
【化】 chemical oscillation
chemistry
【化】 chemistry
【醫】 chemistry; chemo-; spagyric medicine
oscillation; surge; vibration
【化】 oscillations
【醫】 agitate; agitation; shaking; succuss; succussion
化學振蕩(Chemical Oscillation)指在特定化學反應體系中,反應物和生成物的濃度隨時間發生周期性變化的現象。這種現象發生在遠離熱力學平衡态的開放系統中,是化學動力學中非線性非平衡行為的典型表現。
核心機制與特點:
自組織與反饋循環:化學振蕩依賴于反應體系中存在的自催化(産物加速自身生成)或交叉催化(一種物質催化另一種物質的生成,反之亦然)步驟。這些步驟形成正反饋,推動反應向某一方向進行。同時,體系中必須存在負反饋機制(如抑制步驟或底物消耗),在達到一定程度後逆轉反應方向。正負反饋的交替作用導緻濃度周期性漲落。
來源:美國化學學會《物理化學術語表》(Glossary of Physical Chemistry Terms, ACS);Ilya Prigogine 的非平衡态熱力學理論。
遠離平衡态與耗散結構:系統必須是開放系統,與環境持續交換物質和能量(如持續添加反應物、移除産物),以維持非平衡狀态。這種在耗散能量過程中形成的時空有序結構稱為耗散結構,化學振蕩是其時間有序的表現形式。
來源:諾貝爾化學獎得主 Ilya Prigogine 的相關著作;《自然》期刊對耗散結構的評述文章。
非線性動力學:描述振蕩反應的速率方程通常是非線性的(涉及濃度的二次方或更高次方項)。這種非線性特性使得系統行為對初始條件敏感,并可能出現多重穩态、振蕩甚至混沌等複雜行為。
來源:《化學振蕩與波動》(Chemical Oscillations and Waves) 專著;Royal Society of Chemistry 的物理化學教育資源。
經典實例:BZ 反應 (Belousov-Zhabotinsky Reaction) 最著名的化學振蕩例子是 BZ 反應。該反應通常在硫酸介質中進行,涉及丙二酸在溴酸鹽和铈離子(或亞鐵菲啰啉離子)催化下的氧化。現象包括:
來源:Belousov 和 Zhabotinsky 的原始論文(後被翻譯收錄);《科學美國人》對該反應的科普介紹;大學化學實驗教材普遍收錄。
漢英詞典視角的關鍵解釋點:
權威性參考來源 (僅提供來源描述,無有效鍊接時不提供鍊接):
化學振蕩是一種非平衡态下的複雜動力學現象,指反應體系中某些物質(如濃度、電勢等)隨時間或空間呈現周期性變化。這種現象需在開放系統中通過自催化反應和反饋機制維持,常見于化學、生物等領域。以下是綜合多來源的關鍵解析:
化學振蕩屬于遠離平衡态的自組織現象,表現為濃度、顔色等參數的規則周期性波動。例如,B-Z反應(Belousov-Zhabotinsky反應)中溶液顔色在無色與藍黑色之間周期性切換。其本質通過耗散結構理論解釋,即系統需持續與外界交換物質/能量才能維持有序狀态。
提示:實驗中常用試劑包括雙氧水(30%)、溴酸鉀、丙二酸等,具體配比可參考提供的溶液配置方法。
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