Oszcilláló kémiai reakciók tervezése komplex- és csapadékképződési egyensúlyok alkalmazásával = Systematic design of chemical oscillators using complexation and precipitation equilibria

摘要

Az általunk korábban (Nature, 2005) javasolt módszer szisztematikus alkalmazásával jelentősen kibővítettük a periodikus kémiai folyamatokban részt venni képes elemek számát. A módszerrel, amely egy ismert (primer) pH-oszcillátor és a célelemet magába foglaló pH-érzékeny komplex-, vagy csapadékképződéses egyensúly összekapcsolásán alapul, bizonyos feltételek teljesülése esetén megvalósítható a nem-redox tulajdonságú kationok és anionok koncentrációjának indukált oszcillációja. pH-oszcillátorok és egyensúlyi reakciók sok variációját próbáltuk ki. Ennek kapcsán előállítottuk a Ca2+, Al3+, F– oszcillátorokat, amelyekben primer oszcillátorként a bromát–szulfit–ferrocianid és a bromát–szulfit–mangán(II) CSTR pH-oszcillátorokat, egyensúlyi folyamatként a Ca2+ +EDTA, Al3+ +H2O és Al3+ +F– reakciókat használtuk. Az eredeti módszer kis módosításával megvalósítottuk a szulfit-csapadékokat képező kétértékű kationok, a Cd2+, Ca2+, Zn2+, Ni2+, Co2+ koncentráció oszcillációját. Az indukált ion-oszcillátorokkal térben periodikus mintázatok (pl. Ca2+ hullámok) előállítását célzó munkánkban komoly előrelépésként tekinthető, hogy az előző példákban említett CSTR pH-oszcillátorokat zárt rendszerben is működő formába tudtuk átalakítani, sokkal reálisabbá téve a kitűzött cél elérését. A nem-redox tulajdonságú ionok koncentráció oszcillációjának laboratóriumi előállítása egy lehetséges mechanizmusát képezheti a vegyértékváltásra nem képes ionok biológiai folyamatokban kimutatott oszcillációjának. | Using the method developed by us earlier (Nature, 2005) to generate oscillations in the concentration of elements possessing only a single stable oxidation state in solutions, we were successful with significantly extend the number of elements that are capable of participating in periodical chemical processes. To bring about oscillatory behavior of non-redox ions we coupled a known (primer) pH-oscillator to pH-sensitive complexation or precipitation equilibria in which these ions participate. After testing many variations high amplitude oscillations in the concentration of Ca2+, Al3+ and F– ions were induced when the Ca2+ + EDTA, the hydrolysis of Al3+ and the Al3+ + F– reactions, respectively were connected to the bromate – sulfite – ferrocyanide or the bromate – sulfite – manganese(II) core oscillators in a flow reactor. With modification of the original method concentration osillations of some divalent ions, like Cd2+, Ca2+, Zn2+, Ni2+and Co2+ were generated due to the reactions taking place between the target ion and the components of the primer oscillator. In our efforts to involve the non-redox ions into formation of 2-dimensional periodic patterns, the pH-oscillators used as core systems in the above examples were converted to batch systems, in which finding and studying patterns (e.g. Ca2+ waves) are easier than under open conditions. The results presented here suggest a way how non-redox ions may participate in periodic processes in living systems.