❶ BZ振盪化學反應會永遠進行下去嗎
不會的,當一種反應物消耗完的時候,就停止反應了。
❷ 我們要做個實驗名為BZ振盪反應,不知道怎麼做實驗報告
BZ振盪反應 1 實驗目的 1) 了解BZ(Belousov-Zhabotinski)反應的基本原理。 2) 觀察化學振盪現象。 3) 練慣用微機處理實驗數據和作圖。 2 實驗原理 所謂化學振盪,就是反應系統中某些物理量(如某組分的濃度)隨時間作周期性的變化。BZ體系是指由溴酸鹽,有機物在酸性介質中,在有(或無)金屬離子催化劑作用下構成的體系。它是由蘇聯科學家Belousov發現,後經Zhabotinski發現而得名。 R.J.Fiela、E.Koros、R.Noyes等人通過實驗對BZ振盪反應作出了解釋,稱為FKN機理。下面以BrO ~ Ce+4 ~ CH2(COOH)2 ~ H2SO4體系為例加以說明。該體系的總反應為 (C21.A) 體系中存在著下面的反應過程。 過程A: (C21.B) (C21.C) 過程B: (C21.D) (C21.E) (C21.F) Br- 的再生過程: (C21.G) 當[Br-]足夠高時,主要發生過程A,其中反應C21.B是速率控制步驟,研究表明,當達到準定態時,有。 當[Br-]低時,發生過程B,Ce+3被氧化。反應C21.D是速度控制步驟,反應經C21.D、C21.E將自催化產生HbrO2,達到準定態時,有。 由反應C21.C和C21.D可以看出:Br- 和BrO 是競爭HbrO2的。當K3 [Br- ]>K4[BrO ]時,自催化過程C21.D不可能發生。自催化是BZ振盪反應中必不可少的步驟。否則該振盪不能發生。研究表明,Br-的臨界濃度為: (C21.1) 若已知實驗的初始濃度[BrO ],可由式C21.1估算[Br- ]crit。 通過反應C21.G實現Br- 的再生。 體系中存在著兩個受溴離子濃度控制的過程A和過程B,當[Br- ]高於臨界濃度[Br- ]crit時發生過程A,當[Br- ]低於[Br-]crit時發生過程B。也就是說[Br- ]起著開關作用,它控制著從過程A到過程B,再由過程B到過程A的轉變。在過程A,由於化學反應,[Br- ]降低,當[Br-]到達[Br- ]crit時,過程B發生。在過程B中,Br- 再生, [Br- ]增加,當[Br- ]達到[Br- ]crit時,過程A發生,這樣體系就在過程A、過程B間往復振盪。 在反應進行時,系統中[Br- ]、[HbrO2]、[Ce+3]、[Ce+4]都隨時間作周期性的變化,實驗中,可以用溴離子選擇電極測定[Br- ],用鉑絲電極測定[Ce+4]、[Ce+3]隨時間變化的曲線。溶液的顏色在黃色和無色之間振盪,若再加入適量的FeSO4鄰菲咯啉溶液,溶液的顏色將在藍色和紅色之間振盪。 從加入硫酸鈰銨到開始振盪的時間為t誘 ,誘導期與反應速率成反比,即 ,並得到 (C21.2) 作圖~ ,根據斜率求出表觀活化能 。
❸ 請問怎麼用混沌理論解釋圖靈斑紋和別洛烏索夫的BZ反應
從物理學家的角度來看這是一個非線性化學系統的維護和宣傳脈沖振盪(化學波)由3個不同的反應化學振盪反應組成,通常情況下,化學反應體系的反應物濃度隨反應時間呈單調變化,直至一個平衡狀態。但是,在某些反應體系中某些反應物的濃度隨時間呈周期性變化,這一現象稱為化學振盪。發生化學振盪的體系必須是遠離平衡態的體系,並且反應過程中含有自催化步驟,體系同時具有雙穩定態,所以體系可以在兩個穩定態之間來回振盪。各個不同的反應會產生不同的顏色,因此可以形成紅藍交替的波。例如把BZ混合物放到鹵化銀薄膠層上,由於鹵化物可以起到化學阻滯劑的作用,膠層可以延緩波的傳播速度。這樣,BZ反應就不會形成完整的圓形波,只是形成了小段的圓弧,並且沿直線進行傳播,這之稱為BZ彈。BZ彈更多地表現出准粒子的特性,而不是波的特性,其表現與撞球相似。實驗中,安德魯發現,兩個BZ彈在特定的角度相撞時,只在特定的方向產生唯一的輸出。如果僅有一個輸入,則在該方向沒有輸出。
