Колебательные реакции

Колеба́тельные реа́кции, сложные химические реакции, характеризующиеся колебаниями (в основном периодическими) концентраций некоторых промежуточных соединений и соответственно скоростей превращения этих соединений. Колебательные реакции наблюдаются в газовой или в жидкой фазе, а также (особенно часто) на границе раздела этих фаз с твёрдой фазой. Причиной возникновения колебаний концентраций является наличие обратных связей между отдельными стадиями сложной реакции. Колебательные реакции относят к процессам с положительной (каталитическое действие промежуточных или конечных продуктов реакции) или отрицательной (ингибирующее действие промежуточных или конечных продуктов) обратной связью.

Впервые колебательную реакцию, проявляющуюся в виде периодических вспышек света при окислении паров фосфора, наблюдал в конце 17 в. Р. Бойль. В 1921 г. американский химик У. К. Брей впервые описал жидкофазную колебательную реакцию разложения пероксида водорода, катализируемую иодатами. В 1951 г. Б. П. Белоусов наблюдал колебания концентраций окисленной и восстановленной форм катализатора – церия – в реакции взаимодействия лимонной кислоты с броматами. Колебания можно было наблюдать визуально, по изменению окраски раствора от бесцветной к жёлтой (обусловлено переходом Се³⁺ → Се⁴⁺ ); период колебаний 10–100 с. В 1961–1962 гг. советский биофизик А. М. Жаботинский наблюдал колебания концентрации при использовании в качестве восстановителя в реакции Белоусова малоновой или яблочной кислоты. Реакция, протекающая в автоколебательном режиме каталитического окисления различных восстановителей броматами, получила название реакции Белоусова – Жаботинского (т. н. катализируемый броматный осциллятор). Известно достаточно большое количество других химических реакций, в которых наблюдаются колебательные изменения концентраций реагентов: некатализируемые броматные осцилляторы, хлоритные, иодатные, пероксидные и другие осцилляторы. Современный этап фундаментальных исследований колебательных реакций начался с работ И. Р. Пригожина с сотрудниками, в которых было показано, что в открытой системе около стационарного состояния, достаточно удалённого от положения химического равновесия, возможны колебательные химические процессы.

Кинетика колебательных реакций – бурно развивающаяся отрасль знания, возникшая на стыке химии, биологии, медицины, физики, математики. Применяется в биохимии, биофизике, учении о биоритмах, при исследовании динамики популяций, миграции организмов, в экологии, социологии (изменение численности населения, развитие экономики). Отличительной особенностью колебательных реакций является высокая чувствительность к внешним воздействиям, что открывает перспективы по созданию принципиально новых методик анализа микроколичеств различных веществ.