ปฏิกิริยา Belousov–Zhabotinsky เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบเร่งปฏิกิริยาในตัวเองของตัวรีดิวซ์ต่างๆ ที่มีกรดโบรมิก HBrO 3 ในกรณีนี้จะสังเกตความผันผวนของความเข้มข้นของรูปแบบออกซิไดซ์และลดลงของตัวเร่งปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ขั้นกลางบางอย่าง ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ในสารละลายที่เป็นน้ำ ตัวเร่งปฏิกิริยาจะใช้ไอออนของโลหะที่มีสถานะออกซิเดชันที่แปรผันได้ เช่น ซีเรียมหรือแมงกานีส กรดมาโลนิก อะซิติลาซีโตน ฯลฯ ทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์

รีเอเจนต์

• เหล็ก(II) ซัลเฟต เฮปตาไฮเดรต FeSO 4 ∙7H 2 O (ผลึก)
• ซีเรียม(III) ไนเตรต เฮกซาไฮเดรต Ce(NO 3) 3 ∙6H 2 O (ผลึก)
• สารละลายโพแทสเซียมโบรไมด์ KBr (2 mol / l หรือ 12 g ในสารละลาย 50 ml)
• โพแทสเซียมโบรเมต KBrO 3 (ผลึก) และสารละลายโพแทสเซียมโบรเมตอิ่มตัว (ประมาณ 10 กรัมต่อน้ำ 100 มล.)
• กรดซัลฟิวริก H 2 SO 4 เข้มข้นและเจือจาง (1: 3 โดยปริมาตร)
• สารละลายกรดมาโลนิก CH 2 (COOH) 2 (5 mol / l หรือ 52 g ในสารละลาย 100 มล.)
• o-phenanthroline (เฟน) C 12 H 8 N 2
• กรดซิตริก CH (OH) (CH 2 COOH) 2
• ซีเรียม(III) ซัลเฟต ออคตาไฮเดรต Ce 2 (SO 4) 3 ∙8H 2 O
• น้ำกลั่น.

อุปกรณ์

โปรเจ็กเตอร์, จานแก้ว 30 x 30 ซม., จานเพาะเชื้อ, ขวดปริมาตร 100 มล., ขวดรูปชมพู่ 250 มล. พร้อมจุกปิดพื้น, ปิเปตหกชิ้น, บิวเรตต์, ก้านแก้ว, เครื่องซักผ้า, กระดาษกรอง

1 ตัวแปรของการทดลอง (ตัวแปร Zhabotinsky)

การเตรียมประสบการณ์

ในการสาธิตการทดลอง ให้เตรียมสองวิธีแก้ปัญหา - A และ B

A – สารละลายของ ferroin (ธาตุเหล็ก (II) คอมเพล็กซ์) กับ o-phenanthroline (phen)

0.70 g ของ iron(II) sulfate heptahydrate และ o-phenanthroline 1.49 g ถูกเติมลงในขวดปริมาตร 100 ml ปริมาตรของสารละลายจะถูกปรับให้เข้ากับเครื่องหมายด้วยน้ำและผสม สารละลายควรมีสีแดงเนื่องจากการก่อตัวของฟีแนนโทรลีนเชิงซ้อนขององค์ประกอบ 2+:

สามารถเตรียมล่วงหน้าได้

B - สารละลายกรดโบรโมมาโลนิก (เตรียมทันทีก่อนการสาธิต) สารละลายโพแทสเซียมโบรไมด์ 3.3 มล. (2 โมล/ลิตร) สารละลายกรดมาโลนิก 5 มล. (5 โมล/ลิตร) และกรดซัลฟิวริกเข้มข้น 5 มล. ถูกใส่ลงในขวดรูปชมพู่ที่มีจุกปิดพื้นโดยใช้ปิเปต

สารละลายที่ได้จะถูกไทเทรตจากบิวเรตด้วยสารละลายโพแทสเซียมโบรเมตอิ่มตัว โดยผสมให้ละเอียดหลังจากไทแทรนต์แต่ละส่วนตามปกติ เพื่อให้ได้ลักษณะสีน้ำตาลของโบรมีนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาสลับคู่ขนาน:

ปริมาตรรวมของสารละลายโพแทสเซียมโบรเมตที่ใช้สำหรับการไทเทรตควรอยู่ที่ประมาณ 7.5 มล. กรดโบรโมมาโลนิกที่เกิดขึ้นนั้นไม่เสถียร แต่สามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำได้ในบางครั้ง

นำประสบการณ์

เพื่อสาธิตการทดลองโดยตรง จานเพาะเชื้อจะถูกวางบนจานแก้วที่วางอยู่บนกระจกของโปรเจ็กเตอร์ โดยเติมสารละลายโพแทสเซียมโบรเมตอิ่มตัว 10 มล. สารละลายกรดโบรโมมาโลนิก 4 มล. และสารละลายเฟอริน 1.5 มล. ตามลำดับ ปิเปต ภายในไม่กี่นาที พื้นที่สีน้ำเงินจะปรากฏบนพื้นหลังสีแดงในถ้วย นี่เป็นเพราะการก่อตัวของสารเชิงซ้อนอื่น - 3+ ระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์ของคอมเพล็กซ์ 2+ ที่มีไอออนโบรเมต:

ไอออนโบรไมด์ที่ถูกปลดปล่อยเป็นตัวยับยั้งการเกิดออกซิเดชันของธาตุเหล็ก (II) โดยไอออนโบรเมต เมื่อความเข้มข้น 2+ สูงเพียงพอเท่านั้น ผลการยับยั้งของโบรไมด์ไอออนจะถูกเอาชนะ และปฏิกิริยาของการผลิตกรดโบรโมมาโลนิกและการออกซิไดซ์ของสารเชิงซ้อนจะเริ่มดำเนินการอีกครั้ง กระบวนการนี้ซ้ำอีกครั้ง และสิ่งนี้จะสะท้อนให้เห็นในสีของสารละลาย "คลื่น" สีแดงน้ำเงินที่มีจุดศูนย์กลางของการระบายสีแตกต่างกันในทุกทิศทางจากพื้นที่สีน้ำเงินในถ้วย

หากเนื้อหาของถ้วยผสมกับแท่งแก้ว สารละลายจะกลายเป็นสีเดียวในช่วงเวลาสั้น ๆ จากนั้นกระบวนการตามระยะเวลาจะทำซ้ำ ในที่สุดปฏิกิริยาจะหยุดลงเนื่องจากการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

คุณสามารถเพิ่มลงในจานเพาะเชื้อ นอกเหนือไปจากรีเอเจนต์ที่ระบุไว้ทั้งหมด คริสตัลซีเรียม(III) ไนเตรต เฮกซาไฮเดรตสองสามชนิดลงในจานเพาะเชื้อ จากนั้นช่วงของสีจะขยายออกไป: สีเหลืองจะปรากฏขึ้นเนื่องจากอนุพันธ์ของซีเรียม (IV), สีเขียว - เนื่องจากการซ้อนทับของสีน้ำเงินและสีเหลือง:

เมื่อถูกความร้อน วงจรปฏิกิริยาการสั่นจะสั้นลง การเปลี่ยนสีจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น

หมายเหตุ

• ในสมการปฏิกิริยา อนุพันธ์ซีเรียม(IV) ขององค์ประกอบ Сe(OH) 2 2+ ถูกเขียนแบบมีเงื่อนไข แม่นยำยิ่งขึ้นองค์ประกอบของมันถูกสะท้อนโดยสูตร (4 - x) + .
• แทนที่จะเป็นเหล็ก (II) ซัลเฟตเฮปตาไฮเดรต คุณสามารถใช้เกลือของ Mohr - คริสตัลไฮเดรตของเหล็ก (II) ซัลเฟต - องค์ประกอบแอมโมเนียม (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 ∙ 6H 2 O ในปริมาณ 0.99 กรัมสำหรับสิ่งเดียวกัน ปริมาตรเพื่อเตรียมสารละลาย A น้ำ

2 ตัวแปรของการทดลอง (ตัวแปรของ Belousov)

การเตรียมประสบการณ์

สำหรับการทดลองใช้เวลา 2 กรัม กรดมะนาว(HOOC)C(OH)(CH 2 COOH) 2 , 0.16 กรัม octahydrate ซีเรียม (III) ซัลเฟต Ce 2 (SO 4) 3 ∙8H 2 O และ 0.2 กรัมโพแทสเซียมโบรเมต KBrO 3 ตัวอย่างถูกละลายในสารละลายกรดซัลฟิวริก 2.0 มล. (ปริมาตร 1:3 โดยปริมาตร) จากนั้นปรับปริมาตรของสารละลายเป็น 10 มล. โดยเติมน้ำกลั่น

นำประสบการณ์

สำหรับการสาธิตการทดลองโดยตรง จานเพาะเชื้อจะถูกวางบนจานแก้วที่วางบนกระจกของโปรเจ็กเตอร์ โดยเทส่วนผสมที่เตรียมไว้ของกรดซิตริก เกลือซีเรียม และโพแทสเซียมโบรเมตในกรดซัลฟิวริกเจือจาง ภายในไม่กี่นาที สีของสารละลายในถ้วยจะเปลี่ยนจากสีขาวเป็นสีเหลืองสดใส และในทางกลับกัน

ปฏิกิริยาต่อไปนี้เกิดขึ้นในระบบ: (HOOC)С(OH)(CH 2 COOH) 2 + 2Сe IV → С(O)(CH 2 COOH) 2 + 2Ce III + CO 2 + 2H +, (1) (2) ปฏิกิริยา (2) ดำเนินไปช้ากว่าปฏิกิริยา (1) (3) Br - + HBrO + H + = Br 2 + H 2 O, (4) 3H + + 3Br - + HBrO 2 = 2Br 2 + 2H 2 O, (5) C (O) (CH 2 COOH) 2 + 5Br 2 \u003d C (O) (CHBr 2) (CBr 3) + 5Br - + 2CO 2 + 5H + (6) ปฏิกิริยาหลังจะเพิ่มปริมาณของโบรไมด์ไอออน และกรดอะซิโตนไดคาร์บอกซิลิกถูกใช้ไปเนื่องจากอัตราการสะสมต่ำตามปฏิกิริยา (1) ในที่สุดก็มาถึงช่วงเวลาของปฏิสัมพันธ์ Br - กับโบรมีนที่ปล่อยออกมาซึ่งกำหนดสีของสารละลาย โบรมีนที่ปล่อยออกมาจะไปก่อตัวเป็น Ce IV หลังจากการหายตัวไปของ Br 2 และ Ce III อะซิโตนเพนทาโบรไมด์ที่ไม่ใช้งาน ซึ่งได้รับกรดซิตริกและโบรเมตไอออนที่มากเกินไปและไม่ทำปฏิกิริยา ตลอดจนตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการ Ce IV ยังคงอยู่ในสารละลายของปฏิกิริยา ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นจนกว่าสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งจะถูกใช้จนหมด ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้นของสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิช่วยเร่งจังหวะของกระบวนการ

การเปลี่ยนแปลงสีของส่วนผสมของปฏิกิริยาในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky กับ ferroin

ปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky- ประเภทของปฏิกิริยาเคมีที่ดำเนินการในโหมดออสซิลเลเตอร์ ซึ่งพารามิเตอร์ของปฏิกิริยาบางอย่าง (สี ความเข้มข้นของส่วนประกอบ อุณหภูมิ ฯลฯ) เปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ทำให้เกิดโครงสร้างเชิงพื้นที่และเวลาที่ซับซ้อนของตัวกลางที่ทำปฏิกิริยา

ปัจจุบัน ชื่อนี้รวมกลุ่มของระบบเคมีที่เกี่ยวข้องทั้งกลุ่มซึ่งมีกลไกคล้ายคลึงกัน แต่ต่างกันในตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ (Ce 3+, Mn 2+ และ Fe 2+, คอมเพล็กซ์ Ru 2+), สารรีดิวซ์อินทรีย์ (กรดมาโลนิก, กรดโบรโมมาโลนิก กรดซิตริก กรดมาลิก ฯลฯ) และตัวออกซิไดซ์ (โบรเมต ไอโอเดต ฯลฯ)

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ระบบเหล่านี้สามารถแสดงรูปแบบพฤติกรรมที่ซับซ้อนได้ตั้งแต่การสั่นแบบเป็นระยะๆ ไปจนถึงการสั่นแบบโกลาหล และเป็นเป้าหมายสำคัญของการศึกษากฎสากลของระบบที่ไม่เชิงเส้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky พบว่ามีตัวดึงดูดแปลก ๆ จากการทดลองครั้งแรกในระบบเคมีและคุณสมบัติที่ทำนายตามทฤษฎีได้รับการตรวจสอบจากการทดลอง

ประวัติความเป็นมาของการค้นพบปฏิกิริยาออสซิลเลเตอร์โดย B.P. Belousov การศึกษาเชิงทดลองและแอนะล็อกจำนวนมาก การศึกษากลไก การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ และความสำคัญทางประวัติศาสตร์ได้รับในเอกสารรวม

ประวัติการค้นพบ

กลไกการเกิดปฏิกิริยา

นางแบบ Zhabotinsky-Korzukhin

แบบจำลองแรกของปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky ได้รับในปี 1967 โดย Zhabotinsky และ Korzukhin บนพื้นฐานของการเลือกความสัมพันธ์เชิงประจักษ์ที่อธิบายการสั่นในระบบได้อย่างถูกต้อง มีพื้นฐานมาจากโมเดล Lotka-Volterra อนุรักษ์นิยมที่มีชื่อเสียง

ที่นี่ X 2 (\displaystyle X_(2))= , C= 0 + 0 , X 1 (\displaystyle X_(1))คือความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ X 3 (\displaystyle X_(3)) = .

