Belousov-Jabotinskinin salınım reaksiyası adlanır. Belousov-Jabotinskinin öz-özünə salınan reaksiyası

Ferroin ilə Belousov-Jabotinsky reaksiyasında reaksiya qarışığının rənginin dəyişməsi

Belousov-Jabotinsky reaksiyası- salınım rejimində baş verən, bəzi reaksiya parametrlərinin (rəng, komponentlərin konsentrasiyası, temperatur və s.) vaxtaşırı dəyişərək reaksiya mühitinin mürəkkəb məkan-zaman strukturunu əmələ gətirən kimyəvi reaksiyalar sinfi.

Müəyyən şəraitdə bu sistemlər müntəzəm dövri rəqslərdən xaotik rəqslərə qədər çox mürəkkəb davranış formalarını nümayiş etdirə bilər və universal qanunauyğunluqların öyrənilməsinin mühüm obyektidir. qeyri-xətti sistemlər. Xüsusilə, Belousov-Jabotinsky reaksiyasında ilk eksperimental qəribə cəlbedici müşahidə edildi. kimyəvi sistemlər və onun nəzəri cəhətdən proqnozlaşdırılan xassələrinin eksperimental yoxlanışı aparılmışdır.

B. P. Belousov tərəfindən salınan reaksiyanın kəşf tarixi, eksperimental tədqiqat onun və çoxsaylı analoqları, mexanizminin öyrənilməsi, riyazi modelləşdirmə, tarixi məna kollektiv monoqrafiyada verilmişdir.

Kəşf tarixi

Reaksiya mexanizmi

Jabotinsky-Korzukhin modeli

Belousov-Jabotinsky reaksiyasının ilk modeli 1967-ci ildə sistemdəki salınımları düzgün təsvir edən empirik əlaqələrin seçilməsi əsasında Jabotinsky və Korzuxin tərəfindən əldə edilmişdir. O, məşhur mühafizəkar Lotka-Volterra modelinə əsaslanırdı.

d X 1 d t = k 1 X 1 (C − X 2) − k 0 X 1 X 3 (\displaystyle (\frac (dX_(1))(dt))=k_(1)X_(1)(C-) X_(2))-k_(0)X_(1)X_(3)) d X 2 d t = k 1 X 1 (C − X 2) − k 2 X 2 (\displaystyle (\frac (dX_(2))(dt))=k_(1)X_(1)(C-X_() 2))-k_(2)X_(2)) d X 3 d t = k 2 X 2 − k 3 X 4 (\displaystyle (\frac (dX_(3))(dt))=k_(2)X_(2)-k_(3)X_(4))

Budur X 2 (\displaystyle X_(2))= , C= 0 + 0 , X 1 (\displaystyle X_(1))- avtokatalizator konsentrasiyası, X 3 (\displaystyle X_(3)) = .

Brusselator

Priqojinin təklif etdiyi, salınım dinamikası olan ən sadə model.

Oreqonator

Field və Noyes tərəfindən təklif olunan mexanizm Belousov-Jabotinsky reaksiyasının davranışını öyrənən əsərlərdə ən sadə və eyni zamanda ən populyarlardan biridir:

I	A+Y		X
II	X+Y	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	P
III	B+X	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	2X+Z
IV	2 X	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	Q
V	Z	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	f Y

Adi diferensial tənliklərin müvafiq sistemi:

d [ X ] d t = k I [ A ] [ Y ] − k I I [ X ] [ Y ] + k I I I [ B ] [ X ] − k I V [ X ] 2 (\displaystyle (\frac (d[X]) )(dt))=k_(I)[A][Y]-k_(II)[X][Y]+k_(III)[B][X]-k_(IV)[X]^(2) ) d [ Y ] d t = − k I [ A ] [ Y ] − k I I [ X ] [ Y ] + f k V [ Z ] (\displaystyle (\frac (d[Y])(dt))=-k_( I)[A][Y]-k_(II)[X][Y]+fk_(V)[Z]) d [ Z ] d t = k I I I [ B ] [ X ] − k V [ Z ] (\displaystyle (\frac (d[Z])(dt))=k_(III)[B][X]-k_( V)[Z])

Bu model eksperimental olaraq müşahidə edilənlərə bənzər ən sadə rəqsləri nümayiş etdirir, lakin o, mürəkkəb dövri və xaotik rəqslər kimi daha mürəkkəb tipli rəqsləri göstərmək iqtidarında deyil.

Təkmil Oreqonator

Showalter, Noyes və Bar-Eli modeli mürəkkəb dövri və xaotik reaksiya davranışını modelləşdirmək üçün hazırlanmışdır. Lakin bu modeldə xaos əldə etmək mümkün olmadı.

1	A+Y		X+P
2	X+Y	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	2P
3	A+X	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	2 Vt
4	C+W	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	X+Z"
5	2 X	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	A+P
6	Z"	→ (\displaystyle \sağ arrow)	g Y + C

Harada A (\displaystyle A)- BrO 3 - ; X (\displaystyle X)- HBrO 2; Y (\displaystyle Y)- Br − ; C (\displaystyle C)- Ce 3+; Z (\displaystyle Z)" - Ce 4+; W (\displaystyle W)- Bro 2; P (\displaystyle P)- HOBr.

Müəyyən şəraitdə bu sistemlər müntəzəm dövridən xaotik rəqslərə qədər çox mürəkkəb davranış formalarını nümayiş etdirə bilir və qeyri-xətti sistemlərin universal qanunlarının öyrənilməsinin mühüm obyektidir. Xüsusilə, Belousov-Jabotinsky reaksiyasında kimyəvi sistemlərdə ilk eksperimental qəribə cəlbedici müşahidə edildi və nəzəri olaraq proqnozlaşdırılan xassələri eksperimental olaraq yoxlanıldı.

Kollektiv monoqrafiyada B.P.Belousov tərəfindən salınan reaksiyanın kəşfinin tarixi, onun eksperimental tədqiqi və çoxsaylı analoqları, mexanizminin tədqiqi, riyazi modelləşdirmə, tarixi əhəmiyyəti verilmişdir.

Ensiklopedik YouTube

1 / 5

✪ Belousov-Jabotinsky reaksiyası. Salınım reaksiyaları (1-ci hissə). Kimya - Sadə

✪ Belousov-Jabotinsky reaksiyası

✪ RL-də Belousov-Jabotinsky reaksiyası

✪ Belousov-Jabotinsky reaksiyası

Altyazılar

Hər kəsə salam, Aleksandr İvanov sizinlədir və "Kimya - Sadəcə" layihəsi Bu gün biz salınım reaksiyalarına baxacağımız bir sıra videolara başlayırıq.1937-ci ildə alman kimyaçısı Hans Krebs limon turşusunun oksidləşmə dövrünü kəşf etdi. Krebsin kimya üzrə Nobel mükafatı aldığı mühüm kəşf.Dövr Krebs reaksiyası oksigenlə tənəffüs, enerji təchizatı və hüceyrə böyüməsinin əsasını təşkil edən əsas reaksiyadır.Sovet İttifaqında bir alim var idi ki, onun əldə etmək mümkün olub-olmadığını düşünürdü. daha sadə - ideal olaraq - kompleks Krebs dövrünün qeyri-üzvi analoqu? Bu, canlı hüceyrədə baş verən mürəkkəb prosesləri, öyrənmək və başa düşmək daha asan olan sadə kimyəvi reaksiyanı imitasiya etməyə imkan verəcəkdi.1951-ci ildə Belousov SSRİ Elmlər Akademiyasının jurnalında belə kimyəvi reaksiya haqqında məqalə yazdı. Ancaq rədd edildi - rəyçi belə bir kimyəvi reaksiyanın mümkün olmadığını qəti şəkildə iddia edərək məqaləni rədd etdi. Lakin kimyaçımız təslim olmadı və tədqiqatlarını davam etdirdi.Və bu zaman elm bir yerdə dayanmadı. ingilis riyaziyyatçısı- Alan Turing, birləşməni təklif etdi kimyəvi reaksiyalar diffuziya prosesləri ilə bütün bir sinfi izah edə bilər bioloji hadisələr Məsələn, pələngin dərisindəki dövri zolaqları bununla izah etmək olar.Sovet fiziki və kimyaçısı İlya Romanoviç Priqojin 1955-ci ildə belə nəticəyə gəlmişdir ki, tarazlıqda olmayan termodinamik sistemlərdə, o cümlədən bütün bioloji sistemlər, kimyəvi vibrasiyalar mümkündür. Nə Türinq, nə də Priqojin müzakirə olunan fenomenin artıq aşkar olunduğundan şübhələnməyiblər.Sadəcə bu mövzuda məqalə dərc olunmayıb.Nəhayət, Belousov əsərinin yeni versiyasını başqasına göndərir. Elm jurnalı , lakin məqalə dərc edilməkdən imtina edilməklə yenidən geri qaytarılır. Rəyçi müəllifə onu bir neçə səhifəyə endirməyi təklif etdi.Belə həyasızlığa dözə bilməyən Belousov məqaləni zibil qutusuna atdı və akademik jurnallarla əlaqəni əbədi olaraq dayandırdı.Və cəmi 8 il sonra salınım reaksiyası haqqında qeyd radiasiya təbabəti əsərləri toplusunda nəşr olundu.Moskvada şayiələr yayıldı ki, haradasa kimyəvi ürək döyüntüsü olan stəkan var.Bunu kimyaçı Simon Şnoll maraqlandırdı.O, Boris Pavloviçi tapdı və gözəl reaksiya reseptini götürdü.Və onu yerinə yetirəndə çox təəccübləndi.O, aspirantı Anatoli Markoviç Jabotinskiyə vibrasiya kimyəvi hadisəsini ətraflı öyrənməyi tapşırdı.Tezliklə bu reaksiyanın öyrənilməsində onlarla insan iştirak etdi - onlar yüzlərlə məqalə dərc etdilər, namizədlik və doktorluq dissertasiyaları almış, Belousov bu fəaliyyətdə iştirak etməmişdir, yaşı 70-dən çox idi və o, öz institutunda işləməyə davam etdi, sonra bürokratlar onun yanına gəlib təqaüdə göndərdilər. İşsiz qalan Boris Pavloviç tezliklə öldü. Onun kəşf etdiyi, indi Belousov-Jabotinskinin adını daşıyan məşhur kimyəvi reaksiya müasir dünyagörüşündə dönüş nöqtəsi oldu. İndi salınım reaksiyası 20-ci əsr elminin qızıl fonduna daxil edilmişdir.Tezliklə çoxlu müxtəlif rəqs reaksiyaları kəşf olundu, ona görə də kimya ilə məşğul olaq və Belousov-Jabotinski reaksiyasını özümüz aparaq.Onu həyata keçirmək üçün hazırlayacağıq. 3 həll yolu. Onların bəstələri ekranda göstərilir. İkiqat serium və ammonium nitrat əvəzinə, prinsipcə, hər hansı digər serium (IV) duzunun ekvivalent miqdarı kömək edəcəkdir.A və B məhlullarını qarışdırın və bir dəqiqədən sonra daim qarışdırın, C məhlulunu əlavə edin. Gördüyümüz kimi, məhlul öz təsirini dəyişir. Lakin biz bununla kifayətlənməyəcəyik. , və ferroin məhlulu əlavə etməklə bu reaksiyanı yaxşılaşdırın. Onun tərkibini ekranda görə bilərsiniz. Baş verənlərin ən tam mexanizmini 80 elementar reaksiya toplusu ilə təsvir etmək olar.Bu çevrilmələr belə görünür.Hətta kimyaçı olsan belə, ətraflı xatırlamağa dəyməz. Biz sadəcə olaraq faciənin miqyasını, daha doğrusu belə gözəlliyin necə baş verdiyini göstəririk, məhlul daim qarışdırıldıqda rəng belə dəyişir, qarışdırmağı dayandırsaq və ya hündür, ensiz bir qabı bu məhlulla doldursaq, o, tamamilə görünür. Kosmik.Və narahat etməyənlər üçün, Baş verənləri ümumi şəkildə təhlil edəcəyik. A və B məhlullarını qarışdırdıqdan sonra şüşədə bir neçə proses baş verir. Onların reaksiyalarını ekranda görürsünüz. Bu reaksiyalar bir-biri ilə rəqabət aparır. Məhlulun sarı rəngi bromun sərbəst buraxılması ilə əlaqədardır. Brom hansı rəngdədir - brom haqqında videoda görə bilərsiniz. Daha sonra brom malon turşusu ilə reaksiya verir və sarı rəng yox olur.Sonra Seriumun oksidləşmə reaksiyası baş verir ki, bu reaksiya aşağıdakı reaksiyalarla başlayır.Bundan başqa, brom turşusu qeyri-sabitdir və əvvəlki reaksiyaları sürətləndirən bromat ionları əmələ gətirmək üçün parçalanır. Yeri gəlmişkən, serium bu prosesdə katalizatordur.Katalizator reaksiyanı sürətləndirən, lakin reaksiyanın özündə iştirak etməyən maddədir. Və əgər bu reaksiyada serium oksidləşibsə, bu reaksiyada o, ilkin vəziyyətinə qayıdır.Görmək olar ki, serium 3+ və serium 4+ ionlarının konsentrasiyası daim dəyişir. Burada yadda saxlamalıyıq ki, biz sonuncu dəfə şüşəyə feroinin məhlulu əlavə etmişik ki, bu məhlul redoks potensialının dəyərindən asılı olaraq rəngini dəyişə bilir və bu da öz növbəsində serium 4+ və serium 3 konsentrasiyalarının nisbəti ilə müəyyən edilir. + məhluldakı ionlar.Oksidləşmə-reduksiya potensialı nədir?bərpaedici potensial, başqa vaxt baxacağıq. Serium 4+ ionlarının konsentrasiyası artarsa, o zaman feroində dəmiri getdikcə oksidləşdirir, 2 valentlidən 3 valentə qədər.2 valentli dəmirin kompleksi qırmızı, 3 valentli dəmirin kompleksi isə mavidir. Belə ki, müxtəlif serium ionlarının konsentrasiyalarının nisbətləri dəyişdikdə məhlulun rəngi dəyişir.Şüşədə baş verən proseslərin davamlı olaraq bir-biri ilə rəqabət aparması səbəbindən dalğalanmalar baş verir.Hansısa məqamda brom, bəzilərində daha çox olur. nöqtədə bromat ionları olur, bəzi bromid ionlarına isə məhlulun rəngi hal-hazırda maddələrdən hansının konsentrasiyasından çox olur.Açılan brom sarı rəng verir.Brom az və bromat ionları çox olduqda. , məhlul mavi rəngə malikdir.Həmçinin məhlula feroin əlavə etməklə bu reaksiyanı dəyişdirdik, o da mavi və qırmızı arasında olan serium 4+ ionlarının konsentrasiyasından asılı olaraq rəngini dəyişir. Əlbəttə ki, serium ionlarının rəngini unutmaq olmaz. Əgər serium 3+ ionları rəngsizdirsə, serium 4+ ionları məhlulu sarı rəngə boyayır. Və bütün bu rənglər üst-üstə qoyulduqda, həll gördüyünüz bütün digər rənglərə sahib ola bilər. Təbii ki, bir sualınız var - "Bu reaksiya hansı praktik tətbiqə malikdir?" Cavab sadədir - heç biri! Bu xüsusi kimyəvi reaksiyanın istifadə oluna biləcəyi maksimum göstərici sırf nümayiş məqsədləri üçün nəzərdə tutulub.Bir az sonra, digər videolarda, digər oxşar salınım reaksiyalarına, o cümlədən olan reaksiyalara baxacağıq. praktik istifadə Və hamısı budur - abunə olun, bəyənin, layihəni dəstəkləməyi unutmayın və dostlarınıza "Bye bye" deməyi unutmayın!