❹ bz振盪反應實驗中記錄的電勢是什麼意思,與能斯特方程中的電位有何不同
咨詢記錄 · 回答於2021-12-21
❺ BZ振盪反應實驗中直接測量的是什麼量 本實驗中直接測量的是什麼量目的是什麼
誘導期和振盪周期
❻ 震盪反應中丙二酸可否用草酸代替
不可以,丙二酸用來發生溴代或碘代從而儲存溴或者碘,發生溴代的是亞甲基碳上的氫,草酸沒有這個氫,顯然不行。還是建議用丙二酸,文獻上都是用的丙二酸。
我有一點資料,可以上網搜Belousov-Zhabotinsky反應,以及
實驗二十五 BZ化學振盪反應
【目的要求】
1 了解Belousov-Zhabotinsky反應(簡稱BZ反應)的基本原理及研究化學振盪反應的方法。
2. 掌握在硫酸介質中以金屬鈰離子作催化劑時,丙二酸被溴酸氧化體系的基本原理。
3. 了解化學振盪反應的電勢測定方法。
【實驗原理】
有些自催化反應有可能使反應體系中某些物質的濃度隨時間(或空間)發生周期性的變化,這類反應稱為化學振盪反應。
最著名的化學振盪反應是1959年首先由別諾索夫(Belousov)觀察發現,隨後柴波廷斯基(Zhabotinsky)繼續了該反應的研究。他們報道了以金屬鈰離子作催化劑時,檸檬酸被HBrO3氧化可發生化學振盪現象,後來又發現了一批溴酸鹽的類似反應,人們把這類反應稱為B-Z振盪反應。例如丙二酸在溶有硫酸鈰的酸性溶液中被溴酸鉀氧化的反應就是一個典型的B-Z振盪反應。
1972年,Fiel,Koros,Noyes等人通過實驗對上述振盪反應進行了深入研究,提出了FKN機理,反應由三個主過程組成:
過程A (1) Br-+BrO3-+2H+ → HBrO2+HBrO
(2) Br-+HBrO2+H+ → 2HBrO
過程B (3) HBrO2+BrO3-+H+ → 2BrO2. +H2O
(4) BrO2.+Ce3++H+ → HBrO2+Ce4+
(5) 2HBrO2 → BrO3-+H++HBrO
過程C (6) 4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HBrO 2Br-+4Ce3++3CO2+6H+
過程A是消耗Br-,產生能進一步反應的HBrO2,HBrO為中間產物。
過程B是一個自催化過程,在Br-消耗到一定程度後,HBrO2才按式(3)、(4)進行反應,並使反應不斷加速,與此同時,Ce3+被氧化為Ce4+。HBrO2的累積還受到式(5)的制約。
過程C為丙二酸被溴化為BrCH(COOH)2,與Ce4+反應生成Br-使Ce4+還原為Ce3+。
過程C對化學振盪非常重要,如果只有A 和B,就是一般的自催化反應,進行一次就完成了,正是C的存在,以丙二酸的消耗為代價,重新得到Br-和Ce3+,反應得以再啟動,形成周期性的振盪。
該體系的總反應為:
2H++2BrO- 3+3CH2(COOH)2 2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O
振盪的控制離子是Br-。
由上述可見,產生化學振盪需滿足三個條件:
1. 反應必須遠離平衡態。化學振盪只有在遠離平衡態,具有很大的不可逆程度時才能發生。在封閉體系中振盪是衰減的,在敞開體系中,可以長期持續振盪。
2. 反應歷程中應包含有自催化的步驟。產物之所以能加速反應,因為是自催化反應,如過程A中的產物HBrO2同時又是反應物。
3. 體系必須有兩個穩態存在,即具有雙穩定性。
化學振盪體系的振盪現象可以通過多種方法觀察到,如觀察溶液顏色的變化,測定吸光度隨時間的變化,測定電勢隨時間的變化等。
