Белоусовтың реакцияны ашқанға дейінгі концентрацияның ауытқуын зерттеу

Химиялық тербеліс туралы алғашқы басылымдардың бірі 1828 жылы шыққаны белгілі болды.Онда Т.Фехнер электрохимиялық реакцияның тербелістерін зерттеу нәтижелерін атап көрсетті. 1833 жылы В.Гершель каталитикалық гетерогенді реакцияның тербелістері туралы осындай зерттеуді жариялады. Ең қызықтысы М.Розенскжольдтың 1834 жылы жазылған жұмысы. Оның авторы аздаған фосфоры бар шағын колбаның қараңғыда өте қарқынды жарық шығаратынын кездейсоқ байқаған. Фосфор жарқырауының өзінде таңғаларлық ештеңе жоқ еді, бірақ бұл жарқыраудың әрбір жетінші секунд сайын үнемі қайталануы қызықты болды. Розенскжолдтың басылымы шамның жыпылықтауын егжей-тегжейлі зерттеуді қамтамасыз етеді. Қырық жыл өткеннен кейін «жыпылықтайтын шаммен» жасалған бұл тәжірибелерді француз М.Жубер (1874) жалғастырды. Ол пробиркада «жарық бұлттардың» периодты пайда болуын бақылай алды. Жиырма жылдан кейін неміс ғалымы А.Центнершвер де фосфордың периодты жарылыстарына ауа қысымының әсерін зерттеді. Оның тәжірибелерінде алаулар кезеңі 20 секундтан басталды. және қысымның төмендеуімен азаяды. Осы кезде Англияда химиктер Т.Торп пен А.Таттон жабылған шыны ыдыста фосфор үшоксидінің тотығу реакциясының периодты жыпылықтауын байқады.

Химиялық тербелістердің тарихындағы ерекше жарқын бет Лизеганг сақиналарымен байланысты. 1896 жылы неміс химигі Р.Лизеганг фотохимиялық заттармен тәжірибе жасай отырып, құрамында хром шыңы бар желатинмен жабылған шыны пластинкаға лаписті түсірсеңіз, тұндыратын реакция өнімі пластинада концентрлік шеңберлерде орналасатынын анықтады. Лизеганг бұл құбылысқа таң қалды және оны жарты ғасырға жуық уақыт бойы зерттеп келеді. Сондай-ақ практикалық қолдану болды. Қолданбалы өнерде Лизеганг сақиналары яшма, малахит, агат және т.б. еліктеп әртүрлі бұйымдарды безендіру үшін пайдаланылды. Лизегангтың өзі жасанды інжу-маржан жасау технологиясын ұсынды. Бірақ ғылыми химиялық ортада үлкен резонанс тудырған Лизегангтың ашылуы бірінші емес еді. Оның алдында химиялық толқындар зерттеліп, 1855 жылы Ф.Рунгенің осындай тәжірибелердің көптеген мысалдары жинақталған кітабы жарық көрді.

Мұндай мысалдардың тізімін жалғастыруға болады. Осыдан кейін екі фазаның шекарасында тербеліс реакциялары ашылды. Олардың ішіндегі ең танымалы - «темір жүйке» және «сынапты жүрек» деп аталатын арнайы атауларға ие болатын металл ерітіндісінің интерфейсіндегі реакциялар. Олардың біріншісі – темірдің (сымның) азот қышқылында еру реакциясы – В.Ф. байқаған қозу нервінің динамикасымен сыртқы ұқсастығына байланысты өз атауын алды. Оствальд. Екіншісі, дәлірек айтсақ, оның нұсқаларының бірі - металдық сынаптың бетінде Н 2 О 2 ыдырау реакциясы. Реакция сынап бетінде оксидті қабықтың мерзімді түзілуімен және еруімен жүреді. Сынаптың беттік керілуінің ауытқуы жүрек соғуын еске түсіретін тамшылардың ырғақты пульсациясын тудырады. Бірақ бұл реакциялардың барлығы химиктердің ерекше назарын аудармады, өйткені химиялық реакцияның барысы туралы идеялар әлі де бұлыңғыр болды.