บรัสเซล

แบบจำลองที่ง่ายที่สุดที่เสนอโดย Prigogine ซึ่งมีไดนามิกการสั่น

Oregonator

กลไกที่เสนอโดย Field และ Noyes เป็นหนึ่งในกลไกที่ง่ายที่สุดและในขณะเดียวกันก็ได้รับความนิยมมากที่สุดในงานตรวจสอบพฤติกรรมของปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky:

ระบบที่สอดคล้องกันของสมการเชิงอนุพันธ์สามัญคือ:

โมเดลนี้แสดงให้เห็นถึงการแกว่งที่ง่ายที่สุดที่คล้ายกับที่สังเกตได้ในการทดลอง อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถแสดงการสั่นประเภทที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ เช่น การสั่นแบบเป็นครั้งคราวและแบบวุ่นวาย

Oregonator ขั้นสูง

แบบจำลอง Showalter, Noyes และ Bar-Ely ได้รับการพัฒนาเพื่อจำลองพฤติกรรมที่ซับซ้อนเป็นระยะและซับซ้อนของปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม โมเดลนี้ไม่สามารถรับความโกลาหลได้

ที่ไหน A (\displaystyle A)- พี่ 3 - ; X (\displaystyle X)- HBrO 2 ; Y (\รูปแบบการแสดงผล Y)- บรา - ; C (\รูปแบบการแสดงผล C)- Ce 3+ ; Z (\displaystyle Z)"- Ce 4+ ; W (\รูปแบบการแสดงผล W)- พี่2 ; P (\รูปแบบการแสดงผล P)- เตา

ปฏิกิริยาการสั่นด้วยตนเองของ Belousov-Zhabotinsky เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายไม่เพียง แต่ในโลกวิทยาศาสตร์เท่านั้น เธอเป็นที่รู้จักทั้งเด็กนักเรียนและนักเรียนและเป็นคนที่อยากรู้อยากเห็น ของเหลวสีแดงม่วงหนึ่งแก้วเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินสดใสและเปลี่ยนเป็นสีม่วงแดงอีกครั้ง และสีน้ำเงินอีกครั้ง และเมื่อของเหลวถูกเทลงในชั้นบาง ๆ คลื่นของการเปลี่ยนแปลงของสีจะแพร่กระจายในนั้น รูปแบบที่ซับซ้อนก่อตัวเป็นวงกลม วงก้นหอย กระแสน้ำวน หรือทุกอย่างดูวุ่นวายไปหมด

ปฏิกิริยานี้เป็นที่รู้จักมานานกว่า 40 ปีแล้ว เปิดในปี 1951 โดย Boris Pavlovich Belousov

Anatoly Markovich Zhabotinsky มีส่วนสำคัญในการศึกษาปฏิกิริยานี้ เนื่องจากปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งนี้ได้กลายเป็นสมบัติทางวิทยาศาสตร์ทั่วไป ปฏิกิริยาได้รับการตั้งชื่ออย่างมีเกียรติด้วยอักษรย่อสองตัว: BZ-reaction (Belousov-Zhabotinsky)

การค้นพบบี.พี. เบลูซอฟเกือบครบ 150 ปีในการค้นหาระบบการสั่นในกระบวนการทางเคมี กระบวนการตามระยะเวลาโดยทั่วไปเป็นหนึ่งในรากฐานสำหรับการสร้างทฤษฎีในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เป็นระยะ - การทำซ้ำของบางสิ่งบางอย่างในเวลาและ (หรือ) ช่องว่างอย่างสม่ำเสมอทำให้เรารู้จักการรู้แจ้งของโลกถึงเงื่อนไขเชิงสาเหตุของปรากฏการณ์ โดยพื้นฐานแล้ว ช่วงเวลาเป็นพื้นฐานของโลกทัศน์ของการกำหนดระดับ การทำความเข้าใจธรรมชาติของมันทำให้คุณสามารถทำนายเหตุการณ์ พูด สุริยุปราคา หรือลักษณะที่ปรากฏของดาวหางได้ และการคาดคะเนดังกล่าวเป็นข้อพิสูจน์หลักของพลังของวิทยาศาสตร์

ประวัติความเป็นมาของปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky เป็นภาพประกอบที่ชัดเจนของปริศนาเก่า: อะไรเกิดก่อนกัน ไก่หรือไข่? อะไรมาก่อน: ปรากฏการณ์ที่ต้องใช้คำอธิบายเชิงทฤษฎี หรือทฤษฎีที่ทำนายลักษณะที่ปรากฏของปรากฏการณ์ที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ แท้จริงแล้วมันคือ "วงจรอุบาทว์" เราสังเกตและประกาศเป็นปรากฏการณ์เฉพาะสิ่งที่เราเข้าใจซึ่งมีทฤษฎีอยู่แล้ว แต่ในการสร้างทฤษฎี จะต้องมี "ระเบียบ" - การปรากฏตัวของปรากฏการณ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้

การทำลายวงจรอุบาทว์นี้ต้องใช้ความพยายามทางปัญญาและศีลธรรมอย่างมหาศาลของนักวิจัยผู้บุกเบิก ความเฉื่อย" การใช้ความคิดเบื้องต้น"สาเหตุของชะตากรรมที่น่าเศร้ามากมาย "ประเพณีแห่งความรุ่งโรจน์มรณกรรม" ที่น่าเศร้าเมื่อการค้นพบที่น่าทึ่งกลายเป็นก่อนวัยอันควรและไม่เป็นที่รู้จักในช่วงชีวิตของผู้เขียน

การค้นพบของ Belousov ในชุดนี้ มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความยากลำบากนี้ในการรับรู้ "ความชัดเจน" สิ่งที่มองเห็นได้อย่างแท้จริงด้วยตาและถึงกระนั้นก็มองไม่เห็นโดยผู้อื่น

ประวัติของการค้นพบปฏิกิริยา

มอสโกเก่าปลายศตวรรษที่ผ่านมา ครอบครัวของพนักงานธนาคาร: พ่อ Pavel Nikolaevich และแม่ Natalya Dmitrievna เลี้ยงลูกชายหกคน อเล็กซานเดอร์คนโตอายุ 17 ปีเป็นนักปฏิวัติแล้ว แผนการที่น่าตื่นเต้น: ระเบิด ยิง ซ่อน เขาตื้นตันใจกับมาร์กซ์และศึกษาเขาอย่างดื้อรั้น

Sasha Belousov ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากแนวคิดเรื่องความยุติธรรมของโลก พบผู้ชมที่ยอดเยี่ยมในพี่น้องของเขา ทุกคนมีส่วนร่วมในงานปฏิวัติ รวมถึงบอริสอายุ 12 ปี และเห็นได้ชัดว่างานปฏิวัติเกี่ยวข้องกับเคมี เคมี - วิทยาศาสตร์ที่ดีที่สุดสำหรับการล้มล้างระบบที่มีอยู่สอนวิธีทำระเบิด ห้องปฏิบัติการถูกสร้างขึ้นในห้องใต้หลังคาของบ้านมอสโกบน Malaya Polyanka พี่น้องมีความกระตือรือร้นอย่างแท้จริง การทำระเบิดตอนอายุ 12 ขวบช่างน่ายินดี! และทดสอบพวกเขาด้วย! เพื่อที่แม่จะได้ไม่รู้!

ในปี ค.ศ. 1905 ระหว่างการปฏิวัติรัสเซียครั้งที่ 1 Sasha Belousov ซึ่งเกี่ยวข้องกับด้านบนสุดของฝ่าย Bolshevik ได้นำกองพลน้อยของกลุ่มติดอาวุธ เมื่อการปฏิวัติพังทลาย อเล็กซานเดอร์ก็สามารถหลบหนีได้ เขาถูกจับในอีกหนึ่งปีต่อมา แต่สามารถหลบหนีจากการพลัดถิ่นไซบีเรียได้

ในไม่ช้าบรรดาผู้เป็นมารดาก็แนะนำว่า เราจะส่งทุกคนไปที่ไซบีเรียหรือลี้ภัย โดยธรรมชาติแล้ว เธอชอบสวิตเซอร์แลนด์มากกว่า เราออกจากอาณานิคมของบอลเชวิค เพราะพี่ชายของฉันเป็นพวกบอลเชวิค บอริสพบว่าตัวเองรายล้อมไปด้วยพวกบอลเชวิค ซึ่ง "ในสภาพที่ยากลำบากของการอพยพ" พวกเขาเตรียมสิ่งที่พวกเขาเตรียมไว้ในภายหลัง

Alexander Pavlovich กลายเป็นนักเศรษฐศาสตร์ ระหว่างช่วงสงคราม เขาทำงานเกี่ยวกับหนังสือเศรษฐศาสตร์ขณะอยู่ในเลนินกราดเสร็จ และเขาเสียชีวิตในการปิดล้อมและหนังสือของเขาก็พินาศ

ในเมืองซูริก บอริสต้องจ่ายค่าเล่าเรียน มีโอกาสเรียนฟรีอีกครั้ง แต่ไม่มีประกาศนียบัตรพร้อมใบรับรองหลักสูตรที่เรียน ไม่มีหลักฐานเอกสารใดที่ได้รับการเก็บรักษาไว้ แต่อย่างที่ฉันเข้าใจในขณะนั้นงานอดิเรกหลักของเขายังคงเป็นวิชาเคมี เริ่มเมื่อไหร่ สงครามโลกเขามาที่รัสเซียเพื่อสมัครใจเกณฑ์ทหาร แต่พวกเขาไม่รับ - มีน้ำหนักไม่เพียงพอ

เคมีก็มี ตอนนี้พวกเขาบอกว่ามีนักเคมีผู้ยิ่งใหญ่สามคนในรัสเซีย: Lomonosov, Mendeleev และ Ipatiev Ipatiev ผู้สร้างรากฐานทางทฤษฎีของเคมีอุตสาหกรรมในปีที่ 30 ซึ่งคาดว่าจะถูกจับกุมสามารถเดินทางไปต่างประเทศและตั้งรกรากในสหรัฐอเมริกาได้ ในอเมริกา งาน งานสัมมนา และอื่นๆ อุทิศให้กับเขา ในรัสเซียเขาแทบไม่มีใครรู้จัก Belousov ไปทำงานในห้องปฏิบัติการเคมีของโรงงานโลหะวิทยา Goujon (ในสมัยโซเวียตโรงงานค้อนและเคียว) นำโดย Ipatiev ในอุดมคติ การเข้าไปในห้องทดลองของ Ipatiev หมายถึงการทำเคมีทางทหาร Boris Pavlovich พัฒนาการศึกษาของเขาที่นั่นและกลายเป็นนักเคมีทหารตัวจริง

ก่อนการปฏิวัติ เขาได้พัฒนาวิธีจัดการกับสารพิษ โดยนึกถึงองค์ประกอบพิเศษสำหรับหน้ากากป้องกันแก๊สพิษ หลังจากการปฏิวัติเขากลายเป็นทหารตั้งแต่อายุ 23 ตามคำแนะนำของนักวิชาการ P.P. Lazarev เขาสอนวิชาเคมีให้กับผู้บัญชาการกองทัพแดงที่โรงเรียนเคมีทหารระดับสูงของกองทัพแดงอ่านหลักสูตรการบรรยาย วิชาเคมีทั่วไปและเคมีพิเศษที่โรงเรียนพัฒนาเจ้าหน้าที่บัญชาการกองทัพแดง และในปี พ.ศ. 2476 ได้เป็นอาจารย์อาวุโสที่โรงเรียนเคมีทหารซึ่งตั้งชื่อตาม K.E. โวโรชิลอฟ อย่างไรก็ตาม เนื้อหาหลักในชีวิตของเขาคือการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เขาเป็นผู้เขียนผลงานทางวิทยาศาสตร์มากมาย แต่เนื่องจากความเฉพาะเจาะจง ผลงานของ Belousov แม้แต่บรรทัดเดียวก็ไม่เคยได้รับการตีพิมพ์เลยแม้แต่บรรทัดเดียว ทุกอย่างดำเนินไปในรูปแบบของคำสั่งปิด คำสั่งระบุว่า "ความลับสุดยอด" ในการตรวจสอบที่เป็นความลับโดยนักวิชาการ Alexander Nikolaevich Terenin สังเกตว่า: "... B.P. Belousov เริ่มต้นทิศทางใหม่อย่างสมบูรณ์ในการวิเคราะห์ก๊าซซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนสีของฟิล์มเจลในระหว่างการดูดซับก๊าซที่ใช้งานอยู่โดยพวกเขา ภารกิจ คือการสร้างตัวบ่งชี้เฉพาะและเป็นสากลสำหรับสารประกอบก๊าซที่เป็นอันตราย โดยการตรวจจับพวกมันในความเข้มข้นต่ำมาก... งานนี้ประสบความสำเร็จอย่างยอดเยี่ยม ... มีการพัฒนาเครื่องมือเกี่ยวกับแสงจำนวนหนึ่งที่ช่วยให้สามารถวิเคราะห์คุณภาพอากาศแบบอัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติ สำหรับก๊าซที่เป็นอันตราย ... ในกลุ่มงานนี้ บี.พี. Belousov พิสูจน์ตัวเองว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ก่อให้เกิดปัญหาในรูปแบบใหม่และแก้ปัญหาด้วยวิธีดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์ นอกเหนือจากการศึกษาเหล่านี้ B.P. Belousov ยังเป็นเจ้าของต้นฉบับจำนวนเท่า ๆ กัน และผลงานทางวิทยาศาสตร์ที่น่าสนใจซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าเขาสมควรได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตสาขาเคมีโดยไม่ต้องปกป้องวิทยานิพนธ์อย่างแน่นอน

เขาได้รับการเลื่อนตำแหน่งให้เป็นผู้บัญชาการกองพลน้อย ซึ่งเป็นตำแหน่งทางทหารระดับสูงสำหรับนักเคมี เทียบเท่ากับยศพันตรี ในช่วงที่มีการปราบปรามครั้งใหญ่ในปี 2480-38 บุคลากรทางทหารจำนวนมากในระดับพันตรีขึ้นไปถูกจับกุมและสังหารเพื่อนร่วมงานและเพื่อน ๆ ของ Belousov หลายคนถูกสังหาร เขาไม่ได้ถูกจับกุมบางทีอาจเป็นเพราะในปี 2478 เขาออกจากกองทัพเพื่อลาพักร้อนและหลังจาก 2481 เขาเกษียณ?

