रासायनिक दोलन
एक रासायनिक दोलन रासायनिक प्रतिक्रिया यौगिक (रसायन विज्ञान) का एक सम्मिश्र मिश्रण है जिसमें एक या अधिक घटकों की सांद्रता समय-समय पर परिवर्तन दर्शाती है। वे प्रतिक्रियाओं का एक वर्ग हैं जो दूर-संतुलन व्यवहार के साथ गैर-संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी के उदाहरण के रूप में कार्य करते हैं। जिसमे यह प्रतिक्रियाएं सैद्धांतिक रूप से महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे दर्शाती हैं कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं को संतुलन ऊष्मप्रवैगिकी व्यवहार पर प्रभावित होने की आवश्यकता नहीं है।
ऐसे स्थितियों में जहां अभिकर्मकों में से एक का रंग दिखाई देता है, जिसमे आवधिक रंग परिवर्तन देखे जा सकते हैं। दोलनशील प्रतिक्रियाओं के उदाहरण बेलौसोव-झाबोटिंस्की प्रतिक्रिया (बीजेड प्रतिक्रिया), ब्रिग्स-रौशर प्रतिक्रिया और ब्रे-लिबहाफस्की प्रतिक्रिया हैं।
इतिहास
इस तरह की प्रतिक्रियाओं में उतार-चढ़ाव हो सकता है, इसका सबसे पहला वैज्ञानिक प्रमाण अत्यधिक संदेह के साथ मिला था। जो कि 1828 में गुस्ताव फेचनर या जी.टी. फेचनर ने एक रासायनिक प्रणाली में दोलनों की एक रिपोर्ट प्रकाशित की थी। उन्होंने एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल का वर्णन किया जो एक दोलनशील धारा उत्पन्न करता है। जो कि 1899 में, विल्हेम ओस्टवाल्ड या डब्ल्यू. ओस्टवाल्ड ने देखा कि अम्ल में क्रोमियम के विघटन की दर समय-समय पर बढ़ती और घटती रहती है। ये दोनों प्रणालियाँ सजातीय और विषमांगी मिश्रण थीं और तब और पिछली शताब्दी के अधिकांश समय में यह माना जाता था कि सजातीय दोलन प्रणालियाँ अस्तित्वहीन थीं। जबकि सैद्धांतिक चर्चाएँ 1910 के आसपास की हैं, दोलनशील रासायनिक प्रतिक्रियाओं और गैर-रेखीय रासायनिक गतिशीलता के व्यापक क्षेत्र का व्यवस्थित अध्ययन 1970 के दशक के मध्य तक अच्छी तरह से स्थापित नहीं हुआ था।[1]
सिद्धांत
| थर्मोडायनामिक्स |
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रासायनिक प्रणालियाँ अंतिम रासायनिक संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन नहीं कर सकती हैं क्योंकि ऐसा दोलन ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम का उल्लंघन करेगा। एक ऊष्मप्रवैगिकी प्रणाली के लिए जो संतुलन पर नहीं है, इस नियम के लिए आवश्यक है कि प्रणाली संतुलन तक पहुंचे और इससे पीछे न हटे। जिसका स्थिर तापमान और दबाव पर एक बंद प्रणाली के लिए, ऊष्मप्रवैगिकी आवश्यकता यह है कि गिब्स मुक्त ऊर्जा निरन्तर घटनी चाहिए और दोलन नहीं करनी चाहिए। चूँकि यह संभव है कि कुछ प्रतिक्रिया मध्यवर्ती की सांद्रता में उतार-चढ़ाव हो, और यह भी कि उत्पादों के निर्माण की दर में भी उतार-चढ़ाव हो।[2]
दोलन प्रतिक्रियाओं के सैद्धांतिक मॉडल का अध्ययन रसायनज्ञों, भौतिकविदों और गणितज्ञों द्वारा किया गया है। एक दोलन प्रणाली में ऊर्जा-विमोचन प्रतिक्रिया कम से कम दो अलग-अलग मार्गों का अनुसरण कर सकती है, और प्रतिक्रिया समय-समय पर एक मार्ग से दूसरे मार्ग पर स्विच करती रहती है। इनमें से एक मार्ग एक विशिष्ट मध्यवर्ती उत्पन्न करता है, जबकि दूसरा मार्ग इसका उपभोग करता है। इस मध्यवर्ती की सांद्रता मार्गों के स्विचिंग को ट्रिगर करती है। जब मध्यवर्ती की सांद्रता कम होती है, तो प्रतिक्रिया उत्पादक मार्ग का अनुसरण करती है, जिससे मध्यवर्ती की अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता प्राप्त होती है। जब मध्यवर्ती की सांद्रता अधिक होती है, तो प्रतिक्रिया उपभोग पथ पर स्विच हो जाती है।
