2 Die BelousovZhabotinskyReaktion2.1 Grundmodell der oszillierenden ReaktionenBei oszillierenden chemischen Systemen kann man drei Hauptgruppen unterscheiden: biologische (enzymatische), heterogene und homogene Systeme. EnzymReaktionen laufen oft in Schüben ab. Beispiele hierfür sind etwa der Dunkelprozeß der Photosynthese oder die Glykolyse. Hier entstehen die für eine Oszillation erforderlichen Rückkopplungen z.B. durch Produkthemmung (Autoinhibition). Bei heterogenen oszillierenden Systemen handelt es sich meist um Elektrodenprozesse, wie sie in der Einleitung beschrieben wurden, oder um Reaktionen an ionenleitenden Membranen [Franck 1978].Homogene chemische Oszillatoren, wie die BelousovZhabotinskyReaktion (BZR) basieren auf autokatalytischen Reaktionssystemen, die aus mehreren gekoppelten Reaktionsschritten bestehen, wobei sich alle Teilnehmer im selben Aggregatszustand befinden. Die Teilreaktionen sind derart gekoppelt, dass die Produkte einer Reaktion eine andere hemmen oder erst ermöglichen. Somit enthalten die Systeme positive und/oder negative Rückkopplungen. Damit sich eine Oszillation einstellt, muss das System fern vom Gleichgewicht gehalten werden, da sich dieses sonst rasch einstellen würde. Um nun einen gleichgewichtsfernen Zustand zu erreichen, kann man entweder ein Fließgleichgewicht3 herstellen oder die Edukte in einer Konzentration bereitstellen, die weit über die eigentlich benötigte hinausgeht. Das letztere Verfahren wird bei den späteren Versuchen angewandt, weil es bei der Betrachtung von kurzen Zeiträumen (einige Minuten) eine gute Näherung an ein Fließgleichgewicht bietet, aber wesentlich leichter als dieses herzustellen ist. Erst bei der Beobachtung über längere Zeiträume tritt der geschlossene Charakter dieses Systems in den Vordergrund, indem es sich dem Gleichgewichtszustand nähert und diesen schließlich erreicht. Dann hören die Oszillationen auf. Man kann bei der BZR zwei verschiedene Phänomene in unterschiedlichen Versuchen beobachten. Zum einen in einem gerührten System, den periodischen Farbwechsel, der die gesamte Flüssigkeit betrifft. Zum anderen kann man chemische Wellenstrukturen (Spiralwellen, oder konzentrische Kreiswellen) beobachten, wenn man eine dünne, sich in Ruhe befindliche Schicht des Reaktionsansatzes untersucht.
3 konstanter Zustrom von Edukten und Wegnahme der Produkte, sobald sie gebildet werden, d.h. es handelt sich um ein thermodynamisch offenes System.
Inhalt -- 1 Einleitung -- 2.2 Reaktionsmechanismus der BZR |
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