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自己触媒作用

1920
  • Alfred J. Lotka
実験室でガラス器具と化学反応を使って自己触媒作用を研究する化学者。.

(画像はイメージです)

自己触媒反応とは、反応生成物の1つが、同じ反応または関連する反応の触媒としても機能する化学反応のことである。これにより正のフィードバックループが形成され、反応速度が加速する。反応速度は最初は遅いが、生成物(触媒)の濃度が増加するにつれて上昇し、多くの場合、シグモイド(S字型)の反応速度曲線を示す。

A + B → 2B という単純な自己触媒反応では、生成物 B が自身の生成を触媒します。このような反応の速度式は、多くの場合全体として二次反応であり、例えば [latex]frac{d[B]}{dt} = k[A][B][/latex] となります。反応速度が最初に最も高く、反応物が消費されるにつれて低下する標準的な一次または二次反応とは異なり、自己触媒反応の速度は、最初は生成物/触媒 [B] の低濃度によって制限されます。[B] が増加すると、速度は加速し、反応物 [A] が枯渇するにつれて再び減速する前に最大値に達します。この挙動は、生物学的複製や個体群動態など、多くの複雑なシステムに特徴的です。

Autocatalysis is a key concept in understanding systems far from thermodynamic equilibrium. It is a prerequisite for creating temporal or spatial patterns, such as those seen in oscillating reactions (e.g., Belousov-Zhabotinsky reaction) where concentrations of intermediates fluctuate periodically, or in reaction-diffusion systems that can generate stationary spatial patterns (Turing patterns). These phenomena challenge the simple notion of reactions proceeding smoothly to equilibrium and are fundamental to theories about self-organization and the emergence of complex structures, including theories on the origin of life where self-replicating molecules like RNA could have emerged through autocatalytic cycles.

UNESCO Nomenclature: 2202
物理化学

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • 化学反応速度論の基本原理
  • 化学における周期現象の観察(リーゼガング環)
  • アルフレッド・J・ロトカによる化学振動に関する理論的研究
  • ボリス・ベロウソフによるBZ反応の発見

アプリケーション

  • 生命の起源に関するモデル(RNAワールド仮説)
  • ベロウソフ・ジャボチンスキー反応のような振動する化学反応
  • depolymerization of some plastics
  • 「スズペスト」:白色から灰色のスズへの相転移
  • 血液凝固などの生物学的プロセス

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:自己触媒作用、正のフィードバック、シグモイド曲線、反応速度論、振動反応、ベロウソフ=ジャボチンスキーの原理、自己複製、生命の起源、非平衡熱力学、チューリングパターン。

歴史的背景

自己触媒作用

1918
1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1917
1918
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1924
1925

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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