Autokatalyyttinen

Autokatalyyttinen tarkoittaa kemiallista reaktiota, jonka nopeus kasvaa sitä mukaa, kun syntyvä tuote toimii katalyyttinä itse reaktiolle. Tällaiset järjestelmät ovat usein epälineaarisia ja niihin liittyy positiivinen palaute, mikä voi johtaa nopean reaktionkeston kiihtymiseen, vaiheittaiseen etenemiseen tai erilaisiin dynamiikan tiloihin kuten oskillointeihin ja hetkittäisiin kiihtymyksiin.

Yleisin malli on reaktio A + B → 2B, jossa B on autokatalyytti. Nopeus voidaan kirjoittaa esimerkiksi v = k [A][B]. Jos B-alkutila on pienestä arvoista lähtien positiivinen, B lisääntyy ja A vähenee, jolloin reaktionopeus kasvaa merkittävästi. Tällöin tuotteen määrän kasvu voi noudattaa sigmoidista käyrää ja reaktio voi syödä nopeasti lähtöaineet loppuun.

Autokatalyyttisiä prosesseja voidaan tarkastella eri tasoilla: pelkkä autokatalyyttinen tapahtuma, jossa tuotteen itsensä katalysoi reaktiota, sekä monivaiheiset kiertokulut, joissa tuotteen muodostuminen vahvistaa koko katalyyttisen kierron. Reaktiot voivat olla herkkiä lähtötilanteille ja niihin liittyy usein nopeita muutoksia katalyyttisen hyötysuhteen ollessa korkealla.

Esimerkkejä ja merkityksiä on sekä teoreettisessa kimalluksessa että käytännössä. Biokemialliset ja geokemialliset autokatalyyttiset järjestelmät ovat keskeisiä malleja elämän alkukehityksen dynamiiikassa, ja Belousov–Zhabotinsky-reaktio on tunnettu kokeellinen esimerkki, jossa autokatalyyttiset palauteet johtavat rytmisiin muutoksiin. Teoreettisesti autokatalyysilla on tärkeä rooli dynamiikan, järjestelmien itsesäätelyn ja osittain myös reaktioturvallisuuden tutkimuksessa.