ปฏิกิริยาเบลูซอฟ–จาโบทินสกี

ปฏิกิริยาเบลูซอฟจาโบทินสกี (อังกฤษ: Belousov–Zhabotinsky reaction) หรือ ปฏิกิริยาบีซี (อังกฤษ: BZ reaction) คือ หนึ่งในกลุ่มของปฏิกิริยาที่เป็นตัวอย่างดังเดิมของอุณหพลศาสตร์แบบไม่สมดุล (non-equilibrium thermodynamics) ซึ่งทำให้เกิดตัวแกว่งสารเคมีไม่เชิงเส้น (nonlinear chemical oscillator) โดยธาติที่มีส่วนในระบบการแกว่งนี้มีเพียงโบรมีนและกรดเท่านั้น ปฏิกิริยานี้มีความสำคัญด้วยความที่ทำให้เห็นว่าปฏิกิริยาทางเคมีนั้นไม่จำเป็นต้องมีพฤติกรรมแบบอุณหพลศาสตร์แบบสมดุล ปฏิกิริยาเหล่านี้นั้นไกลจากความสมดุลและมีการเปลี่ยนแปลงแบบอลวนในระยะเวลาหนึ่ง เพราะอย่างนี้ ปฏิกิริยานี้จึงเป็นต้นแบบทางเคมีที่น่าสนใจของปรากฏการณ์ทางชีววิทยาแบบไม่สมดุล อีกทั้งต้นแบบทางคณิตศาสตร์ของปฏิกิริยาบีซีเองยังเป็นทฤษฎีและการจำลองที่น่าสนใจ

การจำลองปฏิกิริยาเบลูซอฟจาโบทินสกีบนจานเพาะเชื้อโดยคอมพิวเตอร์

พล็อตของศักย์ไฟฟ้าอีเล็คโตรดของปฏิกิริยาบีซี โดยใช้เล็คโตรดเงินกับ    Ag/AgNO_{3 ครึ่งเซลล์}

มุมมองที่สำคัญมุมหนึ่งของปฏิกิริยาบีซีคือความสามารถในการ "ถูกกระตุ้น" ภายใต้ตัวกระตุ้น ส่งผลให้เกิดรูปแบบบนตัวกลางที่เคยอยู่อย่างสงบ  

ความเป็นมา

 

ส่วนประกอบปฏิกิริยาบีซีที่ถูกผสมเปลี่ยนสีตามเวลา

การค้นพบของปรากฏการณ์นี้ถูกยกให้กับ บอริส เบลูซอฟ เค้ากล่าวว่า ประมาณช่วงปี พ.ศ. 2493-2503 (แหล่งข่าวได้ระบุวันที่ตั้งแต่ช่วงปี พ.ศ. 2494 ถึง 2501) การผสมโพแทสเซียมโบรเมต ซีเรียม(IV) ซัลเฟต กรดมาโลนิก และกรดซิตริก ในกรดซัลฟิวริกที่ถูกเจือจาง อัตราส่วนของความเข้มข้นของอิออนของซีเรียม(IV)และซีเรียม(III) นั้นแกว่งไปมา ทำให้สีของสารละลายแกว่งไปมาระหว่างสีเหลืองและสีใส สิ่งนี้เกิดจากการที่อิออนของซีเรียม(IV) ถูกรีดิวซ์โดยกรดมาโลนิก จนกลายเป็นซีเรียม(III) ซึ่งถูกออกซิไดซ์โดยอิออนของโบรเมต(V) 

เบลูซอฟได้พยายามที่จะตีพิมพ์ผลที่เค้าพบถึงสองครั้ง ทว่ากลัวถูกปฏิเสธด้วยความที่เค้าไม่สามารถอธิบายผลของตัวเองได้เพียงพอที่บรรณาธิการของวารสารที่เค้าส่งจะพอใจ จากนั้นนักชีวเคมีชาวโซเวียต ไซม่อน เอลเลวิช ชโนลล์ สนับสนุนให้เบลูซอฟสืบต่อความพยายามที่จะตีพิมพ์ผลงานของเขา ท้ายที่สุดผลงานของเขาก็ได้ตีพิมพ์บนวารสารที่ไม่มีชื่อเสียงและไร้การตรวจทาน

หลักจากการตีพิมพ์ของเบลูซอฟ ชโนลล์ส่งโปรเจ็คต่อในปี 2504 แก่นักศึกษาบัณฑิตศึกษาที่ชื่อว่า อนาตอล จาโบทินสกี ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบลำดับของปฏิกิริยาอย่างละเอียด แต่ทว่า ผลของงานนี้ยังไม่ได้เป็นที่รู้จักจนกระทั่งมีการสัมมนาทีปราก ในปี พ.ศ. 2511

กลไกทางเคมี

กลไกของปฏิกิริยานี้มีความซับซ้อนเป็นอย่างมากและหลายงานวิจัยคาดว่าจะประกอบไปด้วย 18 ขั้นตอนที่แตกต่างกัน

หนึ่งในรูปแบบของอื่นของปฏิกิริยานี้ที่เป็นที่นิยมใช้กรดมาโลนิก (CH₂(CO₂H)₂) เป็นกรด และโพแทสเซียมโบรเมต(KBrO₃) เป็นตัวให้โบรมีน โดยมีสมการรวมว่า

3CH₂(CO₂H)₂ + 4BrO₃ → 4Br⁻ + 9CO₂ + 6H₂O

อ้างอิง

1. Zhang, Dongmei; Györgyi, László; Peltier, William R. (1993). "Deterministic chaos in the Belousov–Zhabotinsky reaction: Experiments and simulations". Chaos: an Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. 3 (4): 723–745. Bibcode:1993Chaos...3..723Z. doi:10.1063/1.165933. PMID 12780076.
2. Winfree, A. T. (1984). "The Prehistory of the Belousov-Zhabotinsky Oscillator" (PDF). Journal of Chemical Education. 61: 661–663. Bibcode:1984JChEd..61..661W. doi:10.1021/ed061p661.
3. B. P. Belousov (1959). "Периодически действующая реакция и ее механизм". Сборник рефератов по радиационной медицине. 147: 145. Unknown parameter |trans_title= ignored (help)
4. A. M. Zhabotinsky (1964). "Периодический процесс окисления малоновой кислоты растворе". Биофизика. 9: 306–311. Unknown parameter |trans_title= ignored (help)
5. Field, Richard J.; Foersterling, Horst Dieter (1986). "On the oxybromine chemistry rate constants with cerium ions in the Field-Koeroes-Noyes mechanism of the Belousov-Zhabotinskii reaction: The equilibrium HBrO2 + BrO3- + H+ .dblharw. 2BrO.ovrhdot.2 + H2O". The Journal of Physical Chemistry. 90 (21): 5400–7. doi:10.1021/j100412a101.
6. Sirimungkala, Atchara; Försterling, Horst-Dieter; Dlask, Vladimir; Field, Richard J. (1999). "Bromination Reactions Important in the Mechanism of the Belousov−Zhabotinsky System". The Journal of Physical Chemistry A. 103 (8): 1038–43. doi:10.1021/jp9825213.
7. Lister, Ted (1995). Classic Chemistry Demonstrations (PDF). London: Education Division, The Royal Society of Chemistry. pp. 3–4. ISBN 978-1-870343-38-1.