空間振動反応

１　実験の目的

　普通、化学反応は一方向だけに進み、それが逆に起こることはまれで、繰り返すことはほとんど無い。ここでは、繰り返し起こる反応の一つの振動反応を確認する。

２　準備

［器具］300mlビーカー、100mlメスシリンダー、2ml駒込ピペット、シャーレ
[薬品]臭素酸ナトリウム、臭化ナトリウム、マロン酸、濃硫酸、1,10-フェナントロリン、硫酸鉄(�U)

３　方法

(1)　次の５種類の試薬を調整する。 　
　�@ Ａ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlを取り、臭素酸ナトリウムを12.5g溶かす。 　
　�A Ｂ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlを取り、臭化ナトリウムを2.5g溶かす。 　
　�B Ｃ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlを取り、マロン酸を2.5g溶かす。 　
　�C Ｄ溶液：300mlビーカーに蒸留水50mlを取り、濃硫酸17mlを加え、更に蒸留水で薄めて100mlとする。 　
　�D Ｅ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlを取り、1,10-フェナントロリンを1.35gと硫酸鉄(�U)を0.7g溶かす（これをフェロイン溶液という）。

（図１）

(2)　シャーレにＡ溶液２ml、Ｂ溶液１ml、Ｃ溶液２ml、Ｄ溶液１ml を順に加える。混合した溶液は生成した臭素のために黄色になるので、黄色が完全に消えるまで（２０秒程度かかる）シャーレを揺すって待つ。（図１）

(3)　黄色が消えたらＥ溶液1mlを加える。溶液が青に変色し始めるので、シャーレを揺すって液を混ぜ、溶液全体が青色になるようにして放置する。

(4)　観察しやすいようにシャーレの下に白い紙を置く。青色から赤紫色になった溶液に一つ又は複数の青色の点が出現してくる。この点から次々に同心円状に青色の環が成長していく。（図２〜図７は１分ごとに撮影したものである）

(5)　シャーレをゆっくりと回して溶液を混合すると、再び同様の現象が確認できる。ある程度時間が経過すると、二酸化炭素の泡が出現し、図形が見えにくくなる。

４　留意点

(1)　濃硫酸の希釈には注意する。

(2) 塩化物イオンCl− が存在すると、この反応は阻害されるので、用いる容器は蒸留水で洗うこと。

(3) 反応が終わった溶液については、炭酸水素ナトリウムを少量ずつ加えて中和してから流すこと。

５　解説 　

　Belousov-Zhabotinsky反応について
　この反応は反応中間生成物の一つである臭化物イオンの濃度のしきい値（［Br−］c)を境にして酸化還元反応の支配反応が入れ替わるものであり、詳細は非常に複雑である。フェロイン中のFe２＋ がFe３＋ へと酸化された鉄錯体は青色である。またFe３＋がFe２＋ に還元された錯体は赤色である。

（図２）		（図３）

（図４）		（図５）

（図６）		（図７）