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振動反応の実験とメカニズム解説
- 振動反応の実験を行い、そのメカニズムについて詳しく解説します。
- 使用する薬品と方法について説明し、実験の結果を要約します。
- さらに、実験結果から得られる観察結果を解説し、振動反応とは何かについて探求します。
- 化学
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<< 回答、及びアドバイス致します。>> ◇振動反応とは・・・ 通常の化学反応は、反応物が一方的に生成物に変化してしまうか， あるいは，ある平衡状態になる。 ところが，ある条件下では、 反応物が生成物となり，さらに，生成物が反応物に戻るというように， 反応系と生成系を周期的に繰り返す反応を "振動反応”という。 特に、マロン酸と臭素酸カリウムを用いたセリウム(Ce) ３価、４価の 酸化還元反応であるベルーゾフ・ジャボチンスキー反応（B-Z反応）は 有名です。 1.実験の反応式 この反応は最低でも下記A～Eまでの5つの反応式（素反応）で表記できます。 A ; 2IO3- ＋ 5H2O2 ＋ 2H+ → I2 ＋ 5O2↑ ＋ 6H2O B ; CH2(COOH)2 ＋ I2 ＋ O2 → 2HCOOH ＋ CO2↑ ＋ 2I- C ; I2 ＋ HCOOH → 2I- ＋ CO2↑ ＋ 2H+ D ; 5I- ＋ IO3- ＋ 6H+ → 3I2 ＋ 3H2O E ; 2I- ＋ H2O2 ＋ 2H+ → I2 ＋ 2H2O A)では 過酸化水素H2O2が IO3-を酸化してI2が生成する。 しかし，この反応が進行するとIO3-の濃度は減少し，I2の濃度が増加する。 すると，Aの反応の速度は減少し，Bの反応の速度が増加することになる。 B)ではマロン酸がヨウ素を還元させI-が生成する。 これに伴って、溶液の色は黒色から無色透明に変化する。 この段階は触媒サイクルを形成しており，一旦反応が始まると 反応速度は急激に上昇する。 C)ではマロン酸が分解されながらI2からI-に還元されて、溶液の色は 黒色から無色透明へと変化し、同時にI-が再生される。 D)ではI-が減少して I2が増加する。かつ、I2が再生されることにより 溶液の色は無色透明から黒色に変化する。 E)ではI-が過酸化水素で酸化されてI2が再生されることによりE)の反応速度は 減少し、再び B）の反応が支配的になる。 以上のように、この溶液では B）C)、D) E)の反応が交互にマロン酸； CH2(COOH)2 が消費されるまで繰り返され、 溶液の色は黒色と無色透明の 間を入れ替わる振動する。 最終的にはヨウ素がマロン酸によって還元されない為、本来の色（黒色）が 現れる。 2.硫酸マンガンやデンプンの役割は ”触媒”である。 3.これは上記1.の通り、マロン酸が消費されて分解するため、 ヨウ素が還元されず、本来のI2の色（黒色）が現れる。 4.表題の通り。 120％の回答を目指すならば 鉄系もあります。 5.これはお分かりのようなので、お任せいたします。 今から・・年前、卒研のテーマとしてB-Z反応のコンピュ－タ シュミレーションを 大型コンピュータ及び、PC9801にて ルンゲーグッターギル法で解きました。しかし、詳細は すっかり忘れました。
お礼
有難うございます！素晴らしく、明快な説明を・・。（泣 そうなんですか。卒論でそのような難しいテーマを取り上げるとは、かなりの大者ですね！