Колебания и бегущие полны в химических системах - Филд Р.
Скачать (прямая ссылка):
3.5. Выводы
Мы показали, что Орсгонатор успешно объясняет колебания, бп-стабнлыюсть,' бегущие волны н концентрические волновые структуры как в восстановленной, так и в окисленной среде. Pnшель и Трой [820 827] вслед за Янцем, Ванечеком п Фнлдом 1494] показали, как моделировать прерывистую генерацию колебании в проточных реакторах, используя Орсгонатор (см. разд. 4.о этой монографии). Очень вероятно также, что Орегонатор объяснит спиральные волны, хотя еще никто не подходил к решению
„¦„ пи численными методами, ші методами теории этой задачи ' й Единственное янлеипс, для которого
сингулярных і а ^ стого „ правдоподобного объяснения
мы но имеем ра.) пеГ„11атора,-это иояиленпе при пекото-„ рамках УІ авнинш ^',,^ рсакторах. (Некоторые но-рых Уе-,Ш!1'ЯХ,1(,',,Ы чгоГ,ы объяснить хаотическое понеденпе „ „,„к,, «шли с[933, 934, 949, 955].) |Н'аОпёгоиа7ор не только качественно объясняет эти явления, i.>pui..л ьттттмчсственпое согласие, если два без-
Ппегініатої) не іи.'ірл^ -------- --->
Р , ,«Ip vnnoinec количественное согласие, если два без-р"™ІЇ; "Йс.ыТ-Т-2*Л/*Л 11 ОФКН = /,^2 выбраны тавнльно. Хорошее согласие получено для-1 „ота и амплитуды —л»."'» «
10-» и *5/fe « Ю-5;
1-11,110 ЛорОШСе COlviai-нс m«>j-^"- .....
'пепнота п амплитуды колебании на предельном цикле,
• . „' .. . a. ^ , і Л—5.
ЄСЛ11 Ч <% ю- h s5/«2 » I" . ~ ІГі-5
2) области бпстабильностн при q ж З-Ш ' и й5/й2 ~ 10=; 3)скорости трштсрных волн при с7 ж 4-10 4. Эти три различных явления приводят к одинаковым оценкам:
fes/fea » 10 5 (3.29)
2k3kjksk-, » 5 ¦ 10"' (3.30)
Эти два соотношения не достаточны для того, чтобы определить три ФКН-константы скорости k2, kA и йг„ относительно которых остается еще некоторая неопределенность. На самом деле существует однопараметрпческое семейство наборов констант {кг, к\, *о}. которое удовлетворяет соотношениям (3.29) и (3.30). Величины констант «Нпз» п «Выс» являются двумя такими наборами. Очевидно, невозможно сделать выбор между этими сильно отличающимися наборами констант только на основании того, дают ли они разумное количественное описание колебаний, бпстабильностн и бегущих волн в реакции БЖ-
Единственный факт, который, по-видимому, может различать «Низ»- п «Выс»-наборы констант, — это зависимость скорости волны от кислотности среды. Наблюдаемая пропорциональность скорости волны величине [H+]"2 означает, что ИгН/ікл > I, чг° соответствует набору «Нпз», а не «Выс», для которого толжно выполняться соотношение k2H/2kA < 1. Так как «Нпз»-велп-чипы также согласуются с большинством кинетических данных, ™ кажется разумным в настоящее время оттать предпочтение ""•«-величинам для fe, к, и й5 по сравнению с величинами • ьыс*. Следует подчеркнуть, однако, что механизм ФКН одинаково успешно объясняет феноменологию реакции БЖ иезави-¦rrVft n VUr°' "Рниимаі°т •'"I неопределенные константы скоро-вы™,1«Т№ "Л" Ш,3кие 3,1ачс""я- Необходимо только, чтобы ичито^г-, 11еКоТОР"ептс°о™ошення между константами, а именно соотношения (3.29) ц (3.30)
Реакция Белоусова — Жаботинского (БЖ) — это окисление лег-кобромирующихся органических соединений броматом; она катализируется ионами металла. При определенных условиях входе реакции происходят колебания концентраций промежуточных соединений. При других условиях, когда колебания отсутствуют, система может проявлять свойство возбудимости. Это означает, что соответствующее возмущение стационарного состояния, в котором система находится в данный момент, вызывает «импульс»; во время импульса концентрации интермедиатов реакции сильно отклоняются от исходного состояния покоя и затем в него возвращаются. Если реакционная смесь не перемешивается, то могут происходить весьма интересные явления. Используя в качестве катализатора церий, Буссе [139] наблюдал в системе БЖ движение полос с большим отношением ICe(IV)]/[Ce(III)]. Позднее Заикин и Жаботинскпй [1035] создали систему, в которой церий был заменен на ферроин. Фер-роип — координационное соединение двухвалентного железа, окрашенное в красный цвет. Если Fe(II) окислен до Fe(III), то соответствующий комплекс, называемый ферриином, будет иметь голубой цвет. Когда смесь Заикина — Жаботинского находится в тонком слое (»2 мм) в чашке Петри, исходная форма катализатора— обычно красная, восстановленная форма (ферроин). Однако при этом в системе могут формироваться и распространяться голубые волны окисления (высокой концентрации феррпина). Волны периодически инициируются в определенных точках, названных Вннфри [1002] пейсмейкерами. Эти пей-смейкеры являются, очевидно, пространственными неоднородно-стями, такими, как частицы пыли, пузырьки газа или дефекты поверхности контейнера. Шоуолтер и Нойес [890] показали, что в качестве управляемого пейсмейкера может служить серебряный электрод, который инициирует волны, когда к нему приложен потенциал 2В.
Еще более широкий спектр форм поведения обнаруживается, когда реакция БЖ проводится в проточном реакторе постоянного перемешивания (ПРПП). Кроме регулярных периодических колебаний при некоторых скоростях потока наблюдались следующие явления: 1) бистабильность (т. е. наличие двух
