Belousov–Zhabotinskyn reaktio

Belousov–Zhabotinskyn reaktio (BZ reaktio) on kemiallinen reaktio, jolla monesti demonstroidaan kemiallista systeemiä, joka ei ole tasapainossa. Kyseessä on oskilloiva reaktio eli reaktio liikkuu tasapainoasemansa ympärillä.

Historia

1950-luvulla Boris Belousov oli töissä Neuvostoliiton terveysministeriön biofysiikan laitoksella. Belousov tutki tuolloin Krebsin sykliä, jossa asetyylijohdannaiset hapetetaan hiilidioksidiksi. Hän yritti simuloida sykliä koeputkessaan sekoittamalla sitruunahappoa, bromaattia, happoa ja ceriumia, jolloin syntyi oskilloiva reaktio värittömästä keltaiseen. Reaktio kesti yli tunnin huoneenlämmössä. Belousov ryhtyi tutkimaan löytämäänsä reaktiota. Hän myös luonnosteli ensimmäisen version reaktiomekanismista. Hänen kollegansa Safronov ehdotti lisäämään reaktioon ferroiinia, joka toimii reaktiossa väriaineena. Belousov ei koskaan saanut julkaistua artikkelia tieteellisessä julkaisussa, koska hänen teoriansa ei ollut virheetöntä. Vuonna 1961 opiskelija Anatol Zhabotinsky kehitti Belousovin reakiota. Zhabotinsky julkaisi tulokset viitaten Belousovin aikaisempiin tuloksiin. Länsi-Euroopassa tulokset tulivat julkisuuteen vasta 1968. Vuonna 1972 Richard J. Field, Endre Körös, and Richard M. Noyes julkaisivat mekanismin Belousov–Zhabotinskyn reaktiolle.

Mekanismi
Reaktion mekanismi on monimutkainen. Reaktiossa käytetään tavallisesti hapetus-pelkistyskatalyyttiä: tavallisia ovat Ce(+III)/Ce(+IV), Mn(+II) tai ferroiini), mutta myös ruteniumkomplekseja on tutkittu. Reaktio vaatii orgaanisen molekyylin, joka on helppo bromata ja hapettuu helposti. Tavallisesti tämä on malonihappo, mutta myös sitruunahappoa on käytetty. Reaktio vaatii bromaattia, joka on tavallisesti kalium- tai natriumbromaattia. Aineet liuotetaan tavallisesti joko rikki- tai typpihappoon.

Reaktiomekanismi voidaan tiivistää kymmeneen reaktioyhtälöön:

 HOBr + Br- + H+ ↔ Br2 + H2O
 HOBr2 + Br- + H+ → 2 HOBr
 BrO3- + Br- + 2 H+ → HOBr2 + HOBr
 2 HOBr2 → BrO3- + HOBr + H+
 BrO3- + HOBr2 + H+ ↔ 2 BrO2• + H2O
 BrO2• + Ce3+ + H+ ↔ HOBr2 + Ce4+
 BrO2• + Ce4+ + H2O → BrO3- + Ce3+ + 2 H+
 Br2 + CH2(COOH)2 → BrCH(COOH)2 + Br- + H+
 6 Ce4+ + CH2(COOH)2 + 2 H2 → 6 Ce3+ + HCOOH + 2 CO2 + 6 H+
 4 Ce4+ + BrCH(COOH)2 + 2 H2O → Br- + 4 Ce3+ + HCOOH + 2 CO2 + 5 H+

Lähteet

Kemialliset reaktiot