화학 발진기

화학적 발진기는 하나 이상의 성분의 농도가 주기적인 변화를 보이는 반응 화학 화합물들의 복합적인 혼합물로서, 그들은 평형상태에서 멀리 떨어진 행동을 가진 비평형 열역학의 예로서 기능하는 반응의 한 종류다. 화학 반응이 평형 열역학적 행동에 의해 지배될 필요는 없다는 것을 보여준다는 점에서 그 반응은 이론적으로 중요하다.

시약 중 하나가 눈에 보이는 색이 있는 경우 주기적인 색 변화를 관찰할 수 있다. 진동 반응의 예로는 벨루소프-자보틴스키 반응(BZ), 브릭스-라우셔 반응, 브레이-리브하프스키 반응 등이 있다.

역사

그러한 반응이 진동할 수 있다는 최초의 과학적 증거는 극단적인 회의론에 부딪혔다. 1828년 G.T.페치너는 화학계의 진동 보고서를 발표했다. 그는 진동 전류를 생성하는 전기 화학 세포를 묘사했다. 1899년 W. 오스트왈드는 산에서 크롬 용해율이 주기적으로 증가하고 감소하는 것을 관찰했다. 이 두 시스템 모두 이질적인 시스템이었고 그 당시, 그리고 지난 세기 동안, 균일한 진동 시스템은 존재하지 않았다고 믿어졌다. 이론적인 논의는 1910년 경으로 거슬러 올라가지만, 화학반응을 진동시키는 체계적 연구와 비선형 화학역학이라는 광범위한 분야에 대한 연구는 1970년대 중반까지 잘 확립되지 않았다.^[1]

이론

열역학
클래식 카르노 열기관
나뭇가지 고전적인 통계적 케미컬 양자 열역학 평형/비평형
법 제롯 먼저 둘째 세 번째
시스템들 폐쇄형 시스템 절연계통 주 상태 방정식 이상기체 리얼 가스 물질 상태 위상(물질) 평형 제어량 계기 과정 이소바르어 이소차리아어 등온 아디아바틱 등방성 이센탈픽 콰지스타틱 다항성 자유팽창 가역성 불가역성 내재해성 사이클 열기관 열펌프 열효율
시스템 속성 참고: 이탤릭체의 결합 변수 특성 다이어그램 집약적이고 광범위한 속성 공정함수 일 열 국가의 기능 온도 / 엔트로피(소개) 압력/볼륨 화학전위/입자수 증기 품질 감소된 특성
재료 특성 속성 데이터베이스 특정 열 용량 ${\displaystyle c=}$ $T}$ $\displaystyle \partial S}$ ${\디스플레이 스타일 N}$ $\displaystyle \partial T}$ 압축성 ${\displaystyle \cHB =-}$ ${\displaystyle 1}$ $\displaystyle \partial V}$ $(\displaystyle V}$ $\displaystyle \displayp p}$ 열팽창 ${\displaystyle \cHB =}$ ${\displaystyle 1}$ $\displaystyle \partial V}$ $(\displaystyle V}$ $\displaystyle \partial T}$
방정식 카르노의 정리 클로스 정리 근본관계 이상기체법 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리그만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 $A(T,V)=U-TS}$ 기브스 자유 에너지 $(\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스법칙 "주기적 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너게틱스 이론들 칼로리 이론 Vis viva ("생존력") 열과 기계적 등가 원동력 주요 출판물 "실험적 질문 컨서닝 ... 열" "이종균질 물질의 평형성에 대하여" "불의 모티브 파워에 대한 반향" 타임라인 열역학 열기관 예술 교육 맥스웰의 열역학적 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자들 베르누이 볼츠만 카르노 클라피론 클라우시우스 캐러테오도리 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 맥스웰 폰 마이어 온사거 랭킨 스마톤 스타울 톰프슨 톰슨 판데르 발스 워터스턴
기타 핵 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
v t

