VIBRATIONAL REACTIONS, kumplikadong mga kemikal na reaksyon na nailalarawan sa pamamagitan ng pagbabagu-bago (karamihan ay pana-panahon) sa mga konsentrasyon ng ilang intermediate compound at, nang naaayon, ang mga rate ng pagbabago ng mga compound na ito. Ang mga reaksyon ng vibrational ay sinusunod sa gas o liquid phase, at gayundin (lalo na madalas) sa interface sa pagitan ng mga phase na ito at ng solid phase. Ang dahilan para sa paglitaw ng pagbabagu-bago ng konsentrasyon ay ang pagkakaroon ng feedback sa pagitan ng mga indibidwal na yugto ng isang kumplikadong reaksyon. Ang mga oscillatory na reaksyon ay inuri bilang mga prosesong may positibong (catalytic na pagkilos ng mga intermediate o huling produkto ng reaksyon) o negatibo (nagbabawal na pagkilos ng mga intermediate o huling produkto) na feedback.

Sa unang pagkakataon, ang isang oscillatory reaction, na ipinakita sa anyo ng mga panaka-nakang pagkislap ng liwanag sa panahon ng oksihenasyon ng singaw ng posporus, ay naobserbahan sa pagtatapos ng ika-17 siglo ni R. Boyle. Noong 1921, unang inilarawan ng Amerikanong chemist na si W. Bray ang liquid-phase oscillatory decomposition ng hydrogen peroxide na na-catalyzed ng iodates. Noong 1951, napansin ng Russian chemist na si B.P. Belousov ang mga pagbabago-bago sa mga konsentrasyon ng na-oxidized at nabawasan na mga form ng catalyst - cerium sa reaksyon ng pakikipag-ugnayan ng citric acid sa mga bromate. Ang mga pagbabagu-bago ay maaaring makita nang biswal sa pamamagitan ng pagbabago ng kulay ng solusyon mula sa walang kulay hanggang dilaw (dahil sa paglipat ng Ce 3+ → Ce 4+); panahon ng oscillation 10-100 s. Noong 1961, napansin ng biophysicist ng Russia na si A. M. Zhabotinsky ang pagbabagu-bago ng konsentrasyon kapag ginamit ang malonic o malic acid bilang isang ahente ng pagbabawas sa reaksyon ng Belousov. Ang reaksyon na nagpapatuloy sa self-oscillating regime ng catalytic oxidation ng iba't ibang pagbabawas ng mga ahente na may bromates ay tinatawag na Belousov-Zhabotinsky reaction (ang tinatawag na catalyzed bromate oscillator). Ang isang medyo malaking bilang ng iba pang mga kemikal na reaksyon ay kilala kung saan ang mga oscillatory na pagbabago sa mga konsentrasyon ng mga reagents ay sinusunod: non-catalyzed bromate oscillators, chlorite, iodate, peroxide at iba pang mga oscillator. Modernong yugto Ang mga pangunahing pag-aaral ng oscillatory reaction ay nagsimula sa gawain ni I. R. Prigogine at ng kanyang mga kasamahan, kung saan ipinakita na sa isang bukas na sistema malapit sa isang nakatigil na estado, sapat na malayo sa posisyon ng balanse ng kemikal, posible ang mga proseso ng oscillatory na kemikal.

Ang kinetics ng isang oscillatory reaction ay isang mabilis na umuunlad na sangay ng kaalaman na lumitaw sa intersection ng chemistry, biology, medicine, physics, at mathematics. Ginagamit ito sa biochemistry, biophysics, pag-aaral ng biorhythms, sa pag-aaral ng dynamics ng populasyon, migration ng mga organismo, sa ekolohiya, sosyolohiya (pagbabago ng populasyon, pag-unlad ng ekonomiya). Natatanging tampok Ang oscillatory reaction ay isang mataas na sensitivity sa mga panlabas na impluwensya, na nagbubukas ng mga prospect para sa paglikha ng panimula ng mga bagong pamamaraan para sa pagsusuri ng mga microquantity ng iba't ibang mga sangkap.

Lit .: Zhabotinsky A. M. Concentration self-oscillations. M., 1974; Garel D., Garel O. Vibrational chemical reactions. M., 1986; Mga oscillations at naglalakbay na alon mga sistema ng kemikal/ Na-edit ni R. Field, M. Burger. M., 1988; Babloyants A. Molecules, dynamics at buhay. M., 1990.

VIBRATIONAL REACTIONS- isang klase ng redox periodic reactions. Ang mekanismo ng reaksyon ay katulad ng sa isang retaining latch device. Sa kauna-unahang pagkakataon ang gayong mga reaksyon ay natuklasan noong 1951 ng chemist ng Moscow na si B.P. Belousov.

Ang mga oscillatory na reaksyon ay nagpapatuloy sa pakikilahok ng isang katalista (sa unang pagkakataon ay natuklasan ito sa kurso ng isang reaksyon sa pagkakaroon ng mga cerium ions) at kadalasang binubuo ng dalawang yugto.

Mga kinakailangang kondisyon para sa paglitaw ng mga naturang reaksyon:

a) ang bilis ng unang yugto ay dapat na higit na lumampas sa bilis ng ikalawang yugto;

b) sa pangalawang yugto, dapat lumitaw ang isang tambalan na pumipigil sa kurso ng unang yugto (ito ay tinatawag na isang inhibitor).

Ang isang katulad na reaksyon ay maaaring maobserbahan kapag ang paghahalo ng mga may tubig na solusyon ng isang cerium (III) na asin (halimbawa, cerium sulfate), potassium bromate KBrO 3 at bromomalonic acid HO (O) C - CH (Br) - C (O) OH. Ang masa ng reaksyon ay acidified na may sulfuric acid.

Sa unang yugto, ang trivalent cerium ion (na lumitaw sa panahon ng dissociation ng cerium salt) ay nabawasan ng bromate anion (ito ay ibinibigay ng potassium bromate). Sa kasong ito, ang Ce(III) ion ay na-oxidized sa Ce(IV), na kung saan ay panlabas na kapansin-pansin sa pamamagitan ng pagbabago sa kulay ng reaksyon solusyon - Ce(III) ions sa isang may tubig solusyon ay walang kulay, at Ce(IV) ay dilaw.

10Ce 3+ + 2BrO 3 – + 12H + = 10Ce 4+ + Br 2 + 6H 2 O (I)

Sa susunod na yugto, ang nagreresultang Ce (IV) ion ay tumutugon sa bromomalonic acid, na nag-oxidize nito:

4Ce 4+ + HO(O)C – CH(Br) – C(O)OH + 2H 2 O =

4Ce 3+ + HC(O)OH + 2CO 2 + 5H + + Br - (II)

Sa kasong ito, ang cerium ay muling nagiging Ce (III) ion at maaaring muling lumahok sa reaksyon I. Sa kasong ito, ito ay gumaganap ng papel ng isang tipikal na katalista, nakikilahok sa reaksyon, ngunit hindi natupok, gayunpaman, ang reaksyon ay hindi magpatuloy nang wala ito. Ang potasa bromate at bromomalonic acid ay natupok sa panahon ng reaksyon, ang cerium ay naglilipat lamang ng mga electron mula sa isang reagent patungo sa isa pa (ang mga panimulang reagents ay minarkahan ng itim, at ang mga produkto ng reaksyon ay pula):

Ang kakaiba ng reaksyong ito ay na sa yugto II, ang bromine anion Br – . Pinipigilan nito, iyon ay, pinipigilan ang yugto I, ngunit hindi nakakaapekto sa yugto II. Bilang resulta, ang mga produkto ng yugto II, pangunahin ang mga Ce 3+ ions, ay naipon sa sistema ng reaksyon. Sa isang tiyak na sandali, kapag ang mga ions na ito ay naipon sa malalaking dami, ang mga bromine ions ay hindi na makakapigil sa yugto I, at ito ay nagpapatuloy sa isang mataas na rate. Ang mga Ce(IV) ions ay muling lilitaw sa system at pagkatapos ay lumahok sa mabagal na yugto II. Kaya, ang mga bromine ions ay gumaganap ng papel ng isang trigger na pumipigil sa unang yugto mula sa pagsisimula hanggang sa isang tiyak na punto. Sa panlabas, ganito ang hitsura nito (ang mga Ce(III) ions sa isang may tubig na solusyon ay walang kulay, at ang Ce(IV) ay dilaw): ang masa ng reaksyon ay agad na nagiging dilaw, at pagkatapos ay dahan-dahang nagiging walang kulay (Fig. 4, beaker No. 1) . Ang kulay ay nagbabago ng humigit-kumulang bawat isa at kalahating minuto, ang agwat ng oras ay nananatiling hindi nagbabago sa loob ng ilang oras. Kung unti-unti kang magdagdag ng mga consumable reagents, kung gayon ang isang "kemikal na orasan" ay gagana nang napakatagal. Habang tumataas ang temperatura, umiikli ang ikot ng oras ng oscillatory response.

Mayroong iba pang mga halimbawa ng oscillatory reactions. Sa sistemang inilarawan sa itaas, ang mga cerium ions ay maaaring mapalitan ng mga iron ions. Para dito, ginagamit ang isang complex ng Fe (II) sulfate na may tatlong molekula ng phenanthroline, na may kulay na pula sa isang may tubig na solusyon (ang complex na ito ay malawakang ginagamit para sa quantitative determination ng iron):

Ang isang katulad na Fe(III) complex, na lumilitaw bilang isang resulta ng oksihenasyon, ay may kulay na asul; sa kurso ng reaksyon, ang asul na kulay ay agad na nagiging pula, na unti-unting nagiging asul muli (Larawan 4, beaker No. 2) .

Kung papalitan natin ang bromomalonic acid ng citric [HOC(O)CH 2 ] 2 C(OH)C(O)OH, pagkatapos ay sa pagkakaroon ng catalytic na halaga ng manganese salts, lumilitaw ang isang sistema kung saan ang kulay ay pumuputok bawat dalawang minuto (Fig 4, salamin No. 3). Ang Oxal-acetic acid HOC(O)CH 2 C(O)C(O)OH na may mga cerium salt ay nagbibilang ng anim na segundong pagitan (glass No. 4). Ang mga agwat ng oras sa animated na figure ay ipinapakita nang may kondisyon, ang pinakamahabang agwat ng pagbabago ng kulay ay nasa salamin No. 3, ang pinakamaliit ay nasa salamin No. 4

Sa lalong madaling panahon pagkatapos ng pagtuklas ng mga naturang reaksyon, natagpuan na ang mga ganitong proseso ay karaniwan. Bilang resulta, binuo ang isang pangkalahatang teorya ng mga proseso ng oscillatory, na kinabibilangan ng ilang mga reaksyon ng gas-phase (halimbawa, ang oksihenasyon ng mga hydrocarbon), heterophase na oksihenasyon ng carbon monoxide, hydrogen, ammonia, ethylene sa mga metal catalyst, at isang bilang ng polymerization mga proseso. Tinutukoy ng mga oscillatory reaction ang kurso ng ilan sa pinakamahalagang biological na proseso: ang pagbuo ng mga nerve impulses at ang mekanismo ng pag-urong ng kalamnan.

Mikhail Levitsky

Ang kakanyahan ng mga oscillatory na reaksyon. Mekanismo at kinetics ng vibrational reactions.