Boris Pavlovich เริ่มทำงานในที่ลับ สถาบันการแพทย์ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับพิษวิทยา ตอนแรกเขาเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการ จากนั้นพวกเขาก็ตระหนักว่าไม่มีประกาศนียบัตรมหาวิทยาลัยและพวกเขาก็ย้ายเขาไปยังตำแหน่งผู้ช่วยห้องปฏิบัติการอาวุโสโดยไม่ปล่อยหัวหน้าห้องปฏิบัติการออกจากหน้าที่ของเขา ในหลาย ๆ ด้านเขายังคงเป็นทหาร หงุดหงิดกับสภาพแวดล้อมใหม่ ความสัมพันธ์ที่ซับซ้อน กับอารมณ์ ความรู้สึก ความขุ่นเคือง ตัวละครของเขานั้นยากมาโดยตลอด และในช่วงหลายปีที่ผ่านมามันค่อนข้างซับซ้อน

อย่างไรก็ตาม ผู้อำนวยการสถาบันเข้าใจว่าเขากำลังติดต่อกับใคร ตอนนี้ไม่สามารถเข้าใจได้ แต่เอกสารหลักทั้งหมดและไม่สำคัญมากนักก็มีลายเซ็นของสตาลิน ดินสอหนาสีน้ำเงิน จดหมายชื่อเดียวกันเขียนว่าผู้มีเกียรติทำงานในสถาบันลับของเรา เงินเดือนของเขาต่ำเหมือนผู้ช่วยห้องปฏิบัติการอาวุโส เนื่องจากเขาไม่มีประกาศนียบัตร อุดมศึกษาแต่แท้จริงแล้วเขาอยู่ในความดูแลของห้องปฏิบัติการ ในจดหมายฉบับนี้ สตาลินเขียนว่า: "จ่าย ในฐานะหัวหน้าห้องปฏิบัติการ แพทย์ศาสตร์ ในขณะที่เขาอยู่ในตำแหน่ง" ดินสอสีน้ำเงินหนา ศัตรูเงียบ: สตาลินสั่งจ่ายเอง สิ่งนี้อยู่ได้ไม่นาน อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้าสตาลินก็เสียชีวิต ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ปัญหาการแผ่รังสี สารต้านรังสี กลายเป็นปัญหาหลัก Belousov มีการค้นพบที่น่าทึ่งในด้านยาต้านรังสี

ในเวลานี้ ปฏิกิริยาแบบวัฏจักรถูกค้นพบในชีวเคมี: สารหนึ่งกลายเป็นวินาที ครั้งที่สองเป็นสาม สามกลายเป็นสี่ จากนั้นกลายเป็นหนึ่งในห้า และสารแรกจะก่อตัวขึ้นอีกครั้ง Boris Pavlovich คิดว่านี่เป็นสิ่งที่มหัศจรรย์และควรศึกษาว่าจะเป็นการดีถ้าจะทำการเปรียบเทียบทางเคมีของวัฏจักรทางชีวเคมี

นี่คือจุดเริ่มต้นของ "เคมีในวัยเด็ก" นี่เป็นเพียงนักเคมี "ที่มีชีวิต" เท่านั้นที่สามารถคิดได้ทันที จำได้ว่าในปี ค.ศ. 1905 เขาหยิบเกลือของ Berthollet ซึ่งอะนาล็อกของมันคือ KBrO3: มีคลอรีน และนี่คือโบรมีน เป็นไปได้ที่จะจัดให้มีปฏิกิริยาซึ่งส่วนประกอบเริ่มต้นของวงจร Krebs ซึ่งเป็นกรดซิตริกจะถูกออกซิไดซ์โดยอะนาล็อกของเกลือ Berthollet โบรมีนมีสีจึงสามารถมองเห็นได้เมื่อปล่อยออกระหว่างการทำปฏิกิริยา มันเป็นโชค

เพื่อเร่งปฏิกิริยา Boris Pavlovich ได้เพิ่มเกลือซีเรียมที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาลงในสารละลาย ซีเรียมเป็นองค์ประกอบของวาเลนซ์แปรผัน มันกระตุ้นการเกิดออกซิเดชัน โดยผ่านจากสถานะสี่ไปยังสถานะไตรวาเลนต์ ในสารละลายกรดซัลฟิวริกที่ค่อนข้างเข้มข้นในตอนแรกมีสีเหลืองปรากฏขึ้นจริง ๆ แต่ด้วยเหตุผลบางอย่างมันก็หายไปและปรากฏขึ้นอีกครั้งในทันใดแล้วก็หายไปอีกครั้ง ... ดังนั้นจึงค้นพบปฏิกิริยาเคมีสั่นในสารละลาย (และสีเหลืองดังที่ Zhabotinsky แสดงให้เห็นในภายหลังไม่ได้มาจากโบรมีน แต่มาจากซีเรียม)

ความสำคัญของปฏิกิริยา BELOUSSOV

B.P. Belousov เป็นคนแรกที่ค้นพบปฏิกิริยาการแกว่งทางเคมีหรือไม่? ผู้ชนะรางวัลโนเบล I.Prigozhin ถือว่างานของ Boris Pavlovich เป็นผลงานทางวิทยาศาสตร์ของศตวรรษที่ยี่สิบ สำหรับผู้เขียนบางคน ความนิยมของปฏิกิริยา BZ นั้นดูไม่ยุติธรรม และบทบาทของ Belousov ก็เกินจริง

ทุกกรณีของความผันผวนในปฏิกิริยาเคมีที่สังเกตได้จนถึงขณะนี้สามารถอธิบายได้ด้วยผลกระทบเชิงพื้นที่ ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิลดลงบนผนังของขวดหรือข้อจำกัดการแพร่กระจายของอัตราการเกิดปฏิกิริยา

แต่อุปสรรคสำคัญคือ... ความรู้เรื่องอุณหพลศาสตร์สมดุล คนที่มีการศึกษาไม่สามารถจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวทางความร้อนที่ไม่เป็นระเบียบ จำนวนมากความเป็นระเบียบเรียบร้อยในระดับมหภาคของโมเลกุล ตอนนี้โมเลกุลทั้งหมดอยู่ในสถานะหนึ่ง จากนั้นในอีกสถานะหนึ่ง! ราวกับรับรู้ถึงการมีอยู่ของเครื่องเคลื่อนไหวชั่วนิรันดร์ นี้ไม่สามารถ และแน่นอนมันไม่สามารถ ไม่สามารถอยู่ใกล้สภาวะสมดุลได้ แต่ได้รับการพิจารณาโดยอุณหพลศาสตร์ของปีเหล่านั้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับความซับซ้อน รวมถึงการสั่น โหมดสำหรับระบบเคมีที่ไม่สมดุล เมื่อปฏิกิริยายังไม่เสร็จสมบูรณ์ และความเข้มข้นของรีเอเจนต์ยังไม่ถึงระดับสมดุล แต่เหตุการณ์นี้ทำให้นักเคมีไม่ได้รับความสนใจ

เป็นที่ชัดเจนสำหรับทุกคนว่าอุณหพลศาสตร์ไม่ได้เป็นเพียงสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ ชัยชนะของอุณหพลศาสตร์สมดุลที่สร้างขึ้นโดยยักษ์ใหญ่ Carnot, Mayer, Helmholtz, Boltzmann, Planck, Gibbs, Nernst กำหนดมุมมองโลกของนักวิจัยหลายชั่วอายุคน

ต้องใช้ความพยายามอย่างเฉียบขาดในการทำลาย "โซ่ตรวนเหล็กของความรู้ที่สมบูรณ์" และสำรวจพฤติกรรมของระบบที่อยู่ห่างไกลจากสมดุลเพื่อสร้างอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สมดุล นี่คือความสำเร็จของชีวิต Onsager และ Prigogine ถึงเวลานี้ มีการพิสูจน์ทั่วไปแล้วถึงความเป็นไปได้ของการสั่นในระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันและเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อความไม่เป็นเนื้อเดียวกันเชิงพื้นที่ไม่มีนัยสำคัญ ในปี ค.ศ. 1910 A. Lotka ได้คิดค้นระบบสมการที่อธิบายความผันผวนของความเข้มข้นของสารทำปฏิกิริยาในระบบการผสมที่สมบูรณ์ ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ ในโมเดล Lotka รุ่นแรกนี้ การสั่นถูกทำให้หมาดๆ สิบปีต่อมา เขาได้เสนอระบบที่มีปฏิกิริยาออโตคะตาไลติกส์ต่อเนื่องกันสองครั้ง และในแบบจำลองนี้ การสั่นอาจไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่าการสั่นในสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นไปได้ในหลักการ สถานการณ์ทั่วไปสำหรับชีวิตของความรู้ใหม่ได้พัฒนาขึ้น: มีทฤษฎี Lotka-Volterra ที่เข้มงวด (ความผันผวนในระบบเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นไปได้) และมีความเห็นทั่วไปว่าเป็นไปไม่ได้เนื่องจากขัดแย้งกับรากฐานของวิทยาศาสตร์ นั่นคือเหตุผลที่การพิสูจน์เชิงทดลองที่ไม่อาจโต้แย้งได้ของการมีอยู่ของระบอบการสั่นในสารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกัน ในระบบของการผสมที่สมบูรณ์ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ที่นี่เราควรสังเกตความแตกต่างพื้นฐานระหว่างตำแหน่งของนักฟิสิกส์และนักเคมี หนึ่งในความสำเร็จที่โดดเด่นที่สุดของฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ของศตวรรษที่ 20 คือการสร้างทฤษฎีการแกว่ง ข้อดีที่ยอดเยี่ยมและเป็นที่ยอมรับในระดับสากลเป็นของนักฟิสิกส์โซเวียตของโรงเรียน Academician L.I. Mandelstam ในปีที่ 28 นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Mandelstam A.A. Andronov พูดในที่ประชุมของนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียด้วยรายงานเรื่อง "Poincaré limit cycles and the Theory of self-oscillations" เขาไม่สงสัยในความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาการแกว่งทางเคมีและเป็นผู้ริเริ่มการค้นหาปฏิกิริยาดังกล่าวโดยตรงในการทดลอง

ในช่วงต้นทศวรรษ 1930 ความผันผวนของการเรืองแสงใน "เปลวไฟเย็น" คล้ายกับการเรืองแสงแบบสั่นสะเทือนของไอฟอสฟอรัสถูกค้นพบที่สถาบันฟิสิกส์เคมีของ Academy of Sciences ซึ่งสนใจนักฟิสิกส์ที่โดดเด่น D.A. แฟรงค์-คาเมเนตสกี้. ในปี 1939 เขาอธิบายความผันผวนเหล่านี้โดยพิจารณาจากแบบจำลองจลนศาสตร์ในปี 2020 ของ Lotka ในปีพ.ศ. 2484 ในบทความในวารสาร Advances in Chemistry เขาได้พิจารณาถึงความเป็นไปได้ของระบอบการสั่นในระบบเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกัน ถึงแม้ว่า "เปลวไฟเย็น" ที่พูดอย่างเคร่งครัดแล้ว ก็ไม่สามารถนำมาประกอบกับปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกันได้ เหตุผลก็เหมือนกัน: อุณหภูมิลดลงและการไล่ระดับความเข้มข้นเชิงพื้นที่

กลไกการสั่นในระบบที่ซับซ้อนนี้ร่วมกับ Frank-Kamenetsky สำเร็จการศึกษาจากโรงเรียน Andronov, I.E. Salnikov และในปี 1947 เขาส่งวิทยานิพนธ์ไปที่สถาบันฟิสิกส์เคมีซึ่งเรียกว่า "ในทฤษฎี ของการไหลเป็นระยะของปฏิกิริยาเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกัน” แต่วิทยานิพนธ์ถูกปฏิเสธ! ใครคือผู้พิทักษ์ความจริงที่ไม่สั่นคลอนที่สุด ผู้ที่มีการศึกษามากที่สุดในหมู่ผู้ชม? ไม่ทราบ "ความเฉื่อยของความรู้เดิม" ได้ผล อุปสรรคของ "สามัญสำนึก" ของนักเคมีไม่สามารถเอาชนะได้

