ANALISIS JURNAL INTERNASIONAL KIMIA

FAUZIAH HARSYAH
8136142009

The Belousov−Zhabotinskii Reaction: Improving the Oregonator Model with the Arrhenius Equation

Reaksi Belousov-Zhabotinskii : Meningkatkan Model Oregonator dengan Persamaan Arrhenius

Miguel Aller Pellitero, Carlos Álvarez Lamsfus, and Javier Borge*
Departamento de Química Física y Analítica, Universidad de Oviedo, C/Julián Clavería 8, 33006 Oviedo, Spain

Abstrak: Reaksi kimia berosilasi (OCRs) telah dikenal  sejak 1828, dengan Belousov-Zhabotinskii (BZ) reaksi yang mempelajari contoh. OCRs telah menjadi semakin penting tidak hanya dalam kimia, namun juga dalam biologi karena mereka adalah dasar dari beberapa  fenomena signifikan: glikolisis, transmisi sinyal saraf, detak jantung, dan sebagainya. Reaksi BZ telah diteliti baik secara eksperimen dan secara teoritis. Osilasi Temporal muncul dalam kedua kasus, tapi perbedaan yang ditemukan antara hasil eksperimen dan teoritis perhitungan. Artikel ini membahas perbedaan dengan menggambarkan (i)  prosedur eksperimental sederhana, jelas, dan murah untuk melaksanakan reaksi dan menentukan periode osilasi dan (ii) yang metodologi inovatif meliputi pengaruh suhu pada model asli menggunakan persamaan Arrhenius. Persamaan yang dihasilkan  dari pendekatan ini dapat dengan mudah dipecahkan dengan bantuan MATLAB. Selain itu, sebuah antarmuka grafis yang ramah telah  dikembangkan yang menyoroti efek pada sistem berosilasi disebabkan oleh perubahan parameter yang berbeda. Efek dari  Suhu yang dihasilkan selama reaksi juga dianalisis. Analisis ini mengungkapkan variasi suhu: merupakan isu yang relevan bahwa  model teoritis tidak membayangkan. Latihan ini cocok untuk siswa tingkat atas kimia fisik.
Persamaan kimia dapat mewakili baik mikroskopis benar proses atau hasil keseluruhan serangkaian proses mikroskopis. Dalam kasus pertama, dinyatakan bahwa persamaan kimia merupakan reaksi kimia dasar. Dalam kasus kedua, kami memiliki reaksi kimia yang kompleks. Sebuah OCR adalah reaksi kimia yang kompleks bergerak menuju ekuilibrium sebagai konsentrasi reaktan menurun dan orang-orang dari produk peningkatan, namun beberapa intermediet dapat menjalani osilasi dalam mereka konsentrasi. Artikel ini bertujuan untuk mempromosikan reaksi dan konten terletak di antara penjelasan singkat diberikan dalam buku teks dan perkembangan yang kompleks, baik eksperimental dan teoritis, yang ditemukan dalam artikel penelitian. Latihan ini terstruktur berikut tempat dari metode ilmiah.
1.    Percobaan tertentu diusulkan: reaksi BZ. Beberapa pilihan yang ada akan melakukan reaksi (konsentrasi awal reagen dan suhu). Beberapa metode secara kuantitatif mencatat osilasi disajikan. para siswa berpartisipasi aktif dalam desain percobaan, menentukan sejumlah percobaan yang akan dijalankan (tergantung pada waktu tersedia), kondisi spesifik dari percobaan, dan teknik yang digunakan untuk merekam osilasi.
2.    Teoritis Model harus dirumuskan untuk menjelaskan pengamatan direkam. Usulan awal akan menjadi Oregonator. Perbedaan antara Oregonator dan eksperimental Hasil dapat diminimalkan pada langkah ketiga, inti dari ini olahraga, meningkatkan model dengan persamaan yang sederhana seperti Hukum Arrhenius. Latihan ini untuk siswa kimia fisika pada tahun terakhir studi mereka setelah mereka memperoleh konsep dasar kinetika kimia dan keterampilan matematika terkait dengan mereka selama tahun pertama studi mereka.