Kəşf tarixi

Reaksiya mexanizmi

Jabotinsky-Korzukhin modeli

Belousov-Jabotinsky reaksiyasının ilk modeli 1967-ci ildə sistemdəki salınımları düzgün təsvir edən empirik əlaqələrin seçilməsi əsasında Jabotinsky və Korzuxin tərəfindən əldə edilmişdir. Lotka-Volterranın məşhur mühafizəkar modelinə əsaslanırdı.

Budur X 2 (\displaystyle X_(2))= , C= 0 + 0 , X 1 (\displaystyle X_(1))- avtokatalizator konsentrasiyası, X 3 (\displaystyle X_(3)) = .

Brusselator

Priqojinin təklif etdiyi, salınım dinamikası olan ən sadə model.

Oreqonator

Field və Noyes tərəfindən təklif olunan mexanizm Belousov-Jabotinsky reaksiyasının davranışını öyrənən əsərlərdə ən sadə və eyni zamanda ən populyarlardan biridir:

I	A+Y		X
II	X+Y	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	P
III	B+X	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	2X+Z
IV	2 X	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	Q
V	Z	⟶ (\displaystyle \longrightarrow)	f Y

Adi diferensial tənliklərin müvafiq sistemi:

Təkmil Oreqonator

Showalter, Noyes və Bar-Eli modeli mürəkkəb dövri və xaotik reaksiya davranışını modelləşdirmək üçün hazırlanmışdır. Lakin bu modeldə xaos əldə etmək mümkün olmadı.

1	A+Y		X+P
2	X+Y	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	2P
3	A+X	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	2 Vt
4	C+W	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	X+Z"
5	2 X	↔ (\displaystyle \sol sağarrow)	A+P
6	Z"	→ (\displaystyle \sağ arrow)	g Y + C

Çoxsaylı salınan kimyəvi və biokimyəvi reaksiyalar arasında ən məşhuru ilk dəfə rus alimi B.P. Belousov (1958).

Bu reaksiyaların öyrənilməsində A.M.-nin də böyük xidmətləri olmuşdur. Jabotinsky və buna görə də dünya ədəbiyyatında "BZ-reaksiyaları" (Belousov-Jabotinskii reaksiyası) kimi tanınır. Belousov-Jabotinsky reaksiyası reaksiya verən maddələrin konsentrasiyalarının məkanda qeyri-bərabər paylanmasının formalaşması, yamaqların, spiral dalğaların və digər avtodalğalı proseslərin yayılması da daxil olmaqla, özünü təşkili proseslərini öyrənmək üçün əsas model oldu. Dünyanın yüzlərlə laboratoriyasında müxtəlif formalı qablarda, kanalda, məsaməli mühitlərdə, müxtəlif təsirlər - temperaturun dəyişməsi, işıq və radiasiya təsiri altında tədqiq edilmişdir.

B.P.-nin tədqiq etdiyi reaksiyada. Belousov, əsas mərhələ bromat ionları BrO - 3 ilə turşu mühitdə malon turşusunun oksidləşməsidir. Proses iki forma Ce 3+ və Ce 4+ olan serium katalizatorunun iştirakı ilə baş verir. Tam mətn Kitabda 1958-ci il üçün radiasiya təbabətinə dair avtoreferatlar toplusunda (Belousov 1958) dərc edilmiş “Periotik fəaliyyət göstərən reaksiya və onun mexanizmi” məqaləsi verilmişdir (Field and Burger 1988). B.P.-nin özü Belousov kəşf etdiyi reaksiyanı belə izah edir:

"Aşağıdakı reaksiya diqqətəlayiqdir ki, reaksiya qarışığında həyata keçirildikdə, müəyyən bir ardıcıllıqla sıralanan bir sıra gizli redoks prosesləri baş verir, onlardan biri vaxtaşırı olaraq bütün reaksiyanın rənginin fərqli müvəqqəti dəyişməsi ilə aşkar edilir. qarışığı alınır. Reaksiya məhlulunun tərkib hissələri müəyyən miqdarda və müvafiq ümumi seyreltmə ilə qəbul edilərsə, rəngin rəngsizdən sarıya və əksinə belə alternativ dəyişməsi qeyri-müəyyən müddətə (bir saat və ya daha çox) müşahidə olunur. Məsələn, aşağıdakı tərkibli 10 ml sulu məhlulda rəngin dövri dəyişməsi müşahidə oluna bilər: limon turşusu 2,00 q, serium sulfat 0,16 q, kalium bromat 0,20 q, sulfat turşusu(1:3) 2,00 ml. Ümumi həcmi 10 ml-ə qədər su.

Bromatı yodatla, limon turşusunu malon və ya bromomalon turşusu ilə əvəz etməklə qurulan bu reaksiyanın analoqlarında rəqslər və avtodalğa prosesləri də müşahidə oluna bilər. Serium əvəzinə bir çox digər keçid metalları katalizator kimi istifadə edilə bilər. Fenantrolinlə kompleksləşdirilmiş Fe ionunu ehtiva edən ferroin-ferriin sistemləri tez-tez nümayişlər üçün istifadə olunur, çünki Fe(II) → Fe(III) keçidi qırmızıdan maviyə rəng dəyişikliyi ilə müşayiət olunur. kimi üzvi birləşməən çox istifadə edilən malon turşusu HOOCCH 2 COOH-dur.

Təcrübə

Güclü qarışdırma ilə qapalı bir qabda, qısa bir induksiya dövründən sonra, konsentrasiyalarda dalğalanmalar və . Tipik eksperimental əyrilər Şəkildə təqdim olunur. 1 .

düyü. 1. Platin elektrodundan (a) və bromid ionlarının cərəyanını qeyd edən elektroddan (b) götürülmüş eksperimental müşahidələr oxunur. Reagentlərin ilkin konsentrasiyaları: = 6,25·10 -2 M; [malon turşusu] = 0,275 M; = 2·10 -3 M. Elektrodda salınmaların maksimum amplitudası 100 mV-dir, bu da konsentrasiyanın 100 əmsalı dəyişməsinə uyğundur, salınım müddəti təxminən 1 dəqiqədir (Grey və Scott, 1994).

Salınımların başlanğıcı "sərt həyəcan" xarakteri daşıyır. Sistem subkritik Andronov-Hopf bifurkasiyasından keçir. Platin elektrodunda qeydə alınan ion konsentrasiyasının dəyişməsi sabit amplituda malikdir. Bromid elektrodu amplituda artımı qeyd edir, onun maksimum dəyəri iki böyüklük dərəcəsinin ion konsentrasiyasındakı fərqə uyğundur, rəqslərin forması zamanla bir qədər dəyişir, dövr 1,5 saatdan sonra 2 dəqiqəyə qədər uzanır. Bundan sonra salınımların amplitudası tədricən azalır, nizamsız olur və çox yavaş-yavaş yox olur.