Salnikov ประสบความสำเร็จในการปกป้องวิทยานิพนธ์นี้ในปีต่อไปที่ Gorky ที่สถาบันฟิสิกส์ นำโดย A.A. Andronov

ในปีพ.ศ. 2494 นายพล Belousov ได้ส่งบทความเกี่ยวกับปฏิกิริยาการสั่นซึ่งเขาค้นพบไปยัง Journal of General Chemistry และเขาได้รับการวิจารณ์เชิงลบเชิงรุกว่า "เป็นไปไม่ได้" บทความอธิบายกระบวนการทำซ้ำได้ง่าย รีเอเจนต์ทั้งหมดมีพร้อมใช้ แต่ถ้าคุณมั่นใจอย่างแน่วแน่ว่าผลลัพธ์นั้นเป็นไปไม่ได้ การตรวจสอบก็เสียเวลา Boris Smirnov หลานชายของ Boris Pavlovich เกลี้ยกล่อมปู่ของเขา: "นำน้ำยาไปที่กองบรรณาธิการและแสดงให้พวกเขา ... " นายพลพิจารณาดูถูกเหยียดหยามทั้งหมดนี้ไม่สอดคล้องกับบรรทัดฐานของจริยธรรมทางวิทยาศาสตร์และไม่ไป

และเบลูซอฟยังคงศึกษาปฏิกิริยาที่ยอดเยี่ยมของเขาต่อไป ผันผวน-ไม่มีสีเหลืองสว่างมาก นักเรียนและผู้ทำงานร่วมกันของ Boris Pavlovich A.P. Safronov แนะนำให้เขาเพิ่มธาตุเหล็กที่มีฟีแนนโทรลีนลงในสารละลาย สีเปลี่ยนไปอย่างมาก สีแดงม่วงจางลงเป็นสีน้ำเงินสดใส นี่เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น

ลักษณะเด่นของงานของ Zhabotinsky และกลุ่มผู้ทำงานร่วมกันที่เกิดขึ้นรอบตัวเขาคือการผสมผสานระหว่างการทดลองทางเคมี วิธีการลงทะเบียนทางกายภาพ และการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ในแบบจำลองของระบบสมการเชิงอนุพันธ์เหล่านี้ ค่าคงที่จลนศาสตร์ถูกแทนที่จากข้อมูลการทดลอง หลังจากนั้น เป็นไปได้ที่จะเปรียบเทียบการบันทึกการทดลองของการสั่นสะเทือนกับเส้นโค้งที่ได้จากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์

คอมพิวเตอร์มีขนาดใหญ่และไม่สะดวก ข้อมูลถูกป้อนลงในเทปเจาะหรือบัตรเจาะ แต่สิ่งนี้ไม่ได้ลดความกระตือรือร้นลง

ภายในปี 1963 ขั้นตอนเชิงคุณภาพหลักของการศึกษาปฏิกิริยา Belousov ก็เสร็จสมบูรณ์ นักศึกษาปริญญาเอก Zhabotinsky ต้องเขียนบทความ และเขาเขียนบทความแรกที่ยอดเยี่ยม คำถามที่เป็นธรรมชาติเกิดขึ้นเกี่ยวกับผู้เขียน

บทความนี้เผยแพร่ภายใต้ลายเซ็นของ Zhabotinsky หนึ่งคน บทความนี้สร้างผลกระทบที่คาดไม่ถึงจนทำให้มนุษยชาติชื่นชมปฏิกิริยาดังกล่าวตามชื่อ Belousov และ Zhabotinsky

"ชุมชนวิทยาศาสตร์" ค่อย ๆ ตื้นตันด้วยความตระหนักว่าระบอบการสั่นไม่เพียงเป็นไปได้ แต่ยังจำเป็นและเป็นเรื่องธรรมดาในวิชาเคมีและชีวเคมี ฉันต้องการค้นหาพวกมันในวิชาชีวเคมีเป็นพิเศษเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ของนาฬิกาชีวภาพกับพวกมัน

ด้วยการพิสูจน์ความน่าจะเป็นสูงของปฏิกิริยาชีวเคมีแบบสั่นจากมุมมองของทฤษฎีการแกว่งที่สัมมนาใน สถาบันฟิสิกส์ในปี 1959 นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา I.E. Tamma D.S. Chernavsky พูดที่ Academy of Sciences of the USSR ตอนนี้สถานการณ์ได้เกิดขึ้นแล้วเมื่อทฤษฎี ความเข้าใจ อยู่ข้างหน้าปรากฏการณ์วิทยา คาดว่าจะมีการค้นพบความผันผวนในระบบชีวเคมี

ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2507 โอกาสตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์การสั่นของปฏิกิริยาไคเนสฟอสฟอรัส ความเจริญในการศึกษาระบอบการสั่นเริ่มขึ้นในด้านชีวเคมี จำนวนสิ่งพิมพ์ดังกล่าวเพิ่มขึ้นทุกปี

ในปีพ.ศ. 2509 ในเดือนมีนาคม การประชุม All-Union Symposium เกี่ยวกับกระบวนการออสซิลเลเตอร์ในเคมีและชีวเคมีครั้งแรกได้จัดขึ้นเป็นครั้งแรก นี่เป็นเหตุการณ์ประวัติศาสตร์ทางวิทยาศาสตร์อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากกระบวนการสั่นในชีววิทยา: นาฬิกาชีวภาพ กระบวนการทุกประเภท เช่น กิจกรรมของหัวใจ การบีบตัวของลำไส้ และแม้แต่ขนาดของประชากร ล้วนเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ที่เหมือนกันทั้งหมด นักฟิสิกส์ถือว่าสิ่งนี้เป็นหนึ่งในความสำเร็จหลักของศูนย์ Pushchino และสถาบันชีวฟิสิกส์ของเรา D.A. Frank-Kamenetsky มีส่วนร่วมในงานสัมมนา I.E. Salnikov และ B.V. Voltaire ทำการนำเสนอ D.S. Chernavsky และเพื่อนร่วมงาน Yu.M. ผลงานแรกของเขา E.E. Selkov รายงานของ A.M. Zhabotinsky และผู้เขียนร่วม M.D. Korzukhin, V.A. Vavilin ได้ครอบครองพื้นที่ส่วนกลาง Boris Pavlovich Belousov ปฏิเสธที่จะเข้าร่วมการประชุมสัมมนา

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2510 หนังสือ Oscillation Processes in Chemical and Biological Systems ได้รับการตีพิมพ์

ก่อนที่การประชุมสัมมนาจะมีเหตุการณ์สำคัญอีกเหตุการณ์หนึ่งเกิดขึ้น ประธานสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต Mstislav Vsevolodovich Keldysh ต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับปฏิกิริยาของ Belousov เขาเป็นที่รู้จักในฐานะคนที่มีความเร็วการรับรู้ที่พิเศษมาก หน้าหมองคล้ำ หน้าหมองคล้ำ ริ้วรอยอย่างลีโอนีน

Zhabotinsky กล่าวสั้น ๆ เกี่ยวกับสาระสำคัญ: Keldysh โกรธมากหากพวกเขาพูดเป็นเวลานาน มีความผันผวนในแก้ว เราคิดว่านี่เพียงพอสำหรับ Keldysh แต่เขามองดูกระจกด้วยความโกรธแล้วพูดว่า: "คุณซ่อนสิ่งที่สำคัญที่สุดจากฉันหรือไม่" และที่สำคัญที่สุดคือคลื่นสีที่เริ่มต้นจากด้านล่างและขึ้นไป Keldysh เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านผลกระทบเชิงพื้นที่ของการสั่นสะเทือน แน่นอน Zhabotinsky สังเกตเห็นคลื่นอวกาศ แต่เขายังไม่ได้คิดออกและตัดสินใจที่จะไม่บอก Keldysh เกี่ยวกับพวกเขา แต่มันไม่ได้อยู่ที่นั่น! ประธานาธิบดีโกรธมากโดยเชื่อว่าพวกเขาไม่ต้องการบอกเขา ... คำพูดมีความสำคัญอย่างยิ่ง แล้วเราก็พบว่าเบลูซอฟก็เห็นเช่นกัน กระทั่งเรียกกระติกน้ำว่า "ม้าลาย" และฉันคิดว่ามันเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด

หลังจากการประชุมสัมมนา Zhabotinsky มุ่งเน้นไปที่การศึกษาการแพร่กระจายคลื่น งานนี้ทำได้ยากมากโดยความหนาแน่นของแสงต่ำของสารละลาย ในเวลานี้ A.N. เข้าร่วมกลุ่ม ไซกิ้นและพวกเขาตัดสินใจใช้เครื่องรับโทรทัศน์ที่สามารถรวบรวมสัญญาณอ่อนผ่านการสแกนซ้ำๆ ไม่สามารถติดตั้งโทรทัศน์อุตสาหกรรมได้ งานได้หยุดชะงัก และไม่มีใครจำสารเชิงซ้อนของเหล็กฟีแนนโทรลีนได้

ผลกระทบเชิงพื้นที่ การแพร่กระจายคลื่นในตัวกลางที่แอคทีฟได้เปิดโอกาสและการเปรียบเทียบใหม่ๆ ที่น่าทึ่ง การกระตุ้นแพร่กระจายในลักษณะเดียวกันในเส้นประสาท ใน cardiac syncytium โดยทั่วไปใน "active media" ปฏิกิริยา BZ "เข้าสู่พื้นที่ปฏิบัติการ" เข้าสู่ตำราเรียนและกลายเป็นหนึ่งในวัตถุที่สว่างที่สุดของศาสตร์แห่งการทำงานร่วมกันแบบใหม่

บทสรุป

ดังนั้นความสำคัญของปฏิกิริยาที่ Belousov ค้นพบนั้นเกินจริงหรือไม่? ไม่เลย. ชื่อเสียงมรณกรรมของเขายุติธรรมหรือไม่? โดยไม่มีข้อกังขา. และอย่างน้อยก็ไม่ได้เบี่ยงเบนข้อดีของนักวิจัยหลายคนที่ศึกษาปัญหาเหล่านี้มาเกือบสามศตวรรษ

ยังคงต้องบอกว่าในขณะที่มนุษยชาติกำลังเรียนรู้เกี่ยวกับ Boris Pavlovich Belousov เขาถูกไล่ออกจากสถาบัน ... "เพราะเขาแก่และป่วยบ่อย" เขาอายุมากแล้ว แต่กิจกรรมสร้างสรรค์ของเขายังคงสูงมาก เขาทนไม่ได้ที่จะอยู่โดยไม่มีห้องทดลองและเสียชีวิตเมื่อวันที่ 12 มิถุนายน พ.ศ. 2513

เมื่อ Zhabotinsky ปกป้องวิทยานิพนธ์เอกของเขาในปี 1974 คู่ต่อสู้ของเขา คนดีนักวิชาการ Rem Viktorovich Khokhlov กล่าวว่า: "เมื่อเปรียบเทียบกับการสั่นในตัวเอง กระบวนการของการแพร่กระจายคลื่นในตัวกลางแบบแอคทีฟสามารถเรียกได้ว่าเป็นคลื่นอัตโนมัติ" คำของ Khokkhlov ติดอยู่ ส่วนใหม่ของวิทยาศาสตร์ซึ่งเน้นไปที่ผลกระทบเชิงพื้นที่เป็นหลัก ถูกรวมเข้ากับการศึกษาการแพร่กระจายของคลื่นกระตุ้นในหัวใจและโดยทั่วไปใน "สื่อเชิงรุก" ของ Krinsky-Ivanitsky ก่อตั้งทีมที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างใกล้ชิด: Zhabotinsky, Krinsky, Ivanitsky, Zaikin และทั้งสี่นี้ย้ายสิ่งต่าง ๆ ต่อไป

แนวคิดเรื่องรางวัลเลนินถือกำเนิดขึ้น Belousov ไม่อยู่ในรายชื่อผู้สมัคร แต่รางวัลเลนินซึ่งแตกต่างจากรางวัลโนเบลก็ได้รับมรณกรรมเช่นกัน Boris Pavlovich ได้รับรางวัล Lenin Prize ต้อ นี่คือในปี 1980 สิบปีหลังจากที่เขาเสียชีวิต

บรรณานุกรม

Belousov B.P. , "ปฏิกิริยาตอบสนองเป็นระยะและกลไกของมัน" ในการรวบรวมบทคัดย่อเกี่ยวกับเวชศาสตร์การฉายรังสีปี 1958 - ม. เมดกิซ, 2502, หน้า 145-147.

Belousov B.P. "ปฏิกิริยาเป็นระยะและกลไกของมัน" ในวันเสาร์ "กระบวนการคลื่นอัตโนมัติในระบบที่มีการแพร่กระจาย" ส. วิทยาศาสตร์ ท. เอ็ด เอ็มที บาป กอร์กี้. สถานะ un-t, Gorky, 1981. pp. 176-186.

