Reakcje Zegarowe i Autokatalityczne

Study Notes

Kinetyka chemiczna bada szybkość i mechanizmy reakcji chemicznych.
Większość reakcji przebiega wieloetapowo, nawet te uważane dawniej za jednoetapowe, np. synteza jodowodoru.
Reakcje chemiczne mogą mieć złożone mechanizmy, składające się z sekwencji elementarnych etapów o różnej cząsteczkowości i szybkości.
Złożone mechanizmy reakcji mogą prowadzić do nietypowych przebiegów, np. oscylacyjnych, charakteryzujących się zmianą stężenia reagentów w czasie.
Oscylacyjne zmiany stężenia mogą prowadzić do zmian barwy roztworu, tworzenia struktur przestrzennych i czasowo-przestrzennych.
Reakcje zegarowe charakteryzują się gwałtowną zmianą stężenia reagentów po ustalonym czasie, zależnym od stężenia substratów.
W mechanizmie niektórych reakcji zegarowych występują etapy autokatalityczne, które są również obecne w mechanizmach reakcji oscylacyjnych.

Reakcja autokatalityczna jest przykładem dodatniego sprzężenia zwrotnego w chemii, gdzie produkt reakcji przyspiesza jej przebieg.
Klasycznym przykładem jest utlenianie kwasu szczawiowego jonami manganianowymi (VII) w kwaśnym (H2SO4) środowisku.
Reakcja przebiega z okresem indukcji, który można skrócić poprzez dodanie MnSO4, czyli produktu reakcji.
Jony Mn2+ działają autokatalitycznie, przyspieszając przebieg reakcji.
Czas indukcji w reakcji bez dodatku MnSO4 jest spowodowany wolnym początkowym tworzeniem jonów Mn2+ poprzez utlenianie kwasu szczawiowego.
Autokataliza nie jest specyficzna dla reakcji z udziałem jonów MnO4, np. utlenianie jonów Fe2+ do Fe3+ również wykazuje autokatalizę.