En kemisk klocka är ett scenario där reagerande kemiska föreningar orsakar en plötslig, observerbar händelse efter en tidsfördröjning som kan ställas in relativt exakt genom att justera koncentrationerna av reaktanterna. Ofta indikeras händelsen av en färgförändring, men den kan ta någon annan form, såsom produktion av gas som orsakar brus. I vissa fall är förändringen cyklisk och innebär en lösning som periodiskt växlar mellan två eller flera tillstånd, vanligtvis indikerade med olika färger.
En av de enklaste kemiska klockorna är känd som ”jodklockans” reaktion. Två färglösa lösningar blandas och efter en paus blir den resulterande lösningen plötsligt mörkblå. I den vanligaste versionen av experimentet innehåller en lösning en utspädd blandning av svavelsyra och väteperoxid, och den andra en blandning av kaliumjodid, stärkelse och natriumtiosulfat. Vid blandning av lösningarna frigörs elementärt jod från kaliumjodiden, men en snabbare reaktion mellan jodet och natriumtiosulfatet omvandlar det tillbaka till färglösa jodidjoner. När allt tiosulfat har förbrukats kan jodet reagera med stärkelsen och bilda en mörkblå förening.
Cykliska, eller oscillerande, kemiska klockreaktioner är särskilt fascinerande. Normalt fortgår en kemisk reaktion i en riktning tills en jämviktspunkt uppnås. Efter detta kommer ingen ytterligare förändring att ske utan ingripande av någon annan faktor, såsom en temperaturförändring. Oscillerande reaktioner var till en början förbryllande eftersom de verkade trotsa denna regel genom att spontant flytta sig bort från jämvikt och återvända dit upprepade gånger. I verkligheten går den övergripande reaktionen mot jämvikt och stannar där, men i processen varierar koncentrationen av en eller flera reaktanter eller mellanprodukter på ett cykliskt sätt.
I en idealiserad oscillerande kemisk klocka finns det en reaktion som skapar en produkt och en annan reaktion som använder denna produkt, med koncentrationen av produkten som avgör vilken reaktion som äger rum. När koncentrationen är låg sker den första reaktionen, vilket gör mer av produkten. En ökning av produktens koncentration utlöser emellertid den andra reaktionen, vilket minskar koncentrationen och får den första reaktionen att äga rum. Detta resulterar i en cykel där de två konkurrerande reaktionerna bestämmer koncentrationen av en produkt, vilket i sin tur avgör vilken reaktion som kommer att ske. Efter ett antal cykler kommer blandningen att nå jämvikt och reaktionerna upphör.
En av de första cykliska kemiska klockorna observerades av William C. Bray 1921. Den involverade reaktionen av väteperoxid och ett jodatsalt. Undersökning av Bray och hans elev Hermann Liebhafsky visade att reduktionen av jodat till jod, med produktion av syre, och oxidationen av jod tillbaka till jodat skedde på ett periodiskt sätt med cykliska toppar i syreproduktion och jodkoncentration. Detta kom att bli känt som Bray-Liebhafsky-reaktionen.
På 1950- och 1960-talen undersökte biofysikerna Boris P. Belousov och, senare, Anatol M. Zhabotinsky en annan cyklisk reaktion som involverade periodisk oxidation och reduktion av ett ceriumsalt, vilket resulterade i oscillerande färgförändringar. Om Belousov-Zhabotinsky, eller BZ, reaktionen utförs med ett tunt lager av den kemiska blandningen, ses en anmärkningsvärd effekt, med små lokala fluktuationer i koncentrationerna av reaktanterna som leder till uppkomsten av komplexa mönster av spiraler och koncentriska cirklar. De kemiska processer som äger rum är mycket komplexa och involverar så många som 18 olika reaktioner.
Vetenskapsinstruktörerna Thomas S. Briggs och Warren C. Rauscsher, med hjälp av ovanstående reaktioner som grund, skapade en intressant trefärgad oscillerande kemisk klocka 1972. Briggs-Rauscher-reaktionen innehåller en lösning som periodiskt ändras från färglös till ljusbrun till mörkblå. Om den ställs in noggrant kan det ta 10-15 cykler innan den sätter sig i jämvikt i en mörkblå färg.
En ovanlig kemisk klocka som involverar förändringar av form snarare än färg är den kvicksilver som slår hjärtreaktionen. En droppe kvicksilver läggs till en lösning av kaliumdikromat i svavelsyra, och en järnspik placeras sedan nära kvicksilvret. En film av kvicksilver I-sulfat bildas på droppen, vilket minskar ytspänningen och får den att breda ut sig och vidröra järnspiken. När detta händer reducerar elektroner från nageln kvicksilver I-sulfatet tillbaka till kvicksilver, vilket återställer ytspänningen och gör att klumpen drar ihop sig igen och tappar kontakten med nageln. Processen upprepas många gånger, vilket resulterar i en cyklisk formförändring.
Kemiska klockreaktioner är ett område för pågående forskning. Speciellt cykliska eller oscillerande reaktioner är av stort intresse i studiet av kemisk kinetik och självorganiserande system. Det har spekulerats i att reaktioner av denna typ kan ha varit inblandade i livets uppkomst.