Тек 19 ғасырдың екінші жартысында. термодинамика және химиялық кинетика пайда болды, бұл тербеліс реакциялары мен оларды талдау әдістеріне ерекше қызығушылықтың негізін қалады. Сонымен бірге тепе-теңдік термодинамикасының дамуы мұндай процестерді зерттеуде тежеу ​​қызметін атқарды. Мәселе, шамасы, «бұрынғы білімнің инерциясы» болса керек. Профессор Шноллдың айтуынша, «білімді адам молекулалардың орасан зор санының ретсіз жылулық қозғалысындағы макроскопиялық тәртіпті елестете алмады: барлық молекулалар сол немесе басқа күйде! Мәңгілік қозғалыс машинасының бар екенін мойындағандай. Бұл мүмкін емес. Ол тепе-теңдік күйіне жақын болуы мүмкін емес, бірақ оны тек сол жылдардағы термодинамика қарастырды.Бірақ бұл жағдай химиктердің назарынан тыс қалды ... «Толықтардың темір құрсауынан» құтылу үшін ерекше интеллектуалды күш қажет болды. білім» және тепе-теңдіктен алыс жүйелердің әрекетін зерттейді.

Соған қарамастан 1910 жылдың өзінде итальяндық А.Лотка дифференциалдық теңдеулер жүйесін талдау негізінде химиялық жүйелердегі тербелістердің болу мүмкіндігін болжаған. Дегенмен, алғашқы математикалық модельдер тек сөндірілетін тербелістерге сәйкес келді. Тек 10 жылдан кейін Лотка келесі екі автокаталитикалық реакциясы бар жүйені ұсынды және бұл модельде тербелістерді ұстап тұруға болады.

Дегенмен, мұнда физиктер мен химиктердің ұстанымдары әртүрлі болды. ХХ ғасырдағы физика мен математиканың ең жарқын жетістіктерінің бірі. - тербеліс теориясын құру. Мұндағы үлкен, жалпы мойындалған еңбектер кеңестік физиктерге тиесілі. 1928 жылы аспирант А. Болашақ академик Андронов физиктер съезінде «Пуанкаренің шекті циклдері және өзіндік тербеліс теориясы» атты лекциясымен сөз сөйледі.

1930 жылдардың басында. КСРО ҒА Химиялық физика институтында фосфор буларының тербеліс люминесценциясына ұқсас «суық жалындардағы» жарқыраудың тербелістері ашылды, бұл атақты физик Д.А. Бұл тербелістерді Лотканың кинетикалық моделі негізінде түсіндірген Франк-Каменецкий. Ал 1947 жылы сол институтта «Біртекті химиялық реакциялардың периодтық пайда болу теориясы туралы» деген тақырыпта И.Е. Сальников Франк-Каменецкийдің ғылыми жетекшілігімен. Бұл диссертацияда химиялық тербелістерді зерттеудің ғасырдан астам тарихы туралы кең мағлұматтар және оларды академик Андроновтың мектебі әзірлеген сызықтық емес тербеліс теориясының әдістерімен теориялық тұрғыдан зерттеудің алғашқы нәтижелері берілген. Бірақ ол кезде оның қорғауы болмады. Вольтердің пікірінше, «Франк-Каменецкий мен Сальниковтың диссертацияда, кітапта және бірқатар мақалаларда берілген химиялық өздігінен тербеліс туралы еңбектері сол кездегі химия ғылымы үшін жаңашыл болғаны сөзсіз.Бірақ мұны аз адамдар түсінді. инновация.химия ғылымы мен практикасының мызғымас тәртібіне жат болды және бұл 1940 жылдардағы Франк-Каменецкий мен Сальниковтың еңбектерінің дұшпандықпен қабылданғанын, ал химиялық тербелістердің екінші рет ашылуы болған кезде ешкімнің ешкімге ұқсамайтынын түсіндіре алады. оларды еске алды ». Белоусовтың бұл шығармалар туралы қандай да бір түсінігі болғаны жұмбақ күйінде қалды. Қалай болғанда да, оның екі мақаласында өзінен бұрынғылардың еңбектеріне сілтемелер жоқ.

Қолданылатын материалдар:
him.1september.ru, Wikipedia, Nature журналы, scholarpedia.org, hopf.chem.brandeis.edu, online.redwoods.cc.ca.us, vivovoco.rsl.ru.