Nilalaman

1. PANIMULA……………………………………………………………………..…3
2. Pangunahing konsepto……………………………………………………………………4
3. Kasaysayan………………………………..……………………………………………………5
4. Kahalagahan at saklaw……………………………………………………8
5. Mekanismo ng mga reaksyon…………………………………………………………………………………………………………10
6. Kinetics ng oscillatory reactions…………………………………………………………14
7. Ang pagkakasunud-sunod ng eksperimento…………………………………………….15
8. Pang-eksperimentong datos………………………………………………….18
9. Konklusyon………………………………………………………………..23
10. Bibliograpiya…………..………………………………..…………24

PANIMULA
Ang mga reaksyon ng panginginig ng boses ay isa sa mga pinakakawili-wili at kaakit-akit na mga sangay ng inorganic na kimika. Ang pag-akit ng malapit na atensyon hindi lamang sa mga chemist, kundi pati na rin sa mga physicist, mathematician, biophysicist at marami pang iba, sila ay isang napapanahong isyu. modernong agham. Samakatuwid, sa aking trabaho, nais kong makilala ang kasaysayan ng mga reaksyon ng oscillatory, ang kanilang praktikal na aplikasyon at ang dalawang pinakatanyag na homogenous na oscillatory na reaksyon, gayundin ang pag-unawa sa kanilang mga mekanismo at, sa pagkakaroon ng pag-set up ng isang eksperimento, upang maging pamilyar sa mga oscillatory na reaksyon sa pagsasanay.

Mga pangunahing konsepto ng oscillatory reactions

• Mga reaksyon ng vibrational- isang klase ng mga reaksyong redox na nailalarawan sa pamamagitan ng panaka-nakang pagbabagu-bago ng mga intermediate na sangkap at, bilang resulta, pagbabagu-bago sa kulay, temperatura, rate ng daloy, atbp.

Mayroong ilang mga uri ng oscillatory reactions:

1. catalytic
2. homogenous
3. Mga reaksyon na na-catalyze ng mga enzyme
4. Mga reaksyon na na-catalyze ng mga ion ng metal
5. Heterogenous (mga reaksyon sa solid catalysts)
6. Non-catalytic, bagama't mas tamang tawagin silang autocatalytic (oxidation ng mga aromatic compound na may bromate)

• Ang panahon ng induction ay ang oras ng pangunahing pagbuo at akumulasyon ng reaksyon na katalista.
• Panahon ng oscillation - ang pinakamaliit na yugto ng panahon kung saan nangyayari ang isang kumpletong oscillation (iyon ay, ang sistema ay bumalik sa parehong estado kung saan ito ay sa unang sandali, pinili nang arbitraryo)

Kwento
Ang kasaysayan ng oscillatory reactions ay madalas na nagsisimula sa German chemist at partly natural na pilosopo na si Friedlieb Ferdinand Runge. Noong 1850 at 1855, sunud-sunod niyang inilathala ang dalawang aklat kung saan inilarawan niya ang mga makukulay na pana-panahong istruktura na lumilitaw sa filter na papel kapag ang mga solusyon ng iba't ibang mga sangkap ay ibinuhos dito nang sunud-sunod. Sa totoo lang ang isa sa kanila - "Substance in the quest to form" ay "isang album na may nakadikit na mga sheet ng filter na papel, kung saan isinagawa ang kaukulang mga reaksyon. Halimbawa, ang filter na papel ay pinapagbinhi ng isang solusyon ng tanso sulpate, pinatuyo at muling pinapagbinhi ng isang solusyon ng aluminyo pospeyt, ang mga patak ng ferrous-cyanide potassium ay inilapat dito sa gitna, pagkatapos nito ang pagbuo ng mga pana-panahong mga layer ay sinusunod. Pagkatapos ng Runge, pumasok si Raphael Liesegang sa kasaysayan ng mga oscillatory reactions. Noong 1896, inilathala niya ang kanyang mga eksperimento sa mga ritmikong istruktura (Liesegang rings) na nakuha sa pamamagitan ng pagdedeposito ng silver bichromate sa gelatin. Nagbuhos si Liesegang ng heated gelatin solution na naglalaman ng potassium bichromate sa isang glass plate. Nang tumigas ang solusyon, nilagyan niya ng isang patak ng silver nitrate solution ang gitna ng plato. Ang pilak na bichromate ay namuo hindi bilang isang solidong lugar, ngunit bilang mga concentric na bilog. Si Liesegang, na pamilyar sa mga aklat ni Runge, sa una ay hilig sa natural-pilosopiko at organismo na pagpapaliwanag ng pana-panahong proseso na kanyang nakuha. Kasabay nito, positibo rin siyang tumugon sa pisikal na paliwanag ng kanyang "mga singsing", na ibinigay noong 1898 ni Wilhelm Ostwald, na batay sa konsepto ng isang metastable na estado. Ang paliwanag na ito ay bumaba sa kasaysayan bilang supersaturation theory.
Sa ngayon, hindi pa natin pinag-uusapan ang aktwal na oscillatory chemical reactions, ngunit sa halip ay tungkol sa pana-panahong pisikal at kemikal na mga proseso, kung saan ang pagbabagong kemikal ay sinamahan ng isang phase transition. Si David Albertovich Frank-Kamenetsky ay lumapit sa aktwal na mga oscillations ng kemikal, na nagsimulang mag-publish ng kanyang mga eksperimento sa mga oscillations ng kemikal mula noong 1939. Inilarawan niya ang mga pana-panahong phenomena sa panahon ng oksihenasyon ng hydrocarbons: kung, halimbawa, ang mga mixtures ng mas mataas na hydrocarbon ay dumaan sa isang magulong reactor , pagkatapos ay ang mga panaka-nakang pagkislap (pulsasyon) ay sinusunod ) malamig na apoy.
Noong 1949, isang malaking artikulo ni I.E. Si Salnikova, na nagbubuod sa kanyang gawain, na sinimulan ng magkasanib na pananaliksik kasama si D.A. Frank-Kamenetsky. Sa artikulong ito, nabuo ang konsepto ng thermokinetic oscillations. Sa panahon ng mga oscillations na ito, nagbabago ang temperatura, at ang kanilang kinakailangang kondisyon ay isang balanse sa pagitan ng paglabas ng init at pagwawaldas nito sa kapaligiran. Gayunpaman, ang pinakamabigat na argumento na pabor sa mga panginginig ng boses ng kemikal ay ang artikulo ni Boris Pavlovich Belousov, na hindi niya matagumpay na sinubukang i-publish nang dalawang beses - noong 1951 at 1955. Bagama't nagaganap ang mga thermokinetic oscillations sa mga homogenous na sistema (hindi katulad, halimbawa, Liesegang o mga oscillating chromium system), ang mga ito ay ibinibigay ng pisikal (o physico-chemical) na proseso ng thermocatalysis. Pagtuklas ng B.P. Halos nakumpleto ni Belousov ang halos 150 taon ng paghahanap ng mga oscillatory regime sa mga proseso ng kemikal. Isa na itong purong kemikal na oscillatory reaction. Noong 1950s, gayunpaman, may iba pang mga kaganapan na nauugnay sa reaksyon ng Belousov. Pagkatapos ng lahat, bagaman ang artikulo ni B.P. Tinanggihan si Belousov, ang impormasyon tungkol sa kanyang reaksyon ay ibinahagi sa antas ng pang-agham na alamat.
Ang isa sa mga nakatanggap ng impormasyong ito ay si Simon Elevich Shnol, na kasangkot na sa mga pana-panahong proseso sa biochemistry. Siya ay interesado sa likas na katangian ng chemical periodicity. Natanggap ang manuskrito ng kanyang artikulo mula kay Belousov noong 1958, nagsimulang mag-eksperimento si Shnol sa kanyang reaksyon. At noong 1961, inutusan niya ang kanyang nagtapos na estudyante na si Anatoly Markovich Zhabotinsky na ipagpatuloy ang gawain ng B.P. Belousov, at siya, na nagsasagawa ng pananaliksik muna sa ilalim ng patnubay ni Shnoll, at pagkatapos ay nakapag-iisa sa kanya, ay gumawa ng isang mapagpasyang kontribusyon sa pagpapalabas ng mga kinetika ng reaksyon ng Belousov at sa pagmomodelo ng matematika. Bilang resulta, ang reaksyong ito ay nakilala bilang ang reaksyong Belousov-Zhabotinsky.

Mga mekanismo ng reaksyon
Sa ngayon, maraming dose-dosenang mga homogenous at heterogenous na mga reaksiyong kemikal ang pinag-aralan. Ang pag-aaral ng mga kinetic na modelo ng naturang kumplikadong mga reaksyon ay naging posible upang mabuo ang isang bilang ng mga pangkalahatang kondisyon na kinakailangan para sa paglitaw ng mga matatag na oscillations ng rate ng reaksyon at mga konsentrasyon ng mga intermediate na sangkap:

1. Ang mga matatag na pagbabago ay nangyayari sa karamihan ng mga kaso sa mga bukas na sistema kung saan posible na panatilihing pare-pareho ang mga konsentrasyon ng mga kalahok na reactant.
2. Ang isang oscillatory na reaksyon ay dapat magsama ng mga autocatalytic at nababaligtad na mga yugto, pati na rin ang mga yugto na pinipigilan ng mga produkto ng reaksyon.
3. Ang mekanismo ng reaksyon ay dapat magsama ng mga hakbang na may order na mas mataas kaysa sa una.

Ang mga kundisyong ito ay kinakailangan, ngunit hindi sapat na mga kondisyon para sa paglitaw ng mga self-oscillations sa system. Dapat pansinin na ang ratio sa pagitan ng mga constant ng rate ng mga indibidwal na yugto at ang mga halaga ng mga paunang konsentrasyon ng mga reagents ay gumaganap din ng isang mahalagang papel.

3HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 + BrO 3 - Ce(3+/4+), H+→ Br - + 3CO 2 + 3H 2 O
Ang reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky ay ang una sa mga natuklasan at pinag-aralan na mga reaksyon ng oscillatory. Kaugnay nito, marahil ay matatawag itong isa sa mga pinag-aralan na reaksyon ng grupong ito. Sa sa sandaling ito sa isang paraan o iba pa, nakumpirma ang pagkakaroon ng walumpung intermediate na yugto (at mga side reaction) na nagaganap sa system.
Isa sa pinaka una at mga simpleng circuit Ang mga reaksyon ay isang pamamaraan na binubuo ng dalawang yugto:

1. Oxidation ng trivalent cerium na may bromate

Ce 3+ BrO3(-), H+→ Ce 4+

1. At pagbabawas ng tetravalent cerium na may citric acid

Ce 3+ OK→ Ce 4+
Gayunpaman, hindi ito nagbibigay ng pag-unawa sa kung paano at bilang resulta kung aling mga oscillations ang nangyayari sa system, na humahantong sa amin na isaalang-alang ang mekanismo ng reaksyon na iminungkahi, noong 1972, ni Noyes at ng iba pa:

1. BrO 3 - + Br - + 2H + ↔ HBrO 2 + HBrO
2. HBrO 2 + Br - + H + ↔ 2HBrO
3. HBrO + Br - + H + ↔ Br 2 + H 2 O
4. Br 2 + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 → Br - + H + + HOOC(OH)C(CHBrCOOH)CH 2 COOH
5. BrO 3 - + HBrO 2 + H + ↔ 2BrO 2. + H2O
6. BrO2. + Ce 3+ + H + → HBrO 2 + Ce 4+
7. 2HBrO 2 ↔ BrO 3 - + HBrO + H +
8. HBrO + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 → H 2 O + HOOC(OH)C(CHBrCOOH)CH 2 COOH
9. 18Ce 4+ + HOOC(OH)C(CH 2 COOH) 2 + 5H 2 O → 18Ce 3+ + 6CO 2 + 18H +