本實驗通過測定離子選擇性電極上的電勢(U)隨時間(t)變化的U-t曲線來觀察B-Z反應的振盪現象(見圖2-25-1),同時測定不同溫度對振盪反應的影響。根據U-t曲線,得到誘導期(t誘)和振盪周期(t1振,t2振,…)。
按照文獻的方法,依據 及 公式,計算出表觀活化能E誘,E振。
圖2-25-1 U-t圖
【儀器試劑】
超級恆溫槽1台;磁力攪拌器1台;記錄儀1台;或計算機採集系統一套;恆溫反應器(50mL,1隻)。
丙二酸(A.R.);溴酸鉀(G.R.);硫酸鈰銨(A.R.);濃硫酸(A.R.)。
【實驗步驟】
1. 配製溶液
配製0.45 mol•dm-3丙二酸溶液100mL,0.25 mol•dm-3溴酸鉀溶液100mL,3.00 mol•dm-3硫酸溶液100mL,4×10-3 mol•dm-3的硫酸鈰銨溶液100mL。
2. 按圖2-25-2連接好儀器,打開超級恆溫槽,將溫度調節到(25.0℃±0.1)℃。
3. 在恆溫反應器中加入已配好的丙二酸溶液10mL,溴酸鉀溶液10mL,硫酸溶液10mL,恆溫10min後加入硫酸鈰銨溶液
圖2-25-2 實驗裝置
10mL,觀察溶液的顏色變化,同時記錄相應的電勢-時間曲線。
4. 用上述方法改變溫度為30℃、35℃、40℃、45℃、50℃,重復上述實驗。
【注意事項】
實驗所用試劑均需用不含Cl-的去離子水配製,而且參比電極不能直接使用甘汞電極。若用217型甘汞電極時要用1 mol•dm-3H2SO4作液接,可用硫酸亞汞參比電極,也可使用雙鹽橋甘汞電極,外面夾套中充飽和KNO3溶液,這是因為其中所含Cl-會抑制振盪的發生和持續。
配製4×10-3 mol•dm-3的硫酸鈰銨溶液時,一定要在0.20 mol•dm-3硫酸介質中配製,防止發生水解呈混濁。
實驗中溴酸鉀試劑純度要求高,所使用的反應容器一定要沖洗干凈,磁力攪拌器中轉子位置及速度都必須加以控制。
【數據處理】
1. 從U-t曲線中得到誘導期和第一、二振盪周期。
2. 根據t誘、t1振、t2振與T的數據,作ln(1/t誘) -1/T和ln(1/t1振) -1/T圖,由直線的斜率求出表觀活化能E誘、E振。
思 考 題
影響誘導期和振盪周期的主要因素有哪些。
【討論】
1. 本實驗是在一個封閉體系中進行的,所以振盪波逐漸衰減。若把實驗放在敞開體系中進行,則振盪波可以持續不斷的進行,並且周期和振幅保持不變。
本實驗也可以通過替換體系中的成分來實現,如將丙二酸換成焦性沒食子酸,各種氨基酸等有機酸,如將用碘酸鹽,氯酸鹽等替換溴酸鹽,又如用錳離子,亞鐵菲繞啉離子或鉻離子代換鈰離子等來進行實驗都可以發生振盪現象,但振盪波形,誘導期,振盪周期,振幅等都會發生變化。
2. 振盪體系有許多類型,除化學振盪還有液膜振盪、生物振盪、萃取振盪等。表面活性劑在穿越油水界面自發擴散時,經常伴隨有液膜(界面)物理性質的周期變化,這種周期變化稱為液膜振盪。另外在溶劑萃取體系中也發現了振盪現象。生物振盪現象在生物中很常見,如在新陳代謝過程中占重要地位的酶降解反應中,許多中間化合物和酶的濃度是隨時間周期性變化的。生物振盪也包括微生物振盪。
❼ 什麼是B-Z反應,和化學震盪有什麼關系,與我們的生命形成又有什麼關系呢
答:
貝洛索夫-恰鮑廷斯基反應(BZ反應), 它是由3個不同的反應組成的化學振盪反應。
化學計算機有個十分復雜而又特別迷人之處,稱之為貝洛索夫-恰鮑廷斯基反應(BZ反應),它是由3個不同的反應組成的化學振盪反應。每個反應都有不同的分子和離子,當加入特定的化學成分後,首先觸發第一個反應,所產生的生成物可以觸發第二個反應,隨後第二個反應的生成物又可以觸發第三個反應,第三反應的生成物再觸發第一個反應,由此循環往復。更為迷人的是,各個不同的反應會產生不同的顏色,因此可以形成紅藍交替的波。