Müşahidə olunan proseslərin ilk modeli A.M.Jabotinski tərəfindən təklif edilmişdir. Onun hesab etdiyi reaksiya dövrü iki mərhələdən ibarətdir. Birinci mərhələ (I) üçvalentli seriumun bromatla oksidləşməsidir:

İkinci mərhələ (II) tetravalent seriumun malon turşusu ilə azaldılmasıdır:

I mərhələdə əmələ gələn bromat reduksiya məhsulları bromid MC. MK-nın əmələ gələn brom törəmələri , ayrılması ilə məhv edilir. Bromid güclü bir reaksiya inhibitorudur. Öz-özünə salınan reaksiyanın sxemini keyfiyyətcə aşağıdakı kimi təsvir etmək olar. Sistemdə ionlar olsun. Onlar I reaksiyanın Y növü ilə qarşılıqlı əlaqədə olan və sistemdən çıxarılan formalaşmanı katalizləyirlər (II mərhələ). Konsentrasiya kifayət qədər yüksək olarsa, I reaksiya tamamilə bloklanır. II reaksiya nəticəsində ionların konsentrasiyası hədd həddə qədər azaldıqda, konsentrasiya aşağı düşür və bununla da I reaksiyasının tıxanması aradan qaldırılır. I reaksiyasının sürəti artır və konsentrasiyası artır. Yuxarı hədd dəyərinə çatdıqda, konsentrasiya da böyük dəyərlərə çatır və bu, yenidən I bloklama reaksiyasına gətirib çıxarır. Və s (şək. 2).

düyü. 2. Malon turşusunun (MA) oksidləşməsinin avtokatalitik reaksiyasının sxemi.

Yerli modellər. Zamanla reagent konsentrasiyalarının davranışı. Jabotinsky modeli

Prosesi təsvir etmək üçün V.M.Jabotinskinin təklif etdiyi model (Zhabotinsky, 1974) üç dəyişəni ehtiva edir: ion konsentrasiyası ( x), I mərhələ avtokatalizatorun konsentrasiyası bromatın hipobromitə qədər azaldılmasının ara məhsuludur ( y) və I mərhələ inhibitor bromidin konsentrasiyası ( z).

Proses diaqramı aşağıdakı kimi təqdim olunur:

Model serium ionlarının ümumi konsentrasiyasının olduğunu nəzərə alır sabit dəyər: + = ilə. Avtokatalitik reaksiyanın sürətinin konsentrasiyaya mütənasib olduğu güman edilir. Ölçüsüz konsentrasiyalar üçün model aşağıdakı formaya malikdir:

Harada k 1 = k 1 - k 3 və üzv k 6 (k 7 y - k 8) 2 x empirik şəkildə seçilmiş hədd dəyərləri x modeldə eksperimental qiymətlərə uyğundur.

Reaksiya sürəti sabitlərinin iyerarxiyasını nəzərə almaq bizə əvəz etməyə imkan verir diferensial tənlik dəyişən üçün z iki tənlik sisteminə gəlmək üçün cəbri və ölçüsüz dəyişənləri təqdim etdikdən sonra:

Tənliklərdə (2) ε kiçik parametrdir, ona görə də vibrasiya forması istirahətdir. Sistemin faza portreti Şəkildə göstərilmişdir. 3a. Şəkildə. Şəkil 3b, Ce 4+ ionlarının ölçüsüz konsentrasiyasına uyğun gələn x dəyişəninin rəqslərini göstərir.

düyü. 3. a - sistemin faza portreti (2). Nöqtəli xətt sıfır izoklinləri, qalın xətt isə limit dövrünü göstərir. x- Ce 4+ ionlarının ölçüsüz konsentrasiyası. y- ölçüsüz avtokatalizator konsentrasiyası sürətli dəyişəndir. b - Ce 4+ ionlarının konsentrasiyasının kinetikası - relaksasiya vibrasiyaları. N, M- ən kiçik və ən yüksək dəyər dəyişən, T 1 , T 2 - Ce 4+ ionlarının konsentrasiyasının artması və azalması vaxtı. T- salınım dövrü (Jabotinsky, 1974)

Belousov-Jabotinsky sistemində məkan-zaman rejimləri

Jabotinsky modelinin dezavantajı dəyişənin olmasıdır y- heç bir reala uyğun gəlməyən “avtokatalizator” kimyəvi birləşmə. Sonradan BZ reaksiyasının mexanizmini təsvir etmək üçün bir neçə model təklif edilmişdir. Bunlardan ən məşhuru Field, Koros və başqaları tərəfindən 1972-ci ildə təklif edilən, yeddi aralıq məhsulla 10 reaksiyadan ibarət olan reaksiya sxemidir. Daha sonra Field və Noyes (Field. and Noyes 1974) onun işlənib hazırlandığı Oreqon Universitetinin (ABŞ) adı ilə “oreqonator” adlanan daha sadə sxem təklif etdi. Reaksiya sxemi belə görünür:

Burada A, B ilkin reagentlər, P, Q məhsullar, X, Y, Z aralıq birləşmələrdir: HBrO 2 - bromid, Br - bromid ionu və Ce 4+.

Modeldə ilkin reagentlərin konsentrasiyalarının sabit olduğu qəbul edilir. Reagentlərin konsentrasiyalarına uyğun dəyişənləri kiçik hərflərlə işarə edək və kütlənin hərəkət qanununa uyğun olaraq onların zamanla dəyişməsi üçün tənlikləri yazaq:

Birbaşa reaksiyaların sürət sabitlərinin ədədi dəyərləri müəlliflər tərəfindən eksperimental məlumatlardan təxmin edilmişdir. Onların mənaları:

[A] = [B] = 0,06 M; k 1 = 1,34 M/s, k 2 = 1,6·10 9 M/s, k 3 = 8·10 3 M/s, k 4 = 4·10 7 M/s (5) Stokiometrik faktor f və daimi k 5, reagent istehlakı ilə bağlı parametrlər dəyişdi.

Oregonator modelini yazmağın ölçüsüz forması aşağıdakı formaya malikdir:

Budur ölçüsüz konsentrasiyalar: x - , y - , z- metal ionunun konsentrasiyası, parametri f 0 aralığında nəzərə alınır< f< 2 (Field and Noyes, 1974).

Sistem (6) sıfır stasionar vəziyyətə malik ola bilər:

həmişə qeyri-sabit və bir müsbət stasionar vəziyyət:

Bu stasionar vəziyyətin sabitliyinin təhlili (Field və Noyes, 1974) həllin (8) sabitliyini itirdiyi bölgəni tapmağa imkan verdi. Parametr müstəvisi üçün sistemin bifurkasiya diaqramı f,k 5 Şəkildə göstərilmişdir. 4 a, Şəkildə. Şəkil 4 b dəyişənin rəqs formasını göstərir. Parametr dəyərləri rəqəmin başlığında verilmişdir.

düyü. 4. a Oreqonator modelinin (17.4, 17.6) müsbət stasionar məhlulunun (17.8) sabitlik (A) və qeyri-sabitlik (B) bölgəsidir. b - dəyişənin yüksək amplitudalı salınımları x. Parametr dəyərləri: s= 77.27, q= 8.375·10 -6, w= 0.161 k 5 (Field and Noyes 1974).

Sistemdə parametrlərin əlaqəsi elədir ki, dəyişənlərin dəyişməsinin xarakterik vaxtlarının iyerarxiyası mövcuddur. Şəkildən. 4b də bunu göstərir x- diferensial tənliyi cəbri ilə əvəz edə bilən sürətli dəyişən. (6) sisteminin birinci tənliyinin sağ tərəfini sıfıra bərabərləşdirərək, əldə edirik:

(9) tənliyindən alırıq x funksiya kimi y:

(6) sisteminin ikinci və üçüncü tənliklərində (10) ifadəsini əvəz edərək, iki tənlikdən azaldılmış “oreqonator” modelini əldə edirik:

Sistem (11) sabit, böyük amplitudalı limit dövrünə və onun daxilində qeyri-sabit, kiçik amplitudalı limit dövrünə malikdir (Rinzel və Troy, 1982).

Məhz bu (və ya oxşar) formada Field-Noyes tənliklər sistemi bir çox müəlliflər tərəfindən reaksiya-diffuziya tipli paylanmış sistemin lokal elementi kimi öyrənilmişdir. Təcrübədə BZ reaksiyasını müşahidə etmək imkanına görə müxtəlif növlər avtodalğa rejimləri, sistem parametrlərinə müxtəlif növ təsirləri simulyasiya edən modellər (məsələn, dövri), rejimlər müxtəlif növ sərhədlərin mövcudluğunda iki ölçülü və üç ölçülü sistemlərdə nəzərdən keçirilmişdir.

Şəkildə. Şəkil 5 (a, b, c, d) Belousov-Jabotinsky reaksiyası zamanı Petri qabının səthində müxtəlif növ rejimlərin zamanla inkişaf ardıcıllığını göstərir. Məlumdur ki, sistemin lokal elementi salınım xüsusiyyətlərinə malikdirsə, paylanmış sistem aparıcı mərkəzləri (a), spiral dalğaları (c), mürəkkəb məkan-zaman paylanmalarını (b, d) nümayiş etdirə bilər.

düyü. 5. Belousov-Jabotinsky reaksiyasında müxtəlif məkan rejimləri. Hər bir rəqəm seriyası (a-d) zamanla proseslərin ardıcıl inkişafını göstərir (Zhabotinsky, 1975)

Sual yaranır ki, bu mürəkkəb strukturların zaman və məkanda xarici təsirlərin köməyi ilə inkişafına təsir etmək mümkündürmü? Təsirlər son və aralıq maddələrin reaksiya sferasına daxil olma sürətinin dəyişdirilməsindən, müxtəlif daimi və dövri işıqlandırma rejimlərindən, yüksək enerjili hissəciklərlə radioaktiv şüalanmadan ibarətdir. Bu cür tədqiqatların böyük praktiki mənası var. Onlar avtodalğanın fəaliyyətini idarə etmək yollarını tapmağa imkan verir və ürəyin aktiv toxumasında spiral dalğalara təsir üsullarını axtarmağa kömək edir, çürüməsi fibrilasiyaya səbəb olur. Həqiqətən, artıq aktiv mühitin ilk aksiomatik modellərində (mühazirə 18-ə baxın) aşkar edilmişdir ki, mühitdə spiral dalğa olarsa, onun "ucu"nun aktiv bölgənin sərhədinə çıxması onun zəifləməsinə səbəb olacaqdır. belə bir dalğa (Ivanitsky, Krinsky et al. 1978). Belousov-Jabotinsky reaksiyası dalğa dinamikasına nəzarətin öyrənilməsi üçün yaxşı eksperimental model təmin edir.

