Jam kimia adalah skenario di mana senyawa kimia yang bereaksi menghasilkan peristiwa yang tiba-tiba dan dapat diamati setelah penundaan waktu yang dapat diatur secara relatif tepat dengan menyesuaikan konsentrasi reaktan. Seringkali peristiwa itu ditunjukkan dengan perubahan warna, tetapi bisa juga dalam bentuk lain, seperti produksi gas yang menyebabkan buih. Dalam beberapa kasus, perubahan bersifat siklis dan melibatkan solusi yang secara berkala beralih antara dua atau lebih keadaan, biasanya ditunjukkan dengan warna yang berbeda.
Salah satu jam kimia paling sederhana dikenal sebagai reaksi “jam yodium”. Dua larutan tidak berwarna dicampur dan setelah jeda, larutan yang dihasilkan tiba-tiba berubah menjadi biru tua. Dalam versi percobaan yang paling umum, satu larutan mengandung campuran encer asam sulfat dan hidrogen peroksida, dan larutan lainnya mengandung campuran kalium iodida, pati, dan natrium tiosulfat. Pada pencampuran larutan, unsur yodium dilepaskan dari kalium iodida, tetapi reaksi yang lebih cepat antara yodium dan natrium tiosulfat mengubahnya kembali menjadi ion iodida yang tidak berwarna. Ketika semua tiosulfat telah habis, iodin dapat bereaksi dengan pati untuk menghasilkan senyawa berwarna biru tua.
Siklik, atau berosilasi, reaksi jam kimia sangat menarik. Biasanya, reaksi kimia berlangsung dalam satu arah sampai titik kesetimbangan tercapai. Setelah ini, tidak ada perubahan lebih lanjut yang akan terjadi tanpa campur tangan dari beberapa faktor lain, seperti perubahan suhu. Reaksi berosilasi awalnya membingungkan karena tampaknya menentang aturan ini dengan secara spontan menjauh dari keseimbangan dan kembali ke sana berulang kali. Pada kenyataannya, reaksi keseluruhan berjalan menuju kesetimbangan dan tetap di sana, tetapi dalam prosesnya, konsentrasi satu atau lebih reaktan atau produk antara bervariasi dalam cara siklus.
Dalam jam kimia berosilasi ideal, ada reaksi yang menciptakan produk dan reaksi lain yang menggunakan produk ini, dengan konsentrasi produk menentukan reaksi mana yang terjadi. Ketika konsentrasinya rendah, reaksi pertama terjadi, menghasilkan lebih banyak produk. Peningkatan konsentrasi produk, bagaimanapun, memicu reaksi kedua, mengurangi konsentrasi dan mendorong reaksi pertama berlangsung. Ini menghasilkan siklus di mana dua reaksi yang bersaing menentukan konsentrasi suatu produk, yang pada gilirannya menentukan reaksi mana yang akan berlangsung. Setelah beberapa siklus, campuran akan mencapai kesetimbangan dan reaksi akan berhenti.
Salah satu jam kimia siklik pertama diamati oleh William C. Bray pada tahun 1921. Ini melibatkan reaksi hidrogen peroksida dan garam iodat. Penyelidikan oleh Bray dan muridnya Hermann Liebhafsky menunjukkan bahwa reduksi iodat menjadi yodium, dengan produksi oksigen, dan oksidasi yodium kembali menjadi iodat terjadi secara periodik dengan puncak siklik dalam produksi oksigen dan konsentrasi yodium. Ini kemudian dikenal sebagai reaksi Bray-Liebhafsky.
Pada 1950-an dan 1960-an, ahli biofisika Boris P. Belousov dan, kemudian, Anatol M. Zhabotinsky menyelidiki reaksi siklik lain yang melibatkan oksidasi periodik dan reduksi garam serium, menghasilkan perubahan warna yang berosilasi. Jika Belousov-Zhabotinsky, atau BZ, reaksi dilakukan dengan menggunakan lapisan tipis campuran kimia, efek yang luar biasa terlihat, dengan fluktuasi lokal kecil dalam konsentrasi reaktan yang mengarah pada munculnya pola spiral dan lingkaran konsentris yang kompleks. Proses kimia yang terjadi sangat kompleks, melibatkan sebanyak 18 reaksi berbeda.
Instruktur sains Thomas S. Briggs dan Warren C. Rauscsher, menggunakan reaksi di atas sebagai dasar, menciptakan jam kimia berosilasi tiga warna yang menarik pada tahun 1972. Reaksi Briggs-Rauscher menampilkan solusi yang secara berkala berubah dari tidak berwarna menjadi coklat muda menjadi biru tua. Jika diatur dengan hati-hati, mungkin ada 10-15 siklus sebelum mengendap ke dalam keseimbangan dalam warna biru tua.
Sebuah jam kimia yang tidak biasa yang melibatkan perubahan bentuk daripada warna adalah reaksi detak jantung merkuri. Setetes merkuri ditambahkan ke larutan kalium dikromat dalam asam sulfat, dan paku besi kemudian ditempatkan dekat dengan merkuri. Lapisan merkuri I sulfat terbentuk pada tetesan, mengurangi tegangan permukaan dan menyebabkannya menyebar dan menyentuh paku besi. Ketika ini terjadi, elektron dari paku mereduksi merkuri I sulfat kembali menjadi merkuri, memulihkan tegangan permukaan dan menyebabkan gumpalan berkontraksi lagi, kehilangan kontak dengan paku. Proses ini berulang berkali-kali, menghasilkan perubahan bentuk yang siklik.
Reaksi jam kimia adalah area penelitian yang sedang berlangsung. Reaksi siklik atau berosilasi khususnya sangat menarik dalam studi kinetika kimia dan sistem yang mengatur diri sendiri. Telah berspekulasi bahwa reaksi jenis ini mungkin terlibat dalam asal usul kehidupan.