Zhabotinsky A.M. "การเกิดออกซิเดชันของกรดมาโลนิกเป็นระยะในสารละลาย (การศึกษาจลนศาสตร์ของปฏิกิริยา Belousov)", Biophysics, 1964, vol. 9 pp. 306-311

"กระบวนการสั่นในระบบชีวภาพและเคมี". การดำเนินการของ All-Union Symposium เกี่ยวกับกระบวนการแกว่งในระบบชีวภาพและเคมี Pushchino-on-Oka, 21-26 มีนาคม 2509 เอ็ด วิทยาศาสตร์, ม. 1967

Zhabotinsky A.M. "การสั่นของความเข้มข้นในตัวเอง" M. Nauka, 1974, 178 p.22

1. M. Zhabotinsky. ประวัติการสั่นและคลื่นเคมี CHAOS 1(4), 1991, 379-385

   Salnikov IE "ที่จุดกำเนิดของทฤษฎีการสั่นในตัวเองทางเคมี" ในวันเสาร์ "ไดนามิกของระบบ พลวัตและการเพิ่มประสิทธิภาพ". การรวบรวมเอกสารทางวิทยาศาสตร์ระหว่างมหาวิทยาลัย Nizhny Novgorod, 1992

วอลเตอร์ บี.วี. "ตำนานและเรื่องจริงเกี่ยวกับแรงสั่นสะเทือนของสารเคมี", Knowledge-Power, 1988, No. 4, pp. 33-37.

Shnol S.E. , V.A.Kolombet, N.V.Udaltsova, V.A.Namiot, N.B.Bodrova "ในความสม่ำเสมอในการแจกแจงผลการวัดแบบไม่ต่อเนื่อง (ด้านจักรวาลฟิสิกส์)" ชีวฟิสิกส์ 2535 เล่มที่ 34 ฉบับที่ 3 หน้า 467-488

ผู้คนตกหลุมรักวิทยาศาสตร์เคมีในวัยเด็กเช่นเดียวกับผู้หญิงที่เสียชีวิต พวกเขาตกหลุมรักเพราะความงามของการเปลี่ยนแปลงของสารหลากสีหรือเพราะการระเบิดของวัตถุระเบิดทำเอง ฉันต้องการเล่าเรื่องเกี่ยวกับนักเคมีผู้ยิ่งใหญ่และการค้นพบที่ยอดเยี่ยมของพวกเขา ในเรื่องนี้ ทุกสิ่งทุกอย่างเริ่มต้นด้วยระเบิด และจบลงด้วยความงามที่ทำให้ตาและจิตใจประหลาดใจ

ดังนั้นในปี 1905 Muscovite Boris Belousov อายุ 12 ปีพร้อมกับพี่ชายของเขาจึงถูกคุมขังเพื่อผลิตวัตถุระเบิด ระเบิดนี้อัดแน่นไปด้วยระเบิด ซึ่งถูกใช้โดยกลุ่มติดอาวุธและนักสู้ใน Presnya ผู้ก่อความไม่สงบ ในยุคปัจจุบัน การประชุมเชิงปฏิบัติการด้านเคมีนี้จะเรียกว่าการเตรียมพร้อมสำหรับการโจมตีของผู้ก่อการร้าย พวกเขาทำการทดลองที่ไม่ปลอดภัย (ในทุกแง่มุม) ในห้องใต้หลังคาของบ้านหลังใหญ่ที่ครอบครัว Belousov อาศัยอยู่ ครอบครัวก็ไม่ได้ยากจน พ่อทำงานเป็นพนักงานธนาคาร

พี่น้อง Belousov สี่ในห้าคนมีส่วนร่วมในคดีนี้ อเล็กซานเดอร์อายุสิบเจ็ดปีคนโตซึ่งในความเป็นจริง "โฆษณาชวนเชื่อ" พี่น้องเพื่อกิจกรรมการปฏิวัติสามารถหลบหนีจากตำรวจได้ Sergei อายุสิบหกปีแสดงความกล้าหาญ: ระหว่างการจับกุมเขาเรียกตัวเองว่าชื่อปลอม สหายซึ่งเขาได้รับการปกป้องจากการจับกุมจึงเป็นที่ต้องการของการปฏิวัติมากกว่าเด็กชายที่ติดตามเขาผ่านเวทีและเสียชีวิตในท้ายที่สุดในไซบีเรีย วลาดิเมียร์ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะและบอริส เบลูซอฟก็ถูกส่งไปยังไซบีเรียเช่นกัน แต่ทหารได้เสนอทางเลือกที่ง่ายกว่าให้แม่ของนักปฏิวัติรุ่นใหม่ นั่นคือการย้ายถิ่นฐาน ครอบครัวย้ายไปสวิตเซอร์แลนด์

ในสมัยโซเวียต ตำนานที่ว่าบอริส เบลูซอฟ ซึ่งอาศัยอยู่ในอาณานิคมของเอมิเกรของรัสเซียในซูริก เล่นหมากรุกกับเลนินเองก็คงจะขาดใจ ในช่วงเวลาที่ไม่สุภาพต่อผู้นำ รายละเอียดอื่นๆ ก็ปรากฏขึ้น B. Belousov จำได้ว่าเลนินเล่นอย่างประมาทและต้องการชนะไม่ดูถูกแรงกดดันทางจิตใจ: เขาดุศัตรูว่าโลกนี้มีค่าแค่ไหน จะไม่มีใครจำเรื่องราวของปรมาจารย์ชื่อดังอย่าง O. Bender ได้อย่างไร!

คุณรู้ไหม ลาสเกอร์ถึงจุดที่หยาบคาย มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเล่นกับเขา เขาสูบคู่ต่อสู้ด้วยซิการ์ และเขาสูบบุหรี่ราคาถูกโดยเจตนาเพื่อให้ควันนั้นน่ารังเกียจ โลกหมากรุกอยู่ในความสับสนวุ่นวาย

อย่างไรก็ตาม, บอริส พาฟโลวิช เบลูซอฟ (1893 - 1970)ในการนี้กิจกรรมการปฏิวัติของเขาสิ้นสุดลง เขาไม่ได้เข้าร่วมพรรคบอลเชวิคจนกระทั่งปี 1917 หรือหลังจากนั้น และเข้าสู่เมืองซูริกอันโด่งดัง สถาบันโปลีเทคนิคซึ่งท่านสร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2457

ชั้นเรียนที่มหาวิทยาลัยโพลีเทคนิคซูริกนั้นฟรี แต่คุณต้องเสียค่าประกาศนียบัตร เนื่องจากขาดเงิน Boris Belousov ไม่ได้ซื้อประกาศนียบัตรและในปี 1914 กลับไปรัสเซียพร้อมใบรับรองหลักสูตรที่เขาเรียน

เมื่อสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเริ่มต้นขึ้น ชายหนุ่มไม่ได้ถูกนำตัวเข้ากองทัพเพราะรูปร่างผอมบางอย่างไม่น่าเชื่อ และเขาไปทำงานพิเศษของเขาในห้องปฏิบัติการเคมีของโรงงานโลหะวิทยา Goujon ในมอสโกใกล้กับ Rogozhskaya Zastava ในสมัยโซเวียต โรงงานแห่งนี้ได้เปลี่ยนชื่อเป็น "Hammer and Sickle" เนื่องจากยังคงเรียกกันว่า

ห้องปฏิบัติการเคมีของโรงงาน Goujon อยู่ภายใต้การอุปถัมภ์ของนักเคมีชาวรัสเซียผู้โด่งดัง วลาดีมีร์ นิโคเลวิช อิปาตีเยฟ (1867 - 1952)ผู้ซึ่งในแง่ของความสนใจและความอัจฉริยะที่หลากหลายถูกเปรียบเทียบกับ D.I. Mendeleev แต่ในรัสเซียเขาแทบไม่รู้จักชื่อของเขาเลย ทำไม ใช่ เพราะในปี 1930 การอยู่ต่างประเทศและเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการของพรรคอุตสาหกรรมที่เริ่มต้นขึ้น เขาจึงคิดว่าเป็นการดีที่สุดที่จะไม่กลับบ้านเกิดของเขา ค่อนข้างสมเหตุสมผล Ipatiev เชื่อว่าในที่สุดรัฐบาลชนชั้นกรรมาชีพก็ตัดสินใจจัดการกับ "ผู้เชี่ยวชาญ" ในการถอดประกอบนี้ เขาซึ่งเป็นอดีตนายพลซาร์ แม้ว่าเขาจะเป็นนักวิชาการ แม้ว่าเลนินจะเรียกเขาว่า "หัวหน้าอุตสาหกรรมเคมีของเรา" ก็ตาม มีเพียงสิ่งเดียวที่อยู่ในใจ: มาตรการปกป้องชนชั้นกรรมาชีพสูงสุด VN Ipatiev เดินทางไปชิคาโกซึ่งเขาเริ่มสอนที่มหาวิทยาลัยในท้องถิ่น เขาเริ่มธุรกิจปิโตรเคมีและก่อตั้งอุตสาหกรรมนี้ในสหรัฐอเมริกาอย่างแท้จริง

ทำไมในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง V.N. Ipatiev จึงได้รับรางวัลยศพันโท กองทัพซาร์? เพราะเขาดำรงตำแหน่งประธานคณะกรรมการเคมีที่ผู้อำนวยการกองปืนใหญ่และดูแลการผลิตกระสุนและอาวุธเคมี Ipatier เชื่อมโยงชายหนุ่มที่มีความสามารถจากห้องปฏิบัติการที่โรงงาน Goujon เข้ากับคดีนี้ ตั้งแต่นั้นมา เป็นเวลาหลายปี B.P. Belousov ได้จัดการกับหัวข้อ "ปิด" งานของเขาในการปรับปรุงหน้ากากป้องกันแก๊สพิษและการสร้างเครื่องวิเคราะห์ก๊าซไม่เป็นที่รู้จักของสาธารณชนทั่วไป และตั้งแต่ปี พ.ศ. 2476 เขาเป็นครูที่โรงเรียนเคมีการทหารของกองทัพแดง ไม่ว่าจะเป็นปาฏิหาริย์หรือไม่ แต่ B. Belousov รอดชีวิตมาได้หลายปี เมื่อ "เจ้าหน้าที่" การลงโทษที่ขยันขันแข็งได้โค่นทหารเกือบทั้งหมดจากนายพันขึ้นไป นอกจากนี้ในปี พ.ศ. 2481 เขาเกษียณด้วยยศพันตรี หลังจากมหาราช สงครามรักชาติ Belousov ทำงานเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการที่สถาบันการแพทย์ลับ ทำพิษวิทยา และค้นหาวิธีต่อสู้กับการเจ็บป่วยจากรังสี

ที่นี่เป็นที่ที่ Boris Pavlovich พบกับความมหัศจรรย์ของระบบราชการของสหภาพโซเวียต ฝ่ายบุคคลพบว่าหัวหน้าห้องปฏิบัติการไม่มีประกาศนียบัตรการศึกษาระดับอุดมศึกษา พวกเขาไม่กล้าไล่ Belousov แต่ถูกย้ายไปตำแหน่งผู้ช่วยห้องปฏิบัติการอาวุโส โดยธรรมชาติแล้วโดยไม่ปล่อยหัวหน้าห้องปฏิบัติการออกจากหน้าที่ อย่างไรก็ตาม ผู้อำนวยการสถาบันอยู่ข้างบอริส พาฟโลวิช เขาเขียนบันทึกที่ส่งถึงสตาลินและผู้นำได้ลงมติ: ในขณะที่ Belousov ดำรงตำแหน่งหัวหน้า จ่ายเงินให้เขาในฐานะหัวหน้าห้องปฏิบัติการและแพทย์ด้านวิทยาศาสตร์

การค้นพบหลักซึ่งทำให้เขาโด่งดังไปทั่วโลก B.P. Belousov ทำเมื่ออายุ 58 ปี กรณีที่หายากในวิทยาศาสตร์ ไม่ไกลจากเกษียณ มีการค้นพบอะไรบ้าง?

ถึงเวลานี้ ปฏิกิริยาการแกว่งที่เรียกว่าปฏิกิริยาถูกค้นพบในชีวเคมี ปฏิกิริยาเหล่านี้มีลักษณะดังนี้ ปฏิกิริยาอย่างน้อยสองครั้งเกิดขึ้นพร้อมกันในภาชนะเดียวกัน นอกจากนี้ ผลคูณของปฏิกิริยาแรกคือรีเอเจนต์ตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยาที่สอง ในทางกลับกัน ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่สองคือรีเอเจนต์เริ่มต้นสำหรับปฏิกิริยาแรก จะเกิดอะไรขึ้นในกรณีนี้? ในตอนแรก อัตราของปฏิกิริยาแรกจะสูง แต่เมื่อเวลาผ่านไป ความคืบหน้าของปฏิกิริยาจะช้าลง เนื่องจากความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะลดลง ในเวลาเดียวกัน อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สองจะเริ่มเพิ่มขึ้น - ท้ายที่สุดแล้ว จำนวนรีเอเจนต์เริ่มต้น ซึ่งเป็นผลคูณของปฏิกิริยาแรกก็เพิ่มขึ้น เมื่อปฏิกิริยาที่สองดำเนินไป รีเอเจนต์เริ่มต้นจะหมดลง ปฏิกิริยาจะช้าลง แต่ตอนนี้ ปฏิกิริยาแรกจะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง - ท้ายที่สุด ก็มีรีเอเจนต์เริ่มต้นอีกครั้ง และอื่น ๆ โฆษณาไม่สิ้นสุด ความเข้มข้นของรีเอเจนต์จะผันผวนตลอดเวลา - จากนั้นเพิ่มขึ้นแล้วจึงลดลง ดังนั้นปฏิกิริยาจึงเรียกว่าการแกว่ง

Boris Pavlovich เกิดปฏิกิริยาการสั่นแบบเดียวกัน แต่ดำเนินการกับสารอนินทรีย์ ปฏิกิริยาดังกล่าวง่ายต่อการนำไปใช้และศึกษาได้ง่ายขึ้น มันดูมหัศจรรย์อย่างเรียบง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าปฏิกิริยาเกิดขึ้นในชั้นของเหลวบางๆ เช่น ในจานเพาะเชื้อ ในเวลาเดียวกัน คลื่นของความเข้มข้นที่เปลี่ยนไปจะวิ่งไปตามพื้นผิว ก่อให้เกิดรูปแบบที่แปลกประหลาดและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา วิวสวยจนแทบหยุดหายใจ!

