Флуктуационная кинетика, колебательные реакции и химические нестабильности в макрообъеме как системе взаимодействующих микрообъемов

• Автор: Ванаг, Владимир Карлович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 223 с. : ил.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы. Изучение нелинейных динамических
систем стало в последние десятилетия одним из основных направлений исследований в физике, химиии, биологии, и математике, в экологии, экономике, социологии и других науках. В физике - это нелинейная оптика и акустика, нелинейные колебания и волны, теория турбулентности, процессы горения и взрывов, многочисленные фазовые переходы и т. д.; в химии - это колебательные химические реакции, автоволновые процессы и диссипативные структуры в распределенных средах и т. д.; в биологии - это морфогенез, самоорганизация, теория развития популяций, функционирование возбудимых тканей, практически вся современная биология имеет дело с нелинейными динамическими системами.
Математика классифицирует различные режимы точечных динамических систем по типу их поведения. Известны стационарные состояния, периодические колебания (математическим образом
которых является предельный цикл), квазипериодические колебания (тор), хаотические колебания и динамический хаос (странные аттракторы). Для распределенных систем известны различные типы автоволновых процессов, пульсирующие и стационарные
диссипативные структуры, в частности, структуры Тьюринга,
химическая турбулентность и др. Приведенная классификация относится к двум принципиально различающимся системам: к так

называемым точечным динамическим системам, описываемым обыкновенными дифференциальными уравнениями (ОДУ) и к системам типа “реакция-диффузия”, описываемым
дифференциальными уравнениями в частных производных. В последнем случае считается, что в системе отсутствуют какие-либо гидродинамические потоки. Для реализации этого предельного случая в лабораторном эксперименте используют специальные условия и среды (типа гелей), исключающие гидродинамические потоки. Переход от модели “реакция-диффузия” к точечным моделям осуществляется на практике интенсивным перемешиванием реальных химических систем вплоть до крайне высоких скоростей перемешивания, близких к пределу кавитации. Однако, неидеальность перемешивания почти всегда сопутствует химическим реакциям, как в закрытых, так и в проточных реакторах. Накапливается все больше и больше примеров, в которых динамика “хорошо” перемешиваемых нелинейных химических систем лишь с большой натяжкой описывается системой ОДУ для средних. В качестве таких примеров можно привести широко известную колебательную реакцию Белоусова-Жаботинского, реакцию Бриггса-Раушера, хлорит-иодидную реакцию и хлорит-тиосульфатную реакцию. Профессор I. Epstein из Брандейского университета считает [33], что разумнее было бы разобраться в тех последствиях, которые вытекают из неидеальности перемешивания нелинейных динамических систем, чем стремиться к трудно достижимой идеальности перемешивания.

Э юр
Рис. IЬ. Реакция Бриггса-Раушера, регистрируемая по (I) потенциалу Р1 электрода 1%, по (2) потенциалу иодид-селектииного электрода по (3) оптической плотности иода Ь на длине волны 462 нм (на рисунке выполнен пересчет в концентрацию Ь при использовании коэффициента экстинкции 8462 — 746 РуНсм'1) и по (4) оптической плотности А360 на длине волны 360 нм. Начальные условия: |Н2Б04) = 0.1 М, |Н202] = 0.61 М, |Мп2+| = 0.035 М, [малоновая кислота] = 0.05 М, |КЮ3| = 0.025 М, 1 = 27 °С, а = [МК|0/[КЮ3]о = 2.