Reacție oscilantă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

O reacție oscilantă este o reacție chimică în care concentrațiile de reactanți și produse variază periodic. În anumite condiții, aceste concentrații pot varia, de asemenea, într-un mod aperiodic și non- monoton , astfel încât sistemul va avea un comportament haotic.

Reacțiile oscilante pot fi efectuate atât în faza omogenă , cât și în faza eterogenă; în acest din urmă caz ​​reacția va avea loc pe interfața fazei solide. Acest tip de reacții sunt răspândite și prezintă interes atât teoretic, cât și practic, atât în ​​domeniul sintezei industriale, cât și în domeniul biochimic . Acestea joacă un rol esențial în viață prin reglarea impulsurilor electrice legate de procesele fiziologice periodice, cum ar fi menținerea ritmului sinusal al bătăilor inimii sau sincronizarea activității nervoase a creierului .

Descrierea reacțiilor oscilante se bazează pe conceptele de autoorganizare , teoria haosului și teoria complexității .

fundal

Inițial, interesul pentru reacțiile oscilante s-a concentrat pe sistemele de fază omogenă, deși reacțiile de fază eterogenă de acest tip au fost identificate mult mai devreme. Relatarea unor astfel de reacții a fost publicată pentru prima dată de Gustav Theodor Fechner în 1828 . [1] În 1833 John Herschel , un cunoscut astronom și inventator al cianotipului , a descoperit o serie de reacții periodice legate de dizolvarea fierului în acid azotic la diferite valori ale concentrației. [2] Reacțiile oscilante sunt adesea întâlnite în electrochimie , după cum a raportat Christian Friedrich Schönbein în 1842 și James Prescott Joule în 1844 .

În 1921 William C. Bray a descris descompunerea catalitică a peroxidului de hidrogen în prezența iodatului (IO 3 - ), într-un mediu acid , observând o variație periodică a concentrațiilor. [3] Inițial publicarea sa a primit puțină atenție; ulterior s-a descoperit că periodicitatea caracteristică observată derivă din prezența impurităților solide pe a căror interfață a avut loc reacția. În acele zile, se credea că acest tip de condiții erau necesare pentru un sistem chimic oscilant.

Alfred James Lotka a devenit interesat de studiul bazelor teoretice ale reacțiilor oscilante prin exploatarea cunoștințelor sale matematice extinse. [4] De asemenea, el a propus un model autocatalitic de reacții și a elaborat o aplicație matematică a dinamicii populației adaptându-l la cazul unui sistem chimic periodic ( ecuațiile Lotka-Volterra și „ ciclul porcului ”).

Mai târziu, în 1958 , Boris Belousov , ale cărui teorii nu s-au întâlnit cu un consens mare și chiar s-au opus în acel moment, a propus o serie de mecanisme de reacție legate de transformările implicate într-un sistem omogen format din ceriu (IV), bromat (BrO 3 - ) și acid malonic . [5] Anatol Zhabotinsky a reluat opera lui Belousov și în 1964 a confirmat veridicitatea studiilor sale ajungând la formularea reacției Belousov-Zhabotinsky . [6] Richard J. Field , Endre Körös și Richard M. Noyes au propus în 1972 un mecanism [7] ( mecanism FKN ) pentru reacția destul de complexă și articulată Belousov-Zhabotinsky, demonstrând în detaliu natura și tipologia proceselor legate de o reacție oscilantă.

Condiții cinetice și termodinamice

Posibilitatea producerii unei reacții oscilante este legată de următoarele condiții generale:

  • Reacția trebuie să fie departe de condiția echilibrului termodinamic, adică trebuie să fie puternic exergonică cu ΔG << 0.
  • Trebuie să existe cel puțin o etapă intermediară caracterizată prin feedback pozitiv sau negativ, respectiv prin autocataliză sau autoinhibiție și, prin urmare, reacția trebuie să ajungă la formarea produselor într-un mod neliniar.
  • Sistemul trebuie să aibă cel puțin două stări staționare .
  • Sistemul trebuie să fie deschis și să facă schimb de energie și materie cu mediul înconjurător .

Sisteme biologice

Multe reacții biochimice, una dintre toate cele caracterizate prin inhibarea competitivă de către enzime , sunt de tip oscilant. Glicoliza , respirația celulară și reacțiile care permit nodului sinoatrial să genereze impulsuri cardiace sunt un exemplu izbitor.

Reacțiile oscilante pe termen lung își asumă o mare importanță în cronobiologie , reglând ritmurile biologice . Acestea depind nu numai de factori externi precum lumina soarelui și temperatura, ci și de funcția de „ceas intern” efectuată de anumite sisteme celulare precum cele ale nucleului suprachiasmatic . Până în prezent, procesele de bază pe care se bazează aceste fenomene biologice nu sunt exact clarificate. [8] În general, sistemele oscilante fiziologice pot fi considerate complexe cu structuri bidimensionale și tridimensionale care se pot deplasa în compartimente celulare , de exemplu, prin exploatarea unui curent de ioni Ca 2+ . [9]

Notă

  1. ^ MG Th. Fechner: Über Umkehrungen der Polarität in der einfachen Kette , Schweiggers Journal für Chemie und Physik 53 , p. 129–151, 1828
  2. ^ JFW Herschel: Note sur la manière d'agir de l'Acide nitrique sur le Fer , Annales de chimie et de physique 54 , p. 87–94, 1833
  3. ^ WC Bray: O reacție periodică în soluție omogenă și relația sa cu cataliza , J. Am. Chem. Soc. 43 , p. 1262–1267, 1921
  4. ^ AJ Lotka: Contribuție la teoria reacțiilor periodice , J. Phys. Chem. 14 , p. 271-274, 1910
  5. ^ BP Belousov: A Periodic Reaction and its Mechanism (în limba rusă), Sbornik referatov po radiatcionnoj meditsine za 1958 god. 147 , p. 145, 1959
  6. ^ AM Zhabotinsky: Tendința periodică a reacției de oxidare a acidului malonic în soluție (în limba rusă), Biofizika 9 , p. 306, 1964
  7. ^ RJ Field, E. Körös, RM Noyes: Oscilații în sistemele chimice II. Analiza temeinică a oscilației temporale în sistemul bromat-ceriu-acid malonic , J. Am. Chem. Soc. 94 , p. 8649–8664, 1972
  8. ^ S. Honma, K. Honma: Ceasul biologic: Ca2 + leagă pendulul de mâini , Tendințe în neuroștiințe 26 , p. 650-653, 2003
  9. ^ J. Lechleiter, S. Girard, E. Peralta, D. Clapham: propagarea și anihilarea undelor de calciu în spirală în ovocitele Xenopus laevis , Science 252 , p. 123-6, 1991

Elemente conexe

linkuri externe

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Reaction_oscillante&oldid=106269952 ”