10) 16Ce 4+ + HOOC(OH)C(CHBrCOOH)CH 2 COOH → 16Ce 3+ + 6CO 2 + 18H + + Br -

Kaya, isaalang-alang natin ang mga oscillation ng Ce 3+ / Ce 4+ sa sistemang ito. Ipagpalagay na mayroon tayong maliit, unti-unting pagtaas ng halaga ng Ce 4+ sa solusyon, na nangangahulugan na ang konsentrasyon ng Br - ay maliit din at lumalaki dahil sa reaksyon (10). Samakatuwid, sa sandaling maabot ang isang tiyak na kritikal na konsentrasyon ng Ce 4+, ang konsentrasyon ng Br - ay tataas nang husto, na hahantong sa pagbubuklod ng HBrO 2 yugto (2), na kinakailangan para sa catalytic oxidation ng Ce 3+, yugto (5), (6). Ito ay sumusunod mula dito na ang akumulasyon ng Ce 4+ sa solusyon ay titigil at ang konsentrasyon nito ay bababa ayon sa mga reaksyon (9), (10). Ang isang mataas na konsentrasyon ng Br - ay magdudulot ng pagtaas sa rate ng kanilang pagkonsumo ayon sa mga reaksyon (1) - (3). Sa kasong ito, pagkatapos na bawasan ang konsentrasyon ng Br - sa ibaba ng isang tiyak na halaga, halos hihinto nito ang mga reaksyon (2) at (3), na humahantong sa akumulasyon ng HBrO 2 . Mula sa kung saan ay sumusunod sa isang pagtaas sa konsentrasyon ng Ce 4+ at isang pag-uulit ng cycle na aming naipasa.

Reaksyon ni Briggs-Rauscher:
IO 3 - + 2H 2 O 2 + H + + RH Mn(2+/3+)→ RI + 2O 2 + 3H 2 O
Kung saan ang RH ay malonic acid at ang RI ay ang iodine derivative ng malonic acid.
Ang reaksyong ito ay natuklasan noong 1973. Ang kakanyahan ng reaksyon ay ang oksihenasyon ng malonic acid na may iodate ions sa pagkakaroon ng hydrogen peroxide at isang katalista (Mn 2+/3+ ions). Kapag ang almirol ay idinagdag bilang isang tagapagpahiwatig, ang mga pagbabagu-bago sa kulay ng solusyon ay sinusunod mula sa walang kulay hanggang dilaw, at pagkatapos ay sa asul, na sanhi ng pagbabagu-bago sa mga konsentrasyon ng yodo. Ang isang kumpletong pag-aaral ng mekanismo ng reaksyon ng Briggs-Rauscher ay isang kumplikado at hindi pa rin nalulutas, marahil, una sa lahat, kinetic na problema. Ayon sa mga modernong konsepto, ang mekanismo ng reaksyong ito ay kinabibilangan ng hanggang tatlumpung yugto. Kasabay nito, upang maunawaan ang mga sanhi ng pagbabagu-bago, sapat na upang isaalang-alang ang isang pinasimple na mekanismo ng reaksyon, na binubuo ng labing-isang yugto sa ibaba:

1. IO 3 - + H 2 O 2 + H + → HIO 2 + O 2 + H 2 O
2. IO 3 - + HIO 2 + H + ↔ 2IO 2 . + H2O
3. HIO 2 + H 2 O 2 → HIO + O 2 + H 2 O
4. IO2. + Mn 2+ + H 2 O ↔ HIO 2 + MnOH 2+
5. 2HIO + H 2 O 2 → 2I - + 4O 2 + 4H +
6. MnOH 2+ + I - + H + ↔ I. + Mn2+ + H2O
7. HIO + I - + H + ↔ I 2 + H2O
8. 2HIO 2 → IO 3 - + HIO + H +
9. RH↔enol
10. HIO + enol → RI + H2O
11. I 2 + enol → RI + I - + H +

Isaalang-alang ang mga pagbabagu-bago sa reaksyong ito gamit ang halimbawa ng I 2 /I - pares, dahil ito ay ang pagkakaroon o kawalan ng yodo na pinakamadaling ayusin sa solusyon dahil sa mga asul na starch complex na nabuo.
Kaya, kung ang konsentrasyon ng I ay mababa (o ang mga ion na ito ay wala sa solusyon, na tumutugma sa paunang sandali ng oras), pagkatapos ay alinsunod sa yugto (5), at sa karagdagang pagbabagu-bago at yugto (11), pati na rin bilang kabaligtaran na reaksyon ng yugto (7), nagsisimula silang maipon sa solusyon, na humahantong sa pagbaba (kung magagamit) sa konsentrasyon ng I 2 . Mula sa pagbaba sa konsentrasyon ng I 2 ay sumusunod sa pagbagsak sa rate ng akumulasyon ng I - . Kasabay nito, ang isang malaking konsentrasyon ng mga ions I - ay nagiging sanhi ng isang mataas na rate ng pagkonsumo nito sa direktang reaksyon ng yugto (7) at ang pagtaas ng konsentrasyon ng I - ay bumababa muli, na humahantong sa amin sa simula ng pangangatwiran na ito at paulit-ulit ang inilarawan. ikot.

Kinetics ng vibrational reactions

Ang mga problema sa pag-aaral ng kinetics ay, sa ngayon, ang pinaka-kumplikado, at hindi pa rin nalutas na mga isyu ng oscillatory reactions. Dahil sa malaking bilang ng mga interdependent at parallel na proseso na nagaganap sa ganitong klase ng mga reaksyon, ang pag-compile ng mga sistema ng mga differential equation na nagbibigay ng hindi bababa sa tinatayang mga halaga ng mga rate constants ng mga intermediate na yugto ay nagiging isang napaka-hindi mahalaga na gawain. At kahit na ngayon ay may ilang mga pinasimple na modelo na nagbibigay-daan sa amin upang isaalang-alang ang mga pangunahing tampok ng kumplikadong pag-uugali ng mga oscillatory na reaksyon, ang paksang ito ay tila hindi gaanong pinag-aralan at samakatuwid ay lubhang kawili-wili para sa mga susunod na henerasyon ng mga mananaliksik. Kasabay nito, sa kabila nito, sa gawaing ito ang seksyong ito ng pag-aaral ng mga oscillatory na reaksyon ay hindi makakatanggap ng karagdagang pag-unlad dahil sa kakulangan ng oras at pondo na kinakailangan para sa pag-aaral nito.

Ang pagkakasunud-sunod ng eksperimento
Reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky.

Reagents: Citric acid, potassium bromate, cerium(III) sulfate, sulpuriko acid.
Mga Kagamitan: Sukat na silindro 50 ml, mga basong lumalaban sa init 300 ml at 100 ml, glass rod, spatula.
Kagamitan: Analytical balances, tiles.
Upang maisagawa ang reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky, kinakailangan upang ihanda ang mga sumusunod na solusyon at mga sample:

1. Maghanda ng solusyon ng citric acid at init ito sa 50 o C.
2. Magdagdag ng tinimbang na mga bahagi ng potassium bromate at cerium (III) sulfate, pukawin gamit ang isang glass rod.
3. Alisin ang grawt mula sa mga tile.
4. Magdagdag ng sulfuric acid.

Reaksyon ni Briggs-Rauscher.
Mga kinakailangang reagents, kagamitan at kagamitan:
Mga Reagents: Potassium iodate, sulfuric acid, malonic acid, manganese (II) sulfate, starch, hydrogen peroxide.
Mga kagamitan: pagsukat ng silindro 50 ml, 2 tasa 500 ml, 3 tasa 100 ml, baso ng baso, spatula.
Kagamitan: Analytical balance, magnetic stirrer, magnet.
Upang maisagawa ang reaksyon ng Briggs-Rauscher, kinakailangan upang ihanda ang mga sumusunod na solusyon:
Solusyon #1:

Solusyon #2:

Solusyon #3

Ang pagkakasunud-sunod ng eksperimento:

1. Ihanda ang lahat ng kinakailangang solusyon.
2. Ibuhos ang 50 ml ng solusyon No. 1 sa isang 500 ml na beaker na naglalaman ng magnet at ilagay ito sa magnetic stirrer. I-on ito.
3. Sukatin nang hiwalay ang 25 ml ng solusyon No. 2 at 40 ml ng solusyon No. 3 sa dalawang iba pang baso.
4. Idagdag, nang sabay-sabay, ang mga solusyon No. 2 at No. 3 sa solusyon No. 1.
5. Itala ang panahon ng induction at mga panahon ng oscillation.

Eksperimento
Reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky:
Upang maisagawa ang reaksyon, isang solusyon ng sitriko acid (20 g bawat 80 ML ng tubig) ay inihanda. Para sa kumpletong paglusaw ng citric acid, ang solusyon ay dapat na pinainit sa isang electric stove. Susunod, ang mga tinimbang na bahagi ng potassium bromate (8 g) at cerium sulfate III (1.5 g) ay inihanda at sunud-sunod na ibinuhos sa isang solusyon ng citric acid. Pagkatapos ng pagpapakilos sa isang baso na baras, ang sulfuric acid ay idinagdag nang maingat, patuloy na pagpapakilos, pagkatapos kung saan ang mga pagbabago sa puting-dilaw na kulay ay naitala.

№	Panahon, s	Kulay	№	Panahon, s	Kulay
1	23	puti	12	12	dilaw
2	11	dilaw	13	66	puti
3	41	puti	14	8	dilaw
4	12	dilaw	15	43	puti
5	71	puti	16	6	dilaw
6	11	dilaw	17	56	puti
7	43	puti	18	5	dilaw
8	13	dilaw	19	43	puti
9	19	puti	20	5	dilaw
10	10	dilaw	21	56	puti
11	40	puti	22	4	dilaw

Ito ay nagkakahalaga din na tandaan ang pagtaas sa dami ng gas na inilabas kapag ang solusyon ay dumidilim.
Konklusyon: Batay sa naitala na data, maaaring hatulan ng isang tao ang isang matatag na pagbaba sa oras na ginugol sa isang solusyon ng tetravalent cerium (na hindi direktang nagpapahiwatig ng pagbaba sa pH ng medium, dahil mas acidic ang medium, mas malakas ang oxidizing agent. cerium at hindi gaanong matatag ito).
Ang isang kamangha-manghang regularidad ay natagpuan din, dahil sa panahon ng reaksyon hindi lamang ang mga konsentrasyon ng mga intermediate na sangkap ay nagbabago, kundi pati na rin ang oras ng mga panahon ng oscillation (damped harmonic oscillation):

Reaksyon ni Briggs-Rauscher:
Tatlong solusyon ang inihanda para sa reaksyon: potassium iodate sulfate solution (c (KIO 3) \u003d 0.067 mol / l; c (H 2 SO 4) \u003d 0.053 mol / l) - 50 ml, starch solution ng malonic acid na may pagdaragdag ng isang catalytic na halaga ng manganese sulfate dalawa (c (MnSO 4) \u003d 0.0067 mol / l; c (CH 2 (COOH) 2) \u003d 0.05 mol / l; starch 0.1%) - 25 ml at isang pitong molar solusyon ng hydrogen peroxide - 40 ML. Ang Solusyon No. 1 ay ibinuhos sa isang beaker, kung saan matatagpuan ang magnet, para sa 250 ML. Ang beaker ay inilagay sa isang magnetic stirrer, na pagkatapos ay binuksan, at masinsinang pagpapakilos ay nakabukas upang ang pagbabago ng kulay ay naganap nang biglaan. Pagkatapos, nang walang tigil sa pagpapakilos, ang mga nilalaman ng mga beakers na may mga solusyon No. 2 at No. 3 ay idinagdag, nang sabay-sabay at mabilis. Sinukat ng stopwatch ang hitsura ng unang dilaw na kulay - ang panahon ng induction at ang simula ng paglitaw ng mga asul na mantsa - ang panahon ng oscillation.