화학 시스템은 그러한 진동이 열역학 제2법칙을 위반할 것이기 때문에 최종 평형 위치에 대해 진동할 수 없다. 평형이 아닌 열역학 시스템의 경우, 이 법칙은 시스템이 평형에 접근하고 평형에서 물러나지 않도록 요구한다. 일정한 온도 및 압력에서 닫힌 시스템의 경우 열역학적 요건은 Gibbs 자유 에너지가 계속 감소해야 하며 진동하지 않아야 한다는 것이다. 그러나 일부 반응 매개체의 농도가 진동할 수 있으며, 제품의 형성 속도도 진동할 수 있다.^[2]

진동 반응의 이론적 모델은 화학자, 물리학자, 수학자들에 의해 연구되어 왔다. 진동 시스템에서 에너지 방출 반응은 적어도 두 개의 다른 경로를 따를 수 있으며, 반응은 한 경로에서 다른 경로로 주기적으로 전환된다. 이러한 경로 중 하나는 특정한 중간을 생성하는 반면, 다른 경로는 그것을 소비한다. 이 중간값의 농도는 경로의 전환을 유발한다. 중간의 농도가 낮을 때, 반응은 생산 경로를 따라가고, 그 다음에는 비교적 높은 중간의 농도로 이어진다. 중간의 농도가 높을 때, 반응은 소비 경로로 전환된다.

로트카-볼테라 모델, 브루셀레이터, 오리건 주 등 이런 유형의 반응에 대한 다른 이론적 모델들이 만들어졌다. 후자는 벨루소프-자보틴스키 반응을 시뮬레이션하기 위해 고안되었다.^[3]

종류들

벨루소프-자보틴스키(BZ) 반응

벨루소프-자보틴스키 반응은 몇 가지 진동하는 화학 시스템 중 하나이며, 그 공통 요소는 브롬과 산을 포함하는 것이다. BZ 반응의 필수적인 측면은 소위 "흥분성"이다. 자극의 영향으로 패턴은 완전히 정지된 매체에서 발생한다. 브릭스-라우셔 반응과 화학 루테늄 비피리딜을 촉매로 사용하는 BZ와 같은 일부 시계 반응은 빛의 영향을 통해 자기 조직 활동으로 흥분될 수 있다.

보리스 벨루소프는 1950년대 중 브롬산칼륨, 세륨을 혼합하여 처음으로 주목했다.IV) 황산염, 프로파네디오산(말론산의 다른 이름) 및 희석황산에서의 구연산, 세륨의 농도 비율 ()IV)와 세륨(III) 이온이 진동하여 용액의 색상이 황색 용액과 무색 용액 사이에서 진동하게 되었다. 이것은 세륨(cerium) 때문이다.IV) 프로파네디오산에 의해 세륨(III) 이온으로 감소된 이온들은 다시 세륨으로 산화된다(IV) 브롬산염(V) 이온에 의한 이온.

브릭스-라우셔 반응

브릭스-라우셔 진동 반응은 알려진 소수의 진동 화학 반응 중 하나이다. 그것은 특히 시각적으로 두드러지는 색의 변화 때문에 시연 목적에 적합하다: 갓 준비한 무색 용액이 황색을 천천히 돌리며 갑자기 매우 짙은 파란색으로 바뀐다. 이것은 서서히 무색으로 변하고 그 과정은 가장 인기 있는 제형에서 10배 정도 반복된다.

브레이-리바프스키 반응

브레이-리브하프스키 반응은 요오드산염에 대한 요오드의 산화와 함께 1921년 W. C. 브레이에 의해 처음 기술된 화학 시계다.

5 H₂O₂ + I₂ → 2 IO⁻
₃ + 2 H⁺ + 4 H₂O

요오드산염을 요오드로 환원하는 경우:

5 H₂O₂ + 2 IO⁻
₃ + 2 H⁺ → I₂ + 5 O₂ + 6 H₂O^[4]

참고 항목

• 촉매 발진기
• 수은 고동치는 심장
• 블루병 실험
• 시계 반응

참조

외부 링크

• BZ 반응 영상
• 진동 반응의 역사