thumb|300px|Wykres potencjału elektrodowego na elektrodzie srebrowej podczas przebiegu reakcji BZ, z półogniwem Ag/AgNO3 jako odniesieniem
Reakcja Biełousowa-Żabotyńskiego (BZR z ang. Belousov-Zhabotinsky reaction) – oscylacyjna reakcja chemiczna występująca w wodnym roztworze w temperaturze pokojowej, w której występują okresowe zmiany barwy roztworu z okresem około jednej minuty.
W reakcji tej miesza się trzy wyjściowe roztwory wodne, które zaraz po zmieszaniu dają barwę zieloną, która po chwili przechodzi w niebieską, purpurową, czerwoną aż do powrotu do zieleni. Roztworami tymi są: 0,23 M bromian potasu (KBrO3) 0,31 M kwas malonowy (lub kwas cytrynowy) + 0,059 M bromek potasu (KBr) 0,019 M (NH4)2Ce(NO3)6 + 2,7 M H2SO4 Oprócz tego do układu reakcji dodaje się niewielką ilość ferroiny, która zmienia barwę w wyniku ubocznej reakcji redoks, lecz nie wpływa bezpośrednio na przebieg całego procesu.
W sprzyjających warunkach, przy bardzo dokładnym utrzymaniu proporcji i przy zachowaniu idealnej czystości, cykl powtarza się kilkanaście razy.
Historia W latach 50. XX wieku Boris Pawłowicz Biełousow zaobserwował periodyczne zmiany stężenia podczas badań reakcji kwasu cytrynowego z bromkiem potasu (KBr) w obecności soli ceru (np. siarczanu ceru(III) Ce2(SO4)3).
W latach sześćdziesiątych systematyczne badania nad reakcją odkrytą przez Biełousowa podjął Anatol Żabotyński. Określił on dokładnie warunki, w jakich reakcja ta może przebiegać.
Mechanizm reakcji Biełousowa-Żabotyńskiego Sumarycznie reakcja ta sprowadza się do odwracalnego utlenienia kwasu malonowego do dwutlenku węgla przez jony bromianowe, zaś jony ceru pełnią w procesie rolę katalizatora:
W istocie jednak reakcja ta składa się z dwóch procesów zachodzących cyklicznie jeden po drugim:
Pierwszy proces przebiega sumarycznie według równania: (A) i składa się z następujących reakcji elementarnych:
Powstający brom reaguje z kwasem malonowym według równania:
Druga reakcja przebiega sumarycznie następująco: (B)
i składa się z następujących aktów elementarnych:
Kluczowy wpływ na zmianę barwy ma cykliczna zmiana stężenia jonów i , które sumarycznie można przedstawić w formie następującego równania:
Powstające jony ceru utleniają atomy żelaza(II) do żelaza(III). Jony są bezbarwne, jony posiadają intensywnie żółtą barwę. Kompleks ferroiny z atomami żelaza(II) ma barwę czerwoną, zaś z atomami żelaza(III) – niebieską. Kombinacja żółtej barwy jonów i niebieskiej kompleksu ferroiny z atomami żelaza(III) daje w efekcie barwę zieloną.
Cykliczne zmiany stężenia jonów i wynikają z następującej kombinacji zjawisk: reakcja (B) ma charakter autokatalityczny – początkowo zatem przebiega bardzo powoli, aby w pewnym momencie nagle gwałtownie przyspieszyć; reakcja (A) zachodzi przy odpowiednio wysokim, granicznym stężeniu jonów bromianowych (), które są generowanie w reakcji (B). Stężenie początkowych roztworów jest tak dobrane, aby najpierw zaszła szybko reakcja (A), zanim reakcja (B) zdąży nabrać tempa i jednocześnie tak, aby reakcja (B) zdążyła się „rozpędzić”, zanim w układzie całkowicie nie zanikną jony bromkowe i . W związku z tym w układzie dominuje najpierw reakcja (A), która nie ma bezpośredniego wpływu na zmianę barwy, a następnie większą rolę zaczyna odgrywać reakcja (B), która jednak jednocześnie dostarcza substratu dla reakcji (A), co po pewnym czasie powoduje ponowne przyspieszenie (A) i spowolnienie (B).
Literatura przedmiotu
Przypisy B.P. Belousov, Периодически действующая реакция и ее механизм. [Reakcje periodyczne i ich mechanizm]. Сборник рефератов по радиационной медицине (Kompilacja abstraktów chemii medycznej), 147:145, 1959. A.M. Zhabotinsky, Периодический процесс окисления малоновой кислоты растворе (исследование кинетики реакции Белоусова). [Procesy periodyczne utleniania kwasu malonowego w fazie ciekłej], Биофизика [Biofizika], 9:306–311, 1964.
Biełousowa-Żabotyńskiego