Ang panahon ng induction ay 2 segundo.

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Panahon, s	13	12	14	12	13	14	13	14	14	15	15	16
№	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
Panahon, s	16	16	17	17	17	18	17	18	17	18	18	17

Konklusyon: Habang nagpapatuloy ang reaksyon, ang isang unti-unting pagtaas sa panahon ng mga oscillations ay sinusunod, na kung saan ay lalong malinaw na nakikita sa graph:

Konklusyon
Sa papel na ito, ang mga oscillatory na reaksyon at ang kanilang mga katangian ay isinasaalang-alang, sa partikular:

1. Ang larangan ng aplikasyon ng mga oscillatory reactions sa modernong mundo ay pinag-aralan
2. Ang kasaysayan ng mga oscillatory na reaksyon ay pinag-aralan
3. Ang mga mekanismo ng dalawang oscillatory reactions ay sinusuri: Briggs-Rauscher

at Belousov-Zhabotinsky

1. Ang mekanismo ng reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky ay inangkop para sa

isinasaalang-alang ang citric acid bilang isang ahente ng pagbabawas

1. Ang isang control synthesis ay isinagawa para sa visual na kakilala sa mga oscillatory reactions.

Listahan ng ginamit na panitikan

1. D. Garel, O. Garel "Vibrational chemical reactions" na isinalin mula sa English ng L.P. Tikhonova. Publishing house na "Mir" 1986. Pahina 13-25, 92-112.
2. A.M. Zhabotinsky "Concentration self-oscillations". Publishing house na "Nauka" 1974. Pahina 87-89
3. OK. Pervukhin, Vibrational reactions. Toolkit". Publishing house ng St. Petersburg State University 1999. Pahina 3-11.
4. S. P. MUShTAKOVA "Vibrational reactions in chemistry" Saratov State University na pinangalanang V.I. N.G. Chernyshevsky
5. "Pagsisiyasat ng mga kondisyon para sa paglitaw ng isang oscillatory regime sa proseso ng oxidative carbonylation ng phenylacetylene". Pahina 2-4.
6. I.D. Ikramov, S.A. Mustafin. "ISANG ALGORITHM PARA SA PAGHAHANAP SA MGA CONSTANT NG RATE NG VIBRATIONAL RESPONSE NG HALIMBAWA NG BELousOV-ZHABOTSKY REACTION". Bashkir chemical journal 2015
7. Pechenkin A.A. "Ang kahalagahan ng ideolohikal ng oscillatory chemical reactions"
8. Field R. J., Koros E., Noyes R. M., Oscillations in Chemical Systems II. Masusing Pagsusuri ng Temperal Oscillations sa Bromat-Cerium-Malonic Acid System., J. Amer. Chem. Soc., 94, 8649-8664 (1972).
9. Noyes R. M., Field R. J., Koros E., J. Amer. Chem. Soc., 94, 1394-1395 (1972).

	Upang i-download ang trabaho libreng sumali sa aming grupo Sa pakikipag-ugnayan sa. I-click lamang ang pindutan sa ibaba. Siyanga pala, sa aming grupo ay tumutulong kami sa pagsulat ng mga akademikong papel nang libre. Ilang segundo pagkatapos ma-verify ang subscription, lalabas ang isang link upang magpatuloy sa pag-download ng trabaho.

Ang pagtuklas ng vibrational
mga reaksiyong kemikal

Ang 2001 ay minarkahan ang ika-50 anibersaryo ng pagtuklas ng B.P. Belousov ng isang self-oscillatory chemical reaction, na naging posible na obserbahan ang mga pana-panahong pagbabago sa konsentrasyon ng mga reagents at ang pagpapalaganap ng mga autowave sa isang homogenous na sistema ng kemikal.

"Nakatingin ka sa isang baso ng pulang-lilang likido, at bigla itong naging maliwanag na asul. At pagkatapos ay pula-lilang muli. At asul na naman. At hindi mo sinasadyang magsimulang huminga sa oras kasama ang mga panginginig ng boses. At kapag ang likido ay ibinuhos sa isang manipis na layer, ang mga alon ng pagbabago ng kulay ay nagpapalaganap dito. Ang mga kumplikadong pattern ay nabuo, mga bilog, mga spiral, mga ipoipo, o lahat ng bagay ay nagiging ganap na magulong hitsura" - ito ay kung paano sinabi ni Propesor S.E.
Noong 1958, isang seminar ang ginanap sa Institute of Chemical Physics ng USSR Academy of Sciences. Ang tagapagsalita, ang batang biophysicist na si Shnoll, na nagsasalita tungkol sa biorhythms, ay bumuo ng kanyang hypothesis na ang mga reaksiyong kemikal ay kumokontrol sa biological na orasan. Upang kumpirmahin ito, kailangan ang mga tunay na halimbawa ng mga panginginig ng boses ng kemikal, at tinanong ng tagapagsalita ang madla kung sinuman ang maaaring magpahiwatig ng mga ito. Walang nagbigay ng gayong mga halimbawa; bukod dito, ang ilang mga pagsasaalang-alang ay ipinahayag tungkol sa pangunahing imposibilidad ng pagbabagu-bago ng konsentrasyon sa mga reaksiyong kemikal. Nalutas ang isyu sa hindi inaasahang paraan. Matapos ang pagsasara ng seminar, nang makaalis na ang halos lahat ng mga kalahok, isang batang nagtapos na estudyante ang lumapit sa tagapagsalita at sinabing nag-aral ng chemical vibrations ang kanyang tiyuhin lima o anim na taon na ang nakalilipas.

ganyan mahirap na kwento

Matagal na pala itong hinahanap ni Shnol. Noong 1951, natuklasan ni Boris Pavlovich Belousov, isang tiyuhin, o sa halip, tiyuhin ng nagtapos na mag-aaral na si Boris Smirnov, ang mga pagbabago sa mga konsentrasyon ng na-oxidized at nabawasan na mga anyo ng cerium sa reaksyon ng citric acid na may potassium bromate, na na-catalyzed ng mga cerium ions. Regular na binago ng solusyon ang kulay nito mula sa walang kulay hanggang dilaw dahil sa pagkakaroon ng cerium(IV), pagkatapos ay muli sa walang kulay dahil sa cerium(III), atbp. Si Belousov ay nagsagawa ng medyo detalyadong pag-aaral ng reaksyong ito at, sa partikular, natagpuan na ang Ang panahon ng oscillation ay makabuluhang bumababa sa pagtaas ng kaasiman ng daluyan at temperatura.
Ang reaksyon ay naging maginhawa para sa mga pag-aaral sa laboratoryo. Ang mga oscillations ay madaling maobserbahan nang biswal, at ang kanilang panahon ay nasa hanay na 10-100 s.
Talaga, modernong kasaysayan Ang mga pag-aaral ng oscillatory chemical reactions sa liquid phase ay nagsimula noong 1951 sa pagtuklas kay Belousov, bagaman para sa may-akda mismo, ang lahat ay hindi naging maayos. Ang kanyang papel na naglalarawan sa oscillatory reaction ay dalawang beses na tinanggihan ng mga editor ng akademikong chemical journal. Noong 1958 lamang nai-publish ang pinaikling bersyon nito sa hindi kilalang Collection of Abstracts on Radiation Medicine.
Tila ngayon na ang pangunahing dahilan para sa pagtanggi ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ng mga chemist ay ang malawakang paniniwala na malayo sa posisyon ng balanse, ang pagbabagu-bago ng konsentrasyon ay ipinagbabawal ng pangalawang batas ng thermodynamics.
Habang ang mga chemist, na sinamahan ng mga biochemist, ay nagkakaisang tinanggihan ang mga panginginig ng boses ng kemikal, ang huli ay patuloy na nakakaakit ng atensyon ng mga mathematician at physicist na interesado sa biology. Noong 1952, ang Ingles na siyentipiko na si A.M. Turing ay naglathala ng isang artikulo na "Mga pundasyon ng kemikal ng morphogenesis", kung saan iniulat niya na ang kumbinasyon ng mga panginginig ng boses ng kemikal na may pagsasabog ng mga molekula ay maaaring humantong sa paglitaw ng mga matatag na istruktura ng spatial, ang mga rehiyon ng mataas at mababang konsentrasyon. kung saan kahalili. Itinakda ni Turing ang kanyang sarili ng isang puro teoretikal na problema: maaari bang mabuo ang mga matatag na pagsasaayos ng mga intermediate na produkto sa isang reaktor sa ilalim ng mga kondisyon ng isang kemikal na reaksyon? At nagbigay siya ng isang positibong sagot, na lumilikha ng isang tiyak na modelo ng matematika ng proseso. Sa oras na iyon, ang nararapat na kahalagahan ay hindi nakalakip sa gawaing ito, lalo na dahil hindi alam ni Turing mismo o ng kanyang mga kasamahan ang tungkol sa gawain ni Belousov at ang kanyang walang saysay na pagtatangka na i-publish ito.
Noong 1955, ang Belgian physicist at physical chemist, ang may-akda ng teorya ng thermodynamics ng hindi maibabalik na mga proseso, ipinakita ni I.R. Prigogine na sa isang bukas na sistema, malapit sa isang nakatigil na estado, sapat na malayo sa balanse ng kemikal, posible ang mga oscillations ng kemikal. Siya ang nakakuha ng atensyon ng pamayanang siyentipiko sa Kanluran sa gawain ng mga siyentipikong Sobyet. Bilang resulta, natuklasan muli ang ilang oscillatory heterogenous na reaksiyong kemikal huli XIX c. malawak na tinanggap. Sila ang nagsimulang ituring bilang mga analogue ng isang bilang ng mga pana-panahong proseso, halimbawa, "biological na orasan".
Naging malinaw sa mga mananaliksik na ang pangalawang batas ng thermodynamics ay hindi nilalabag sa mga buhay na sistema at hindi nakakasagabal sa kanilang kumplikadong pag-uugali at ebolusyon. Ngunit para sa pagkakaroon ng buhay o alinman sa mga pisikal o kemikal na modelo nito, kinakailangan na ang sistema ay malayo sa thermodynamic equilibrium sa loob ng sapat na mahabang panahon. At ang mga homogenous na sistema ng kemikal ay maaaring maging isang maginhawang modelo para sa pag-aaral ng mga naturang proseso.
Sa oras na ito na si Propesor Shnoll ay nakatanggap ng isang "recipe" para sa isang oscillatory na reaksyon mula kay Belousov at nag-alok sa kanya ng kooperasyon, na tiyak na tinanggihan niya, kahit na hindi siya tumutol sa pagpapatuloy ng mga gawaing ito.
Noong 1961, ang Academician na si I.E. Tamm, isang kilalang theoretical physicist, ay nagpasya na "inspeksyon" ang estado ng mga gawain sa bagong nilikha na Kagawaran ng Biophysics ng Faculty of Physics ng Moscow State University. Ipinakita sa kanya ni Shnol ang reaksyon ni Belousov. Narito kung paano sinabi mismo ni Shnol tungkol dito: "Nakita at tumigil ni Igor Evgenievich nang mahabang panahon, nasiyahan. Pagkatapos ay sinabi niya: "Buweno, alam mo kung ano, mga kapatid, na may ganoong reaksyon, hindi mo kailangang mag-alala: magkakaroon ng sapat na mga bugtong at magtrabaho sa loob ng maraming taon." Ang mga salita ni Igor Evgenievich ay nagkaroon ng epekto sa marami. Si Tolya Zhabotinsky mula sa aming unang isyu, isang namamana, tulad ng sinabi niya sa kanyang sarili, isang physicist, ay nagpasya na kunin ang reaksyon.
Sinuportahan ni Shnol ang batang siyentipiko at iminungkahi na ang mag-aaral sa post-graduate na si A.M. Zhabotinsky ay magsimula ng pananaliksik sa mekanismo ng reaksyon ng Belousov, na masigasig niyang nakikibahagi. "Ang isang kahanga-hangang tampok ng gawain ni Zhabotinsky at ang pangkat ng mga katuwang na nabuo sa paligid niya," paggunita ni Shnol, "ay ang kumbinasyon ng isang kemikal na eksperimento, mga pisikal na paraan ng pag-record, at ang pagbuo ng mga modelo ng matematika. Sa mga modelong ito - mga sistema ng differential equation - ang mga kinetic constant ay pinalitan mula sa pang-eksperimentong data. Pagkatapos noon, posibleng ihambing ang mga pang-eksperimentong pag-record ng mga vibrations sa mga kurba na nakuha sa pamamagitan ng computer simulation."
Nang maglaon, ang mga gawaing ito ay ipinagpatuloy sa Laboratory of Physical Biochemistry ng Institute of Biological Physics ng USSR Academy of Sciences. Naalala ng Doctor of Physical and Mathematical Sciences na si V.A. Vavilin: "Kami ni Zhabotinsky, isang nagtapos na mag-aaral ng Kagawaran ng Biophysics ng Faculty of Physics ng Moscow State University, ay may gawain na makita ang mga oscillations sa Bray system gamit ang patuloy na pagrehistro ng spectrophotometric ng konsentrasyon ng yodo. . Interesado din ang paghahambing ng mga mekanismo ng mga reaksyon ng Belousov at Bray. Ang katotohanan ay ang mga oscillations sa isang liquid-phase na sistema ng kemikal ay natuklasan noong 1921 ni W. Bray. Sa panahon ng agnas ng hydrogen peroxide sa pamamagitan ng potassium iodate, natuklasan niya ang isang panaka-nakang paglabas ng oxygen mula sa system, na nag-aayos ng ilang mga panahon ng malakas na damped oscillations. Ang ilang mga mananaliksik, na tumutukoy sa matinding ebolusyon ng gas, ay nagpahayag ng mga pagdududa tungkol sa homogenous na katangian ng reaksyong ito, kaya ang pagkakaroon ng isang oscillatory reaction sa isang homogenous na medium ay hindi napatunayan ng mga eksperimento ni Bray.
Ang isang uri ng "kumpetisyon" ay agad na lumitaw sa pagitan ng dalawang pana-panahong reaksyon nina Bray at Belousov. Gayunpaman, ang madaling pagpaparami ng mga resulta at ang magagandang visual effect na naobserbahan sa reaksyon ng Belousov ay nag-ambag sa paglitaw ng isang malaking bilang ng mga adherents nito, at ito ay naging malawak na kilala (kalaunan ito ay tinawag na Belousov-Zhabotinsky reaksyon, o BZ reaksyon, at ang pana-panahong reaksyon ng Bray, ang Bray– Libavsky). Ayon kay Vavilin, ang pagtuklas at pag-aaral ng mga self-oscillations at autowaves sa kurso ng reaksyon ng Belousov ni S.E. Shnoll, A.M. Zhabotinsky, V.I. Krinsky, A.N. Zaikin, G.R. pangunahing domestic science sa postwar period. Sa pamamagitan ng paraan, si Zhabotinsky ay nagmamay-ari ng isa sa mga unang libro sa lugar na ito.
Ang mabilis at matagumpay na pag-aaral ng reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky ay kumilos bilang isang trigger sa agham: agad na naalala na ang mga proseso ng ganitong uri ay kilala noon. Gayunpaman, ang halaga ng reaksyon ng Belousov, ayon kay Propesor B.V. sa tulong ng kagiliw-giliw na pagbabagong ito ni A.M. Zhabotinsky, A.N. Zaikin, E.E. Selkov at iba pa. Kung babalikan natin ang nakaraan, ang mga unang paglalarawan ng mga pagbabago sa mga sistema ng konsentrasyon ay nagsimula noong ika-19 na siglo.