Тербеліс реакцияларының мәні. Тербеліс реакцияларының механизмі мен кинетикасы.

Мазмұны

1. КІРІСПЕ ……………………………………………………… …… ..… 3
2. Негізгі ұғымдар…………………………………………………… 4
3. Тарихы…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5
4. Маңыздылығы мен ауқымы…………………………………………………………………………… 8
5. Реакция механизмдері………………………………………………… 10
6. тербелмелі реакциялардың кинетикасы ........................................... ... 14
7. Эксперимент жүргізу тәртібі ……………………… .. …………… .15
8. Эксперименттік деректер ………………………………….……… .18
9. Қорытынды ………………………………………………………… ..23
10. Әдебиеттер тізімі…………..………………………………..…………24

КІРІСПЕ
Тербелмелі реакциялар бейорганикалық химияның ең қызықты және тартымды бағыттарының бірі болып табылады. Тек химиктердің ғана емес, сонымен қатар физиктердің, математиктердің, биофизиктердің және көптеген басқалардың назарын аудара отырып, олар қазіргі ғылымның өзекті мәселесі болып табылады. Сондықтан мен өз жұмысымда діріл реакцияларының тарихымен, олардың практикалық қолданылуымен және ең әйгілі екі біртекті тербеліс реакцияларымен танысқым келеді, сонымен қатар олардың механизмдерін түсініп, тәжірибе құру арқылы тербеліс реакцияларымен танысқым келеді. тәжірибе.

Тербеліс реакцияларының негізгі түсініктері

• Тербелмелі реакциялар- тотығу-тотықсыздану реакцияларының класы, аралық заттардың периодты тербелістерімен және соның салдарынан түсінің, температурасының, ағынының жылдамдығының және т.б.

Тербеліс реакцияларының бірнеше түрі бар:

1. Каталитикалық
2. Біртекті
3. Ферменттік катализдейтін реакциялар
4. Металл иондарымен катализденетін реакциялар
5. Гетерогенді (қатты катализаторлардағы реакциялар)
6. Каталитикалық емес, бірақ оларды автокаталитикалық деп атаған дұрыс (ароматты қосылыстардың броматпен тотығуы)

• Индукция периоды – реакция катализаторының алғашқы түзілу және жинақталу уақыты.
• Тербеліс периоды – бір толық тербеліс болатын ең аз уақыт кезеңі (яғни жүйе бастапқы сәтте қандай күйде болса, ерікті түрде таңдалған күйге оралады)