อย่างไรก็ตาม สำหรับบทความที่ในปี 1951 และหลังจากนั้นในปี 1955 Boris Pavlovich ส่งไปยังวารสารเคมีที่มีชื่อเสียง นักวิจารณ์ให้คำตอบเพียงข้อเดียว: “เป็นไปไม่ได้ เพราะมันไม่มีทางเป็นแบบนั้นได้!”

คนที่อายุน้อยกว่าและโทรมน้อยกว่าในชีวิตอาจคัดค้านผู้วิจารณ์ได้ ร่างพระราชบัญญัติที่ระบุว่าปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ในบทความเกิดขึ้น สุดท้าย มาที่กองบรรณาธิการพร้อมกับขวดและน้ำยาเพื่อสาธิตทุกอย่างแก่ผู้วิจารณ์ที่ไม่ซื่อสัตย์ แต่นายพล Belousov ถือว่าต่ำกว่าศักดิ์ศรีของเขาเพื่อพิสูจน์ว่าเขาไม่ใช่อูฐ แม้ว่าเขาจะยังคงทำงานต่อไปในการค้นพบของเขา

ไม่มีใครรู้ว่าจะจบลงอย่างไรหากศาสตราจารย์ S.E. Shnol ไม่พบการค้นพบอันน่าทึ่งของ B.P. Belousov เมื่อเรียนรู้เขาเริ่มมองหาผู้ค้นพบซึ่งไม่ใช่งานง่ายเลย Belousov ทำงานที่สถาบัน "ปิด" และความพยายามที่จะตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์สาธารณะอย่างที่เราเห็น จบลงด้วยความล้มเหลว . แต่ในที่สุด S.E. Shnol พบ B.P. Belousov ได้รับกระดาษแผ่นหนึ่งพร้อมสูตร: วิธีทำปฏิกิริยา

เนื่องจาก B.P. Belousov ปฏิเสธที่จะให้ความร่วมมือโดยพูดกับ S.E. Shnol ด้วยวลีที่น่าทึ่ง: “ฉันไม่สามารถและไม่ต้องการหาเพื่อนใหม่ เพื่อนฉันตายหรือตาย"ศาสตราจารย์ "กำหนด" นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับปัญหาปฏิกิริยาการแกว่ง Anatoly Markovich Zhabotinsky (1938 - 2008). A.M. Zhabotinsky และผู้ทำงานร่วมกันของเขาได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของ B.P. Belousov เครื่องมือทางกายภาพสำหรับบันทึกกระบวนการเหล่านี้ และใช้คอมพิวเตอร์เพื่อประมวลผลผลลัพธ์และคำนวณสัมประสิทธิ์จลนศาสตร์ของปฏิกิริยา ตอนนี้ดูเหมือนว่า: "แต่อย่างไร?" แต่ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา คอมพิวเตอร์ถูกเรียกว่า "คอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์" เช่นกัน และพิจารณาตามนั้น ตู้เหล็กตั้งอยู่ในห้องปรับอากาศขนาดใหญ่ที่มีพื้นยกสูง โดยมีสายไฟฟ้ายาวหลายไมล์ ข้อมูลถูกป้อนจากบัตรเจาะหรือจากเทปเจาะ และแสดงบนกระดาษยาว "แผ่น" ของงานพิมพ์ เครื่องยนต์ไอน้ำอัจฉริยะอย่างแท้จริง! ในขณะเดียวกัน เครื่องจักรเพื่อการใช้งานร่วมกัน ดังนั้นการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อจำลองปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนจึงเป็นเรื่องใหม่เช่นกัน

ในปีพ. ศ. 2507 ได้มีการตีพิมพ์บทความโดย A.M. Zhabotinsky ซึ่งสรุปผลการวิจัย ความสำคัญของบทความนี้ก็คือความจริงที่ว่ามันได้กำหนดลำดับความสำคัญของวิทยาศาสตร์โซเวียตในด้านปฏิกิริยาเคมีสั่น แท้จริงแล้วหนึ่งปีต่อมา หัวข้อนี้กลายเป็นที่นิยมอย่างมาก และจำนวนบทความในหัวข้อนี้เริ่มมีจำนวนเพิ่มขึ้นเป็นร้อย ปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky กลายเป็นที่โด่งดังไปทั่วโลก ในภาษาอังกฤษเรียกว่าปฏิกิริยา BZ

โดยหลักการแล้ว การค้นพบปฏิกิริยาการสั่นนั้นค่อนข้างคู่ควรกับรางวัลโนเบล แต่อย่างที่พวกเขาพูดกันว่า "การ์ดพังต่างหาก" ถือได้ว่าเป็นการชดเชยบางอย่างที่นักวิทยาศาสตร์หลายคน - นักฟิสิกส์และนักเคมีได้รับรางวัล Lenin Prize ในปี 1980 Boris Pavlovich Belousov ได้รับรางวัลต้อ

ลิงค์ที่เป็นประโยชน์:

1. มหัศจรรย์

ในบรรดาปฏิกิริยาเคมีและชีวเคมีแบบสั่นจำนวนมาก ปฏิกิริยาที่โด่งดังที่สุดคือกลุ่มของปฏิกิริยาที่ค้นพบครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย B.P. เบลูซอฟ (1958)

A.M. มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการศึกษาปฏิกิริยาเหล่านี้ Zhabotinsky ซึ่งเป็นที่รู้จักในวรรณคดีโลกภายใต้ชื่อ "ปฏิกิริยา BZ" (ปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinskii) ปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky ได้กลายเป็นแบบจำลองพื้นฐานสำหรับการศึกษากระบวนการจัดระเบียบตนเอง รวมถึงการก่อตัวของการกระจายตัวของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเชิงพื้นที่ การแพร่กระจายของแพทช์ คลื่นเกลียว และกระบวนการคลื่นอัตโนมัติอื่นๆ โดยได้รับการศึกษาในห้องปฏิบัติการหลายร้อยแห่งทั่วโลกในภาชนะรูปทรงต่างๆ ในท่อ บนตัวกลางที่มีรูพรุน ภายใต้อิทธิพลที่หลากหลาย - การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แสง และการแผ่รังสี

ในปฏิกิริยาที่ศึกษาโดย B.P. Belousov ขั้นตอนหลักคือการเกิดออกซิเดชันของกรดมาโลนิกกับโบรเมตไอออน BrO - 3 ในตัวกลางที่เป็นกรด กระบวนการดำเนินการต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาซีเรียมซึ่งมีสองรูปแบบ Ce 3+ และ Ce 4+ ข้อความเต็มของบทความ "ปฏิกิริยาเป็นระยะและกลไกของมัน" ซึ่งตีพิมพ์ในคอลเลกชันบทคัดย่อเกี่ยวกับเวชศาสตร์การฉายรังสีสำหรับปี 1958 (Belousov 1958) มีอยู่ในหนังสือ (Field and Burger 1988) บี.พี.เอง Belousov อธิบายปฏิกิริยาที่เขาค้นพบดังนี้:

“ปฏิกิริยาต่อไปนี้มีความโดดเด่นตรงที่เมื่อดำเนินการในส่วนผสมของปฏิกิริยา จะมีกระบวนการรีดอกซ์ที่ซ่อนอยู่จำนวนหนึ่งซึ่งได้รับคำสั่งในลำดับที่แน่นอน ซึ่งหนึ่งในนั้นจะถูกเปิดเผยเป็นระยะโดยการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวที่ชัดเจนในสีของส่วนผสมของปฏิกิริยาทั้งหมด ถ่าย. การสลับสีจากไม่มีสีเป็นสีเหลืองและในทางกลับกันจะสังเกตได้โดยไม่มีกำหนด (หนึ่งชั่วโมงหรือมากกว่านั้น) หากนำส่วนประกอบของสารละลายปฏิกิริยาไปในปริมาณหนึ่งและในการเจือจางทั่วไปที่เหมาะสม ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนสีเป็นระยะสามารถสังเกตได้ใน 10 มล. ของสารละลายที่เป็นน้ำขององค์ประกอบต่อไปนี้: กรดซิตริก 2.00 กรัม, ซีเรียมซัลเฟต 0.16 กรัม, โพแทสเซียมโบรเมต 0.20 กรัม, กรดซัลฟิวริก (1:3) 2.00 มล. ปริมาณน้ำรวม 10 มล.

นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตการสั่นและกระบวนการคลื่นอัตโนมัติได้ในลักษณะคล้ายคลึงกันของปฏิกิริยานี้ ซึ่งสร้างขึ้นโดยการแทนที่โบรเมตด้วยไอโอเดต กรดซิตริกด้วยกรดมาโลนิกหรือโบรโมมาโลนิก โลหะทรานซิชันอื่นๆ หลายชนิดสามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแทนซีเรียม ระบบ Ferroin-ferriin ที่มี Fe ไอออนเชิงซ้อนกับ phenanthroline มักใช้ในการสาธิต เนื่องจากการเปลี่ยนผ่าน Fe(II) → Fe(III) มาพร้อมกับการเปลี่ยนสีจากสีแดงเป็นสีน้ำเงิน สารประกอบอินทรีย์ที่ใช้กันมากที่สุดคือกรดมาโลนิก HOOCCH 2 COOH

การทดลอง

ในภาชนะปิดที่มีการกวนแบบเข้มข้น หลังจากระยะเวลาเหนี่ยวนำสั้น ความเข้มข้นจะผันผวนและเกิดขึ้น เส้นโค้งทดลองทั่วไปแสดงไว้ในรูปที่ หนึ่ง .

ข้าว. หนึ่ง.สังเกตจากการทดลองที่อ่านได้จากอิเล็กโทรดแพลทินัม , (a) และอิเล็กโทรดที่บันทึกกระแสของโบรไมด์ไอออน (b) ความเข้มข้นเริ่มต้นของรีเอเจนต์: = 6.25·10 -2 M; [กรดมาโลนิก] = 0.275 M; = 2 10 -3 M. แอมพลิจูดการสั่นสูงสุดที่อิเล็กโทรดคือ 100 mV ซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น 100 เท่า ระยะเวลาการสั่นประมาณ 1 นาที (Gray and Scott, 1994)

จุดเริ่มต้นของความผันผวนมีลักษณะของ "การกระตุ้นอย่างหนัก" ระบบผ่านการแยกย่อย Andronov-Hopf ความผันผวนของความเข้มข้นของไอออนที่บันทึกบนอิเล็กโทรดแพลตตินัมมีแอมพลิจูดคงที่ อิเล็กโทรดโบรไมด์ลงทะเบียนแอมพลิจูดที่เพิ่มขึ้น ค่าสูงสุดของมันสอดคล้องกับความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนตามลำดับความสำคัญสองขนาด รูปร่างของการแกว่งจะเปลี่ยนแปลงบ้างตามเวลา ระยะเวลาจะนานถึง 2 นาทีหลังจาก 1.5 ชั่วโมง หลังจากนั้นแอมพลิจูดของการแกว่งจะค่อยๆ ลดลง ไม่สม่ำเสมอ และค่อยๆ หายไป

แบบจำลองแรกของกระบวนการที่สังเกตได้เสนอโดย A.M. Zhabotinsky วัฏจักรปฏิกิริยาที่พิจารณาโดยเขาประกอบด้วยสองขั้นตอน ขั้นตอนแรก (I) คือการเกิดออกซิเดชันของซีเรียมไตรวาเลนท์กับโบรเมต:

ขั้นตอนที่สอง (II) คือการลดลงของซีเรียมเตตระวาเลนต์ด้วยกรดมาโลนิก:

ผลิตภัณฑ์ลดขนาดโบรเมตที่เกิดขึ้นในระยะที่ 1 โบรมีน UA อนุพันธ์โบรโมที่เป็นผลลัพธ์ของ MK จะถูกทำลายด้วยการแยกตัว โบรไมด์เป็นตัวยับยั้งปฏิกิริยาที่รุนแรง แผนผังของปฏิกิริยาการสั่นในตัวเองสามารถอธิบายในเชิงคุณภาพได้ดังนี้ ให้มีไอออนในระบบ พวกมันกระตุ้นการก่อตัว (ระยะ II) ซึ่งทำปฏิกิริยากับอนุภาค Y ของปฏิกิริยา I และถูกกำจัดออกจากระบบ หากความเข้มข้นสูงเพียงพอ ปฏิกิริยา I จะถูกปิดกั้นอย่างสมบูรณ์ เมื่อความเข้มข้นของไอออนอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา II ลดลงเป็นค่าธรณีประตู ความเข้มข้นจะลดลง จึงเป็นการลบการปิดกั้นของปฏิกิริยา I อัตราการเกิดปฏิกิริยา I เพิ่มขึ้น และความเข้มข้นเพิ่มขึ้น เมื่อถึงค่าเกณฑ์บน ความเข้มข้นก็สูงถึงค่าที่สูงเช่นกัน และสิ่งนี้นำไปสู่การปิดกั้นปฏิกิริยา I อีกครั้ง และอื่นๆ (รูปที่ 2)

ข้าว. 2.แบบแผนของปฏิกิริยาอัตโนมัติของการเกิดออกซิเดชันของกรดมาโลนิก (MA)

โมเดลท้องถิ่น พฤติกรรมของความเข้มข้นของรีเอเจนต์ในเวลา โมเดลจาโบตินสกี้

แบบจำลองที่เสนอโดย V.M. Zhabotinsky เพื่ออธิบายกระบวนการ (Zhabotinsky, 1974) ประกอบด้วยตัวแปรสามตัว: ความเข้มข้นของไอออน ( x) ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติระยะที่ 1 เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของการลดโบรเมตเป็นไฮโปโบรไมต์ ( y) และความเข้มข้นของโบรไมด์ - ตัวยับยั้งระยะที่ 1 ( z).