Müxtəlif təbiətli effektləri öyrənərkən BZ reaksiyasının müxtəlif modifikasiyalarından istifadə olunur. Siklotrondan yüksək enerjili α-hissəciklərinin təsiri Ce 4+ birləşmələrinin əvəzinə fenantrolin (fen) ilə ikivalentli dəmir Fe(II) kompleksi olan ferroinin istifadə edildiyi sistemdə öyrənilir. Bir həll kapilyarda şüalandıqda, iki düz dalğalar, hansılara ayrılır əks istiqamətlərşüalanma mərkəzindən. Petri qabında məhlul şüalandıqda mərkəzi məhlulun şüalanmış hissəsində konsentrasiya dalğası yaranır. Bütün reaksiya həcminin ümumi şüalanmasının təsiri altında avtodalğalı proseslərin tam sönməsi müşahidə olunur (Lebedev, Priselkova et al. 2005).

Eksperimental imkanlar nöqteyi-nəzərindən, işıq məruz qalmasının müxtəlif protokollarından istifadə etmək xüsusilə rahatdır, bütün reaksiya sisteminin və ya onun bir hissəsinin daimi işıqlandırılması, müxtəlif intensivliklərin daimi işıqlandırılması, dövri işıqlandırma və s. işığa həssas Ru ionlarından reaksiya katalizatoru kimi istifadə edildikdə.bpy) 3 2+ . Tipik olaraq, reaksiya BZ reaksiyasının baş verməsi üçün lazım olan reagentlərin əlavə olunduğu nazik silikon gel qatı ilə doldurulmuş Petri qabında aparılır. Belə sistemdə divergent spiral dalğalar müşahidə edilir, lakin nazik lazer şüasının hərəkəti ön hissənin qırılmasına və iki spiral dalğanın yaranmasına gətirib çıxarır (Şəkil 6) (Muller, Plesser et al. 1986; Muller, Markus). və başqaları 1988).

düyü. 6. Bir həyəcanverici Belousov-Zhabotinsky reaksiya mühitinin nazik təbəqəsində spiral dalğalar, hüceyrə ölçüsü 9 kvadrat metr. mm. (Muller, Plesser et al. 1986)

Spiral dalğa ucu trayektoriyasına nəzarət

Laboratoriyada prof. Stefan Müller (Maqdeburq Universiteti, Almaniya) dalğalardan birinin ucunu Petri qabının hüdudlarından kənara “uzatmağa” və daha sonra tək bir spiral dalğanın, “ucu”nun təkamülünü müşahidə etməyə imkan verən bir texnika işləyib hazırladı. ipucu) mürəkkəb məkan hərəkətləri edən, traektoriya işıqlandırma rejimindən asılıdır (Grill, Zykov et al., 1995).

düyü. 7. Fotohəssas BZ reaksiyası üçün bir təcrübədə əldə edilən iki növ spiral dalğa ucu traektoriyası. Təhlükəsiz trayektoriyanın mərkəzindən (kesik xətt) ölçmə nöqtəsinə qədər olan məsafə (çarpaz) a - 0,49 mm, b - 0,57 mm (Grill et al., 1995)

Daimi işıqlandırma altında, uc dörd "ləçək" olan sikloidi təsvir edir (Şəkil 7, nöqtəli xətt). İşıq impulslarının spiral dalğanın ucunun trayektoriyasına təsiri öyrənilmişdir. Dalğa cəbhəsi müəyyən bir nöqtəyə çatdıqda (Şəkil 7-də xaç ilə qeyd olunur) və ya müəyyən bir gecikmə ilə impulslar verilir.

İki növ rejim müşahidə edildi. “Ölçmə nöqtəsi” pozulmamış trayektoriyanın mərkəzinə yaxın olduqda, müəyyən müddətdən sonra ucun hərəkəti mərkəzi “ölçmə nöqtəsində” olmaqla asimptotik trayektoriyaya çatdı, eyni zamanda ölçü nöqtəsinin mövqeyi arasındakı məsafə ucu və ölçmə nöqtəsi sikloid döngəsinin ölçülərini aşmamışdır (şəkil 7a). Əlaqənin olması sinxronizasiyaya səbəb oldu - impulslu işığın məruz qalma müddəti spiral dalğanın ucunun sikloidin bir döngəsini təsvir etdiyi vaxta bərabər təyin edildi.

Ölçmə nöqtəsi pozulmamış trayektoriyanın mərkəzindən nisbətən uzaq olduqda, spiralın ucu mərkəzi yenidən yerləşən böyük radiuslu bir dairə boyunca 4 loblu sikloidin sürüşməsinə bənzər bir trayektoriya təsvir etdi. "ölçmə nöqtəsində". Hər iki rejim ölçmə nöqtəsinin kiçik yerdəyişmələrinə münasibətdə sabit oldu, yəni onlar cəlbedicidir. Oxşar bir nəticə, işıq nəbzinin dalğanın ölçmə nöqtəsindən keçdiyi ana nisbətən bir qədər gecikmə ilə təmin edildiyi təqdirdə əldə edilir. Sikloidin hərəkət etdiyi "böyük dairənin" radiusu gecikmə vaxtı artdıqca artır.

Daimi işıqlandırmanın dövri modulyasiyası ilə dalğanın ucunun hərəkətinin sinxronizasiyası və “ucu”nun sürüşməsi müşahidə olunur (şəkil 7a). Prosesi riyazi şəkildə təsvir etmək üçün bir model istifadə edilmişdir (Zykov, Steinbock et al., 1994):

Budur dəyişənlər u, v Və w müvafiq olaraq HBrO 2, katalizator və bromid konsentrasiyalarına uyğundur. Üzv ø üçüncü tənlikdə Br - ionlarının işığın yaratdığı axını əks etdirir, f, q- ölçüsüz parametrlər. Fərdi reaksiyaların sürət sabitlərinin qiymətləndirilməsi sistemdə proseslərin zaman iyerarxiyasının mövcudluğunu göstərir:

έ <<ε<<1. (13)

Bu bərabərsizliyin yerinə yetirilməsi bromid konsentrasiyasını hesablamağa imkan verir w“çox sürətli dəyişən”, bu dəyişən üçün tənliyin sağ tərəfini sıfıra bərabərləşdirin və daha yavaş dəyişənlərin konsentrasiyası baxımından onun kvazistasionar dəyərinin ifadəsini tapın:

Bu ifadəni (12) sistemin birinci və ikinci tənliklərində əvəz edərək və reagentlərin diffuziyasını nəzərə alaraq, belə dəyişdirilmiş “oreqonator” modeli üçün reaksiya-diffuziya tipli sistem əldə edirik:

Budur dəyişənlər u Və v HBrO 2 və katalizatorun konsentrasiyasına uyğundur.

S. Muller və V. Zykov qrupunun işlərində (Zykov, Steinbock et al. 1994; Grill, Zykov et al. 1995) sistemdən (15) istifadə edərək, model üzərində sistemin parametrləri tədqiq edilmişdir. eksperimentdə müşahidə olunan rejimlər təkrarlanır (şək. 8).

düyü. 8. Spiral dalğanın ucunun traektoriyaları təsir amplitudası A = 0,01 və işıq impulslarının "idarəetmə döngəsində" τ gecikmə vaxtının müxtəlif qiymətləri üçün model (15) istifadə edərək hesablanır. a - τ = 0,8; b - τ = 1,5 (Grill, Zykov et al., 1995).

düyü. 9. Parametrin harmonik modulyasiyasının müxtəlif dövrlərində model (15) üzrə hesablama təcrübələri zamanı alınan spiral dalğanın ucunun trayektoriyalarının növləri. ø işığa həssasdır. Absis oxu modulyasiya müddətini, ordinat oxu isə modulyasiya amplitüdünü göstərir. Nöqtəli xətlər sistemin təbii salınım tezliyinin təsir tezliyi ilə rezonanslı “tutulmasının” baş verdiyi bölgələrin sərhədlərini göstərir. l/m- spiral dalğanın ucunun təsvir etdiyi döngələrin sayının işığın təsirinin modulyasiya dövrlərinin sayına nisbəti. T 0 xarici təsir olmadıqda spiral ucunun daxili fırlanma dövrüdür (Zykov, Steinbock et al., 1994).

Model həmçinin müxtəlif amplitüdlərdə və dövri işığın modulyasiya tezliklərində spiral dalğanın ucunun mümkün davranış rejimlərini öyrənməyə imkan verir. Trayektoriya növlərinin ümumi mənzərəsi Şəkildə ümumiləşdirilmişdir. 9, bu tip sistemin ümumi nəzəriyyəsi V.I. Arnold və bu tip davranışın müşahidə olunduğu sahələrin qrafikləri “Arnoldun dilləri” adlanır.

Belousov-Jabotinsky reaksiyasında avtodalğalı proseslərin model tədqiqatları beyin və ürək kimi həyati orqanlarda avtodalğa proseslərinin idarə edilməsi imkanlarının öyrənilməsinə mühüm töhfə verdi. Sonrakı tədqiqatlarda göstərildi ki, bu reaksiyadan istifadə etməklə müxtəlif prosesləri, o cümlədən spiral dalğaların əmələ gəlməsini - kardioloqların terminologiyasında - miokardda görünüşü fibrilasiya və müxtəlif fibrilasiyalarla əlaqəli olan reentrini simulyasiya etmək mümkündür. aritmiya - təhlükəli ürək xəstəlikləri (şək. 10)

düyü. 10.İtin mədəciklərində üçölçülü fırlanan burulğan (yenidən giriş) (a, b), model (Aliev and Panfilov 1996) və Belousov-Jabotinsky reaksiyasında, təcrübədə (c, d) (Aliev, 1994). Üçölçülü modeldə burulğanın mürəkkəb forması mədəcik mühitinin mürəkkəb həndəsəsindən və anizotropiyasından yaranır.

BZ reaksiyasına dair eksperimental və nəzəri tədqiqatlar yarım əsrdən artıqdır ki, davam edir. Müxtəlif növ dissipativ strukturlar, salınan dayanan klasterlər, daimi dalğalar, lokallaşdırılmış strukturlar və bir çox başqaları eksperimental olaraq öyrənilir. Bu sahədə elmin hazırkı vəziyyəti Vladimir Karloviç Vanaqın monoqrafiyasında (İKİ-RKhD tərəfindən nəşr edilmişdir, 2008) öz əksini tapmışdır. -Jabotinsky reaksiyası və oxşar sistemlər.