Оқиға
Тербеліс реакцияларының тарихы көбінесе неміс химигі және ішінара натурфилософ Фридлиб Фердинанд Рунгеден басталады. 1850 және 1855 жылдары ол сүзгі қағазына әр түрлі заттардың ерітінділері бірінен соң бірі құйылған кезде пайда болатын түрлі-түсті периодтық құрылымдарды сипаттайтын екі кітапты қатарынан басып шығарды. Іс жүзінде солардың бірі – «Субстанция өзінің қалыптасуға ұмтылысы» «сүзгі қағазының желімделген парақтары бар альбом болды, оған сәйкес реакциялар жүргізілді. Мысалы, сүзгі қағазы мыс сульфатының ерітіндісімен сіңдірілген, кептірілген және қайтадан алюминий фосфатының ерітіндісімен сіңдірілген, оның ортасына темір-синергетикалық калий тамшылары жағылған, содан кейін мерзімді қабаттардың пайда болуы байқалды. Рунгеден кейін Рафаэль Лизеганг тербелмелі реакциялар тарихына енді. 1896 жылы ол желатинге күміс бихроматтың тұнбасын тұндыру арқылы алынған ырғақты құрылымдармен (Лизеганг сақиналары) тәжірибелерін жариялады. Лизеганг шыны табақшаға калий бихроматы бар қыздырылған желатин ерітіндісін құйды. Ерітінді қатқан кезде ол пластинаның ортасына бір тамшы күміс нитраты ерітіндісін тамызды. Күміс бихроматтың тұнбасы қатты дақ түрінде емес, концентрлік шеңберлерде түсті. Рунгенің кітаптарымен таныс Лизеганг бастапқыда ол алған мерзімді процесті натурфилософиялық және организмдік түсіндіруге бейім болды. Сонымен бірге ол 1898 жылы Вильгельм Оствальд берген өзінің «сақиналарының» физикалық түсіндірмесіне оң әсер етті, ол метатұрақты күй тұжырымдамасына негізделген. Бұл түсінік тарихқа аса қаныққандық теориясы ретінде енді.
Осы уақытқа дейін бұл діріл химиялық реакциялар туралы емес, химиялық трансформация фазалық ауысумен жүретін мерзімді физикалық-химиялық процестер туралы болды. Дэвид Альбертович Франк-Каменецкий 1939 жылы химиялық тербелістерге арналған тәжірибелерін жариялай бастады, нақты химиялық тербелістерге жақындады. Ол көмірсутектердің тотығуындағы периодты құбылыстарды сипаттады: егер, мысалы, жоғары көмірсутектердің қоспалары турбулентті реактор арқылы өтетін болса. , содан кейін мерзімді ошақтар (пульсациялар ) суық жалын.
1949 жылы И.Е. Сальников Д.А.-мен бірлескен зерттеуден бастаған жұмысын қорытындылай келе. Франк-Каменецкий. Бұл мақалада термокинетикалық тербелістер туралы түсінік қалыптасты. Осы тербелістердің барысында температура өзгереді және олардың қажетті шарты жылуды бөлу мен оның қоршаған ортаға таралуы арасындағы тепе-теңдік болып табылады. Химиялық тербелістердің пайдасына ең салмақты дәлел Борис Павлович Белоусовтың мақаласы болды, ол оны екі рет 1951 және 1955 жылдары жариялауға сәтсіз тырысты. Термокинетикалық тербелістер біртекті жүйелерде (мысалы, Лизеганг жүйелеріне немесе тербелмелі хромға қарағанда) орын алса да, олар термокатализдің физикалық (немесе физика-химиялық) процесімен қамтамасыз етіледі. Б.П. Белоусова химиялық процестердегі тербеліс режимдерін 150 жылға жуық іздеуді іс жүзінде аяқтады. Бұл қазірдің өзінде таза химиялық діріл реакциясы болды. 1950 жылдары Белоусов реакциясына қатысты басқа да оқиғалар орын алды. Өйткені, мақала Б.П. Белоусов қабылданбады, оның реакциясы туралы мәліметтер ғылыми фольклор деңгейінде таратылды.
Бұл ақпаратты алушылардың бірі Симон Елиевич Шнол болды, ол сол кезде биохимияда мерзімді процестермен айналысты. Оны химиялық периодтылықтың табиғаты қызықтырды. 1958 жылы Белоусовтан мақаласының қолжазбасын алған Шнолл өзінің реакциясымен тәжірибе жасай бастады. Ал 1961 жылы ол өзінің аспиранты Анатолий Маркович Жаботинскийге Б.П. Белоусов және ол алдымен Шнолдың басшылығымен, содан кейін оған тәуелсіз зерттеулер жүргізе отырып, Белоусов реакциясының кинетикасын түсіндіруге және оны математикалық модельдеуге шешуші үлес қосты. Нәтижесінде бұл реакция Белоусов-Жаботинский реакциясы деп аталды.

Реакция механизмдері
Бүгінгі күнге дейін бірнеше ондаған біртекті және гетерогенді химиялық реакциялар зерттелді. Осындай күрделі реакциялардың кинетикалық модельдерін зерттеу реакция жылдамдығы мен аралық заттардың концентрациясының тұрақты тербелістерінің пайда болуына қажетті бірқатар жалпы шарттарды тұжырымдауға мүмкіндік берді:

1. Тұрақты тербелістер көп жағдайда қатысатын реагенттердің концентрациясын тұрақты ұстауға болатын ашық жүйелерде болады.
2. Тербелмелі реакция автокаталитикалық және қайтымды кезеңдерді, сондай-ақ реакция өнімдерімен тежелетін кезеңдерді қамтуы керек.
3. Реакция механизмі біріншіден жоғары ретті кезеңдерді қамтуы керек.

Бұл шарттар жүйеде өздігінен тербелістердің пайда болуы үшін қажет, бірақ жеткіліксіз шарттар. Жеке кезеңдердің жылдамдық константалары мен реагенттердің бастапқы концентрацияларының мәндері арасындағы қатынастың да маңызды рөл атқаратынын атап өткен жөн.

