Oscillerende chemie is altijd goed voor leuke experimenten. Bekend is de ‘chemische klok’; een oplossing waarvan de kleur gedurende enkele uren regelmatig van blauw naar paars omslaat – en weer terug. Een ander voorbeeld is een druppel kwik die in een bepaalde waterige oplossing als een miniscuul hart begint te kloppen wanneer er een spijkertje in wordt geprikt. Behalve aardig is oscillerende chemie ook heel relevant, bijvoorbeeld in industriële reactoren, waar ze vaak een ongewenst verschijnsel is.
De Duitse onderzoeksgroep, onderdeel van het Max Planck Gesellschaft, heeft nu een bijzondere chemisch/thermische/mechanische oscillatie aangetoond bij de katalytische reactie van zuurstof- en koolmonoxidegas tot kooldioxide op een platina katalysator. Het was de bedoeling met een infraroodcamera de reactiewarmte te meten op een zeer dunne platinafolie (slechts twee tienduizendste van een millimeter dik). De verwachte temperatuurstijging was enkele graden Celsius, maar opeens bleken fluctuaties van twintig tot dertig graden voor te komen. Met een gewone camera zagen de onderzoekers vervolgens dat de folie met tussenpozen van drie tot vier seconden drastisch vervormde.
Links de platinafolie in relatief gladde, rechts in sterk vervormde toestand. bron: Max Planck Gesellschaft
Samen met onderzoekers van de Amerikaanse universiteit van Princeton, die chemische reacties wiskundig kunnen modelleren, kwamen de onderzoekers tot de conclusie dat ze ongelooflijk geluk gehad hadden. Het effect blijkt alleen op te treden bij een hele precies verhouding tussen dikte en diameter van de folie, en slechts bij een vrij beperkte set van reactieparameters zoals temperatuur en gasdruk.
De modellering toonde aan dat de waargenomen effecten volledig chemisch te verklaren zijn: Bij de vorming van koolstofdioxide komt warmte vrij die tot vervorming van de folie leidt. De hogere temperatuur versnelt de reactie, met als gevolg dat de koolmonoxide in de buurt van de folie volledig wordt opgebruikt. Bij gebrek aan koolmonoxide stopt de productie van kooldioxide, de temperatuur daalt en de folie spant zich weer. Als er weer voldoende koolmonoxide naar de folie is gestroomd kan het proces weer van voren af aan beginnen.
De mazzel van de Duitse onderzoekers blijkt nog verder te gaan dan het ontdekken van de chemische oscillatie alleen. Het effect blijkt namelijk gebruikt te kunnen worden om de warmtehuishouding tijdens de chemische reactie heel nauwkeurig in kaart te brengen. De techniek daarvoor wordt inmiddels al toegepast in het Duitse onderzoek.