แผนภาพกระบวนการถูกนำเสนอเป็น:

แบบจำลองพิจารณาว่าความเข้มข้นรวมของซีเรียมไอออนเป็นค่าคงที่: + = กับ. สันนิษฐานว่าอัตราของปฏิกิริยาออโตคะตาไลติกเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้น แบบจำลองความเข้มข้นไร้มิติมีรูปแบบดังนี้

ที่ไหน k 1 = kหนึ่ง - k 3 และคำว่า k 6 (k 7 y - k 8) 2 xคัดเลือกโดยสังเกตุเพื่อให้ค่าธรณีประตูมีค่า xในรูปแบบที่สอดคล้องกับค่าทดลอง

การบัญชีสำหรับลำดับชั้นของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาทำให้สามารถแทนที่สมการเชิงอนุพันธ์สำหรับตัวแปรได้ zพีชคณิตและหลังจากการนำตัวแปรไร้มิติมาสู่ระบบสมการสองสมการ:

ในสมการ (2) ε เป็นพารามิเตอร์ขนาดเล็ก ดังนั้นรูปแบบของการสั่นสะเทือนจึงผ่อนคลาย ภาพเฟสของระบบแสดงในรูปที่ 3ก. ในรูป รูปที่ 3b แสดงความผันผวนของตัวแปร x ที่สอดคล้องกับความเข้มข้นที่ไม่มีมิติของไอออน Ce 4+

ข้าว. 3. a - ภาพเฟสของระบบ (2). เส้นประหมายถึงไอโซไคลน์ที่เป็นโมฆะ เส้นหนาแสดงถึงวงจรจำกัด x- ความเข้มข้นไร้มิติของไอออน Ce 4+ y- ความเข้มข้นไร้มิติของตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติเป็นตัวแปรที่รวดเร็ว b - จลนพลศาสตร์ของความเข้มข้นของไอออน Ce 4+ - การสั่นของการผ่อนคลาย นู๋, เอ็ม- ค่าที่น้อยที่สุดและมากที่สุดของตัวแปร ตู่ 1 , ตู่ 2 - เวลาของการเพิ่มขึ้นและลดลงในความเข้มข้นของไอออน Ce 4+ ตู่- ระยะเวลาการแกว่ง (Zhabotinsky, 1974)

ระบอบกาลอวกาศในระบบ Belousov-Zhabotinsky

ข้อเสียของโมเดล Jabotinsky คือการมีอยู่ของตัวแปร y- "autocatalyst" ซึ่งไม่สอดคล้องกับสารประกอบทางเคมีที่แท้จริง ต่อจากนั้น มีการเสนอแบบจำลองหลายแบบเพื่ออธิบายกลไกของปฏิกิริยา BZ ที่นิยมมากที่สุดคือรูปแบบปฏิกิริยาที่เสนอโดย Field, Keresh และ Noyes (Field., Koros et al. 1972) ประกอบด้วยปฏิกิริยา 10 ประการกับตัวกลางเจ็ดตัว ต่อมา Field and Noyes (Field. and Noyes 1974) ได้เสนอโครงการที่ง่ายกว่านี้ เรียกว่า Oregonator หลังจากที่มหาวิทยาลัย Oregon (สหรัฐอเมริกา) ได้รับการพัฒนา รูปแบบปฏิกิริยามีลักษณะดังนี้:

โดยที่ A, B คือสารตั้งต้น, P, Q คือผลิตภัณฑ์, X, Y, Z เป็นตัวกลาง: HBrO 2 คือกรดโบรมัส, Br คือไอออนโบรไมด์ และ Ce 4+

ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ตั้งต้นจะถือว่าไม่เปลี่ยนแปลงในแบบจำลอง ให้เราแสดงตัวแปรที่สอดคล้องกับความเข้มข้นของรีเอเจนต์ด้วยตัวอักษรตัวเล็กและเขียนสมการสำหรับการเปลี่ยนแปลงในเวลาตามกฎของการกระทำมวล:

ผู้เขียนประเมินค่าตัวเลขของค่าคงที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยตรงจากข้อมูลการทดลอง ความหมายของพวกเขา:

[A] = [B] = 0.06M; 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) ตัวประกอบปริมาณสัมพันธ์ ฉและค่าคงที่ k 5 พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้รีเอเจนต์แตกต่างกันไป

รูปแบบไร้มิติของรุ่น Oregonator มีรูปแบบดังนี้:

นี่คือความเข้มข้นที่ไม่มีมิติ: x - , y - , z- ความเข้มข้นของไอออนโลหะ พารามิเตอร์ ฉถือว่าอยู่ในช่วง0< ฉ< 2 (Field and Noyes, 1974).

ระบบ (6) สามารถมีสถานะคงที่เป็นศูนย์:

ซึ่งไม่เสถียรอยู่เสมอ และสถานะคงที่บวกหนึ่งสถานะ:

การวิเคราะห์ความเสถียรของสถานะคงที่นี้ (Field and Noyes, 1974) ทำให้สามารถค้นหาบริเวณที่สารละลาย (8) สูญเสียความเสถียร แผนภาพการแยกส่วนของระบบสำหรับระนาบพารามิเตอร์ ฉk 5 แสดงในรูปที่ 4a ในรูป 4 b แสดงรูปร่างของการแกว่งของตัวแปร ค่าพารามิเตอร์จะได้รับในคำอธิบายภาพ

ข้าว. 4. a - ขอบเขตของความเสถียร (A) และความไม่เสถียร (B) ของสารละลายคงที่ที่เป็นบวก (17.8) ของรุ่น Oregonator (17.4, 17.6) b - ความผันผวนของแอมพลิจูดสูงของตัวแปร x. ค่าพารามิเตอร์: ส= 77.27, q= 8.375 10 -6 , w= 0.161 k 5 (สนามและนอยส์ 1974)

อัตราส่วนของพารามิเตอร์ในระบบมีลำดับชั้นของเวลาลักษณะเฉพาะของการเปลี่ยนแปลงตัวแปร จากรูป 4b ยังแสดงให้เห็นว่า xเป็นตัวแปรเร็วซึ่งสมการเชิงอนุพันธ์สามารถแทนที่ด้วยสมการพีชคณิตได้ เท่ากับด้านขวาของสมการแรกของระบบ (6) ถึงศูนย์ เราได้รับ:

จากสมการ (9) เราจะได้ xเป็นหน้าที่ y:

ให้เราแทนที่นิพจน์ (10) ลงในสมการที่สองและสามของระบบ (6) เราจะได้ "ตัวกำหนด" แบบจำลองที่ลดลงจากสองสมการ:

ระบบ (11) มีวงจรจำกัดแอมพลิจูดสูงที่เสถียร และภายในวงจรจำกัดแอมพลิจูดต่ำที่ไม่เสถียร (Rinzel and Troy, 1982)

อยู่ในรูปแบบนี้ (หรือคล้ายกัน) ที่ระบบของสมการ Field-Noyes ได้รับการศึกษาโดยผู้เขียนหลายคนในฐานะองค์ประกอบในท้องถิ่นของระบบการกระจายปฏิกิริยาและการแพร่กระจาย เกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการสังเกตปฏิกิริยา BZ ในการทดลอง ประเภทต่างๆโหมดคลื่นอัตโนมัติ อิทธิพลประเภทต่างๆ ที่มีต่อพารามิเตอร์ของระบบ (เช่น เป็นระยะ) ถูกจำลองบนแบบจำลอง โหมดในระบบสองมิติและสามมิติได้รับการพิจารณาต่อหน้า ชนิดที่แตกต่างพรมแดน

ในรูป 5 (a, b, c, d) แสดงลำดับของการพัฒนาในช่วงเวลาของโหมดต่างๆ บนพื้นผิวของจานเพาะเชื้อระหว่างปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky เป็นที่ทราบกันดีว่าหากองค์ประกอบในระบบมีคุณสมบัติการสั่น ระบบแบบกระจายสามารถแสดงจุดศูนย์กลางชั้นนำ (a) คลื่นเกลียว (c) การแจกแจงกาลอวกาศที่ซับซ้อน (b, d)

ข้าว. 5.ระบอบพื้นที่ต่างๆ ในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky ภาพวาดแต่ละชุด (a-d) แสดงให้เห็นถึงการพัฒนากระบวนการต่อเนื่องในเวลา (Zhabotinsky, 1975)

คำถามเกิดขึ้นว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะมีอิทธิพลต่อการพัฒนาโครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้ในเวลาและพื้นที่ด้วยความช่วยเหลือจากอิทธิพลภายนอก ผลกระทบประกอบด้วยการเปลี่ยนอัตราการไหลเข้าของสารสุดท้ายและสารขั้นกลางสู่ทรงกลมของปฏิกิริยา โหมดต่างๆ ของการส่องสว่างคงที่และเป็นระยะ และการฉายรังสีกัมมันตภาพรังสีด้วยอนุภาคพลังงานสูง การศึกษาดังกล่าวมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างยิ่ง พวกเขาทำให้สามารถหาวิธีควบคุมกิจกรรมคลื่นอัตโนมัติและช่วยในการค้นหาโหมดการทำงานของคลื่นเกลียวในเนื้อเยื่อที่ใช้งานอยู่ของหัวใจซึ่งการสลายตัวจะนำไปสู่ภาวะมีไฟบริล อันที่จริงแล้วในรูปแบบความจริงของสื่อที่ใช้งานอยู่ (ดูบรรยายที่ 18) พบว่าหากมีคลื่นเกลียวในตัวกลางทางออกของ "ส่วนปลาย" ของมันไปยังขอบเขตของพื้นที่ที่ใช้งานอยู่จะนำไปสู่การหน่วงของ คลื่นดังกล่าว (Ivanitsky, Krinsky et al. 1978) ปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky เป็นแบบจำลองการทดลองที่ดีสำหรับการศึกษาการควบคุมไดนามิกของคลื่น

การดัดแปลงปฏิกิริยา BZ ที่แตกต่างกันนั้นใช้ในการศึกษาอิทธิพลของธรรมชาติที่แตกต่างกัน ผลกระทบของอนุภาค α พลังงานสูงจากไซโคลตรอนได้รับการศึกษาเกี่ยวกับระบบที่ใช้เฟอโรอีน ซึ่งเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของเหล็กเฟ (II) ที่มีฟีแนนโทรลีน (ฟีน) แทนสารประกอบ Ce 4+ เมื่อสารละลายถูกฉายรังสีในเส้นเลือดฝอย จะสังเกตเห็นคลื่นระนาบสองระนาบที่แยกจากศูนย์กลางการฉายรังสีไปในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อสารละลายถูกฉายรังสีในจานเพาะเชื้อ จะสังเกตการปรากฏตัวของคลื่นความเข้มข้นที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ส่วนที่ฉายรังสีของสารละลาย ภายใต้การกระทำของการฉายรังสีทั้งหมดของปริมาตรปฏิกิริยาทั้งหมด จะสังเกตเห็นการปราบปรามของกระบวนการคลื่นอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์ (Lebedev, Priselkova et al. 2005)

จากมุมมองของความเป็นไปได้ในการทดลอง จะสะดวกเป็นพิเศษที่จะใช้โปรโตคอลที่แตกต่างกันของการเปิดรับแสง การส่องสว่างอย่างต่อเนื่องของระบบปฏิกิริยาทั้งหมดหรือบางส่วน การส่องสว่างคงที่ของความเข้มต่างๆ การส่องสว่างเป็นระยะ ฯลฯ การควบคุมการเปิดรับแสงจะทำได้เมื่อ ไวต่อแสง Ru( bpy) 3 2+ โดยปกติ ปฏิกิริยาจะดำเนินการในจานเพาะเชื้อที่เติมด้วยซิลิโคนเจลบางๆ ซึ่งจะมีการเพิ่มรีเอเจนต์ที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยา BZ ในระบบดังกล่าวจะสังเกตเห็นคลื่นเกลียวที่แตกต่างกัน แต่การกระทำของลำแสงเลเซอร์บาง ๆ นำไปสู่การแตกที่ด้านหน้าและการปรากฏตัวของคลื่นเกลียวสองอัน (รูปที่ 6) (Muller, Plesser et al. 1986; Muller, Markus และคณะ 1988)

ข้าว. 6.คลื่นเกลียวในชั้นบาง ๆ ของตัวกลางปฏิกิริยากระตุ้น Belousov-Zhabotinsky ขนาดเซลล์ 9 ตร.ม. มม. (มุลเลอร์, Plesser et al. 1986)