BZ反應之所以重要,在於利用它可以解決一些數學難題,尤其是一些現在的計算機難以解決的問題。比如,迷宮最短路徑問題。用傳統的計算機解這一問題必須要窮盡所有的路徑,然後再進行比較,這需要耗費大量的時間。而利用BZ反應則不同。由於波在傳播和擴散時,總是走最短的路徑。只要利用照相機,記錄下波的運動軌跡,就可以解決這一難題。
上個世紀90年代中安德魯意識到,BZ反應有更重要的應用,那就是可以用於化學處理器。為此,他組織起一個專門的班子,並開發了兩個化學處理器的概念模型。一個模型可以模仿人類的手臂與大腦的反饋活動。另一個由兩個BZ反應組成,可以在一個布滿傢具的房間內自動移動到目的地。雖然這兩個概念模型表現還不錯,安德魯卻意識到,如果要讓化學處理器處理更為復雜的運算過程,必須要有邏輯門。
美國波士頓大學的一項理論研究引起了安德魯的注意。該研究認為,可以模仿斯諾克撞球,製造一種形式簡單的處理器。也就是說,每個球可以代表1或0,球的碰撞過程就是計算過程,球如何相撞,相撞後彈出的方向,可以精確地表現為邏輯過程。換句話說,碰撞結果可以成為邏輯門的等價物。這樣,安德魯的任務就變成如何讓BZ波進行碰撞。
去年,安德魯的研究取得重大突破。他把BZ混合物放到鹵化銀薄膠層上,由於鹵化物可以起到化學阻滯劑的作用,膠層可以延緩波的傳播速度。這樣,BZ反應就不會形成完整的圓形波,只是形成了小段的圓弧,並且沿直線進行傳播,安德魯將之稱為BZ彈。BZ彈更多地表現出准粒子的特性,而不是波的特性,其表現與撞球相似。實驗中,安德魯發現,兩個BZ彈在特定的角度相撞時,只在特定的方向產生唯一的輸出。如果僅有一個輸入,則在該方向沒有輸出。這樣安德魯就研究出了邏輯與。此後,他又相繼研究出邏輯或、邏輯非以及邏輯互斥,這就為安德魯的化學處理器奠定了堅實的基礎。
安德魯的化學處理器雖然還處於初級階段,但他已把目光轉向了並行化學處理器。對於化學處理器能否成功,人們還處於未知階段,但科學家相信,如果人類能夠具備控制納米級水平製造波的能力,化學處理器就很可能實現。正如一些專家所言,不管安德魯的志向能否實現,他的研究工作無論對揭示人類大腦的奧秘,還是製造更好的處理器,均具有十分重要的意義。畢竟,化學處理器是生物組織器官和電子設備之間的一座橋梁。
何謂BZ反應?
BZ反應是以兩個俄羅斯科學家的名字命名的。B.P.Belousov發現了該反應,而A.M.Zhabotinsky繼續了Belousov的工作。20世紀50年代,俄羅斯的Belousov在尋找類似於三羧酸循環的無機反應過程時發現含有溴酸鹽、檸檬酸、硫酸和鈰離子的溶液進行反應時,反應物濃度呈現出周期振盪的性質,並且發現不擾動的反應溶液中存在移動的波。1961年,莫斯科國立大生物物理學的研究生Zhabotinsky用丙二酸代替檸檬酸,得到了更為清晰化學表述。之後人們就把有機酸和溴酸鹽發生的類似反應稱為B-Z反應。
BZ反應的研究進展?
BZ反應的實驗結果極大地推動了非線性動力學理論的發展。1972年,Field., K?r?s和Noyes提出BZ反應的FKN機理,他們用約20個化學方程式解釋反應的動力學機制.,接著Field 和Noyes將FKN機理化簡為含三個變數的Oregonator模型。現在這一領域的科學家還常常用Oregonator模型解釋化學振盪體系的行為。此外也發展了一些模型,它們與特定的實驗結果吻合的很好,並且發現具有非線性動力學作用的化學反應具有特別的時空動力學行為,包括濃度的周期變化和混沌狀態、化學波的形成與傳導、穩定的空間圖案(Turing pattern)等等。過去的二十年中,國際上對BZ反應的研究主要集中在對BZ反應機理的研究和現象解釋、以及新的化學振盪子的發現上面。
我們的工作重點?