Ədəbiyyat

Əliyev R.R. və Panfilov A.V. Ürək həyəcanının sadə iki dəyişən modeli, Xaos. Həlllər və Fraktallar, 7(3), 293-301, 1996

Field R., J., E. Koros, et al. Kimyəvi sistemlərdə rəqslər. Hissə 2. Bromat-serium-malon turşusu sistemində temporal salınımların hərtərəfli təhlili. J. Am. Che. Soc. 94, 8649-8664, 1972

Sahə R.J. və Noyes R.M. Kimyəvi sistemlərdə rəqslər. Hissə 4. Həqiqi kimyəvi reaksiya modelində dövr davranışını məhdudlaşdırın. J. Chem. Fizik. 60, 1877-1944, 1974

Grey P., Scott S. Kimyəvi rəqslər və qeyri-sabitliklər. Qeyri-xətti kimyəvi kinetika/Kimya üzrə beynəlxalq monoqrafiyalar seriyası. v. 21. Clarendon Press, Oksford, 1994

Grill S., Zykov V.S., et al. Dönən spiral dalğaların əks əlaqə ilə idarə olunan dinamikası. Fiziki baxış məktubları 75(18), 3368-3371, 1995

Muller S.C., T. Plesser, et al.. "İki ölçülü spektrofotometriya və kimyəvi nümunələrin yalançı rəngli təmsili". Naturwiss. 73>, 165-179, 1986

Muller, S., M. Markus, et al.. Kimya və riyaziyyatda dinamik nümunənin formalaşması. Dortmund, Max-Plank İnstitutu. 1988

Zykov V.S., O. Steinbock və b. "Spiral dalğaların xarici qüvvəsi." Xaos 4(3), 509-516, 1994

Əliyev R.R. Ürəyin elektrik fəaliyyətinin kompüterdə simulyasiyası. Şənbə günü. Kompüter elminin güzgüsündə tibb. S. 81-100, M., Nauka, 2008

Belousov B.P. Dövri fəaliyyət göstərən reaksiya və onun mexanizmləri. 1958-ci il üçün radiasiya təbabətinə dair referatlar toplusu. M., s. 145, 1958

Vanaq V.K. Reaksiya-dissipativ sistemlərdə dissipativ strukturlar. Ed. IKI-RHD. M.-İjevsk, 2008

Jabotinsky A. M. "Konsentrasiyanın özünü salınması." M., Nauka, 1974

Zhabotinsky A. M., Otmer H., Field R. Kimyəvi sistemlərdə salınımlar və səyahət dalğaları. M., Mir, 1988

İvanitsky G.R., Krinsky V.I., Selkov E.E.. Hüceyrənin riyazi biofizikası. M., Nauka, 1978

Lebedev V.M., Priselkova A.B., və başqaları.. "30 MeV enerjili alfa hissəciklərinin şüasının təsiri altında Belousov-Jabotinsky reaksiyasında aparıcı mərkəzlərin başlanması". Əvvəlcədən çap edin SINP MSU 31.797: 1-14. 2005)

Field, R. və Burger, M. (Red.). Kimyəvi sistemlərdə salınımlar və hərəkət edən dalğalar. M., Mir, 1988

Mövzu 2

MN-12: Marina Makarova, Yuri Lixaçev, İvan Korotkeviç, Natalia Kutsan, Yekaterina Kostyuchenkova, Ermovski Velor.

Konsepsiyanı verin

Entropiya

Məlumat

Sistem təhlilinin əsasları

Sistem, sistemlərin bölüşdürülməsi qaydaları

Sistem növləri:

Homojen - heterojen

Açıq - qapalı

Tarazlıq - qeyri-tarazlıq.

Termodinamikanın ikinci qanunu, onun termodinamika, kosmologiya, fəlsəfə mövqelərindən şərhi.

Molekulyar pozğunluğun ölçüsü kimi entropiya

Termodinamikanın ikinci qanununun statistik təbiəti

Termodinamikanın ikinci qanunu artan nizamsızlıq və strukturların məhv edilməsi prinsipi kimi

Dünyanın təkamül mənzərəsinin əsas paradoksu: entropiyanın ümumi artımı fonunda təkamül nümunəsi

Açıq sistemin entropiyası: sistemdə entropiya istehsalı, entropiya içəriyə və xaricə axır

Həyatın termodinamiği: ətraf mühitdən nizamın çıxarılması

Açıq sistem kimi Yerin termodinamiği

Canlı orqanizmlərin niyə tarazlıq olmayan açıq sistemlər olduğunu əsaslandırın.

Konsepsiyanı verin

Qeyri-xəttilik

Bifurkasiya

Konsepsiyanı verin

Dəyişmə

Özünü təşkili

Xaotik sistemlər nədir

Atraktor anlayışını verin

Ən sadə sistemlərdə özünü təşkil etmə nümunələri: lazer şüalanması, Benard hüceyrələri, Belousov-Jabotinsky reaksiyası, spiral dalğalar.

Niyə özünü təşkil etmə fenomeni yalnız açıq, qeyri-taraz sistemlərdə mümkündür? Özünütəşkilatın mahiyyəti. Fazaları müəyyən edin və yeni nizamın yaranması ilə açıq qeyri-tarazlıq sistemlərinin inkişafı prosesinin diaqramını qurun.

Niyə özünütəşkilat nəzəriyyəsi müxtəlif fənlərdə tətbiq olunur (fizika, kimya, biologiya, iqtisadiyyat, siyasət, psixologiya...)

Müasir təbiət elminin təşkili prinsipləri.

1. Məsələ kvantları elementar zərrəciklər olan kvantlaşdırılmış sahələrin məcmusudur (Babanazarova O.V. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları. 1-ci hissə: dərslik/ Yaroslavl əyaləti. univ. Yaroslavl, 2000)

Məsələ- bu hər şey ağırdır, məkanı tutan hər şey və ya yer üzündəki hər şey (daş, ağac, hava və s.); ümumi mücərrəd anlayışı maddilik, cismanilik, hisslərə tabe olan hər şey: mənəvi (zehni və əxlaqi) əksi (Vladimir Dahl tərəfindən Yaşayan Böyük Rus Dilinin İzahlı Lüğəti).

Məsələ- bu, dəyişən, şəhvətlə qəbul edilən fiziki hadisələrin əsasını qoyan o məhv olmayan, dəyişməz, daim davamlı olan şeydir (Brockhaus və Efronun Kiçik Ensiklopedik lüğəti).

Enerji- (yunanca energyeia - fəaliyyət) - formalarda müxtəlif növ hərəkət və qarşılıqlı təsir ölçüsü: mexaniki, istilik, elektromaqnit, kimyəvi, qravitasiya, nüvə (Qorelov A.A. Müasir təbiət elminin konsepsiyaları. - M.: Mərkəz, 2002 səh. 76).

Enerji- maddənin müxtəlif hərəkət formalarının vahid ölçüsü və maddənin hərəkətinin bir formadan digərinə keçid ölçüsü olan skalyar fiziki kəmiyyət (Təbiət elmləri lüğəti. Glossary.ru).

Enerji- bütün növ maddələrin hərəkəti və qarşılıqlı təsirinin ümumi kəmiyyət ölçüsü (Böyük Sovet Ensiklopediyası).

2. Entropiya- bu, sistemin nizamsızlığının, qeyri-mütəşəkkilliyinin ölçüsüdür (Qorelov A.A. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları. - М.: Центр, 2002. s. 75).

Məlumat– (latınca informatio – tanışlıq, izahat) sistemin təşkili ölçüsüdür (Qorelov A.A. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları. – М.: Центр, 2002. s. 75).

3. Sistem- hissələrdən ibarət bütöv; bir növ inteqral vəhdət təşkil edən bir-biri ilə əlaqəli elementlərin məcmusudur.

Sistemin paylanması qaydaları:

Məqsəd qoyun;

Verilmiş təhlil səviyyəsində bölünməz hesab olunan elementləri müəyyən etmək;

Elementlər arasındakı əlaqəni müəyyənləşdirin;

Elementlərin qarşılıqlı əlaqədə olduğu və bütövlük əmələ gətirdiyi kompozisiya qanunlarını anlayın.

4. Sistem növləri:

I 1) Homojen– eyni elementlərin mövcud olduğu sistemlər;

2) Heterogen - tərkib elementləri müxtəlif təbiətli olan sistemlər.

II 1) Açıq– enerji, məlumat, maddə mübadiləsini həyata keçirən sistemlər;

2) Bağlıdır– xaricdən enerji almayan sistemlər.

III1 ) Tarazlıq- bir vəziyyətdən digərinə keçərkən enerji axını tələb edən sistemlər; bu keçidi edərkən sistem əlavə enerji, maddə və ya məlumat axını olmadan öz vəziyyətini kifayət qədər uzun müddət saxlaya bilər;

2) Tarazlığın olmaması– enerjinin bir hissəsi daim dağıldığı üçün mürəkkəbliyini qorumaq üçün daimi enerji, maddə, məlumat axını tələb edən sistemlər.

(Qorelov A.A. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları. - M.: Mərkəz, 2002. s. 72-83).

5. Təbii proseslər həmişə tarazlıq vəziyyətinə (mexaniki, istilik və ya hər hansı digər) nail olmaq üçün sistemə yönəldilir. Bu fenomen öz əksini tapır termodinamikanın ikinci qanunu, bu da istilik enerjisi maşınlarının işini təhlil etmək üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir. Bu qanuna uyğun olaraq, məsələn, istilik kortəbii olaraq yalnız yüksək temperaturlu cisimdən aşağı temperaturlu cismə keçə bilər. Əks prosesi həyata keçirmək üçün müəyyən iş sərf edilməlidir. Bir neçə varekvivalentTermodinamikanın ikinci qanununun formulaları:

Klauziusun postulatı:"Bir proses qeyri-mümkündür, bunun yeganə nəticəsi istiliyin daha soyuq bir cisimdən daha isti olana ötürülməsi olacaq"(bu proses adlanır Clausius prosesi).

Tomson postulatı:"Dairəvi bir proses mümkün deyil, bunun yeganə nəticəsi istilik anbarının soyudulması ilə iş istehsalı olacaq"(bu proses adlanır Tomson prosesi).

Termodinamikanın nöqteyi-nəzərindən bu qanunu aşağıdakı kimi şərh etmək olar: 1) istiliyin soyuq mənbədən istiyə ötürülməsi işin dəyəri olmadan mümkün deyil;

2) işi yerinə yetirən və müvafiq olaraq istilik anbarını soyudan dövri işləyən maşın qurmaq mümkün deyil;

3) təbiət az ehtimal olunan vəziyyətlərdən daha çox ehtimal olunan vəziyyətlərə keçməyə çalışır.

Başqa sözlə desək, termodinamikanın ikinci qanunu cismin bütün daxili enerjisini faydalı işə çevirməyin qeyri-mümkün olduğunu göstərən ikinci növ əbədi hərəkət edən maşınları qadağan edir.

Kosmologiya baxımından bu qanunu aşağıdakı kimi şərh etmək olar:

Kainatımız təcrid olunmuş (qapalı) bir sistemdirsə, digər sistemlərlə enerji mübadiləsi mümkün deyil. Alimlərdən heç biri dünyamızın təcrid olunmuş bir sistem olduğuna şübhə etmirdi, lakin sonra termodinamikanın ikinci qanununa görə, bütün növ enerji sonda istiliyə çevrilməlidir ki, bu da sistem boyunca bərabər paylanacaq, yəni Kainat gələcək. istilik tarazlığı vəziyyətinə və bütün makroskopik hərəkətlər dayanacaq. Sözdə kainatın istilik ölümü. Çoxları bu ziddiyyəti həll etməyə çalışıb. Bu nəticəni Kainatın sonsuz varlığı ilə uzlaşdırmaq üçün Boltzmann ikinci qanunun statistik təbiətinə görə onun dəqiq yerinə yetirilmədiyini müdafiə etdi. Kainatın bəzi kifayət qədər böyük bölgəsində dalğalanma baş verdi və içindəki entropiya azaldı. Bu fenomen olduqca nadir olsa da, Kainatın sonsuzluğuna görə, onu gözləmək üçün sonsuz vaxtımız var. Kainatın təkamülü ilə bağlı söhbətdə görəcəyimiz kimi, Kainatın genişlənməsi hələ məlum olmadığından mənfi cazibə enerjisi bu mülahizələrdə nəzərə alınmayıb. Cazibə qüvvəsinin mənfi enerjisini nəzərə alaraq, enerjinin qorunması qanununu pozmadan, enerjinin müsbət hissəsinin arta biləcəyinə və mütləq baş verən entropiyanın artmasına səbəb olur. kainatdakı proseslərin sönməsinə səbəb olmur.

