Кіріспе

Бриггс-Раушер тербелісі – белгілі тербелістік химиялық реакциялардың санаулы бірі. Оның көзге түсетін түс өзгерістеріне байланысты демонстрациялық мақсаттар үшін ерекше қолайлы: жаңадан дайындалған түссүз ерітінді баяу күйдіргіш түске айналады, содан кейін күрт қара көк түске өтеді. Бұл баяу түссүзденеді және процесс қайталанады, ең көп таралған формула бойынша шамамен он рет, соңында қатты йод иісі бар қою көк сұйықтыққа айналады.

Тарих

1921 жылы В. К. Брейдің хабарлауынша, бірінші белгілі біртекті тербелісті химиялық реакция қышқыл ерітіндідегі сутек пероксиді (H2O2) мен йодат (IO3) арасында жүрді. Эксперименттік қиындықтарға байланысты, ол көп назар алмады және демонстрация ретінде қолдануға жарамсыз болды. 1958 жылы Борис Павлович Белоусов Белоусов-Жаботинский реакциясын (BZ реакциясы) ашты. BZ реакциясы демонстрация ретінде қолайлы, бірақ ол да күдік тудырды, себебі мұндай тербелістік мінез-құлық сол кезге дейін естілмеген еді, Анатолий Жаботинский осы туралы білгенше және 1964 жылы зерттеулерін жариялағанша. 1972 жылдың мамыр айында «Journal of Chemical Education» журналында жарияланған екі мақала Сан-Францискодағы Галилео орта мектебінің екі ғылым оқытушысы Томас Бриггс пен Уоррен Раушердің назарына бұл реакцияны түсірді. Олар BZ реакциясындағы броматты (BrO3) йодатпен алмастырып, сутек пероксиді қосып, Бриггс-Раушер тербелісті реакциясын тапты. Крахмал индикаторын қосу арқылы олар керемет түрлі-түсті демонстрация жасады. Содан бері көптеген зерттеушілер осы ерекше реакция туралы білімді кеңейтіп, оның қолданылу аясын арттырды.

Бастапқы шарттар

Бастапқы сулы ерітіндіде сутек пероксиді, йодат, катализатор ретінде еківалентті марганец (Mn2+), химиялық жағынан инертті күшті қышқыл (көк күкірт қышқылы (H2SO4) немесе перхлор қышқылы (HClO4) жақсы), және көміртекке байланысқан белсенді ("энолдік") сутек атомы бар органикалық қосылыс болады, ол еркін йодты (I2) йодидке (I−) баяу тотықтырады. (Малоникалық қышқыл (CH2(COOH)2) осы мақсатқа өте жақсы келеді.) Йодид иондарының концентрациясының күрт өсуін көрсету үшін крахмал қосымша индикатор ретінде қолданылады, бұл еркін йодтың ақ түсінен (янтарлы) қою көк түске ("йод-крахмал кешені", оған йод пен йодид екеуі де қажет) кенеттен өзгеруімен байқалады. Дегенмен, жақында крахмал реакцияда йодтың көрсеткіші ғана емес екені анықталды. Крахмалдың қатысуындағы тербелістер саны, крахмалсыз қоспалармен салыстырғанда, жоғарырақ және тербеліс периоды ұзағырақ болады. Сондай-ақ, крахмал бар қоспаларда бір тербеліс периодындағы йодты тұтыну сегменті де айтарлықтай ұзақ екені анықталды. Бұл крахмалдың йод-трийодид тепе-теңдігі арқасында йод пен йодидтің резервуары ретінде әрекет ететінін көрсетеді, соның салдарынан йод пен йодид қатысатын қадамдардың кинетикасын өзгертеді. Реакция хлорид (Cl−) ионымен "тежеледі", сондықтан одан аулақ болу керек, және бастапқы концентрациялардың кең диапазонында тербеліске түседі. Демонстрациялық мақсаттарға қолайлы рецепттер үшін Шахаширидің немесе сыртқы сілтемелердегі Дайындамалар беттерін қараңыз.

Терминалдың шарттары

Қалдық қоспада йодталған малоновая қышқылы, бейорганикалық қышқыл, манган катализаторлары, реакцияға түспеген йодат және сутек пероксиді бар. Тербелістер тоқтағаннан кейін йодмалоновая қышқылы ыдырайды және йод пайда болады. Ыдырау жылдамдығы жағдайларға байланысты. Қалдық қоспадағы барлық компоненттер қоршаған орта үшін маңызды: Йодат, йод және сутек пероксиді күшті тотықтырғыштар, қышқыл коррозиялық және манган неврологиялық ауруларға себеп болуы мүмкін деп саналады. Барлық тотықтырғыштарды жою, қышқылдықты бейтараптандыру және манган ионын манган диоксиді түрінде қайта алу үшін тиосульфат пен карбонатты қолданатын қарапайым әдіс әзірленді. Мысалы, ацетон (CH3COCH3) немесе ацетилацетон (CH3COCH2COCH3, пентан 2,4 дион). Көбірек экзотикалық субстраттар да қолданылған. Нәтижедегі осциллографиялық жазбалар көбінесе ерекше ерекшеліктерді көрсетеді, мысалы, Сзалай баяндағандай.

Тұрақты ағынды реакторлар

Реакцияны үздіксіз ағынды араластырылған реактор (CSTR) қолдану арқылы белгісіз мерзімге осцилляциялық қылып келтіруге болады, онда бастапқы реагенттер үздіксіз енгізіліп, артық сұйықтық сығарылып алынады.

Екі өлшемді фазалық кеңістіктің графиктері

Крахмалды жою және I2 концентрациясын фотометриялық түрде бақылау (яғни, ерітінді арқылы сәйкес жарық шоғының сіңірілуін өлшеу) және йодты таңдау электродымен йодид ионының концентрациясын бір мезгілде бақылау нәтижесінде бұрмаланған спираль тәрізді XY графигі пайда болады. Үздісіз ағынды реакторда бұл жабық циклге (шектеу цикліне) айналады.

Флуоресценттік көрініс

Крахмалдың орнына флуоресцентті бояу қолдану арқылы, Weinberg және Muyskens (2007) УФ сәулеленумен қараңғыда көрінетін демонстрация жасады.

Биологиялық талдау ретінде пайдалану

Реакция азық-түліктегі антиоксиданттарды анықтау әдісі ретінде ұсынылған. Тестілеуге жарамды үлгі тербелістердің басталуымен бірге қосылады, оның әсері антиоксиданттық белсенділігіне пропорционалды кезеңге тоқтатылады. Қолданыстағы әдістермен салыстырғанда, бұл процедура жылдам әрі оңай, және адам асқазанының pH деңгейінде жұмыс істейді. Егжей-тегжейлі сипаттаманы, жоғары сынып химиясы үшін қолайлы түрінде, "Дайындамалар" бөлімінен қараңыз. Жоғарыда сілтеме келтірілген әдебиетте басымдықпен полифенолдық қосылыстарға қатысты хабарланған нәтижелерге қарамастан, салицил қышқылы – қарапайым монофенолдық қосылыс – белсенді Бриггс-Раушер қоспасына қосылғаннан кейін тербелістерді дереу тоқтатпағаны анықталды. Төмен концентрация диапазонында салицил қышқылы тербелістерді ғана басаңдатты, ал жоғары концентрацияларда басаңдату әсері күштірек болды және толық тежелу де байқалды. Салицил қышқылының туындысы – сульфосалицил қышқылы тербелістерге ешқандай әсер етпеді.