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振動反応
初出：2005.09.18 CHEMISTRY
１．振動反応
この実験はマグネチックスターラーで攪拌すると、溶液の色が茶色や無色になる反応です。このような色の振動は数分間続きます。
１ー１．器具と試薬
・１リットルのビーカー
・マグネチックスターラー
・臭素酸カリウム
・マロン酸
・濃硫酸
・硫酸マンガン
１−２．手順
１．マグネチックスターラーの上に大きなビーカーを置く。
２．ビーカーに水450mlと濃硫酸50mlを加える（注意）
３．溶液を攪拌しながら、スプーン3杯のマロン酸、スプーン2杯の臭素酸カリウム、およびスプーン１／４程度の硫酸マンガンを順に加える。
４．溶液はシューと音を立てて茶色に変わる。
５．数秒後からは色の振動が変わる。
※試薬の量は厳密でなくともよいので、スプーンに何杯と表示した。
１−３．反応
１．振動反応は非常に複雑な反応。この反応は20以上の化学式と18段階以上の反応機構を含むと考えられている。
２．この反応生成物には、CO2、蟻酸（HCOOH）ブロモマロン酸（BrCH(CO2H)2）を含む。
３．マンガンのいろいろな酸化状態が生成し、その振動につれて、無色と茶色になる。
☆このように振動反応は簡単にできるとても楽しい実験です。
もっときれいな色の振動反応をやりたい方は『実験による科学への招待（日本化学会 訳編）』に載っている振動反応(その２)や（その３）をやってみるといいかもしれません。
２．ベローゾフジャンボチンスキー反応
２−１．器具と試薬
・濃硫酸
・臭素酸ナトリウム
・マロン酸
・1,10−フェナントロリン
・硫酸第一鉄
・蒸留水
・シャーレ
・ビーカー等
２−２．準備
１．Ａ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlとり、臭素酸ナトリウム12.5gを溶かす。
２．Ｂ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlとり、臭化ナトリウム2.5gを溶かす。
３．Ｃ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlとり、マロン酸2.5gを溶かす。
４．Ｄ溶液：300mlビーカーに蒸留水50mlとり、濃硫酸17mlを加え更に蒸留水で薄めて100mlとする。
５．Ｅ溶液：300mlビーカーに蒸留水100mlとり、1,10−フェナントロリンを1.35gと、硫酸第一鉄を0.7gを溶かす。(フェロイン溶液という。)
２−３．手順
１．シャーレに、Ａ溶液を2ml、Ｂ溶液を1ml、Ｃ溶液を2ml、Ｄ溶液を1ml、順に加える。できあがった混合液1)は、生成した臭素のため黄色となるので、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。
２．黄色が消えたら、Ｅ溶液を1ml加える。溶液が青色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から、ＯＨＰの投射台に静置する。
３．観察しやすいようにシャーレの下に白い紙を置く。青色から赤紫色となった溶液に1つあるいは複数の青色の点が現れる。この点はゆっくりと成長し、しぱらくすると青色の点の中心が赤からオレンジ色となり、青色の環ができる。青色の環は次第に大きくなり、内側の赤?オレンジ色の部分カミ成長し、もう一つの青色の点が中心に現れる。青色の環と、赤からオレンジ色の環が交互に同心円上に成長する。
４．同心円のパターンをガラス棒で壊したり、ストローで吹きかけてやるとらせん状のパターンができ、成長していく。また、ろ 紙を小さな三角形の形に切り取り、液面に浮かべると、三角形状のパターンが次々と発生する。このように非常に簡単な操作で面白い現象を見ることが出来る。
５．液面が様々なパターンでゴチャゴチャしてきたら、シャーレをゆっくりと揺すって液を混合させると全体が赤〜オレンジ色になり、再度新しいパターンを作ることが出来る。ある程度経過すると、二酸化炭素の泡が出現して図形が見えにくくなる。
２−４．解説
振動反応は色が変化していくだけでなく、繰り返し反応が起こるという点で通常反応と非常に異なる。通常の反応では反応物の濃度が連続的に減少し、生成物の濃度が増大して平衡に達し、みかけ上反応は止まる。しかし、本反応ではいくつかの相互に関連しあった反応がフィードバック機構となり、濃度が平衡になることなく増加したり減少したりし、振動する。このような振動反応の詳しい反応機構はよくわかってはいない。
☆いかがでしたか？
文化祭当日、この実験がうまくできるかは心配ですが、頑張りますので、どうぞよろしくお願いします。
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