3HOOC (OH) C (CH 2 COOH) 2 + BrO 3 - Ce (3 + / 4 +), H +→ Br - + 3CO 2 + 3H 2 O
Белоусов-Жаботинский реакциясы ашық және зерттелген тербеліс реакцияларының біріншісі болып табылады. Осыған байланысты оны осы топтың ең көп зерттелген реакцияларының бірі деп атауға болады. Қазіргі уақытта жүйеде жүріп жатқан сексен аралық кезеңдердің (және жанама реакциялардың) болуы қандай да бір жолмен расталды.
Ең алғашқы және қарапайым реакция схемаларының бірі екі кезеңнен тұратын схема болды:

1. Үш валентті церийдің броматпен тотығуы

Ce 3+ BrO3 (-), H +→ Ce 4+

1. Ал лимон қышқылымен төрт валентті церийдің тотықсыздануы

Ce 3+ ЖАРАЙДЫ МА→ Ce 4+
Дегенмен, ол жүйеде қандай тербелістердің пайда болатыны туралы түсінік бермейді, бұл бізді 1972 жылы Нойес және басқалар ұсынған реакция механизмін қарастыруға әкеледі:

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

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

Сонымен, осы жүйедегі Ce 3+ / Ce 4+ тербелістерін қарастырайық. Ерітіндіде аз ғана, бірте-бірте өсетін Ce 4+ мөлшері бар делік, бұл Br концентрациясы да төмен және реакция (10) әсерінен артады дегенді білдіреді. Сондықтан Ce 4+ белгілі бір критикалық концентрациясына жеткен бойда Br - концентрациясы күрт артады, бұл Ce 3+ каталитикалық тотығуына қажетті HBrO 2 сатысының (2) байланысуына әкеледі. , кезең (5), (6). Бұдан (9), (10) реакцияларға сәйкес ерітіндідегі Ce 4+ жинақталуы тоқтап, оның концентрациясы төмендейтіні шығады. Br - жоғары концентрациясы олардың (1) - (3) реакциялары бойынша тұтыну жылдамдығының жоғарылауын тудырады. Сонымен қатар, Br концентрациясын төмендеткеннен кейін - белгілі бір мәннен төмен, ол HBrO 2 жинақталуына әкелетін (2) және (3) реакцияларды іс жүзінде тоқтатады. Бұдан Ce 4+ концентрациясының жоғарылауы және біз өткен циклдің қайталануы.

Бриггс-Раушер реакциясы:
IO 3 - + 2H 2 O 2 + H + + RH Mn (2 + / 3 +)→ RI + 2O 2 + 3H 2 O
Мұндағы RH – малон қышқылы, ал RI – малон қышқылының йод туындысы.
Бұл реакция 1973 жылы ашылды. Реакцияның мәні сутегі асқын тотығы мен катализатор (Mn 2 + / 3 + иондары) қатысуымен малон қышқылының йод иондарымен тотығуы болып табылады. Индикатор ретінде крахмалды қосқанда ерітіндінің түсі йод концентрациясының ауытқуынан туындаған түссізден сарыға, содан кейін көкке дейін ауытқиды. Бриггс-Раушер реакциясының механизмін толық зерттеу күрделі және әлі де шешілмеген, мүмкін, ең алдымен кинетикалық мәселе. Қазіргі тұжырымдамалар бойынша бұл реакцияның механизмі отызға дейінгі кезеңді қамтиды. Сонымен қатар, ауытқулардың себептерін түсіну үшін төменде он бір кезеңнен тұратын жеңілдетілген реакция механизмін қарастыру жеткілікті:

