Mathematics Physics Chemistry Biology Cardiology jandur.cz My Last 20 Years Publication  
Chemické oscilace a vlny

Chemické oscilace
Chemické oscilační reakce jsou autokatalytické reakce, u nichž se s autokatalytickou látkou vytváří postupně látka, která reakci naopak inhibuje. Výsledkem jsou periodické oscilace koncentrací jednotlivých chemických komponent, včetně jednotlivých forem redoxních katalyzátorů. Pokud jsou katalyzátory barevné ionty, můžeme celou reakci sledovat jako efektní chemický experiment - periodicky se zabarvující reakční směs ("chemické hodiny"). Nejznámější chemickou oscilační reakcí je Bělousovova - Žabotinského reakce.

        

S chemickými oscilacemi se můžeme stetkat i živé přírodě (resp. biochemii). Nacházíme je na úrovni enzymatických reakcí i na úrovni exprese genetické informace. Vývoj života na Zemi byl poznamenán cyklickými interakcemi mezi Sluncem, Zemí a Měsícem. Existence rytmických změn v žijících organismech je známkou adaptace na tyto vztahy.

Oscilační reakce:  Bromičnanové
        Jodičnanové           Jiné

                Enzymatické oscilace              Epigenetické oscilace


Chemické vlny
Vznik chemických vln můžeme pozorovat v tenké vrstvě reakčního média pro Bělousovovu - Žabotinského reakci. Chemickou vlnou se pak rozumí šíření změny lokální koncentrace vrstvou reakčního systému. Chemické vlny patří do skupiny reakčně difúzních systémů, které nacházíme krom chemie v oblastech fyziky (růst krystalu, tuhnutí látek, modelování plazmatu), biologie (morfogeneze, vznik barevných vzorů u mnoha živočichů (na schránkách měkkýšů, u tropických ryb či na kůži některých savců), ekologie i v jiných vědách.

                

Všechny tyto jevy můžeme popsat jednotným matematickým formalismem – pomocí reakčně difúzních rovnic.V biochemii je daleko nejznámějším příkladem reakčně difúzního systémů životní cyklus hlenky Dictyostelium discoideum. Původně stejnocenné buňky se postupně shlukují a vytváří mnohobuněčného jedince, který je schopen koordinovaného pohybu. Mechanizmus je ekvivalentní chemickým vlnám.

          Chemické vlny               Cyklus hlenky (Dictyostelium)

   Vznik barevných vzorů v přírodě              Teorie RD systémů

Barevnost organických látek

Jedním z důvodů barevnosti látke je absorpce světla - pozorovaná barva je doplňková k barvě absorbované. Molekula látky přijímá takové kvantum světelné energie, která se rovná přechodu molekuly ze základního do vzbuzeného stavu (to odpovídá přechodu z jedné energetické hladiny na druhou). Odpovídající excitační energie je podle Planckova vztahu přímo úměrná frekvenci resp. vlnové délce. Meze, ve kterých se jeví látka barevná, odpovídají hodnotám relativně nízké excitační energie.

   Absorpce látek     Teorie barevnosti
    Přehled barviv


                      

Toho je dosaženo u třech skupin chemických látek: anorganických látek tvořené přechodnými kovy, komplexních sloučenin a u organických látek obsahující systém konjugovaných dvojných vazeb. V živé přírodě se nejvíce uplatňuje poslední skupina tj. organické látky s konjugovanými dvojnými vazbami. Chemicky se jedná se o nevelký počet typů molekul a jejich derivátů. Mezi nejvýznamnější patří karotenoidy, chinonová, pyranová, indolová, pyrolová a pteridinová barviva.

    Karotenoidy                Indolová               Pyrrolová

    Pyranová                    Pteridinová          Chinolonová



                      
Některé z těchto látek mají významnou biologickou funkci: Zrakový pigment rhodopsin umožňuje vnímání světla u většiny živočichů. Karotenoidy spolu s chlorofylem přijímají sluneční energii při fotosyntéze, umožňující tak život mnoha organizmů na Zemi. Hem jako součást krevních barviv umožňuje transport kyslíku a oxidu uhličitého v krevním systému. Melanin tvoří pigmentovou vrstvu sítnice, a tak umožňuje vidění. Zesiluje buněčné stěny rostlin a kutikulu hmyzu.
                     

   
Princip zrakového vjemu              Zrakové pigmenty


    Historie používání barviv              Potravinářská barviva
  Česká chemické společnost

Chemie (vzdělávací portál)

Chemická olympiáda

Stránky J Preislera (luminiscence)


Chemické stránky Michaela Canova

Chemické listy

Projekt chemické světlo

Chemické pokusy (M.Hrubý) (pdf)

Chemie ve stanici přírodovědců


Historie chemie