Pag-aaral ng konsentrasyon
pag-aalangan bago buksan
reaksyon Belousov

Ito ay lumabas na ang isa sa mga unang publikasyon sa mga panginginig ng boses ng kemikal ay nagsimula noong 1828. Sa loob nito, inilarawan ni T. Fechner ang mga resulta ng isang pag-aaral ng mga oscillations ng isang electrochemical reaction. Noong 1833, inilathala ni W. Herschel ang isang katulad na pag-aaral ng mga pagbabago sa isang catalytic heterogenous na reaksyon. Ang pinakakawili-wili ay ang gawa ni M. Rosenskiöld, na itinayo noong 1834. Ang may-akda nito ay hindi sinasadyang napansin na ang isang maliit na prasko na naglalaman ng kaunting posporus ay naglalabas ng medyo matinding liwanag sa dilim. Walang nakakagulat sa mismong katotohanan ng glow ng phosphorus, ngunit ang katotohanan na ang glow na ito ay regular na nauulit tuwing ikapitong segundo ay kawili-wili. Ang publikasyon ni Rosenskiöld ay nagbibigay ng detalyadong pag-aaral ng pagkutitap ng bombilya. Makalipas ang apatnapung taon, ang mga eksperimentong ito na may "flickering flask" ay ipinagpatuloy ng Frenchman na si M. Joubert (1874). Nagawa niyang obserbahan ang panaka-nakang pagbuo ng "maliwanag na ulap" sa isang test tube. Pagkalipas ng dalawampung taon, pinag-aralan din ng siyentipikong Aleman na si A. Zentnershwer ang epekto ng presyon ng hangin sa pana-panahong pagkislap ng posporus. Sa kanyang mga eksperimento, nagsimula ang panahon ng flash sa 20 s at bumaba nang bumababa ang presyon. Kasabay nito, sa Inglatera, napansin ng mga chemist na sina T. Thorpe at A. Tatton ang mga pana-panahong pagkislap ng reaksyon ng oksihenasyon ng phosphorus trioxide sa isang selyadong sisidlan ng salamin.
Ang isang partikular na maliwanag na pahina sa kasaysayan ng mga panginginig ng boses ng kemikal ay nauugnay sa tinatawag na Liesegang rings. Noong 1896, ang Aleman na chemist na si R. Liesegang, na nag-eksperimento sa mga photochemical, ay natuklasan na kung ihulog mo ang lapis sa isang glass plate na pinahiran ng gelatin na naglalaman ng chromium peak, kung gayon ang reaksyon ng produkto, precipitating, ay matatagpuan sa plato sa mga concentric na bilog. Si Liesegang ay nabighani sa hindi pangkaraniwang bagay na ito at pinag-aralan ito ng halos kalahating siglo. Nakakita rin ito ng mga praktikal na aplikasyon. Sa inilapat na sining, ang mga singsing ni Liesegang ay ginamit upang palamutihan ang iba't ibang mga produkto na may imitasyon ng jasper, malachite, agata, atbp. Si Liesegang mismo ang nagmungkahi ng isang teknolohiya para sa paggawa ng mga artipisyal na perlas. Gayunpaman, ang pagtuklas ng Liesegang, na may mahusay na resonance sa mga siyentipikong bilog ng kemikal, ay hindi ang una. At bago sa kanya, ang mga kemikal na alon ay pinag-aralan, at noong 1855 isang libro ni F. Runge ang nai-publish, kung saan maraming mga halimbawa ng naturang mga eksperimento ang nakolekta.
Ang listahan ng mga naturang halimbawa ay maaaring ipagpatuloy. Kasunod nito, natuklasan ang mga oscillatory reaction sa interface sa pagitan ng dalawang phase. Sa mga ito, ang pinakakilala ay ang mga reaksyon sa interface ng metal-solution, na nakatanggap ng mga partikular na pangalan - "iron nerve" at "mercury heart". Ang una sa kanila - ang reaksyon ng dissolving iron (wire) sa nitric acid - nakuha ang pangalan nito dahil sa panlabas na pagkakapareho sa dynamics ng isang excited nerve, napansin ng VF Ostwald. Ang pangalawa, o sa halip ay isa sa mga variant nito, ay ang decomposition reaction ng H 2 O 2 sa ibabaw ng metal na mercury. Sa reaksyon, nangyayari ang pana-panahong pagbuo at paglusaw ng isang oxide film sa ibabaw ng mercury. Ang mga pagbabagu-bago sa pag-igting sa ibabaw ng mercury ay nagdudulot ng mga maindayog na pulso ng patak, na nakapagpapaalaala sa tibok ng puso. Ngunit ang lahat ng mga reaksyong ito ay hindi nakakaakit ng maraming atensyon ng mga chemist, dahil ang mga ideya tungkol sa kurso ng isang kemikal na reaksyon ay medyo malabo pa rin.
Lamang sa ikalawang kalahati ng siglo XIX. bumangon ang thermodynamics at chemical kinetics, na naglatag ng pundasyon para sa isang partikular na interes sa oscillatory reactions at mga pamamaraan para sa kanilang pagsusuri. At kasabay nito, ito ay ang pagbuo ng equilibrium thermodynamics na sa una ay nagsilbing isang preno sa pag-aaral ng mga naturang proseso. Ang punto, tila, ay nasa "inersia ng dating kaalaman." Ayon kay Propesor Shnol, "hindi maisip ng isang edukadong tao ang macroscopic order sa random na thermal motion ng isang malaking bilang ng mga molekula: ang lahat ng mga molekula ay nasa isang estado, pagkatapos ay sa isa pa! Para bang kinikilala ang pagkakaroon ng isang walang hanggang motion machine. Ito ay hindi maaaring. At talagang hindi ito maaaring mangyari. Hindi ito maaaring malapit sa estado ng ekwilibriyo, ngunit isinasaalang-alang lamang ito ng thermodynamics ng mga taong iyon. Gayunpaman, walang mga paghihigpit sa kumplikado, kabilang ang oscillatory, mga mode para sa mga non-equilibrium na sistema ng kemikal, kapag ang mga reaksyon ay hindi pa nakumpleto, at ang mga konsentrasyon ng mga reagents ay hindi pa umabot sa antas ng balanse. Ngunit ang sitwasyong ito ay nakatakas sa atensyon ng mga chemist ... Kinailangan ng isang pambihirang intelektwal na pagsisikap upang makawala sa "mga bakal na gapos ng kumpletong kaalaman" at imbestigahan ang pag-uugali ng mga sistemang malayo sa ekwilibriyo.
Gayunpaman, noong 1910, ang Italian A. Lotka, batay sa pagsusuri ng isang sistema ng mga differential equation, ay hinulaang ang posibilidad ng mga oscillations sa mga sistema ng kemikal. Gayunpaman, ang mga unang modelo ng matematika ay tumutugma lamang sa mga damped oscillations. Pagkalipas lamang ng 10 taon, iminungkahi ni Lotka ang isang sistema na may dalawang kasunod na autocatalytic na reaksyon, at sa modelong ito ang mga oscillation ay maaaring hindi na madapa.
Gayunpaman, ang mga posisyon ng mga physicist at chemist ay nagkakaiba dito. Isa sa mga pinaka-kapansin-pansin na tagumpay ng pisika at matematika ng XX siglo. – paglikha ng teorya ng oscillations. Ang mga mahusay, kinikilala sa pangkalahatan na mga merito dito ay nabibilang sa mga physicist ng Sobyet. Noong 1928, ang post-graduate na mag-aaral na si A. A. Andronov, isang hinaharap na akademiko, ay gumawa ng isang pagtatanghal sa kongreso ng mga pisiko "Poincaré limit cycles at theory of self-oscillations."
Noong unang bahagi ng 1930s sa Institute of Chemical Physics ng USSR Academy of Sciences, ang mga pagbabago sa luminescence sa "cold flames" na katulad ng vibrational luminescence ng phosphorus vapor ay natuklasan, na interesado sa sikat na physicist na si D.A. Frank-Kamenetsky, na ipinaliwanag ang mga pagbabagong ito batay sa Ang kinetic model ni Lotka. At noong 1947, sa parehong instituto, isang tesis ang ipinakita para sa pagtatanggol sa paksang "Sa teorya ng pana-panahong paglitaw ng mga homogenous na reaksyon ng kemikal," na isinulat ni I.E. Salnikov sa ilalim ng pang-agham na patnubay ni Frank-Kamenetsky. Ang disertasyon na ito ay naglalaman ng malawak na impormasyon tungkol sa higit sa isang siglo ng kasaysayan ng pag-aaral ng mga panginginig ng boses ng kemikal at ang mga unang resulta ng kanilang teoretikal na pag-aaral gamit ang mga pamamaraan ng teorya ng nonlinear vibrations na binuo ng paaralan ng Academician Andronov. Ngunit pagkatapos ay hindi naganap ang kanyang pagtatanggol. Ayon kay Voltaire, "ang mga gawa nina Frank-Kamenetsky at Salnikov sa mga kemikal na self-oscillations, na ipinakita sa isang disertasyon, sa isang libro at sa isang bilang ng mga artikulo, ay tiyak na makabago para sa agham ng kemikal noon. Ngunit kakaunti ang nakaunawa sa pagbabagong ito. Ang "vibrational ideology" (ang termino ni Andronov) ay dayuhan sa non-oscillatory routine ng agham at kasanayan ng kemikal, at maipaliwanag nito ang katotohanan na ang gawain nina Frank-Kamenetsky at Salnikov noong 1940s. ay tinanggap nang may pagkapoot, at nang maganap ang ikalawang pagtuklas ng mga panginginig ng boses ng kemikal, walang nakaalala sa kanila. Ito ay nananatiling isang misteryo kung may ideya si Belousov tungkol sa mga gawang ito. Sa anumang kaso, ang kanyang dalawang papel ay hindi binanggit ang gawain ng kanyang mga nauna.