Fəlsəfi nöqteyi-nəzərdən bu qanunu aşağıdakı kimi şərh etmək olar:

Nizam heç vaxt, heç bir halda xaosdan öz-özünə çıxa bilməz. Yəni hər hansı bir sistemin kortəbii fəsadlaşması mümkün deyil.

Kirillin V.A. Texniki termodinamika: Universitetlər üçün dərslik. - 4-cü nəşr, yenidən işlənmiş. - M.: Energoatomizdat, 1983.

6. İstiliyin işə çevrilməsi ilə işin istiliyə çevrilməsi arasındakı uyğunsuzluq təbiətdəki real proseslərin birtərəfli istiqamətinə gətirib çıxarır ki, bu da termodinamikanın ikinci qanununun fiziki mənasını əks etdirir. müəyyən funksiya çağırılır entropiya, müəyyən edilmişdir molekulyar pozğunluğun ölçüsü kimi.

Entropiya - sistemin nizamsızlığının ölçüsüdür, enerjinin yayılmasının ölçüsüdür, maddənin malik olduğu bağlı enerjinin miqdarını ifadə edən formadır.

Termodinamikanın ikinci qanununa görə, Kainatdakı bütün real proseslər onunla baş verməlidir entropiyanın artması. Entropiya, Boltzmann göstərdiyi kimi, sistemdəki nizamsızlıq dərəcəsini xarakterizə edir: nə qədər böyükdürsə, pozğunluq da bir o qədər böyükdür.

Entropiyanın artmasının fiziki mənası ondan irəli gəlir ki

təcrid olunmuş müəyyən hissəciklər dəstindən (sabit enerji ilə)

sistem ən az nizamlı vəziyyətə keçməyə meyllidir

hissəciklərin hərəkəti. Bu sistemin ən sadə vəziyyətidir və ya

hissəciklərin hərəkətinin xaotik olduğu termodinamik tarazlıq.

Maksimum entropiya tam termodinamik tarazlıq deməkdir, hansı ki

xaosa bərabərdir.

Bununla belə, Priqojinin dəyişmə nəzəriyyəsinə əsaslanaraq, entropiya ədalətli deyil

sistemin heç birindən məhrum bir vəziyyətə dayanmadan sürüşməsi

təşkilat yox idi. Müəyyən şərtlər altında entropiya olur

nizamın banisi.

(Qorelov A.A. Müasir təbiət elminin konsepsiyaları. – M.: Mərkəz, 2002. s.86-87;

Kirillin V.A. Texniki termodinamika: Universitetlər üçün dərslik. - 4-cü nəşr, yenidən işlənmiş. - M.: Energoatomizdat, 1983)

7 . Termodinamikanın ikinci qanunu statistik xarakter daşıyır (statistik xarakter daşıyır) yəni

yalnız çoxlu sayda hissəcikləri ehtiva edən sistemlərə şamil edilir. Həqiqətən,

Bir misalı nəzərdən keçirək: gəminin bir yarısında yerləşən qaz, arakəsmə çıxarılarsa, bütün həcmi boyunca bərabər paylanmağa meyllidir. Bu, birinci vəziyyətin daha nizamlı olması səbəbindən baş verir; qaz gəminin bir və ya digər yarısında olduqda, yalnız iki yolla əldə edilə bilər. İkinci vəziyyət, qazın bütün həcmdə bərabər paylandığı zaman, ən təsadüfi vəziyyətdir, çünki bütün qaz molekullarının ümumi enerjisini qoruyarkən qarşılıqlı şəkildə yenidən qurulması sayəsində çox sayda yollarla əldə edilə bilər. Məsələn, qazın tərkibində onlarla hissəcik var idi, sonra dalğalanmalara görə onlar bəzən qabın bir və ya digər yarısında toplanırdı. Ancaq hissəciklərin sayının artması ilə bu vəziyyətlər getdikcə daha az baş verəcək və 10 22 sıralı hissəciklər ilə belə bir hadisə sadəcə inanılmaz olardı. Prinsipcə bu baş verə bilər, çünki onun baş vermə ehtimalı sonsuz kiçik olsa da, tam olaraq sıfır deyil.

(

8. Termodinamikanın ikinci qanunu bildirir ki, Kainatda bütün real proseslər baş verməlidir artan nizamsızlıq və strukturların məhv edilməsi ilə- entropiyanın artması ilə.

Bundan sonra termodinamikanın ikinci qanununun daha dəqiq ifadəsi tələb olunur

bax: Sabit enerjili sistemlərdə spontan proseslər zamanı entropiya həmişə artır.

Tarazlıq vəziyyətində maksimumdur. Entropiya, Boltzmann göstərdiyi kimi, sistemdəki nizamsızlıq dərəcəsini xarakterizə edir: nə qədər böyükdürsə, pozğunluq da bir o qədər böyükdür. İndi aydın oldu ki, tarazlıq istilik enerjisi ən nizamsız olduğu üçün iş görmək üçün faydasızdır. Təbiətdəki bütün təbii proseslərin niyə enerjinin dağılması ilə əlaqəli olduğu aydın olur. Çünki dağınıqlığı artırır.

(Kirillin V.A. Texniki termodinamika: Universitetlər üçün dərslik. - 4-cü nəşr, yenidən işlənmiş. - M.: Energoatomizdat, 1983)

9.Təkamül- zaman keçdikcə baş verən, ciddi, davamlı təkmilləşmə kimi təzahür edən, obyektlərin keyfiyyət səviyyəsinin və təşkili dərəcəsinin artmasına səbəb olan obyektiv dəyişiklik və bunun əsasında - müəyyən şərtlər daxilində onların uğurlu uyğunlaşması və effektiv işləməsi.

Təkamül- bu, canlıların müqavimət göstərmə üsuludur entropiya, artan xaos və nizamsızlıq. O, müxtəlif yeniliklər yaradır, lakin təbii seleksiya yalnız orqanizmlərə gələcək dəyişikliklərə müqavimət göstərənləri, onların nüsxələrini praktiki olaraq dəyişmədən uzun nəsillər seriyasında çoxaltmağa imkan verənləri saxlayır. Nə qədər qəribə görünsə də, məlum olur ki, təkamül öz əleyhinə işləyir.

Biz öyrəşmişik ki, təkamül yeni, daha mürəkkəb və mükəmməl bir şeyin yaradılmasıdır. Amma əslində təkamül təkcə yeni şeylərin deyil, həm də gələcək dəyişikliklərə müqavimət göstərən yeni şeylərin yaradılmasıdır. Təəccüblü olan odur ki, entropiyaya müqavimət göstərərkən, təkamül əslində məhz bu entropiya tərəfindən idarə olunur. Beləliklə, orqanizmlər mutasiyalardan - irsi məlumatların valideynlərdən nəsillərə ötürülməsi mexanizmindəki uğursuzluqlardan xilas ola bilməzlər. Mutasiyalar son nəticədə orqanizmlərin ölümünə və növlərin yox olmasına gətirib çıxarır. Amma təəccüblü olan odur ki, bu mahiyyətcə dağıdıcı proses (entropiyanın xüsusi təzahürü) zamanı təsadüfən yeniliklər yaranır ki, bu da təsadüfən daha da deqradasiyaya davamlı ola bilər. Seçim yolu ilə qorunan onlardır. Genetik kod bir dəfə belə yarandı (təəccüblü deyil ki, bu, bütün orqanizmlər üçün universaldır!) və orqanizmlərin öz surətlərini ətraf mühitin materialından yenidən yaratma mexanizmi, xromosomların diploid dəsti və cinsi çoxalma belə yarandı, beləcə qayğı göstərdi. nəsillər və heyvan davranışının müxtəlif digər mürəkkəb formaları (və bütün bunlardan sonra mədəniyyətimiz) meydana gəldi. Qısacası, orqanizmlərin Yer üzündən yoxa çıxmadan öz nəsillərində çoxalmasına imkan verən hər şey belə formalaşmışdır.

10 . Açıq sistemlərdə var üç entropiya axını.

Birinci axın öz entropiyasıdır ki, qapalı sistemlərdə olduğu kimi həmişə böyüyür.

İkinci axın sistemdən xarici mühitə çıxarılan ixrac edilmiş entropiyadır (çıxan axın). Bu axına qısaca entropiya ixracı deyilir.

Üçüncü axın xarici mühitdən sistemə daxil olan idxal edilmiş entropiyadır (daxil olan axın).

Açıq sistemin yaranan entropiyası bu üç axın arasındakı əlaqədən asılıdır və istənilən şəkildə davrana bilər: artım, azalma və ya sabit ola bilər. Entropiya sabitdirsə, sistemin stasionar rejimdə olduğu deyilir.

(A.P. Sadoxin Müasir təbiət elminin konsepsiyaları. M., 2005)

11 . Yerüstü orqanizmlər üçün ümumi enerji mübadiləsi fotosintezdə CO2 və H2O-dan mürəkkəb karbohidrat molekullarının əmələ gəlməsi, ardınca tənəffüs proseslərində fotosintez məhsullarının parçalanması kimi sadələşdirilə bilər. Məhz bu enerji mübadiləsi ayrı-ayrı orqanizmlərin mövcudluğunu və inkişafını təmin edir - enerji dövranında əlaqələr. Ümumilikdə Yer kürəsində həyat da belədir.Bu baxımdan canlı sistemlərin həyat fəaliyyəti prosesində entropiyasının azalması son nəticədə fotosintetik orqanizmlər tərəfindən işıq kvantlarının udulması ilə əlaqədardır, lakin bu, kompensasiyadan daha çox olur. Günəşin dərinliklərində müsbət entropiyanın əmələ gəlməsi ilə.Yəni canlı orqanizmlər ətraf mühitdən nizam-intizam çıxarır.

Bu prinsip həm də ayrı-ayrı orqanizmlərə də aiddir ki, onlar üçün xaricdən “mənfi” entropiya axını daşıyan qida maddələrinin tədarükü həmişə onların xarici mühitin digər hissələrində formalaşması zamanı müsbət entropiya istehsalı ilə bağlıdır, belə ki, sistem orqanizmində entropiyanın ümumi dəyişməsi + xarici mühit həmişə müsbətdir.

Termodinamik tarazlığa yaxın stasionar vəziyyətdə qismən tarazlıqlı açıq sistemdə sabit xarici şəraitdə daxili dönməz proseslər nəticəsində entropiyanın artım sürəti sıfırdan fərqli sabit minimum müsbət qiymətə çatır.

diS/dt => Amin > 0

Minimum entropiyanın qazancının bu prinsipi və ya Priqojin teoremi tarazlığa yaxın açıq sistemdə kortəbii dəyişikliklərin ümumi istiqamətini təyin etmək üçün kəmiyyət meyarıdır.