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

Мысал ретінде I 2 / I - жұбын қолданып, осы реакцияның ауытқуын қарастырайық, өйткені бұл көк крахмал кешендерінің түзілуіне байланысты ерітіндіде оңай бекітілетін йодтың болуы немесе болмауы.
Сонымен, егер I концентрациясы аз болса (немесе бұл иондар ерітіндіде уақыттың бастапқы моментіне сәйкес келмейтін болса), онда (5) кезеңге сәйкес және одан әрі тербелістермен және (11) кезеңмен, сондай-ақ (7) кезеңнің кері реакциясы ретінде олар ерітіндіде жинала бастайды, бұл I 2 концентрациясының төмендеуіне (бар болса) әкеледі. I 2 концентрациясының төмендеуі I - жинақталу жылдамдығының төмендеуіне әкеледі. Сонымен қатар, I иондарының үлкен концентрациясы - (7) кезеңнің тікелей реакциясында оның тұтынуының жоғары жылдамдығын тудырады және I концентрациясының жоғарылауы - қайтадан төмендейді, бұл бізді осы пайымдаудың басына және қайталануына әкеледі. сипатталған цикл.

Тербелмелі кинетика

Кинетиканы зерттеу мәселелері қазіргі уақытта тербеліс реакцияларының ең күрделі және әлі шешілмеген мәселелері болып табылады. Реакциялардың осы класында болатын өзара тәуелді және параллельді процестердің көптігін ескере отырып, аралық кезеңдердің жылдамдық константаларының кем дегенде жуық мәндерін беретін дифференциалдық теңдеулер жүйесін құрастыру өте маңызды емес міндетке айналады. Ал қазір вибрациялық реакциялардың күрделі мінез-құлқының негізгі ерекшеліктерін қарастыруға мүмкіндік беретін бірнеше жеңілдетілген модельдер бар болса да, бұл тақырып өте нашар зерттелген және сондықтан зерттеушілердің кейінгі ұрпақтары үшін өте қызықты болып көрінеді. Сонымен бірге, осыған қарамастан, бұл жұмыста тербелмелі реакцияларды зерттеудің бұл бөлімі оны зерттеуге қажетті уақыт пен қаражаттың болмауына байланысты әрі қарай дамымайды.

Эксперимент процедурасы
Белоусов-Жаботинский реакциясы.

Реактивтер: лимон қышқылы, калий броматы, церий (III) сульфаты, күкірт қышқылы.
Ыдыс-аяқ: 50 мл градирленген цилиндр, 300 мл және 100 мл ыстыққа төзімді стақандар, шыны таяқша, шпатель.
Құрал-жабдықтар: Аналитикалық таразы, плиткалар.
Белоусов-Жаботинский реакциясын жүргізу үшін келесі ерітінділер мен өлшенген бөліктерді дайындау қажет:

1. Лимон қышқылының ерітіндісін дайындаңыз және оны 50 o C дейін қыздырыңыз.
2. Калий броматының және церий (III) сульфатының өлшенген бөліктерін қосыңыз, шыны таяқшамен араластырыңыз.
3. Плиткадан ерітіндіні алып тастаңыз.
4. Күкірт қышқылын қосыңыз.

Бриггс-Раушер реакциясы.
Қажетті реагенттер, ыдыс-аяқтар және жабдықтар:
Реактивтер: калий йодаты, күкірт қышқылы, малон қышқылы, марганец (II) сульфаты, крахмал, сутегі асқын тотығы.
Ыдыс-аяқ: 50 мл өлшеуіш цилиндр, 2 500 мл стақан, 3 100 мл стақан, шыны таяқша, шпатель.
Құрал-жабдықтар: Аналитикалық таразы, магнитті араластырғыш, магнит.
Бриггс-Раушер реакциясын жүргізу үшін келесі ерітінділерді дайындау керек:
№1 шешім:

№2 шешім:

Шешім №3

Эксперимент процедурасы:

1. Барлық қажетті шешімдерді дайындаңыз.
2. 50 мл №1 ерітіндіні магниті бар 500 мл стаканға құйып, магнитті араластырғышқа қояды. Бұны қосыңызшы.
3. Басқа екі стаканда 25 мл № 2 және 40 мл № 3 ерітіндіні бөлек өлшейді.
4. No 1 ерітіндіге бір мезгілде No 2 және No 3 ерітінділерді қосыңыз.
5. Индукция және тербеліс периодтарын жазып алыңыз.

