Inleiding

Oscillerende reacties worden vaak genoemd als demonstratieproeven om verwondering te wekken voor scheikundige verschijnselen. In de jaren tachtig van de vorige eeuw nam de belangstelling toe vanwege de theorieën over zelforganiserende systemen en chaos10,11. Het is mogelijk deze reacties af te beelden met behulp van de computer.

 

Voorbeeld van een oscillerende reactie

 

De vele voorschriften2,3,5,7,8,9,12,13,14,15 voor oscillerende reacties blijken bij nader inzien variaties te zijn op twee basisreacties, namelijk die van Belousov-Zhabotinsky (B-Z, 1958) en die van Briggs-Rauscher (B-R, 19734). De laatste is een verbeterde versie uit één van de eerste publicaties over oscillerende reacties van Bray uit 19211. 

 Een oscillerende reactie kan pas optreden als voldaan is aan een aantal voorwaarden.

  1. De belangrijkste stoffen moeten in voldoende grote concentratie aanwezig zijn in een thermodynamisch open systeem.
  2. Het systeem moet niet dicht bij de evenwichtstoestand liggen.
  3. Eén van de reacties moet autokatalytisch zijn.
  4. De autokatalytische reactie moet via de concentratie van een bepaald deeltje gekoppeld zijn aan andere reacties; er moet dus feedback zijn.
  5. Er moeten twee verschillende stabiele stationaire toestanden bestaan met een bepaalde stof die op beide toestanden een verschillende invloed heeft.

 

Oscillerende reacties zijn dus niet, wat vaak geacht wordt, fluctuaties om de evenwichtstoestand. Het systeem oscilleert naar een evenwichtstoestand toe. In de buurt van de evenwichtstoestand stoppen de oscillaties (zie figuur 1).

 

                                                        figuur 1

 

Oscillerende reacties treden op in complexe systemen. Om de Belousov-Zhabotinsky-reactie te verklaren wordt gebruikt gemaakt van 19 reactiestappen met 21 verschillende deeltjes.

In dergelijke complexe systemen zijn volgens de huidige chaos-theorieën hele kleine veranderingen vaak bepalend voor de richting waarin het systeem zich ontwikkelt. Het uiteindelijke resultaat is dan ook vaak moeilijk voorspelbaar.

 

Het optreden van oscillaties in de complexe chemische systemen van B-Z en B-R is afhankelijk van concentratieverhoudingen, temperatuur, aanwezigheid van verontreinigingen (chloride-ionen hebben een sterk remmende werking), de totale hoeveelheid mengsel en plaatselijke concentratieverschillen, die mede afhankelijk zijn van de mate van roeren.

Bij het nawerken van de diverse voorschriften waren vaak geen oscillaties waarneembaar.

Als ze wel optreden is het meestal pas na enige tijd (bijvoorbeeld 10 minuten).

 

Een filmpje van Z-B reactie.

 

Versnelde B-Z reactie

Filmpje van een Bray reactie:

 

 

De uitvoeringen die worden beschreven, alhoewel niet voor 100% reproduceerbaar, blijken het meest geschikt.