化学時計(または時計反応)とは、反応する化学化合物の複雑な混合物であり、検出可能な量の時計物質の存在により、予測可能な誘導時間の後に観察可能な特性(変色または着色)の開始が起こる。[ 1 ] 試薬の1つが目に見える色を持つ場合、濃度閾値を超えると、再現可能な時間経過後に急激な色の変化が起こる可能性がある。
時計反応は3つまたは4つのタイプに分類できます: [ 2 ]
2つの反応を含む最も単純な時計反応:[ 2 ]
基質(B)が存在する場合、時計物質(C)は第2反応で速やかに消費されます。基質Bが完全に消費または枯渇した場合にのみ、時計物質Cが蓄積され、色の変化が起こります。この時計反応の例として、亜硫酸塩/ヨウ素酸塩反応、またはヨウ素時計反応(ランドルト反応とも呼ばれる)が挙げられます。
時計反応では、3つの連続した反応で中間体が生成されることが含まれる場合がある。
Qが過剰にある場合、基質(P)が枯渇するとCが蓄積し、その結果、色の変化が生じる。
この反応の基本原理は基質枯渇型時計反応に似ているが、反応速度 k 2が非常に遅いため基質と時計種が共存し、色の変化を観察するために基質を枯渇させる必要がないという点が異なる。この時計の例としては、ペンタチオン酸塩/ヨウ素酸塩反応が挙げられる。[ 2 ] [ 3 ]
このカテゴリーの反応は時計反応のように振る舞いますが、再現性がなく、予測不可能で、制御が困難です。例としては、亜塩素酸塩/チオ硫酸塩反応とヨウ化物/亜塩素酸塩反応があります。[ 2 ]
反応は、撹拌速度、全体の体積、反応器の形状の変動によって生じる混合物の初期不均一性のため、各実験で再現性がありません。統計的に意味のある方法で反応を繰り返すと、再現性のある累積確率分布曲線が得られます。この時計の例は、ヨウ素酸塩/亜ヒ酸反応です。[ 4 ]
状況によっては、一つの反応が上記の複数の分類に該当する場合があります。例えば、ヨウ素酸塩-亜ヒ酸反応は、基質枯渇型時計反応、自己触媒駆動型時計反応、およびクレイジー時計反応に分類される可能性があります。
一例として、ヨウ素時計反応が挙げられる。この反応では、ヨウ素化合物をデンプンの存在下で酸化還元試薬と混合する。しばらくすると、三ヨウ化物-デンプン錯体の形成により、突然濃い青色が現れる。
シンナムアルデヒド時計反応は有機時計反応の一種で、トランス-シンナムアルデヒドとアセトンを含む塩基性溶液にアセトンを加えると、一定時間経過後に ジシンナマルアセトンの沈殿が突然現れる。
化学時計に試薬を追加することで、化学振動子を構築できる場合がある。例えば、ブリッグス・ラウシャー反応は、ヨウ素時計反応に過塩素酸、マロン酸、硫酸マンガンを加えることで得られる。[ 5 ]
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