Эксперимент
Белоусов-Жаботинский реакциясы:
Реакцияны жүргізу үшін лимон қышқылының ерітіндісі дайындалды (80 мл суға 20 г). Лимон қышқылын толық еріту үшін ерітіндіні электр плитасында қыздыру керек болды. Содан кейін калий броматының (8 г) және церий III сульфатының (1,5 г) өлшенген бөліктері дайындалып, лимон қышқылының ерітіндісіне дәйекті түрде құйылады. Шыны таяқшамен араластырғаннан кейін күкірт қышқылын ақырын қосып, араластыруды жалғастырды, содан кейін ақ-сары түстің ауытқуы тіркелді.

№	Кезең, с	Түс	№	Кезең, с	Түс
1	23	Ақ	12	12	сары
2	11	сары	13	66	Ақ
3	41	Ақ	14	8	сары
4	12	сары	15	43	Ақ
5	71	Ақ	16	6	сары
6	11	сары	17	56	Ақ
7	43	Ақ	18	5	сары
8	13	сары	19	43	Ақ
9	19	Ақ	20	5	сары
10	10	сары	21	56	Ақ
11	40	Ақ	22	4	сары

Сондай-ақ ерітінді қараңғыланған кезде шығарылатын газ мөлшерінің жоғарылауын атап өткен жөн.
Қорытынды: Тіркелген мәліметтерге сәйкес төрт валентті церий ерітіндісінде тұру уақытының тұрақты төмендеуі туралы айтуға болады (бұл ортаның рН төмендеуін жанама түрде көрсетеді, өйткені орта неғұрлым қышқыл болса, тотықтырғыш соғұрлым күштірек болады) церий және ол неғұрлым тұрақты болса).
Сондай-ақ таңғажайып заңдылық ашылды, өйткені реакция барысында аралық заттардың концентрациясы ғана емес, сонымен қатар тербеліс периодтарының уақыты да өзгереді (демленген гармоникалық тербеліс):

Бриггс-Раушер реакциясы:
Реакция үшін үш ерітінді дайындалды: калий йодатының сульфатты ерітіндісі (c (KIO 3) = 0,067 моль/л; c (H 2 SO 4) = 0,053 моль / л) - 50 мл, малон қышқылының крахмал ерітіндісі марганец сульфатының каталитикалық мөлшерін қосқанда екі (c (MnSO 4) = 0,0067 моль / л; с (CH 2 (COOH) 2) = 0,05 моль / л; крахмал 0,1%) - 25 мл және жеті молярлы сутегі асқын тотығы ерітіндісі - 40 мл. 250 мл магниті бар стаканға No1 ерітінді құйылды. Стакан магнитті араластырғышқа қойылды, ол кейіннен қосылды және түс өзгеруі кенеттен болатындай қарқынды араластыру қосылды. Содан кейін, араластыруды тоқтатпай, бір уақытта және тез арада № 2 және № 3 ерітінділері бар стакандардың мазмұнын қосты. Секундомер бірінші сары түстің пайда болуын - индукция кезеңін және көк түстің пайда болуының басталуы - тербеліс кезеңін өлшеді.

Индукция кезеңі 2 секунд.

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

Қорытынды: Реакция жүріп жатқанда тербеліс периодының бірте-бірте ұлғаюы байқалады, бұл әсіресе графикте байқалады:

Қорытынды
Бұл жұмыста тербеліс реакциялары және олардың қасиеттері қарастырылды, атап айтқанда:

1. Қазіргі әлемдегі діріл реакцияларының қолданылу аясы зерттелді.
2. Тербеліс реакцияларының тарихы зерттелді
3. Екі тербеліс реакциясының механизмдері талданады: Бриггс-Раушер