Bu şərt fərqli şəkildə təqdim edilə bilər:

d/dt (diS/dt)< 0

Bu bərabərsizlik stasionar vəziyyətin sabitliyini göstərir. Həqiqətən də, əgər sistem stasionar vəziyyətdədirsə, daxili dönməz dəyişikliklər səbəbindən ondan kortəbii çıxa bilməz. Stasionar vəziyyətdən kənara çıxdıqda sistemdə daxili proseslər baş verərək onu stasionar vəziyyətə qaytarmalıdır ki, bu da Le Chatelier prinsipinə - tarazlıq vəziyyətlərinin sabitliyinə uyğundur. Başqa sözlə, sabit vəziyyətdən hər hansı bir sapma entropiya istehsalının sürətinin artmasına səbəb olacaqdır.

Ümumiyyətlə, canlı sistemlərin entropiyasının azalması xaricdən udulmuş qida maddələrinin parçalanması zamanı ayrılan sərbəst enerji və ya günəş enerjisi hesabına baş verir. Eyni zamanda, bu, onların sərbəst enerjisinin artmasına səbəb olur. Beləliklə, mənfi entropiya axını daxili dağıdıcı prosesləri və kortəbii metabolik reaksiyalar nəticəsində sərbəst enerji itkisini kompensasiya etmək üçün lazımdır. Əslində, canlı sistemlərin işləməsi dəstəklənən sərbəst enerjinin dövranı və çevrilməsindən danışırıq.

12. Açıq sistem kimi Yerin termodinamiği iki amilin təsiri altında yaranır:

Xarici mühitin təsiri altında

Sistemin özündə dəyişiklik

Bu amilləri bilməklə biz entropiyanın dəyişmə sürətini hesablaya bilərik

dS/dt = d e S/dt + d i S/dt.

Nəticə ifadəsi o deməkdir ki, sistemin entropiyasının dəyişmə sürəti dS/dt sistemlə ətraf mühit arasında entropiya mübadiləsi sürətinə üstəgəl sistem daxilində entropiyanın yaranma sürətinə bərabərdir.

Ətraf mühitlə enerji mübadiləsi proseslərini nəzərə alan d e S/dt termini həm müsbət, həm də mənfi ola bilər ki, d i S > 0 olduqda sistemin ümumi entropiyası ya arta, ya da azala bilər.

Mənfi dəyər d e S/dt< 0 соответствует тому, что отток положительной энтропии от системы во внешнюю среду превышает приток положительной энтропии извне, так что в результате общая величина баланса обмена энтропией между системой и средой является отрицательной. Очевидно, что скорость изменения общей энтропии системы может быть отрицательной при условии:

dS/dt< 0 if d e S/dt < 0 and |d e S/dt| >d i S/dt.

Beləliklə, açıq sistemin entropiyası müsbət entropiyanın əmələ gəlməsi ilə xarici mühitin digər hissələrində konyuqativ proseslərin baş verməsi səbəbindən azalır.

(S.H. Karpenkov Müasir təbiət elminin konsepsiyaları.-M.: 2002)

13. Açıq sistemlər ətraf mühitlə, o cümlədən digər sistemlərlə maddə və enerji mübadiləsi ilə xarakterizə olunur, qapalı sistemlər üçün isə bu cür mübadilə istisna olunur. Qapalı sistemlər praktiki olaraq reallıqda mövcud deyil, bu tədqiqat problemlərinin həlli üçün müəyyən bir ideallaşdırma üsuludur. Qeyri-tarazlıq sistemi yeni bir vəziyyətə nail olmaq üçün daimi enerji təchizatı ehtiyacı ilə xarakterizə olunur, çünki enerji daim dağılır; bu vəziyyət tarazlıqdan uzaqdır. Bitki, heyvan və ya insan heterojen, açıq, tarazlıq olmayan kimyəvi sistemin heyrətamiz nümunəsidir. Qeyri-sabit tarazlıqda. Onlar çox aşağı entropiyaya malik olduqca aşağı ehtimallı strukturdur.Bu qeyri-sabitlik xüsusilə ölüm baş verdikdə özünü göstərir.

(Babanazarova O.V. Müasir təbiət elminin konsepsiyaları. 1-ci hissə: dərslik / Yaroslavl Dövlət Universiteti Yaroslavl, 2000. c 19-20).

14. Qeyri-xəttilik– hadisələri təsvir edən diferensial tənliklərin bir neçə həlli var (Babanazarova O.V. Concepts of modern natural Science. Part 1: Dərslik / Yaroslavl State University Yaroslavl, 2000. s. 43).

Bifurkasiya– müəyyən nöqtədə sistemin trayektoriyasında şaxələnmə, bifurkasiya (Qruşevitskaya T.G., Sadoxin A.P. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları: dərslik - M.: ali məktəb, 1998. s. 366)

Bifurkasiya– (latınca Bifurcus - bifurcated) - parametrlərində kiçik bir dəyişiklik ilə dinamik sistemin hərəkətləri ilə yeni keyfiyyət əldə etmək, sistemin vəziyyətində kəskin dəyişiklik nöqtəsi.

(Babanazarova O.V. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları. 1-ci hissə: dərslik / Yaroslavl Dövlət Universiteti Yaroslavl, 2000. səh. 42)

15. Dəyişmə– sistemin tarazlıq vəziyyətindən təsadüfi sapması (Qruşevitskaya T.G., Sadoxin A.P. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları: dərslik - M.: Ali məktəb, 1998. s. 380)

Özünü təşkili- inkişafında kritik vəziyyətə çatmış qeyri-tarazlıq sistemini orijinaldan daha yüksək mürəkkəblik və nizama malik olan yeni sabit vəziyyətə köçürən təbii sıçrayışa bənzər bir proses (Qruşevitskaya T.G., Sadoxin A.P. müasir təbiətşünaslıq: dərslik – M.: Ali məktəb, 1998. s.378)

16 .Xaotik sistemlər- bunlar ən zəif dalğalanmalara həssas olan sistemlərdir; bunlar gözlənilməz sistemlərdir.

17 .Cəlbedici– məqsəd anlayışına yaxındır. Sistemin hərəkət trayektoriyalarının bütün dəstini cəlb edən sistemin nisbətən sabit vəziyyəti. Əgər sistem cəlbedici konusuna düşərsə, o, qaçılmaz olaraq bu nisbətən sabit vəziyyətə keçir.

(Babanazarova O.V. Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları. 1-ci hissə: dərslik / Yaroslavl Dövlət Universiteti Yaroslavl, 2000. səh. 25).

18. Ən sadə sistemlərdə özünü təşkil etmə nümunələri: lazer şüalanması, Benard hüceyrələri, Belousov-Jabotinsky reaksiyası, spiral dalğalar.

Lazer radiasiyasının əmələ gəlməsi nəzərdə tutulur müvəqqəti nümunəözünütəşkilat Davamlı lazer həyəcanlanmış hissəciklər (atomlar, molekullar) və elektromaqnit rejimləri tərəfindən yaradılmış yüksək qeyri-tarazlıq açıq sistemdir. rezonatordakı sahələr. Bu sistemin tarazlığı xaricdən davamlı enerji axını ilə təmin edilir. uyğunsuz mənbə (pompalanmış). Aşağı nasos intensivliyində sistemin radiasiyası bir-biri ilə mərhələli olmayan dalğa qatarlarından ibarətdir. Müəyyən bir eşik dəyərinə qədər artan nasos intensivliyi ilə sistemin radiasiyası əlaqəli olur, yəni. dalğaların fazalarının makroskopik olaraq ciddi şəkildə əlaqələndirildiyi davamlı dalğa qatarını təmsil edir. emitentdən olan məsafələr. Koherent salınımların yaranmasına bu keçid kimi şərh edilə bilər özünütəşkilat

H. Benard hüceyrələri. Quruluşun yaranmasının klassik nümunəsi Benard konvektiv hüceyrəsidir. Hamar bir dibi olan bir qızartma qabına mineral yağı töksəniz, aydınlıq üçün kiçik alüminium qablar əlavə edin və istiləşməyə başlasanız, biz özünü təşkil edən açıq sistemin kifayət qədər aydın bir modelini alacağıq. Kiçik bir temperatur fərqi ilə, yağın aşağı təbəqəsindən yuxarıya istilik köçürməsi yalnız istilik keçiriciliyinə görə baş verir və yağ tipik açıq xaotik sistemdir. Ancaq yağın aşağı və yuxarı təbəqələri arasında müəyyən bir kritik temperatur fərqində, Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, altıbucaqlı prizmalar (konvektiv hüceyrələr) şəklində nizamlı strukturlar görünür.

Şəkil 1.

Hüceyrənin mərkəzində yağ yuxarı qalxır, kənarlarında isə aşağı enir. Altıbucaqlı prizmanın yuxarı qatında prizmanın mərkəzindən kənarlarına, aşağı təbəqədə isə kənarlardan mərkəzə doğru hərəkət edir. Qeyd etmək lazımdır ki, maye axınlarının sabitliyi üçün istilik tənzimlənməsi lazımdır və bu, öz-özünə ardıcıl olaraq baş verir. İstilik axınının maksimum sürətini dəstəkləyən bir quruluş ortaya çıxır. Sistem yalnız ətraf mühitlə istilik mübadiləsi apardığından və stasionar vəziyyətdə (T1-də) verdiyi qədər istilik alır (T2-də)< Т1), то

S=(Q/T1)-(Q/T2)< 0, т.е. внутренняя структура (или самоорганизация) поддерживается за счет поглощения отрицательной энтропии, или негэнтропии из окружающей среды. Подобные конвективные ячейки образуются в атмосфере, если отсутствует горизонтальный перепад давления.

Belousov-Jabotinsky reaksiyası. Kimyəvi saat. Kimyəvi sistemlərdə özünütəşkili xaricdən reaksiyanın davam etdirilməsini təmin edən yeni maddələrin daxil olması, tullantı maddələrin ətraf mühitə atılması ilə əlaqədardır.

Şəkil 2

Belə reaksiyalar 20-ci əsrin 50-ci illərində sovet alimləri B. Belousov və A. Jabotinsky tərəfindən əldə edilmişdir. Lakin onların əldə etdikləri nəticələr o qədər qeyri-adi idi ki, elm adamları onları uzun müddət dərc edə bilməyiblər. Yalnız 80-ci illərdə tanınıblar. Belousov-Jabotinsky reaksiyasının mahiyyəti bir üzvi turşunun kalium bromid ilə oksidləşməsidir. Redoks reaksiyalarının göstəricisini (ferroin) əlavə etməklə, məhlulun rəngini vaxtaşırı dəyişdirərək reaksiyanın gedişatını izləyə bilərsiniz. Xarici olaraq, özünü təşkili maye mühitdə konsentrik dalğaların görünüşü və ya məhlulun rənginin mavidən qırmızıya və əksinə dövri dəyişməsi ilə özünü göstərir (Şəkil 2). Bu salınım prosesi heç bir xarici müdaxilə olmadan bir neçə on dəqiqə ərzində baş verir və “kimyəvi saat” adlanır.

Qeyd etmək lazımdır ki, salınımlar tarazlıq vəziyyətlərindən uzaq olan qeyri-sabit stasionar vəziyyət ətrafında baş verir. (Sabit stasionar vəziyyətlərə yaxın belə dövri rəqslər mümkün deyil.)

