Eine chemische Uhr (oder Uhrenreaktion ) ist ein komplexes Gemisch reagierender chemischer Verbindungen , bei dem das Auftreten einer beobachtbaren Eigenschaft (Entfärbung oder Färbung) nach einer vorhersagbaren Induktionszeit aufgrund der Anwesenheit von Uhrenspezies in nachweisbarer Menge erfolgt. [ 1 ] Besitzt eines der Reagenzien eine sichtbare Farbe, kann das Überschreiten einer Konzentrationsschwelle nach einem reproduzierbaren Zeitablauf zu einem abrupten Farbumschlag führen.
Typen
Uhrreaktionen können in drei oder vier Typen eingeteilt werden: [ 2 ]
Substratverbrauchende Uhrreaktion
Die einfachste Uhrreaktion mit zwei Reaktionen: [ 2 ]
- A → C (Rate k 1 )
- B + C → Produkte (Geschwindigkeit k 2 , schnell)
Wenn Substrat (B) vorhanden ist, wird die Uhrspezies (C) in der zweiten Reaktion schnell verbraucht. Erst wenn Substrat B vollständig verbraucht ist, kann sich Spezies C anreichern und den Farbumschlag verursachen. Ein Beispiel für diese Uhrreaktion ist die Sulfit-Iodat-Reaktion oder Iod-Uhrreaktion , auch bekannt als Landolt- Reaktion.
Manchmal beinhaltet eine Uhrreaktion die Bildung von Zwischenprodukten in drei aufeinanderfolgenden Reaktionen.
- P + Q → R
- R + Q → C
- P + C → 2R
Bei einem Überschuss an Q kommt es bei der Erschöpfung des Substrats (P) zu einer Anreicherung von C, was den Farbumschlag zur Folge hat.
Autokatalyse-getriebene Uhrreaktion
Die Reaktion basiert auf dem Prinzip der Substratverbrauchsreaktion, mit dem Unterschied, dass die Reaktionsgeschwindigkeit k₂ sehr langsam ist, was zur Koexistenz von Substraten und Uhrmolekülen führt. Daher ist kein Substratverbrauch erforderlich, um den Farbumschlag zu beobachten. Ein Beispiel für diese Uhr ist die Pentathionat/Iodat-Reaktion. [ 2 ] [ 3 ]
Pseudouhrverhalten
Die Reaktionen dieser Kategorie verhalten sich wie eine Uhrreaktion, sind jedoch nicht reproduzierbar, unvorhersehbar und schwer zu kontrollieren. Beispiele hierfür sind die Chlorit/Thiosulfat- und die Iodid/Chlorit-Reaktion. [ 2 ]
Verrückte Uhrenreaktion
Die Reaktion ist aufgrund der anfänglichen Inhomogenität des Gemisches, die durch Schwankungen der Rührgeschwindigkeit, des Gesamtvolumens sowie der Geometrie der Reaktoren bedingt ist, in jedem Versuch nicht reproduzierbar. Die Wiederholung der Reaktion unter statistisch aussagekräftigen Bedingungen führt zu einer reproduzierbaren kumulativen Wahrscheinlichkeitsverteilungskurve. Ein Beispiel hierfür ist die Reaktion von Iodat mit arseniger Säure. [ 4 ]
Eine Reaktion kann je nach den Umständen in mehr als eine der oben genannten Kategorien fallen. Beispielsweise kann die Iodat-Arsenigsäure-Reaktion eine substratverbrauchende Uhrreaktion, eine autokatalytisch angetriebene Uhrreaktion oder eine „verrückte“ Uhrreaktion sein.
Beispiele
Ein Beispiel hierfür sind die Joduhrreaktionen , bei denen eine Jodverbindung in Gegenwart von Stärke mit Redoxreagenzien vermischt wird . Nach einer gewissen Verzögerung tritt aufgrund der Bildung eines Triiodid-Stärke-Komplexes plötzlich eine dunkelblaue Färbung auf .
Die Zimtaldehyd-Uhrreaktion ist eine organische Uhrreaktion, bei der Aceton zu einer basischen Lösung aus trans- Zimtaldehyd und Aceton gegeben wird. Nach einer gewissen Verzögerung fällt plötzlich Dicinnamalaceton aus.
Durch die Zugabe weiterer Reagenzien zu einigen chemischen Uhren lässt sich ein chemischer Oszillator aufbauen . Beispielsweise wird die Briggs-Rauscher-Reaktion aus einer Joduhr-Reaktion abgeleitet, indem Perchlorsäure , Malonsäure und Mangansulfat hinzugefügt werden . [ 5 ]
Siehe auch
Referenzen
- ^ Wright, Stephen W. (2002-01-01). „Tick Tock, eine Vitamin-C-Uhr“. Journal of Chemical Education . 79 (1): 40A. doi : 10.1021/ed079p40 .
- ^ a b c d Horváth, Attila K.; Nagypál, István (23. Februar 2015). „Klassifizierung von Uhrreaktionen“. ChemPhysChem . 16 (3): 588–594 . doi : 10.1002/cphc.201402806 . PMID 25425415 .
- Xu , L.; Horváth, A. K. (2014). „Ein möglicher Kandidat für die Klassifizierung als autokatalytisch gesteuerte Uhrreaktion: Kinetik der Pentathionat-Iodat-Reaktion“ . Journal of Physical Chemistry . 118 (32): 6171–6180 . Bibcode : 2014JPCA..118.6171X . doi : 10.1021/jp5057573 . PMID 25068832 .
{{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link ) - Valkai , L.; Csekő, G.; Horváth, A.K. (2015). „Anfangsinhomogenitätsbedingtes Crazy-Clock-Verhalten in der Iodat-Arsenigsäure-Reaktion in einem gepufferten Medium unter gerührten Batch-Bedingungen“. Phys Chem Chem Phys . 17 (34): 22187–22194 . Bibcode : 2015PCCP...1722187V . doi : 10.1039/c5cp02572a . PMID 26239390 .
{{cite journal}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link ) - ^ Briggs, Thomas S.; Rauscher, Warren C. (1973-07-01). „Eine oszillierende Joduhr“. Journal of Chemical Education . 50 (7): 496. Bibcode : 1973JChEd..50..496B . doi : 10.1021/ed050p496 . ISSN 0021-9584 .