Reaksyon ni Belousov
at pagpapaliwanag ng mekanismo nito

Bumalik tayo sa pagsasaalang-alang ng kakanyahan ng isang homogenous na oscillatory reaction. Gumamit si Belousov ng citric acid, at cerium derivatives bilang isang pares ng oxidizing agent–reductant. Pinayuhan ni A.P. Safronov, isang mag-aaral at collaborator ng Belousov, ang pagdaragdag ng isang iron complex na may phenantronyl sa solusyon. Sa sitwasyong ito, ang kulay ay nagbago nang kamangha-manghang: mula sa lilac-pula hanggang sa maliwanag na asul. Zhabotinsky, na nagsagawa ng isang detalyadong pag-aaral ng mekanismo ng reaksyon, sa wakas ay nagpakita na ang self-oscillating na reaksyon ay maaari ding mangyari kapag ang citric acid ay pinalitan ng anumang iba pang dicarboxylic acid na may aktibong methylene group, at ang catalytic redox na pares na Ce(IV)/Ce Ang (III) ay pinalitan ng pares ng Mn(III)/Mn(II) o, gaya ng ginamit na ni Belousov, ng pares ng ferroin/ferriin. Ang flask ay mukhang pinaka-eleganteng, aesthetically spectacular kung malonic acid ang ginamit, at iron ions Fe2+ sa halip na cerium ions. Pagkatapos ang solusyon sa prasko ay maaaring magbago ng kulay sa loob ng maraming oras na may mahigpit na periodicity sa buong nakikitang hanay mula sa ruby ​​​​red hanggang sky blue. Ang pangkalahatang formula ng reaksyon ay mukhang medyo simple, ngunit ang reaksyon ay nagpapatuloy sa higit sa 20 yugto at, nang naaayon, sa pagbuo ng parehong halaga ng mga intermediate na produkto. Isaalang-alang natin ang reaksyong ito nang mas detalyado.
Upang maipatupad ito, dalawang solusyon ang inihanda - A at B.
A – solusyon ng ferroin, iron(II) complex na may tungkol sa-phenanthroline (phen) - 2+:

Fe2+ ​​​​+ 3phen = 2+.

Ang solusyon ay maaaring ihanda nang maaga.
B - bromomalonic acid solution (inihanda kaagad bago ang demonstrasyon):

Ang nagreresultang bromomalonic acid ay hindi matatag, ngunit maaari itong maimbak sa mababang temperatura nang ilang panahon.
Para sa isang direktang pagpapakita ng eksperimento, ang isang Petri dish ay inilalagay sa isang glass plate na sumasaklaw sa liwanag na bintana, kung saan ang isang puspos na solusyon ng potassium bromate, isang solusyon ng bromomalonic acid at isang solusyon ng ferroin ay sunud-sunod na idinagdag gamit ang mga pipette. Sa loob ng ilang minuto, lumilitaw ang mga asul na lugar sa isang pulang background sa tasa. Ito ay dahil sa pagbuo ng isa pang ferriin 3+ complex sa panahon ng redox reaction ng ferroin 2+ complex na may mga bromate ions:

Ang prosesong ito ay nagpapatuloy sa auto-acceleration. Pagkatapos ang nagresultang kumplikadong 3+ ay nag-oxidize ng bromomalonic acid sa pagbuo ng mga bromide ions:

4 3+ + BrCH(COOH) 2 + 7H 2 O =
4 2+ + 2CO 2 + 5H 3 O+ + Br – + HCOOH.

