ルテニウム(II)錯体触媒によるベル-ゾフ・ザボチンスキー反応の光変調

• Project/Area Number: 07832014
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 非線形科学
• Research Institution: Nara University of Education
• Principal Investigator: 松村 竹子 奈良教育大学, 教育学部, 教授 (60031556)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤原 公昭 奈良教育大学, 教育実践研究指導センター, 教授 (80263416)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 1995: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: B-Z反応 / 振動反応 / 光変調 / ルテニウム(II)錯体 / 空間振動 / 化学的画像処理

Research Abstract

ルテニウム(II)錯体を触媒とするベル-ゾフ・ザボチンスキー(B-Z)反応の光変調の化学的要因を解明し、化学反応機構の一般化をはかることを目的に研究を進めた。
B-Z反応は、光感受性触媒存在下で、光照射すると、種々に光変調を惹く起こす。
例えば、光照射によるB-Z化学振動の停止、振動周期の変化等がある。
本研究では、光変調が顕著な反応系について、光変調の様子と支配因子について検討した。主な結果について述べる。
1:薄層溶液におけるB-Z反応の光変調-暗部(マスク)から発生する化学波に及ぼすマロン酸濃度の影響-
ペトリ皿中でB-Z反応を行なわせると、化学振動の空間伝播によって化学波が発生するが、光照射下、中央部にマスク(暗部)を置くと、マスクがペースメーカーとなって、化学波が発生し、光照射部にむかって伝播する。この化学波の像を実体顕微鏡を通してCCDカメラで追跡し、化学波の波長、伝播速度等とB-Z試薬濃度との関係を調べた。この反応系でマロン酸濃度によって光効果が影響されることが分った。高濃度のマロン酸存在下では、化学波の波長が短く、伝播速度はおそく、B-Z反応におけるRu(II)→Ru(III)→Ru(II)の反応速度が早くなる。結果として、短波長で輪郭がはっきりした化学波像が観察される。この化学波の光変調はB-Z反応による光情報の変換としての基礎として重要であり、制御因子としてのマロン酸の重要性が明らかになった。
2:フロー系(CSTR)における光変調と制御因子
CST系の光変調において臭化物イオン(Br^-)の役割が重要である。反応系にBr^-を添加して良く混合した条件で反応を行なわせると、光変調効果が増し、少ない光量で反応が停止する。
これらの結果を纏めて、日本化学会、アメリカ化学会誌に投稿する予定である。
また、パルス光照射下では光変調は化学振動の位相変化として現れ、Br^-を添加しない時には、位相の前進が生ず、Br^-共存下では位相が遅延する。この場合Br^-添加によって生じた、臭化マロン酸が光変調による位相の遅れや、振動停止に重要な役割をになっていることが分った。