1999年1月,袁春偉教授承接國家自然科學基金重點項目"光電分子器件與仿生分子計算原理"(No.69831010),將仿生分子計算與非線性化學動力學(BZ反應)聯系起來,從試驗和生物計算兩個角度深入探討了BZ反應的動力學特徵。(……添加試驗方面的進展報告……)我們主要在下面幾個方面進行了研究:
(1) 非均相BZ反應體系的研究
(2) BZ反應的調控與試驗應用研究
(3) BZ反應的計算機模擬
❽ BZ反應 急急急
有些自催化反應有可能使反應體系中某些物質的濃度隨時間(或空間)發生周期性的變化,這類反應稱為
化學振盪
反應。
最著名的化學
振盪反應
是1959年首先由別諾索夫(Belousov)觀察發現,隨後柴波廷斯基(Zhabotinski)繼續了該反應的研究。他們報道了以
金屬鈰
離子作催化劑時,檸檬酸被
HBrO3
氧化可發生化學振盪現象,後來又發現了一批
溴酸鹽
的類似反應,人們把這類反應稱為B-Z振盪反應。例如
丙二酸
在溶有硫酸鈰的酸性溶液中被
溴酸鉀
氧化的反應就是一個典型的B-Z振盪反應。
1972年,R.J.Fiela,E.Koros,R.Noyes等人通過實驗對上述振盪反應進行了深入研究,提出了FKN機理,反應由三個主過程組成:
過程A
(1)
Br-+BrO3-+2H+
→
HBrO2+HBrO
(2)
Br-+HBrO2+H+
→
2HBrO
過程B
(3)
HBrO2+BrO3-+H+
→
BrO2.
+H2O
(4)
BrO2.+Ce3++H+
→
HBrO2+Ce4+
(5)
2HBrO2
→
BrO3-+H++HBrO
過程C
(6)
4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HBrO
2Br-+4Ce3++3CO2+6H+
過程A是消耗Br-,產生能進一步反應的HBrO2,HBrO為中間產物。
過程B是一個自催化過程,在Br-消耗到一定程度後,HBrO2才按式(3)、(4)進行反應,並使反應不斷加速,與此同時,Ce3+被氧化為Ce4+。HBrO2的累積還受到式(5)的制約。
過程C為丙二酸被溴化為BrCH(COOH)2,與Ce4+反應生成Br-使Ce4+還原為Ce3+。
過程C對化學振盪非常重要,如果只有A
和B,就是一般的自催化反應,進行一次就完成了,正是C的存在,以丙二酸的消耗為代價,重新得到Br-和Ce3+,反應得以再啟動,形成周期性的振盪。
該體系的總反應為:
3H++3BrO
-
3+5CH2(COOH)2
3BrCH(COOH)2+4CO2+5H2O+2HCOOH
振盪的控制離子是Br-。
❾ 請問什麼是化學振盪
化學振盪反應是具有非線性動力學微分速率方程,是在開放體系中進行的遠離平衡的一類反應。體系與外界環境交換物質和能量的同時,通過採用適當的有序結構狀態耗散環境傳來的物質和能量。這類反應與通常的化學反應不同,它並非總是趨向於平衡態的[1]。
1921年,伯克利加州大學的布雷(Bray,William)在用碘作催化劑使過氧化氫分解為水和氧氣時,第一次發現了振盪式的化學反應。但依據經典熱力學第二定律,認為任何化學反應只能走向退化的平衡態,因而當時的化學家否定了這個發現[2]。
1952年,英國數學家圖靈通過數學計算的方法,在理論上預見了化學振盪這類現象的可能性。1958年,俄國化學家別洛索夫(Belousov) 和扎鮑廷斯基(Zhabotinskii)首次報道了以金屬鈰作催化劑,檸檬酸在酸性條件下被溴酸鉀氧化時可呈現化學振盪現象:溶液在無色和淡黃色兩種狀態間進行著規則的周期振盪。該反應即被稱為Belousov- Zhabotinskii反應,簡稱B-Z反應[2]。
1969年,現代動力學奠基人普里戈金提出耗散結構理論,人們才清楚的認識到振盪反應產生的原因:當體系遠離平衡態時,即在非平衡非線性區,無序的均勻態並不總是穩定的。在特定的動力學條件下,無序的均勻定態可以失去穩定性,產生時空有序的狀態,這種狀態稱之為耗散結構。例如濃度隨時間有序的變化(化學振盪),濃度隨時間和空間有序的變化(化學波)等[3]。耗散結構理論的建立為振盪反應提供了理論基礎,從此,振盪反應贏得了重視,它的研究得到了迅速發展。
化學振盪是一類機理非常復雜的化學過程,Field、Koros、Noyes三位科學家經過四年的努力,於1972年提出俄勒岡(FKN)模型,用來解釋並描述B-Z振盪反應的很多性質。該模型包括20個基元反應步驟,其中三個有關的變數通過三個非線性微分方程組成的方程組聯系起來,該模型如此復雜以至20世紀的數學尚不能一般地解出這類問題,只能引入各種近似方法[3]。
測定、研究BZ化學振盪反應可採用離子選擇性電極法、分光光度法和電化學等方法[4]。