周期性的，在氧气产生量和碘浓度上都有周期性的峰值，这就是所谓的布雷-利伯夫斯基反应在20世纪50年代和60年代，生物物理学家Boris P.Belousov和后来的Anatol M.Zhabotinsky研究了另一个循环反应，涉及铈盐的周期性氧化和还原，从而导致颜色的振荡变化。如果Belousov-Zhabotinsky，或BZ，反应是使用一薄层化学混合物进行的，一个显著的效果是，反应物浓度的局部小波动导致出现复杂的螺旋形和同心圆图案，所发生的化学过程非常复杂，涉及多达18个不同的反应科学导师Thomas S.Briggs和Warren C.Rauscher以上述反应为基础，1972年发明了一个有趣的三色振荡化学钟。布里格斯-劳舍尔反应的特点是溶液会周期性地从无色变为浅棕色再到深蓝色。如果仔细设置，可能需要10-15个周期才能在深蓝色中达到平衡一种不寻常的化学钟是汞跳动的心脏反应，它涉及形状的变化而不是颜色的变化，然后把一个铁钉放在靠近水银的地方。一层硫酸汞薄膜会在水滴上形成，降低表面张力，使其扩散并接触铁钉。当这种情况发生时，钉子中的电子会将硫酸汞还原为水银，恢复表面张力，并使水滴再次收缩，失去与指甲的接触。这个过程重复多次，导致形状的循环变化化学钟反应是一个正在进行的研究领域，特别是循环反应或振荡反应在化学动力学和自组织系统的研究中有很大的兴趣，人们推测这类反应可能与生命起源有关。
- 发表于 2020-08-22 08:35
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