Ang liberated bromide ions ay mga inhibitor ng oksihenasyon ng iron(II) complex ng bromate ions. Lamang kapag ang konsentrasyon ng 2+ ay naging sapat na mataas, ang pagbabawal na epekto ng mga bromide ions ay nagtagumpay, at ang mga reaksyon ng pagkuha ng bromomalonic acid at ang oksihenasyon ng complex ay magsisimulang magpatuloy muli. Ang proseso ay paulit-ulit na muli, at ito ay makikita sa kulay ng solusyon. Ang concentric na pabilog na pula-asul na "mga alon" ng pangkulay ay nag-iiba sa lahat ng direksyon mula sa mga asul na lugar sa tasa.
Kung ang mga nilalaman ng tasa ay halo-halong may glass rod, ang solusyon ay magiging monochromatic sa maikling panahon, at pagkatapos ay ang pana-panahong proseso ay mauulit. Sa kalaunan ay huminto ang reaksyon dahil sa paglabas ng carbon dioxide.
Bilang karagdagan sa lahat ng nakalistang reagents, maraming kristal ng cerium(III) nitrate hexahydrate ang maaaring idagdag sa Petri dish, pagkatapos ay lalawak ang hanay ng mga kulay: lalabas ang dilaw na kulay dahil sa cerium(IV) derivatives at berde dahil sa superposisyon ng asul at dilaw na kulay.
Ang matematikal na paglalarawan ng mga prosesong ito ay naging medyo kumplikado. Ito ay humantong sa hindi inaasahang resulta. Ito ay lumabas na ang isa sa pinakasimpleng mga scheme ng kemikal na naglalarawan ng mga oscillations sa isang sistema ng dalawang sunud-sunod na autocatalytic na reaksyon ay mathematically magkapareho sa mga equation na ang Italyano siyentipiko V. Volterra sa unang bahagi ng 1930s. ginamit upang ilarawan ang mga prosesong ekolohikal. Ito ay sa kasalukuyan sikat na modelo Lotka-Volterra, na naglalarawan ng mga panaka-nakang pagbabago sa bilang ng "biktima" at "mandaragit" sa mga sistemang ekolohikal. S.P. Mushtakova, propesor ng Saratov Pambansang Unibersidad sila. Itinuturing ng N.G. Chernyshevsky, ang isang oscillatory na reaksyon bilang pakikipag-ugnayan ng dalawang sistema, na ang isa ay kumukuha ng enerhiya, sangkap o iba pang mga sangkap na kailangan nito para sa pag-unlad mula sa isa. Ang problemang ito ay tinatawag na predator-prey problem.
Para sa kalinawan, isipin natin na ang mga lobo at liyebre ay nakatira sa ilang limitadong kapaligiran. Sa sistemang ekolohikal na ito, lumalaki ang damo, na kumakain ng mga liyebre, na siya namang pagkain ng mga lobo. Tulad ng alam mo, kung mayroon kang anumang hanay ng mga nabubuhay na nilalang, pagkatapos ay sa ilalim ng kanais-nais na mga kondisyon, ang kanilang populasyon ay tataas nang walang katiyakan. Sa katunayan, ang mga panlabas na kadahilanan, tulad ng kakulangan ng enerhiya o pagkain, ay naglilimita sa proseso ng paglago. Isipin natin na hanggang sa isang tiyak na sandali ang pakikipag-ugnayan ng dalawang subsystem, ibig sabihin, ang mga populasyon ng mga lobo at hares, ay balanse: ang mga hares (isinasaalang-alang ang kanilang natural na muling pagdadagdag) ay sapat lamang upang pakainin ang isang tiyak na bilang ng mga lobo. Pagkatapos, sa sandaling kinuha bilang zero ng bilang ng oras, dahil sa ilang pagbabagu-bago, ang bilang ng mga liyebre ay tumaas. Nadagdagan nito ang dami ng pagkain para sa mga lobo at, samakatuwid, ang kanilang bilang. Nagkaroon ng pagbabagu-bago sa bilang ng mga lobo. Bukod dito, ang bilang ng mga lobo at liyebre ay magbabago sa paglipas ng panahon sa isang tiyak na average (equilibrium) na halaga. Ang mga pinakain na lobo ay nagsisimulang dumami nang husto, na nagbibigay ng mga bagong supling, na, sa masaganang pagkain, ay mabilis na tumatanda at nagbibigay ng mga bagong supling. Mayroong isang sitwasyon kapag ang "liyebre" ay hindi na kayang pakainin ang lahat ng mga lobo - ang bilang ng mga liyebre ay nagsisimulang bumagsak, at ang mga lobo (sa ngayon) ay patuloy na lumalaki. Sa wakas, ang ecosystem ay overpopulated na may wolves, at hares ay may isang lugar halos sa Red Book. Ngunit, sa pagiging isang ekolohikal na pambihira, ang mga hares ay naging mahirap na biktima ng mga lobo. Ang ecosystem ay pumapasok sa susunod na yugto: ang bilang ng mga liyebre ay bumagsak na sa pinakamababang antas kung saan sila ay halos mailap para sa mga lobo. Ang mga alagang hayop ng huli, na dumaan sa maximum, ay nagsisimulang bumaba, at ang pagbawas na ito ay nagpapatuloy hanggang sa maabot ang ganoong antas na ang mga liyebre ay makakakain sa kanilang pinakamababang bilang. Ngayon na ang bilang ng mga lobo ay umabot sa isang minimum, walang sinuman ang manghuli ng mga liyebre. Ang mga liyebre ay nagsimulang dumami, at ang kakaunting alagang hayop ng mga lobo ay hindi na masusubaybayan ang mga ito. Ang bilang ng mga liyebre sa maikling panahon ay aabot sa antas kung saan makakakain sila ng damo. Muli ay mayroong isang kasaganaan ng mga hares.
Anong mga konklusyon ang maaaring makuha mula sa isang paghahambing ng halimbawang ito at ang oscillatory na tugon?
Napansin namin ang mga pangunahing punto, kung wala ang inilarawan na proseso ng oscillatory ay magiging imposible.
Una sa lahat , ang kooperatiba na pag-uugali ng mga molekula sa solusyon ay imposible nang walang feedback. Ang kahulugan ng huli ay mauunawaan sa pamamagitan ng halimbawa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga hares at lobo: ang pagtaas sa bilang ng mga mandaragit na indibidwal ay humahantong sa pagbawas sa populasyon ng biktima, at kabaliktaran. Ang pagkakaroon ng naturang feedback ay nagsisiguro sa napapanatiling pag-iral ng ecosystem. Kung inilalarawan natin ang mga oscillatory chemical reaction sa mga tuntunin ng "predator-prey", kung gayon ang papel ng "mga mandaragit" ay nilalaro ng mga intermediate na produkto na nagpapabagal o ganap na humaharang sa mga indibidwal na yugto ng proseso - mga inhibitor. Ang papel ng "mga biktima" ay ginagampanan ng mga katalista na nagpapabilis sa kurso ng reaksyon. Bagaman, tulad ng nalalaman, ang mga molekula ng katalista mismo (Fe) ay hindi natupok sa reaksyon, ang ratio ng mga konsentrasyon ng ion /, tulad ng ipinakita ng mga pag-aaral, ay sumasailalim sa isang kumplikadong ebolusyon. Ang pinasimple na pamamaraan na ito ay nagbibigay-daan sa isang pangkalahatang ideya ng mekanismo ng feedback ng molekular sa solusyon.
Pangalawa , ang proseso ng oscillatory ay imposible nang walang pinagmumulan ng enerhiya, ang papel nito sa modelong Lotka–Volterra ay nilalaro ng damo na kinakain ng mga liyebre. Malinaw na walang pag-aalinlangan sa anumang pagbabagu-bago, pabayaan ang katatagan ng siklo ng "predator-prey", kung ang buong teritoryo ay nakonkreto sa reserba - kakainin ng mga lobo ang mga liyebre at pagkatapos ay mamamatay ang kanilang mga sarili. Sa reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky, ang organikong malonic acid ay nagsisilbing mapagkukunan ng enerhiya. Sa katunayan, kapag ito ay ganap na na-oxidized, ang mga oscillations sa reaksyon ay namamatay, at pagkatapos ay ang reaksyon mismo ay hihinto.
Noong 1963, natapos ang pangunahing yugto ng husay sa pag-aaral ng reaksyon ng Belousov. Alam ito ng siyentipiko, ngunit ayaw niyang makisali sa gawain. Noong 1966, noong Marso, ang 1st All-Union Symposium on Oscillatory Processes in Chemistry and Biochemistry ay ipinatawag. Ang mga ulat ni Zhabotinsky at ng kanyang mga kapwa may-akda na si M.D. Korzukhin, V.A. Vavilin ay sinakop ang gitnang lugar. Tumanggi si Belousov na lumahok sa symposium.
Mamaya, noong 1974, ang Propesor ng Chemistry at Biology sa University of Arizona (USA) A.T. rings, spirals, wave fronts, atbp.). Simula noon, ang interes sa naturang mga sistema ay patuloy na lumalaki, na nagpapahiwatig ng pangako ng pananaliksik sa direksyong ito.
Kaya, ang inilapat na pananaliksik ay nakakakuha ng higit at higit na timbang, halimbawa, sa larangan ng pagmomodelo ng mga alternatibong paraan ng pagproseso ng impormasyon (sa partikular, ang pagsusuri ng mga kumplikadong mosaic na may gradation ng liwanag ng bagay). Ang isa pang bagong direksyon ng inilapat na pananaliksik ay ang pag-aaral ng mga tampok ng polymerization sa BZ system o mga katulad nito.
Ang kumplikadong spatio-temporal na organisasyon na ipinakita ng BZ-system sa kawalan ng paghahalo sa kalaunan ay natagpuan ang mga pagkakatulad sa kalikasan, sa mga biological system (halimbawa, ang pag-aaral ng cardiac muscle fibrillation mula sa punto ng view ng pagsasaalang-alang sa myocardium bilang isang self-organizing biological system).
Sa ngayon, ang reaksyon ng Belousov-Zhabotinsky ay nakakuha ng nararapat na lugar sa agham ng mundo. Talagang pinasigla nito ang paglitaw ng bagong larangan nito - synergetics (self-organization), at ang eksperimentong gawain ang nagpasimula ng pagbuo ng modernong teorya ng mga dynamical system. Bagama't sa kasalukuyan ang karamihan sa mga ganitong reaksyon ay naiintindihan na, gayunpaman, ang mga sanhi na nagdudulot ng mga oscillatory na proseso ng kemikal ay nananatiling hindi malinaw hanggang sa wakas. Ang isang dinamikong paglalarawan ng oscillatory chemical reactions ay maaaring maging malaking tulong dito, sa partikular, sa hindi direktang pagtatatag ng nawawalang reaction rate constants.
Ang mga pangunahing pagbabago sa natural na agham na nagbunga ng tinatawag na teorya ng self-organization ay higit sa lahat ay dahil sa paunang impetus na ibinigay dito ng mga siyentipikong Ruso sa pagliko ng 1950s–1960s, nang matuklasan ni Belousov ang redox chemical reaction. Kasabay nito, natuklasan ang mga kapansin-pansin na pagkakatulad, ito ay naging marami natural na phenomena, mula sa pagbuo ng mga kalawakan hanggang sa mga buhawi, cyclone at paglalaro ng liwanag sa mga mapanimdim na ibabaw, sa katunayan, ay mga proseso ng self-organization. Maaari silang magkaroon ng ibang kalikasan: kemikal, mekanikal, optical, elektrikal, atbp.
Sa kasalukuyan, ang kinetics ng oscillatory reactions ay isang mabilis na umuunlad na sangay ng kaalaman na lumitaw sa intersection ng chemistry, biology, medicine, physics, at mathematics.

PANITIKAN

Wolter B.V. Alamat at totoong kwento tungkol sa mga panginginig ng boses ng kemikal. Ang kaalaman ay kapangyarihan, 1988, blg. 4, p. 33–37; Zhabotinsky A.M. pagbabagu-bago ng konsentrasyon. M.: Nauka, 1974, 179 p.;
Shnol S.E. Mga bayani, kontrabida, conformists ng agham ng Russia. M.: Kron-Press, 2001, 875 p.;
Mushtakova S.P. Mga reaksyon ng vibrational sa kimika. Soros Educational Journal, 1997, No. 7, p. 31–37;
Vavilin V.A. Mga self-oscillations sa liquid-phase chemical system. Priroda, 2000, No. 5, p. 19–25.