EKSPERIMEN
Prosedur
Reaksi oksidasi katalitik BZ, dengan adanya sebuah  asam kuat, dari spesies organik dengan bromate anion, BrO3, Asam malonat, CH2(COOH)2, adalah spesies organik yang dipilih. Katalis adalah pasangan Ce4 + - Ce3 +. Asam sulfat, H2SO4, digunakan untuk mendapatkan kondisi asam kuat.
Pilihan yang berbeda dari spesies organik, katalis, atau  asam timbal yang kuat untuk beberapa varian reaksi BZ. Kehadiran bromida anion (Br-) dalam media reaksi adalah  penting untuk mengurangi anion bromat dan menghasilkan bromin  (Br2), agen pengoksidasi sebenarnya asam malonat. bromide anion sering hadir sebagai pengotor yang terkait dengan bromate, sehingga dalam kasus tersebut dimasukkan itu tidak perlu. Kualitas reagen umum digunakan saat ini membuat penambahan kecil jumlah bromida diperlukan.
Sebuah  termostat telah digunakan untuk menjaga suhu air disesuaikan dengan nilai yang ditetapkan, satu yang reaksi akan dilakukan. Karena kesetimbangan termal dengan lingkungan lambat, tiga solusi harus dipersiapkan sebelumnya. Setelah tiga solusi  mencapai kesetimbangan termal dengan atmosfer, reaksi dimulai dengan mencampur sama volume (30 mL) dari tiga solusi dalam gelas. Campuran reaksi diaduk dengan laju yang konstan untuk mencegah penampilan proses organisasi spasial, yang membuat  periodisitas osilasi sementara lebih stabil. osilasi dimulai setelah periode awal di mana tidak ada yang terdeteksi oleh mata telanjang (media reaksi tampaknya tidak berubah), yang merupakan dikenal sebagai periode induksi. Meskipun osilasi dideteksi dengan mata telanjang (salah satu fenomena terkait dengan osilasi perubahan warna, dari kuning Ce4+ untuk tidak berwarna Ce3+), pemantauan instrumental diperlukan untuk mendapatkan nilai yang akurat periode. Perhatikan bahwa Ce4+ (Zat yang konsentrasinya berosilasi) bukanlah reaktan atau produk; bukan, itu adalah katalis. Sebagai reaksi melibatkan zat berwarna, adalah mungkin untuk menggunakan spektrofotometer untuk melacak osilasi. Kebutuhan pengadukan konstan mempersulit eksperimental  setup, meskipun baru-baru ini, spektrofotometer relatif sederhana yang tersedia yang memungkinkan aduk di dalam sampel holder.

HASIL
Potensi, E, mencapai nilai maksimum (hanya di  awal reaksi) dan kemudian menurun lancar sampai osilasi mulai. Osilasi bertahan di luar  waktu (osilasi yang terdeteksi setelah 18 000  s). Kehadiran osilasi setelah waktu itu tidak berarti bahwa periode osilasi tetap invarian. Perubahan  periode osilasi dari waktu ke waktu tersebut diberikan, antara lain, ke sistem eksperimental tertutup berkaitan dengan cairan dan terlarut reaktan dan produk tetapi terbuka untuk karbon dioksida, yang bebas untuk melarikan diri dari gelas. Jarak rata-rata antara puncak yang dipilih, τexp / s, dipilih sebagai periode reaksi.

Sebuah peningkatan [BrO3 -] menyebabkan penurunan pada periode osilasi.
Menjaga konsentrasi awal yang sama dari reagen (percobaan 1, 2, dan 3 atau percobaan 4, 5, dan 6), peningkatan suhu menyebabkan penurunan pada periode osilasi. dimana f adalah faktor stoikiometri ; nilainya harus dalam kisaran tertentu ( untuk memastikan adanya osilasi ) dan tergantung pada konsentrasi bromat , dan beberapa faktor lainnya. Reaksi BZ ( eq 1 ) bukanlah jumlah lima persamaan ini , karena ini adalah sebuah model , bukan mekanisme yang benar . Pada 293,15 K , nilai-nilai konstanta laju adalah : 32,33
Hukum Arrhenius dan Oregonator
    Hal ini lebih mudah untuk menghitung di muka, pada suhu kerja, kinetik konstanta menggunakan persamaan Arrhenius dan memecahkan asli sistem persamaan dengan menggunakan nilai baru ( menghilangkan , dari Tentu saja , perubahan variabel ) . Menerapkan Arrhenius Persamaan membutuhkan pengetahuan energi aktivasi pada referensi suhu . Energi aktivasi , yang dilaporkan oleh Pullela etal.34 pada 293,15 K.