การควบคุมวิถีโคจรปลายเกลียว

ในห้องปฏิบัติการของ ศ. Stefan Müller (มหาวิทยาลัยมักเดบูร์ก ประเทศเยอรมนี) ได้พัฒนาเทคนิคที่อนุญาตให้ "นำ" ปลายคลื่นลูกหนึ่งที่อยู่นอกขอบจานเพาะเชื้อ แล้วสังเกตวิวัฒนาการของคลื่นเกลียวเดี่ยว "ปลาย" ( เคล็ดลับ) ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนไหวเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อน วิถีขึ้นอยู่กับโหมดการส่องสว่าง (Grill, Zykov et al., 1995)

ข้าว. 7.วิถีปลายคลื่นเกลียวสองประเภทที่ได้จากการทดลองสำหรับปฏิกิริยา BZ ไวแสง ระยะทางจากศูนย์กลางของวิถีโคจร (เส้นประ) ถึงจุดวัด (กากบาท) a - 0.49 มม., b - 0.57 มม. (Grill et al., 1995)

ภายใต้แสงสว่างคงที่ ปลายจะอธิบายไซโคลิดที่มี "กลีบดอก" สี่กลีบ (รูปที่ 7 เส้นประ) ศึกษาผลของคลื่นแสงที่มีต่อวิถีโคจรของปลายคลื่นเกลียว พัลส์ถูกนำไปใช้ในขณะที่ด้านหน้าของคลื่นถึงจุดหนึ่ง (ทำเครื่องหมายด้วยกากบาทในรูปที่ 7) หรือด้วยความล่าช้าที่ระบุ

มีการสังเกตโหมดสองประเภท ในกรณีที่ “จุดวัด” อยู่ใกล้กับศูนย์กลางของวิถีโคจรที่ไม่ถูกรบกวน หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง การเคลื่อนที่ของส่วนปลายก็มาถึงวิถีโคจรที่ไม่มีอาการโดยมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ “จุดวัด” ในขณะที่ระยะห่างระหว่างตำแหน่งของจุดวัด ปลายและจุดวัดไม่เกินขนาดของลูปไซโคลิด (รูปที่ 7a ) การปรากฏตัวของข้อเสนอแนะนำไปสู่การซิงโครไนซ์ - ระยะเวลาของการเปิดรับแสงพัลซิ่งถูกกำหนดให้เท่ากับเวลาที่ปลายของคลื่นเกลียวอธิบายหนึ่งวงของไซโคลิด

ในกรณีที่จุดวัดอยู่ค่อนข้างไกลจากศูนย์กลางของวิถีโคจรที่ไม่ถูกรบกวน ปลายเกลียวอธิบายวิถีที่คล้ายกับการเคลื่อนตัวของกลีบดอกไซโคลิด 4 กลีบตามวงกลมรัศมีขนาดใหญ่ ซึ่งจุดศูนย์กลางจะอยู่ที่จุดศูนย์กลางอีกครั้ง “จุดวัด”. ทั้งสองโหมดมีความเสถียรเมื่อเทียบกับการกระจัดเล็กน้อยของจุดการวัด กล่าวคือ พวกมันเป็นตัวดึงดูด ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันจะได้รับหากใช้พัลส์แสงโดยมีความล่าช้าเล็กน้อยซึ่งสัมพันธ์กับช่วงเวลาที่คลื่นเคลื่อนผ่านจุดวัด รัศมีของ "วงกลมใหญ่" ซึ่งไซโคลิดเคลื่อนที่จะเพิ่มขึ้นตามระยะเวลาหน่วงที่เพิ่มขึ้น

ด้วยการมอดูเลตการส่องสว่างคงที่เป็นระยะ จะสังเกตการซิงโครไนซ์การเคลื่อนที่ของปลายและการเคลื่อนตัวของ "ปลาย" ของคลื่น (รูปที่ 7a) แบบจำลองต่อไปนี้ใช้สำหรับคำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการ (Zykov, Steinbock et al., 1994):

ที่นี่ตัวแปร ยู, วีและ wสอดคล้องกับความเข้มข้นของ HBrO 2 , ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาและโบรไมด์ตามลำดับ สมาชิก ø ในสมการที่สามสะท้อนฟลักซ์ที่เกิดจากแสงของไอออน Br - , ฉ, qเป็นพารามิเตอร์ไร้มิติ การประเมินค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาแต่ละรายการแสดงการมีอยู่ของลำดับชั้นชั่วขณะของกระบวนการในระบบ:

έ <<ε<<1. (13)

การปฏิบัติตามความไม่เท่าเทียมกันนี้ทำให้เราสามารถคำนวณความเข้มข้นของโบรไมด์ w“ตัวแปรเร็วมาก” ให้สมการทางด้านขวาของสมการสำหรับตัวแปรนี้เป็นศูนย์ และหานิพจน์สำหรับค่ากึ่งคงที่ของมันในแง่ของความเข้มข้นของตัวแปรที่ช้ากว่า:

แทนที่นิพจน์นี้เป็นสมการที่หนึ่งและสองของระบบ (12) และเมื่อพิจารณาถึงการแพร่ของตัวทำปฏิกิริยา เราได้รับระบบประเภทการแพร่ของปฏิกิริยาสำหรับแบบจำลอง "ตัวกำเนิด" ที่ดัดแปลงดังกล่าว:

ที่นี่ตัวแปร ยูและ วีสอดคล้องกับความเข้มข้นของ HBrO 2 และตัวเร่งปฏิกิริยา

ในงานของกลุ่ม S. Muller และ V. Zykov (Zykov, Steinbock et al. 1994; Grill, Zykov et al. 1995) โดยใช้ระบบ (15) พารามิเตอร์ของระบบได้รับการศึกษาเกี่ยวกับแบบจำลอง ซึ่งโหมดที่สังเกตได้ในการทดลองจะทำซ้ำ (รูปที่ 8 )

ข้าว. แปด.วิถีของปลายคลื่นเกลียวที่คำนวณในแบบจำลอง (15) สำหรับแอมพลิจูดของแรงกระแทก A = 0.01 และค่าต่าง ๆ ของเวลาหน่วง τ ใน "ลูปควบคุม" ของพัลส์แสง a - τ = 0.8; b - τ = 1.5 (Grill, Zykov et al., 1995)

ข้าว. เก้า.ประเภทของวิถีโคจรของปลายคลื่นเกลียวที่ได้จากการทดลองทางคอมพิวเตอร์กับแบบจำลอง (15) สำหรับช่วงเวลาต่างๆ ของการปรับฮาร์มอนิกของพารามิเตอร์ ø มีความไวต่อแสง abscissa แสดงระยะเวลาการปรับ, กำหนดแสดงความกว้างของการปรับ เส้นประระบุขอบเขตของภูมิภาคที่ "จับ" จังหวะของความถี่ของการแกว่งตามธรรมชาติของระบบโดยความถี่ของการกระทำที่เกิดขึ้น ลิตร/m- อัตราส่วนของจำนวนลูปที่อธิบายส่วนปลายของคลื่นเกลียวต่อจำนวนคาบของการมอดูเลตการรับแสง T 0 คือช่วงเวลาตามธรรมชาติของการหมุนของปลายเกลียวในกรณีที่ไม่มีอิทธิพลจากภายนอก (Zykov, Steinbock et al., 1994)

แบบจำลองนี้ยังช่วยให้สามารถศึกษารูปแบบพฤติกรรมที่เป็นไปได้ของปลายคลื่นเกลียวที่แอมพลิจูดและความถี่ต่างๆ ของการปรับการรับแสงเป็นระยะๆ ภาพทั่วไปของประเภทวิถีถูกสรุปไว้ในรูปที่ 9 ทฤษฎีทั่วไปของระบบประเภทนี้ได้รับการพัฒนาโดย V.I. อาร์โนลด์และแผนผังของพื้นที่ที่มีพฤติกรรมคล้ายคลึงกันเรียกว่า "ภาษาของอาร์โนลด์"

การศึกษาแบบจำลองของกระบวนการ autowave ในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky มีส่วนสำคัญในการศึกษาความเป็นไปได้ของการควบคุมกระบวนการ autowave ในอวัยวะสำคัญเช่นสมองและหัวใจ ในการศึกษาต่อมา พบว่าปฏิกิริยานี้สามารถใช้เพื่อจำลองกระบวนการที่หลากหลาย รวมถึงการก่อตัวของคลื่นเกลียว - ในคำศัพท์ของแพทย์โรคหัวใจ - การกลับเข้ามาใหม่ ซึ่งลักษณะที่ปรากฏของกล้ามเนื้อหัวใจนั้นสัมพันธ์กับภาวะสั่นและจังหวะต่างๆ - โรคหัวใจอันตราย (รูปที่ 10)

ข้าว. สิบ.กระแสน้ำวนหมุนสามมิติ (ย้อนกลับ) ในโพรงสุนัข (a, b) โมเดล (Aliev และ Panfilov 1996) และในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky การทดลอง (c, d) (Aliev, 1994) รูปร่างที่ซับซ้อนของกระแสน้ำวนในแบบจำลอง 3 มิติเกิดขึ้นจากเรขาคณิตที่ซับซ้อนและแอนไอโซโทรปีของสภาพแวดล้อมที่มีกระเป๋าหน้าท้อง

เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษที่มีการศึกษาเชิงทดลองและเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับปฏิกิริยา BZ โครงสร้างแบบกระจายหลายชนิด กลุ่มยืนแบบสั่น คลื่นยืน โครงสร้างที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น และอื่นๆ อีกมากมายกำลังได้รับการศึกษาทดลอง สถานะวิทยาศาสตร์ปัจจุบันในพื้นที่นี้สะท้อนให้เห็นในเอกสารโดย Vladimir Karlovich Vanaga (Izd. IKI-RKhD, 2008) ซึ่งมาพร้อมกับซีดีพร้อมซอฟต์แวร์และตัวอย่างการใช้งานโครงสร้างกาลอวกาศที่น่าทึ่งซึ่งพบใน Belousov ปฏิกิริยา -Zhabotinsky และระบบที่คล้ายกัน

วรรณกรรม

อาลีฟ อาร์.อาร์. และ Panfilov A.V. รูปแบบสองตัวแปรอย่างง่ายของการกระตุ้นหัวใจ Chaos โซลูชั่นและเศษส่วน, 7(3), 293-301, 1996

Field R. , J. , E. Koros และคณะ การสั่นในระบบเคมี ส่วนที่ 2 การวิเคราะห์อย่างละเอียดของการแกว่งชั่วขณะในระบบกรดโบรมาต-ซีเรียม-มาโลนิก แยม. เช. ซ. 94, 8649-8664, 1972

ฟิลด์ อาร์.เจ. และ Noyes R.M. การสั่นในระบบเคมี ส่วนที่ 4 พฤติกรรมจำกัดวงจรในแบบจำลองของปฏิกิริยาเคมีจริง เจ เคม. สรีรวิทยา 60, 2420-2487, 2517

Grey P. , Scott S. การสั่นไหวของสารเคมีและความไม่เสถียร จลนพลศาสตร์เคมีแบบไม่เชิงเส้น/ ชุดเอกสารเกี่ยวกับเคมีระหว่างประเทศ วี 21. Clarendon Press, Oxford, 1994

Grill S. , Zykov V.S. และอื่น ๆ การตอบสนองที่ควบคุมไดนามิกของคลื่นเกลียวคดเคี้ยว จดหมายทบทวนทางกายภาพ 75(18), 3368-3371, 1995

Muller S.C. , T. Plesser, et al.. "การวัดสเปกโตรโฟโตเมตรีสองมิติและการแสดงสีหลอกของรูปแบบทางเคมี" เนเจอร์วิส. 73>, 165-179, 1986

Muller, S. , M. Markus, et al. การสร้างรูปแบบไดนามิกในวิชาเคมีและคณิตศาสตร์ ดอร์ทมุนด์ สถาบันแมกซ์แพลงค์ พ.ศ. 2531

Zykov V.S. , O. Steinbock และคณะ "แรงภายนอกของคลื่นเกลียว" Chaos 4(3), 509-516, 1994

อาลีฟ อาร์.อาร์. การจำลองกิจกรรมไฟฟ้าของหัวใจบนคอมพิวเตอร์ ในวันเสาร์ ยาในกระจกของสารสนเทศ P. 81-100, M., Nauka, 2008

เบลูซอฟ บี.พี. ปฏิกิริยาตอบสนองเป็นระยะและกลไกของมัน รวมบทคัดย่อเวชศาสตร์รังสี พ.ศ. 2501 นางสาว. 145, 1958

Vanag V.K. โครงสร้าง dissipative ในระบบ reactive-dissipative เอ็ด IKI-RHD. M.-Izhevsk, 2008

Zhabotinsky A. M. "การสั่นของความเข้มข้นในตัวเอง" ม. เนาคา 2517

Zhabotinsky A. M. , Otmer H. , Field R. การสั่นและคลื่นเดินทางในระบบเคมี M., Mir, 1988

Ivanitsky G.R. , Krinsky V.I. , Selkov E.E. ชีวฟิสิกส์ทางคณิตศาสตร์ของเซลล์ ม., วิทยาศาสตร์, 2521

Lebedev V.M. , Priselkova A.B. , et al.. "การเริ่มต้นของศูนย์ชั้นนำในปฏิกิริยา Belousov-Zhabotinsky ภายใต้การกระทำของลำอนุภาคแอลฟาที่มีพลังงาน 30 MeV" พิมพ์ล่วงหน้า SINP MGU 31.797: 1-14 2548)

Field R. และ Burger M. (บรรณาธิการ). การสั่นและคลื่นเดินทางในระบบเคมี M., Mir, 1988