BELOUSOV Boris Pavlovich(19.II.1893–12.VI.1970) - Sobyet na botika. Ipinanganak sa Moscow sa pamilya ng isang empleyado sa bangko, ang ikaanim na anak sa pamilya. Kasama ang kanyang mga kapatid, maaga siyang nasangkot sa mga rebolusyonaryong aktibidad at naaresto sa edad na 12. Ang kanyang ina ay inalok ng isang pagpipilian: alinman sa Siberian exile o emigration. Ang pamilya ay napunta sa Switzerland sa isang kolonya ng Bolshevik. Ang hinaharap na siyentipiko ay nagkaroon ng pagkakataon na maglaro ng chess kasama si V.I. Lenin. Nagulat si Boris sa kanyang pagnanasa, kung paano niya sinisiraan ang kanyang kalaban sa lahat ng posibleng paraan, sinusubukang i-demoralize siya. Ito ang pagtatapos ng rebolusyonaryong aktibidad sa pulitika ni Belousov. Hindi siya sumali sa party. Sa Zurich, nagsimula ang kanyang pagkahilig sa kimika, ngunit walang pagkakataong makapag-aral, dahil kailangan niyang magbayad ng matrikula. Sa simula ng Unang Digmaang Pandaigdig, bumalik si Boris sa Russia, na nagnanais na kusang sumali sa hukbo, ngunit sa mga kadahilanang pangkalusugan ay hindi siya tinanggap.
Si Belousov ay nagtatrabaho sa laboratoryo ng kemikal ng Goujon metalurgical plant (ngayon ay ang Hammer and Sickle plant). Ang laboratoryo na ito ay ideologically na pinamumunuan ni V.N.
Naging isang chemist ng militar, mula noong 1923, si Belousov, sa rekomendasyon ng Academician P.P. Lazarev, ay nagtuturo ng kimika sa mga kumander ng Red Army sa Higher Military Chemical School ng Red Army (Workers 'and Peasants' Red Army, 1918–1946), pagbibigay ng kurso ng mga lektura sa pangkalahatan at espesyal na kimika sa paaralan para sa pagpapabuti ng mga tauhan ng command ng Pulang Hukbo. Noong 1933, si Belousov ay isang senior lecturer sa Military Red Banner Academy of Chemical Defense na pinangalanang S.K. Timoshenko.
Ang pagiging tiyak ng aktibidad na pang-agham ni Belousov ay ganoon na wala sa kanyang mga akdang pang-agham ang nai-publish kahit saan. Tinawag ng akademya na si A.N. Terenin si Belousov na isang natatanging chemist. Sa kanyang pagsusuri, na isinulat na may kaugnayan sa posibilidad na igawad kay Belousov ang isang doctoral degree nang hindi nagtatanggol sa isang disertasyon, nabanggit na "Si B.P. Belousov ay nagsimula ng isang ganap na bagong direksyon sa pagtatasa ng gas, na binubuo sa pagbabago ng kulay ng mga gel ng pelikula sa panahon ng pagsipsip ng mga aktibong gas sa kanila. Ang gawain ay upang lumikha ng mga tiyak at unibersal na mga tagapagpahiwatig para sa mga nakakapinsalang gas na compound sa kanilang pagtuklas sa napakababang konsentrasyon. Ang gawaing ito ay napakatalino na nagawa ... isang bilang ng mga optical na instrumento ang binuo na nagpapahintulot sa awtomatiko o semi-awtomatikong pagsusuri ng husay ng hangin para sa mga nakakapinsalang gas ... Sa grupong ito ng mga gawa, pinatunayan ni B.P. Belousov ang kanyang sarili bilang isang siyentipiko na nagdudulot ng problema sa isang bagong paraan at nilutas ito sa isang ganap na orihinal na paraan. Bilang karagdagan sa mga pag-aaral na ito, si B.P. Belousov ay nagmamay-ari ng ilang pantay na orihinal at kawili-wiling mga akdang pang-agham, na walang pag-aalinlangan na tiyak na nararapat siyang gawaran ng antas ng Doctor of Chemical Sciences nang hindi nagtatanggol sa isang disertasyon. Ang mahirap na karakter ni Boris Pavlovich ay nagpakita rin dito, "ayaw niya ng anumang mga diploma."
Gayunpaman, ang chemist ng militar na si Belousov ay iginawad sa ranggo ng kumander ng brigada, katumbas ng ranggo ng pangunahing heneral. Totoo, noong 1935 ay nagbakasyon siya nang mahabang panahon, at noong 1938 ay nagbitiw siya. Ito, marahil, ay nagpapaliwanag sa katotohanan na si Belousov mismo ay hindi nagdusa sa panahon ng malawakang panunupil noong 1937-1938. Gayunpaman, ang pagkawala ng maraming mga kasamahan at kaibigan ay nag-iwan ng hindi maalis na bakas sa kanyang pagkatao. Ang eksaktong pangalan ng lihim na institusyong medikal kung saan nagtrabaho si Belousov sa mga sumunod na taon ay hindi alam. Ngunit, ayon sa mga kasamahan, mayroon siyang mga kahanga-hangang pagtuklas sa larangan ng paglikha ng mga gamot na nagpapababa ng epekto ng radiation, pinahahalagahan siya: nang walang mas mataas na edukasyon, ang siyentipiko ay namamahala sa laboratoryo at, sa nakasulat na mga tagubilin ng I.V. Stalin. , nakatanggap ng suweldo ng isang doktor ng agham.
Matapos suriin ang mga paikot na reaksyon na natuklasan sa mga taon pagkatapos ng digmaan ng mga biochemist, nagpasya si Belousov na gumawa ng isang kemikal na pagkakatulad ng mga biological cycle. Sinisiyasat ang oksihenasyon ng citric acid na may bromate sa pagkakaroon ng isang katalista, natuklasan niya ang pagbabagu-bago ng konsentrasyon ng mga reagents - ito ay kung paano natuklasan ang oscillatory reaction. Noong 1951 at 1955, sinubukan ni Belousov na i-publish ang kanyang natuklasan sa mga journal na Kinetics at Catalysis at Journal of General Chemistry. Ang mga tugon sa kanyang mga artikulo ay tiyak na negatibo at, tulad ng nangyari sa ibang pagkakataon, tulad din ng kategoryang mali. Nabatid na labis nitong naapektuhan ang siyentista kung kaya't itinapon na lamang niya ang laboratoryo recipe para sa reaksyon at nakalimutan ang tungkol dito.
Pagkalipas ng ilang taon, nang ang mga biochemist ay naging interesado sa reaksyon na natuklasan ni Belousov, kinailangan niyang hanapin ang mga paunang bahagi at ang kanilang mga proporsyon sa pamamagitan ng sunud-sunod na enumeration. Masasabi nating ang pagtuklas ay ginawa ni Belousov nang dalawang beses - ang unang pagkakataon ay hindi sinasadya, ang pangalawang pagkakataon bilang resulta ng isang sistematikong paghahanap. Ngunit hindi na niya nais na aktibong lumahok sa gawain ng pangkat na pang-agham. Ang lahat na pinamamahalaan ng mga kasamahan ay upang hikayatin si Belousov na subukang i-publish muli ang kanyang artikulo. Bilang resulta, ang tanging panghabambuhay na publikasyon ng siyentipiko ay lumitaw sa "Collection of Abstracts on Radiation Medicine" para sa 1958.
Ngunit kahit na dumating ang pagkilala at pinangalanan ng internasyonal na pamayanang siyentipiko ang oscillatory reaction pagkatapos ng Belousov-Zhabotinsky, ang mga pagtatangka na isali ang retiradong brigade commander sa karagdagang pag-aaral nito ay hindi nagtagumpay. Ang mga nakakakilala sa kanya sa mga nakaraang taon, inaangkin na ang malikhaing aktibidad ni Belousov ay nanatiling napakataas. Iniwan niya ang institute ilang sandali bago ang kanyang kamatayan - noong Hunyo 12, 1970. Sampung taon ang natitira bago iginawad kay Belousov ang Lenin Prize.

Mga reaksiyong kemikal na panginginig ng boses

Sa term paper na ito, isasaalang-alang ko ang isang espesyal na kaso ng isang problemadong eksperimento, mga oscillatory chemical reaction. Ang mga reaksyon ng vibrational ay isang buong klase ng mga reaksyon ng oksihenasyon organikong bagay na may pakikilahok ng isang katalista na may mga katangian ng redox. Ang prosesong ito ay nagpapatuloy sa paikot, iyon ay, binubuo ito ng maraming pag-uulit.

Ang mga reaksiyong kemikal na panginginig ng boses ay natuklasan at napatunayang siyentipiko noong 1951 ng siyentipikong Sobyet na si Boris Petrovich Belousov. B.P. Pinag-aralan ni Belousov ang oksihenasyon ng citric acid sa panahon ng reaksyon nito sa sodium bromate sa isang solusyon ng sulfuric acid. Upang mapahusay ang reaksyon, idinagdag niya ang cerium salt sa solusyon. Ang Cerium ay isang metal na may variable na valence (3+ o 4+), kaya maaari itong maging catalyst para sa redox transformations. Ang reaksyon ay sinamahan ng paglabas ng mga bula ng CO 2, at samakatuwid ay tila ang buong pinaghalong reaksyon ay "kumukulo". At laban sa background ng kumukulo na ito, napansin ni B.P. Belousov ang isang kamangha-manghang bagay: pana-panahong nagbago ang kulay ng solusyon - naging dilaw o walang kulay. Nagdagdag si Belousov ng isang kumplikadong phenanthroline na may ferrous iron (ferroin) sa solusyon, at ang kulay ng solusyon ay nagsimulang pana-panahong magbago mula sa lila-pula hanggang sa asul at likod.

Sa gayon ay natuklasan ang reaksyon na naging tanyag. Ngayon ito ay kilala sa buong mundo, ito ay tinatawag na Belousov-Zhabotinsky reaksyon. Maraming ginawa si A. M. Zhabotinsky upang maunawaan ang kamangha-manghang kababalaghan na ito. Simula noon, ang isang malaking bilang ng mga katulad na reaksyon ay natuklasan.

Ang kasaysayan ng pagtuklas ng mga oscillatory reactions.

Ginawa ni IP Belousov ang pagtuklas ng isang oscillatory chemical reaction sa pagtatangkang lumikha ng isang simpleng modelo ng kemikal ng ilang yugto ng sistema ng mga pangunahing pagbabagong biochemical ng mga carboxylic acid sa isang cell. Gayunpaman, ang unang ulat ng pagtuklas nito ay hindi nai-publish. Ang tagasuri ng isang kemikal na journal ay nag-alinlangan sa pangunahing posibilidad ng reaksyon na inilarawan sa artikulo. Karamihan sa mga chemist sa mga taong iyon ay naniniwala na walang puro kemikal na mga oscillations, bagaman ang pagkakaroon ng mga oscillatory na reaksyon ay hinulaang noong 1910 ni A. Lotkoy batay sa matematikal na teorya ng mga pana-panahong proseso.

Ang pangalawang pagtatangka na i-publish ang mga resulta ng pag-aaral ay ginawa ng siyentipiko noong 1957, at muli siya ay tinanggihan, sa kabila ng mga gawa ng Belgian physicist at physicochemist na si I. R. Prigozhin na lumitaw sa oras na iyon. Sa mga gawaing ito, ipinakita ang posibilidad at posibilidad ng oscillatory chemical reactions.

Noong 1959 lamang ito nai-publish maikling abstract tungkol sa pagtuklas ni B. P. Belousov ng isang pana-panahong kumikilos na oscillatory chemical reaction sa isang maliit na kilalang publikasyon na "Collection of Abstracts on Radiation Medicine".

At ang bagay ay kapag ginawa ni B.P. Belousov ang kanyang pagtuklas, ang mga pana-panahong pagbabago sa konsentrasyon ng mga reagents ay tila isang paglabag sa mga batas ng thermodynamics. Sa katunayan, paano mapupunta ang isang reaksyon sa pasulong o sa kabilang direksyon? Imposibleng isipin na ang buong malaking bilang ng mga molekula sa sisidlan ay nasa isang estado, pagkatapos ay sa isa pa (alinman sa lahat ng "asul", pagkatapos ay lahat "pula" ...).

Ang direksyon ng reaksyon ay tinutukoy ng potensyal na kemikal (thermodynamic) - ang mga reaksyon ay isinasagawa sa direksyon ng mas malamang na mga estado, sa direksyon ng pagbawas ng libreng enerhiya ng system. Kapag ang isang reaksyon sa isang tiyak na direksyon ay nakumpleto, nangangahulugan ito na ang potensyal nito ay naubos na, ang thermodynamic equilibrium ay naabot, at nang walang paggasta ng enerhiya, nang kusang-loob, ang proseso ay hindi maaaring pumunta sa kabaligtaran na direksyon. At pagkatapos ... ang reaksyon ay napupunta sa isang direksyon o sa iba pa.

Gayunpaman, walang paglabag sa mga batas sa reaksyong ito. Nagkaroon ng mga pagbabago - panaka-nakang pagbabago - sa mga konsentrasyon ng mga intermediate, at hindi ang mga paunang reaksyon o panghuling produkto. Ang CO 2 ay hindi nagiging citric acid sa reaksyong ito, ito ay talagang imposible. Ang mga tagasuri ay hindi isinasaalang-alang na habang ang sistema ay malayo sa ekwilibriyo, maraming magagandang bagay ang maaaring mangyari dito. Ang mga detalyadong trajectory ng isang system mula sa unang estado nito hanggang sa huling estado nito ay maaaring maging napakasalimuot. Sa nakalipas na mga dekada lamang nagsimulang harapin ang mga problemang ito ang thermodynamics ng mga sistemang malayo sa ekwilibriyo. Ang bagong agham na ito ay naging batayan ng isang bagong agham - synergetics (ang teorya ng self-organization).

Ang reaksyon ni Belousov, tulad ng nabanggit sa itaas, ay pinag-aralan nang detalyado ni A. M. Zhabotinsky at ng kanyang mga kasamahan. Pinalitan nila ang citric acid ng malonic acid. Ang oksihenasyon ng malonic acid ay hindi sinamahan ng pagbuo ng mga bula ng CO 2, kaya ang pagbabago sa kulay ng solusyon ay maaaring maitala nang walang pagkagambala ng mga photoelectric na aparato. Nang maglaon ay lumabas na ang ferroin na walang cerium ay nagsisilbing isang katalista para sa reaksyong ito. Napansin na ni B. P. Belousov na sa mga unang eksperimento ang isa pang kapansin-pansin na pag-aari ng kanyang reaksyon: kapag huminto ang pagpapakilos, ang pagbabago ng kulay sa solusyon ay kumakalat sa mga alon. Ang pagpapalaganap ng mga panginginig ng boses ng kemikal sa kalawakan ay naging lalong maliwanag nang, noong 1970, sina A. M. Zhabotinsky at A. N. Zaikin ay nagbuhos ng isang manipis na layer ng pinaghalong reaksyon sa isang Petri dish. Ang mga kakaibang figure ay nabuo sa tasa - concentric circles, spirals, "vortices" propagating sa isang bilis ng tungkol sa 1 mm / min. Ang mga kemikal na alon ay may isang bilang ng mga hindi pangkaraniwang katangian. Kaya, kapag sila ay nabangga, sila ay napatay at hindi maaaring dumaan sa isa't isa.