空間パターンのしくみについて

質問

毎回質問失礼します。
BZ反応(振動反応)の質問です。シャーレにBZ反応の溶液を約１mm
移してポリビニルアルコール(PVA)を中心に一粒置くとそこから同心円状のパターンが発生するのですが、何故PVAを使うのでしょうか。数ある物質の中で何故PVAかがわかりません。また傷やホコリ、銀線などでもパターンは発生しますがその理由もいまいちわかりません。
「ペースメーカーの微小な固形物近傍で固液接触界面により反応が速くなっており、その領域で生じた時間的リズムが伝播している」
という説明を発見しましたが想像はできても原理がわからず、何故PVAを使うのかも書いてありませんでした。
どうかよろしくお願いします。

回答No.3

anthracene · ベストアンサー

銀線の効果ですが、銀表面または微量に溶け出た銀原子（または銀イオン）が酸化還元反応の触媒となっているのではないでしょうか。
アルミのような典型元素は、酸化還元過程を含む反応の触媒にはあまりなりません。これは、金属イオン間の酸化還元が容易でないためです。
銅で行かないとなるとややアレ？という感じですが、金属が違えばレドックス過程は変化しておかしくないので、元素を変えて反応しない、というのはそんなおかしな話とは思えません。
むしろ、もっとレドックス過程が活性と考えられる白金族元素を加えたときの効果の方が私は興味がありますね。

お礼

銅では反応が起こらないとどこかのＨＰか文献に載っていたのを思い出して書いたのですが、ちょっとどこのＨＰ(文献)だったか思い出せず。
返答ありがとうございました。

回答No.2

noname#160321

ＰＶＡは水に良く溶けしかも粘度が高いのでＢＺ反応の空間的伝わり方を遅くして観測を容易にする効果があります。
ＢＺ反応は「自己触媒」の「周期的反応」でシャーレ上では渦巻きになることが多いです。
上記の触媒周期反応なので液相が乱されるとそこが「回転模様」の始点になり、複雑なパターンになります。
シャーレでも上手く静置しておくと渦巻きや同心円にならず、全液体が同時に色が変わる「時計反応」になります。

お礼

返答ありがとうございます。返事が遅くなり申し訳ございません。
『PVAが水に溶けやすい』ですがたしかに溶けやすいとは思うのですがたしかそれは『温水に溶けやすい』ではなかったでしょうか。PVAは固体で１粒しか使っていないのでこの場合は速度に変化はないのでしょうか。それとも少しは溶けていると思うのでそれが反映されペースメーカーを使用しない場合より遅くなるのでしょうか。再び質問すいません。

回答No.1

anthracene

傷というのはシャーレの引っかき傷ということですか？
だとしたら、傷から反応が始まるのは、ガラスの傷部分が触媒のような働きをしているためと考えられます。
ガラスに限らず、傷の部分は、他の表面とは異なった表面構造をしており、化学反応の開始点となることがあります。
BZ反応の場合も、詳細な機構は分かりませんが、ガラスの活性表面(傷）上で、振動反応が開始されるのではないでしょうか。
銀線の効果も同様だと思います。
金属表面（全部か、ガラスのように一部かは分かりませんが）上で、BZ反応が開始するのでしょう。

ほこりとPVAの効果は良く分かりませんね。
これらの高分子というかげるというか、そういった巨大粒子の表面にBZ反応の反応基質が濃縮されることで、ちょうど前述のガラス傷や金属表面と同じように反応が活性化されるのでしょうか。
そうだとすると、BZ反応の開始には触媒は不要で、界面上に基質を吸着させるなどして濃縮するようなことが必要だということでしょうか。

お礼

返答ありがとうございます。返事遅れてしまい大変申し訳ございません。
傷というのは仰るとおりシャーレの傷のことです。傷とホコリは私も同じ原理だと思うのですが、その部分だけ反応が活性化されてるのかもしれませんね。
銀線についても効果は同じかもしれませんが原理は違うと思うんです。たとえばアルミや銅線を使用したらどうかと考えますとアルミ・銅線では反応は起こりません。銀線が酸化を促しているらしいんです。逆に鉄線は酸化が起こりにくくなる。銀線、つまりAgがこの反応過程にどのようにかかわっているか、がちょっと疑問です。反応過程はけっこう膨大な量なので専門家じゃないとわからないかもしれないのですが…。
PVAについては質問後考えてみたのですがやはりわかりません。
もしかしたら少し溶けたことによって界面活性剤のような役割を果たしたのでしょうか。それによりそこだけ反応速度が早くなり模様が発生するんですかね。
『BZ反応の開始には触媒が不要』というのはもしかしたらそうかもしれません。記憶があやふやなのですがだいぶ前に酸化還元反応が目で見えるようにするため金属触媒を入れると聞いた記憶があります。絶対だ！とは言い切れないんですけどね。一応ご報告を。