Spiral dalğalar. Sinergetikada (dissipativ sistemlər nəzəriyyəsi) ən əsas amil enerjinin yayılması ilə aktiv mühitdə spiral avtodalğalı strukturların öz-özünə təşkilidir. Spiral dalğalar homojen həyəcanlı mühitlərdə elementar özünü təmin edən strukturların əsas növünü təmsil edir. Belə bir mühit məhz fiziki vakuumdur. Buna görə də, maddənin elementar hissəcikləri istər-istəməz onda öz-özünə təşkil edilməli idi və daha dəqiq desək, yalnız spiral avtodalğalar şəklində. Bunu ümumi əsas nümunələr də göstərir elementar hissəciklər və spiral dalğalar:

elementar hissəciklərin korpuskulyar-dalğa təbiəti (onlar, spiral dalğaların nüvələri kimi, məkan koordinatlarına malikdirlər);

həm hissəciklərin, həm də spiral dalğaların kooperativ davranışı;

hərəkət ətalətinin olması (həm elementar hissəciklərdə, həm də spiral avtodalğalı struktur elementlərində);

toqquşma zamanı məhvin olması (həm elementar hissəciklərdə, həm də antihissəciklərdə, həm də birləşən və ayrılan spiral dalğalarda);

hərəkət kvantının yerinə yetirilməsi zamanı və məkanında qeyri-müəyyənliyin olması (fəaliyyət kvantını daşıyan hər hansı bir spiral növbənin başlanğıcını və sonunu müəyyən etmək və deməli, dünyanın koordinatlarını dəqiq müəyyən etmək prinsipial olaraq qeyri-mümkündür) hərəkətin yerinə yetirilməsi nöqtələri);

spiral dalğaların terminal lokal batmasını mənfi elektrik elementar yükləri, ilkin yerli mənbələrini isə müsbət elementar yüklər kimi şərh etmək imkanı;

elektronun fırlanması ilə əlaqəli olmayan öz bucaq momentumuna malikdir (spiral dalğanın növbələrinin radial hərəkəti sərt loqarifmik spiralın fırlanmasının təsirinə bənzəyir);

elementar hissəciklərdə müsbət və mənfi spin dəyərlərinin olması (sağ və sola bükülmüş spirallara bənzər);

atomda elektron tərəfindən orbital dalğanın əmələ gəlməsi (spiral dalğaların sadə burulğan halqalarının əmələ gəlməsinə bənzər);

həm tək kvarkın, həm də tək qıvrılmış burulğan halqasının mövcudluğunun mümkünsüzlüyü;

həm kvarklarda, həm də bir-biri ilə birləşmiş bükülmüş burulğan halqalarında asimptotik azadlığın olması (qarşılıqlı təsir qüvvələri yalnız onları ayırmağa cəhd edildikdə yaranır);

icazə verilən elementar hissəciklərin və üçölçülü spiral strukturların sayını məhdudlaşdıran topoloji qadağaların oxşarlığı;

həm elementar hissəciklərin, həm də üçölçülü spiral strukturların çox qısa ömrü, öz-özünə daha yüksək iyerarxik səviyyəli strukturlara çevrilə bilmir.

M. Eigen. Maddənin öz-özünə təşkili və bioloji makromolekulların təkamülü. M. “Mir”, 1973.

Dubnischeva T.Ya. Müasir təbiət elminin konsepsiyaları. - Novosibirsk: UKEA, 1997.

19. Nə üçün özünütəşkiletmə fenomeni yalnız açıq, qeyri-tarazlıq sistemlərində mümkündür? Özünütəşkilatın mahiyyəti. Fazaları müəyyən edin və yeni nizamın yaranması ilə açıq qeyri-tarazlıq sistemlərinin inkişafı prosesinin diaqramını qurun.

ÖZÜNÜTƏŞKİLAT- yüksək tarazlıqda olmayan açıq sistemlərdə (fiziki, kimyəvi, bioloji və s.) nizamlı məkan və ya müvəqqəti strukturların kortəbii (xarici təşkilati təsirlərə ehtiyac olmadan) formalaşması.

Sistemə daxil olan enerji və ya maddələrin davamlı axını onu tarazlıqdan uzaq bir vəziyyətdə saxlayır. Belə şəraitdə sistem öz (daxili) qeyri-sabitliklərini (qeyri-sabit davranış sahələri) inkişaf etdirir, onların inkişafı özünü təşkil edir.

Özünütəşkilat sistemin vəziyyətini dəyişdirmək imkanını təmsil edir və təsir yalnız ona təsir göstərə bilər. açıq sistem və yalnız qeyri-bərabər sistem dəyişməyə və inkişaf etməyə qadirdir. Belə sistemlər daxili sistem elementlərinin təsirlərinə həssasdırlar. Buna görə də özünütəşkiletmə fenomeni yalnız açıq, qeyri-taraz sistemlərdə mümkündür.

Açıq qeyri-tarazlıq sistemlərinin təkamül mərhələləri:

xətti qanunlara uyğun inkişaf (homeostazın saxlanması, proqnozlaşdırıla bilməsi, xarici və daxili qarşılıqlı təsirlər nəticəsində təsadüfi təsirləri yaşamaq qabiliyyəti. Nəticədə, tarazlıq artır. Elementlər arasında əlaqələr pozulur. Bu vəziyyətdə 2-ci mərhələyə keçid mümkündür)

bifurkasiya nöqtəsi (bifurkasiya) Sistem gözlənilməz, qeyri-xətti davranır. Bifurkasiya nöqtəsində sistem öz keçmişini xatırlamır. İnkişaf yolu seçilir və yeni struktur formalaşır.

Özünü təşkil etməklə yeni strukturlar yaranır, nizam artır, sistemin sərbəst enerjisi artır və entropiya azalır.

(Nikolis G., Prigozhin I., Tarazlıq olmayan strukturlarda özünütəşkilat, trans. İngilis dilindən, M., 1979)

Belousov-Jabotinsky reaksiyası

Ferroin ilə Belousov-Jabotinsky reaksiyasında reaksiya qarışığının rənginin dəyişməsi

Hal-hazırda bu ad, mexanizmi oxşar, lakin istifadə olunan katalizatorlar (Ce 3+, Mn 2+ və Fe 2+, Ru 2+ kompleksləri), üzvi reduksiyaedici maddələr (malon turşusu, bromomalonik) ilə fərqlənən əlaqəli kimyəvi sistemlərin bütün sinfini birləşdirir. turşu, limon turşusu, alma turşusu və s.) və oksidləşdirici maddələr (bromatlar, yodatlar və s.). Müəyyən şəraitdə bu sistemlər müntəzəm dövridən xaotik rəqslərə qədər çox mürəkkəb davranış formalarını nümayiş etdirə bilir və qeyri-xətti sistemlərin universal qanunlarının öyrənilməsinin mühüm obyektidir. Xüsusilə, Belousov-Jabotinsky reaksiyasında kimyəvi sistemlərdə ilk eksperimental qəribə cəlbedici müşahidə edildi və nəzəri olaraq proqnozlaşdırılan xassələri eksperimental olaraq yoxlanıldı.

Kəşf tarixi

Petri qabında nazik təbəqədə Belousov-Jabotinsky reaksiyası zamanı yaranan bəzi konfiqurasiyalar

Reaksiya mexanizmi

Jabotinsky ilk reaksiya mexanizmini və salınım davranışını nümayiş etdirməyə qadir olan sadə riyazi modeli təklif etdi. Sonradan mexanizm genişləndirilmiş və təkmilləşdirilmiş, eksperimental olaraq müşahidə edilən dinamik rejimlər, o cümlədən xaotik rejimlər nəzəri hesablanmış və onların təcrübəyə uyğunluğu göstərilmişdir. Tam siyahı Reaksiyanın elementar mərhələləri çox mürəkkəbdir və onlarla maddə və ara məhsulla demək olar ki, yüzə yaxın reaksiya təşkil edir. İndiyə qədər ətraflı mexanizm, xüsusən də reaksiya sürəti sabitləri məlum deyil.

Reaksiya açılış dəyəri

Belousov-Jabotinsky reaksiyası elmdə ən məşhur kimyəvi reaksiyalardan birinə çevrildi, bir çox alim və müxtəlif insanlardan ibarət qruplar onu öyrənir. elmi fənlər və bütün dünyada istiqamətlər: riyaziyyat, kimya, fizika, biologiya. Onun çoxsaylı analoqları müxtəlif kimyəvi sistemlərdə aşkar edilmişdir (bax, məsələn, bərk fazalı analoq - öz-özünə yayılan yüksək temperatur sintezi). Minlərlə məqalə və kitab nəşr olunub, çoxlu namizədlik və doktorluq dissertasiyaları müdafiə olunub. Reaksiyanın kəşfi əslində müasir elmin sinergetika, dinamik sistemlər nəzəriyyəsi və deterministik xaos kimi sahələrinin inkişafına təkan verdi.

həmçinin bax

Qeydlər

Bağlantılar

Kimyəvi sistemlərdə öz-özünə salınan proseslərin kəşfi və tədqiqi tarixindən: Belousov-Jabotinsky reaksiyasının kəşfinin 50-ci ildönümündə.
B. P. Belousov və onun salınım reaksiyası, "Bilik gücdür" jurnalı
Belousov Jabotinsky və Briggs Rauscher reaksiya sxemləri, diferensial tənliklər
V. A. Vavilin. Maye fazalı kimyəvi sistemlərdə öz-özünə salınmalar
A. A. Peçenkin. Salınan kimyəvi reaksiyaların dünyagörüşü əhəmiyyəti
Kimyəvi sistemlərdə salınımlar və hərəkət edən dalğalar. Ed. R. Field və M. Burger. M., “Mir”, 1988 / Kimyəvi sistemlərdə salınımlar və hərəkət edən dalğalar. Ed. R.J.Field və M.Burger tərəfindən. 1985-ci ildə John Wiley and Sons, Inc. (İngilis dili)/

Wikimedia Fondu. 2010.

Knox, Con
Colt

Digər lüğətlərdə "Belousov-Jabotinsky reaksiyasının" nə olduğuna baxın:

Belousovun reaksiyası- Ferroin ilə Belousov-Jabotinsky reaksiyasında reaksiya qarışığının rənginin dəyişməsi Belousov-Jabotinsky reaksiyası salınım rejimində baş verən kimyəvi reaksiyalar sinfidir və bəzi reaksiya parametrləri (rəng, konsentrasiya ... Wikipedia)

Belousov-Jabotinsky reaksiyası

Briggs-Rauscher reaksiyası- (“yod saatı”) öz-özünə salınan kimyəvi reaksiya. Hidrogen peroksid, yod turşusu, manqan (II) sulfat, sulfat və malon turşuları və nişasta qarşılıqlı əlaqədə olduqda, rəngsiz qızılı mavi keçidlərlə bir salınım reaksiyası baş verir.... ... Wikipedia

Salınım reaksiyaları- Ferroin ilə Belousov-Jabotinsky reaksiyasında reaksiya qarışığının rənginin dəyişməsi Belousov-Jabotinsky reaksiyası salınım rejimində baş verən kimyəvi reaksiyalar sinfidir və bu reaksiyalarda bəzi reaksiya parametrləri (rəng, komponentlərin konsentrasiyası ... Wikipedia)

Belousov, Boris Pavloviç- Boris Pavloviç Belousov Şəkil 1930 Doğum tarixi: 7 fevral (19), 1893 (1893 02 19) Doğulduğu yer: Moskva Tarixi ... Wikipedia