इस प्रकार की प्रतिक्रिया के लिए विभिन्न सैद्धांतिक मॉडल बनाए गए हैं, जिनमें लोटका-वोल्टेरा मॉडल, ब्रुसेलेटर और ओरेगोनेटर सम्मिलित हैं। जो कि उत्तरार्द्ध को बेलौसोव-ज़ाबोटिंस्की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने के लिए डिज़ाइन किया गया था।[3]
प्रकार
बेलौसोव-झाबोटिंस्की (बीजेड) प्रतिक्रिया
बेलौसोव-ज़ाबोटिंस्की प्रतिक्रिया अनेक दोलनशील रासायनिक प्रणालियों में से एक है, जिसका सामान्य तत्व ब्रोमिन और एक अम्ल का समावेश है। बीजेड प्रतिक्रिया का एक अनिवार्य पहलू इसकी तथाकथित उत्तेजना है - उत्तेजनाओं के प्रभाव में, प्रतिरूप विकसित होते हैं जो अन्यथा एक पूरी तरह से शांत माध्यम होता है। जिसमे कुछ रासायनिक घड़ियाँ जैसे कि ब्रिग्स-रौशर प्रतिक्रियाएं और उत्प्रेरक के रूप में रासायनिक रूथेनियम बाइपिरिडाइल का उपयोग करने वाले बीजेड को प्रकाश के प्रभाव के माध्यम से स्व-संगठन या स्व-संगठित गतिविधि में उत्तेजित किया जा सकता है।
बोरिस पावलोविच बेलौसोव ने पहली बार, 1950 के दशक में, पहली बार नोट किया था कि तनु सल्फ्यूरिक अम्ल में पोटेशियम ब्रोमेट, सेरियम (IV) सल्फेट, प्रोपेनेडियोइक अम्ल (मैलोनिक अम्ल का दूसरा नाम) और साइट्रिक अम्ल के मिश्रण में, सेरियम की सांद्रता का अनुपात( IV) और सेरियम (III) आयन दोलन करते हैं, जिससे घोल का रंग पीले घोल और रंगहीन घोल के बीच दोलन करता है। ऐसा प्रोपेनेडियोइक अम्ल द्वारा सेरियम (IV) आयनों को सेरियम (III) आयनों में अपचयित किए जाने के कारण होता है, जो फिर ब्रोमेट (V) आयनों द्वारा वापस सेरियम (IV) आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं।
ब्रिग्स-रौशर प्रतिक्रिया
ब्रिग्स-रौशर प्रतिक्रिया|ब्रिग्स-रौशर दोलन प्रतिक्रिया ज्ञात दोलनशील रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक छोटी संख्या में से एक है। यह अपने दृश्यात्मक रूप से आकर्षक रंग परिवर्तनों के कारण प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है: जो कि ताजा तैयार किया गया रंगहीन घोल धीरे-धीरे एम्बर रंग में बदल जाता है, और अचानक बहुत गहरे नीले रंग में बदल जाता है। यह धीरे-धीरे रंगहीन हो जाता है और प्रक्रिया सबसे लोकप्रिय सूत्रीकरण में लगभग दस बार दोहराई जाती है।
ब्रे-लिबहाफ़्स्की प्रतिक्रिया
ब्रे-लिबहाफ़्स्की प्रतिक्रिया एक रासायनिक घड़ी है जिसे पहली बार 1921 में डब्ल्यू. सी. ब्रे द्वारा आयोडीन के ऑक्सीकरण से आयोडेट में वर्णित किया गया था:
- 5 H2O2 + I2 → 2 IO− 3 + 2 H+ + 4 H2O
और आयोडेट का रिडॉक्स वापस आयोडीन में बदल जाता है:
- 5 H2O2 + 2 IO−3 + 2 H+ → I2 + 5 O2 + 6 H2O[4]
यह भी देखें
- ग्रिगोरी याब्लोन्स्की या कैटेलिटिक ट्रिगर और कैटेलिटिक दोलन
- बुध हृदय की धड़कन
- नीली बोतल प्रयोग
- घड़ी की प्रतिक्रियाएँ
संदर्भ
- ↑ Epstein, Irving R., and John A. Pojman. An introduction to nonlinear chemical dynamics: oscillations, waves, patterns, and chaos. Oxford University Press, USA, 1998, p. 3.
- ↑ Espenson, J.H. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms (2nd ed., McGraw-Hill 2002) p.190 ISBN 0-07-288362-6
- ↑ "IDEA - Internet Differential Equations Activities". Washington State University. Retrieved 2010-05-16.
- ↑ Bray, William C. (1921). "सजातीय विलयन में एक आवधिक प्रतिक्रिया और उत्प्रेरण से इसका संबंध।". Journal of the American Chemical Society. 43 (6): 1262–1267. doi:10.1021/ja01439a007.