    Asalkan kisaran suhu yang akan dieksplorasi kecil , dan selalu dekat dengan suhu kamar , ketergantungan dari energi aktivasi dengan suhu diabaikan . Script oregonator.m juga diterapkan pada dua eksperimen di mana gelas reaksi adalah kontak langsung dengan atmosfer . Sangat menarik untuk dicatat bahwa dalam kedua kasus ini kesalahan jauh lebih jelas daripada yang lain empat percobaan . Hal ini tidak mengherankan , karena dalam percobaan 2 dan 5 lingkungan tidak disimpan pada suhu konstan dan model teoritis yang digunakan ( Oregonator ) mengasumsikan ketetapan suhu.
    Keenam contoh menunjukkan bahwa masuknya suhu sebagai variabel secara signifikan meningkatkan hasil . Tanpa persamaan Arrhenius ,Oregonator hanya bisa memprediksi nilai tunggal.
Meskipun prediksi Oregonator dengan persamaan Arrhenius jauh lebih baik daripada aplikasi langsung tanpa persamaan Arrhenius , kesalahan masih ada ( yang lebih tinggi untuk set A ) antara model perbaikan ( garis hijau ) dan nilai-nilai eksperimental ( garis biru ) . Asal-usul kesalahan ini biasanya disebabkan dua faktor :
a)    Oregonator hanya versi sederhana dari yang benar mekanisme
b)    Persamaan Arrhenius digunakan di sebagian besar SD yang membentuk , dengan asumsi bahwa energi aktivasi tidak berubah dengan suhu.
Tapi ada faktor ketiga yang sering diabaikan yang tidak boleh dilupakan . Telah dipertahankan selama pekerjaan ini bahwa Suhu di dalam gelas reaksi harus tetap konstan untuk menghindari perubahan dalam konstanta kinetik . Singkatnya , kimia umpan balik telah diterima dan umpan balik termal telah ditolak . Namun, ada beberapa perubahan entalpi nol terkait dengan tiga proses : campuran awal reaktan segera dihapus dari sistem , asumsi suhu konstan menghilang dan mekanisme ( atau model) harus memasukkan persamaan diferensial tambahan yang mengontrol perpindahan panas antara sistem dan lingkungan . Gelas reaksi telah terendam dalam Mandi air ( dalam empat percobaan ) , yang mencoba untuk meminimalkan efek ini , tetapi tidak dapat membatalkan mereka sepenuhnya , seperti yang akan sekarang akan ditampilkan .

Kesimpulan
BZ reaksi merupakan proses yang kompleks yang tidak dapat sepenuhnya dijelaskan dengan model matematika sederhana , seperti Oregonator ( model tidak pernah bisa bersaing dengan mekanisme ) . Namun, latihan ini menunjukkan bahwa Oregonator dapat meningkat secara signifikan dengan mempertimbangkan efek suhu dengan persamaan yang sederhana seperti hukum Arrhenius . Siswa harus memahami pentingnya kritis suhu pada kinetika kimia dan juga bagaimana untuk memperhitungkan dampaknya menggunakan model matematika sederhana . Sebuah lagu termal rinci reaksi menunjukkan kehadiran tidak dapat dihindari dari suhu fluktuasi . Hal ini membatasi kualitas data yang baru dikombinasikan Model ( Oregonator + Arrhenius ) dapat menghasilkan karena mengasumsikan invariance ketat suhu . Pengembangan simulator interaktif ( oregonatorg.m ) memungkinkan cepat perbandingan antara hasil teoritis baru model yang diusulkan dan data eksperimen . Ada juga telah telah didirikan resep yang jelas , sederhana dan murah , untuk mengukur secara akurat periode osilasi reaksi BZ.