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一、提要
本文介绍了B-Z体系的浓度振荡及空间化学波现象，并利用FKN模型对振荡要理地行了讨论。
在大多数化学反应中，生成物或反应物的浓度随时间而单调地增加（生成物）或减少（反应物），最终达到平衡状态。反应
的过程却并非如此，在该反应的过程中可明显地观察到Ce4+浓度的周期变化现象，同时也可测到反应过程中Br-生成的周期振荡现象。苏联化学家Belousov在1958的首次发现了这类反应[1]，几年后Zhabotinsky等人对这类反应又进行了深入的研究，将反应的范围大大扩展[2]，这类反应被称为B-Z反应。锰离子或三邻菲啰啉合铁（II）离子均可作为这类反应的催化剂。
图27-1是实验测得的B-Z体系典型铈离子和溴离子浓度的振荡曲线。
为什么会产生化学振荡现象呢？60年代末Prigogine学派对不可逆过程热力学的突破性研究成果，使得人们真正了解了化学振荡产生的原因，即体系处于平衡态的非线性区时，无序的均匀态并不总是稳定的，在某些条件下，无序的均匀定态会失去稳定性而自发产生某种新的、可能是时空有序的状态。因为这种状态的形成需要物质和能量的耗散，所以把这种状态称之为耗散结构（dissipative
structure）[3]。
二、仪器、药品
1．仪器：振荡装置（图27-2）烧杯（50cm33个，150mL1个，1000cm31个）量筒（10cm31个，100cm3个）培养皿（9cm）。
2．药品（均匀分析纯）
酸：H2SO4(浓)
固体：CH2(COOH)2 邻菲啰啉 FeSO4·7H2O KBrO3
(NH4)2Ce(NO3)6
三、实验部分
1.浓度振荡现象的观察
在100mL烧杯中，先倒入600mL去离子水，再依次溶入16g丙二酸（s）、6g KBrO3(s)、3mL邻菲啰啉亚铁指示剂（邻菲啰0.135g，FeSO4·7H2O(s)
0.07g溶于10mL去离子水而成），0.5g（NH4）2Ce(NO3)6(s)，再在搅拌条件下加26mL H2SO4（浓），静置片刻后即可发现溶液颜色先由红变蓝，又由蓝变红，开始出现周期振荡现象（如不加邻菲啰啉亚铁指示剂，则颜色在无色和黄色之间振荡）。
2.空间化学波现象的观察
先配制种溶液：将3mL H2SO4（浓）和11g KBrO3(S)溶解在134mL去离子水中制得溶液I；将1.1g KBrO3(s)溶解在10cm3去离子水中制得溶液Ⅱ；将2g丙二酸(s)溶在20cm3去离子水中制得溶液Ⅲ。接着在一小烧杯中先加入18cm3溶液I，再加入1.5cm3溶液Ⅱ和3cm3溶液Ⅲ，待溶液澄清后，再加入3cm3邻菲啰啉亚铁指示剂（配制方法同上），充分混合后，倒入一直径为9cm的培养皿中，将培养皿水平放在桌面上盖上盖子，下面放一张白纸以利观察。培养皿中的溶液先呈均匀的红色，片刻后溶液中出现蓝点，并成环状向外扩展，形成各种同心圆式图案。如果倾斜培养皿使一些同心圆破坏，则可观察到螺旋式图案的形成，这些图案同样能向四周扩展。
图27-2 振荡装置实物图
四、结果与讨论
B-Z振荡反应的机理是复杂的，对用铈催化的B-Z反应，1972年Field,Koros及Noyes提出了著名的FKN机理[4]，它比较成功地解释了振荡的产生。
设该体系中主要存在着两种不同的总过程I和II，哪一种过程占优势，取决于体系中溴离子的浓度，当c(Br‑)高于某个临界值时，过程I占优势，当c(Br-)低于临界值时，过程II占优势。过程I消耗Br‑导致过程II，而过程II生产Br-又使体系回到过程I，如此循环就产生了化学振荡现象。
用铈催化的B-Z反应机理大致可认为如下：当c(Br-)较大时，发生下列反应：
 （1）
 （2）
反应（1）、（2）使c(Br)-逐渐降低，这两个反应属于这程I。
当c(Br-)低于临界值后，发生如反应：
 （3）
 （4）
 （5）
上述反应生成的Ce4+又促使产生Br-：
 （6）
于是c(Br-)又增大，上述（3）、（4）、（5）和（6）式属于过程II。当c(Br-)超过临界值时，反应（1）、（2）又开始进行，体系开始一个新的循环，这样的循环就产生了周期性的振荡现象，该反应的振荡周期约为30秒钟。
上述振荡反应的净化学变化是：
随着反应的进行， 的浓度逐渐减小，CO2气体不断放出，体系的能量与物质逐渐耗散，如果不补充新的原料最终导致振荡结束。
五、参考文献
1.B.P.Belousov,Sb,Ref.Radiats,Med.,Medgiz
Moscow,145(1958).
2.A.M.Zhabotinsky,Dokl.Akad.Nauk.SSSR,157,392(1964).
3.I.Prigogine,Dissipative Structures in
Chemical System,Fifth Nobel,Symp,New York,John
Willy and Sons,Inc.,371(1967).
4.R.J.Field,E.Koros and
R.M.Noyes,J.Am.Chem.Soc.,94,8649(1972).
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