және Белоусов-Жаботинский

1. Белоусов-Жаботинский реакциясының механизмі бейімделген

лимон қышқылын тотықсыздандырғыш ретінде қарастыру

1. Тербелмелі реакциялармен көрнекі танысу үшін бақылау синтезі жүргізілді.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Д.Гарель, О.Гарель «Тербелмелі химиялық реакциялар» ағылшын тілінен аударған Л.П. Тихонова. «Мир» баспасы 1986 ж. П. 13-25, 92-112.
2. А.М. Жаботинский «Концентрацияның өзіндік тербелістері». «Ғылым» баспасы 1974 ж. П. 87-89
3. ЖАРАЙДЫ МА. Первухин «Тербелмелі реакциялар. Құралдар жинағы». Санкт-Петербург мемлекеттік университетінің баспасы 1999 ж. П. 3-11.
4. С.П.МУШТАҚОВА «Химиядағы діріл реакциялары» Саратов мемлекеттік университеті Н.Г. Чернышевский
5. «Фенилацетиленнің тотығу карбонилденуі процесінде тербелмелі режимнің пайда болу шарттарын зерттеу». П. 2-4.
6. I. D. Икрамов, С.А. Мұстафина. «БЕЛОУСОВ-ЖАБОТИНСКИЙ РЕАКЦИЯСЫ МЫСАЛЫНДА ДІРІЛДІ РЕАКЦИЯНЫҢ ҚАРСЫМДЫҚ ТҰРАҚТАРЫН ІЗДЕУ АЛГОРИТМІ». Башқұрт химиялық журналы 2015 ж
7. Печенкин А.А. «Діріл химиялық реакциялардың дүниетанымдық мәні»
8. Field R. J., Koros E., Noyes R. M., Oscillations in Chemical Systems II. Бромат-церий-малон қышқылы жүйесіндегі уақытша тербелістерді мұқият талдау, Дж.Амер. Химия Сок. 94,8649-8664 (1972).
9. Нойес R. M., Field R. J., Koros E., J. Amer. Химия Сок 94,1394-1395 (1972).

	Кімге жүктеп алу жұмысыСіз біздің топқа тегін қосылуыңыз керек Байланыста... Төмендегі түймені басыңыз. Айтпақшы, біздің тобымызда оқу жұмыстарын жазуға тегін көмектесеміз. Жазылым расталғаннан кейін бірнеше секундтан кейін жұмысты жүктеп алуды жалғастыру үшін сілтеме пайда болады.

Діріл ашу
химиялық реакциялар

2001 жылы Б.П.Белоусовтың өздігінен тербелетін химиялық реакцияны ашқанына 50 жыл толды, соның арқасында біртекті химиялық жүйеде реагенттер концентрациясының периодты өзгерістерін және автотолқындардың таралуын байқау мүмкін болды.

«Сіз қызыл-күлгін сұйықтық құйылған стақанға қарасаңыз, ол кенет ашық көкке айналады. Содан кейін қайтадан қызыл және күлгін. Және тағы да көк түсте. Ал сіз еріксіз тербеліспен уақытында дем ала бастайсыз. Ал сұйықтықты жұқа қабатпен құйғанда, оның ішінде түс өзгеретін толқындар таралады. Күрделі үлгілер, шеңберлер, спиральдар, құйындылар қалыптасады немесе бәрі толығымен хаотикалық түрге енеді «- профессор С.Е.Шноль бұл біртекті діріл химиялық реакцияны осылай сипаттайды, оны лайықсыз ұмытудан құтқаруда маңызды рөл атқарды.
1958 жылы КСРО Ғылым академиясының Химиялық физика институтында семинар өтті. Баяндамашы, жас биофизик Шноль биоритмдер туралы айта отырып, химиялық реакциялар биологиялық сағатты басқарады деген гипотеза жасады. Мұны растау үшін химиялық тербелістердің нақты мысалдары қажет болды және спикер аудиториядан біреу оларды көрсете ала ма деп сұрады. Ешкім мұндай мысалдарды келтірмеді, сонымен қатар химиялық реакциялардағы концентрациялардың ауытқуының түбегейлі мүмкін еместігі туралы кейбір пікірлер айтылды. Сұрақ күтпеген жерден шешілді. Семинар жабылған соң, қатысушылардың барлығы дерлік тарап кеткенде, спикерге бір жас аспирант келіп, ағайдың осыдан бес-алты жыл бұрын химиялық тербелістерді зерттегенін айтты.

Сондай қиын оқиға

Шнол бұл адамды көптен бері іздеп жүрген екен. Сонау 1951 жылы Борис Павлович Белоусовтың ағасы, дәлірек айтсақ, аспирант Борис Смирновтың туған ағасы лимон қышқылының церий иондарымен катализделген калий броматымен әрекеттесуі кезінде церийдің тотыққан және тотықсызданған түрлерінің концентрацияларының ауытқуын ашты. Ерітінді церийдің (IV) болуына байланысты түсін түссізден сарыға, содан кейін церийдің (III) және т.б. әсерінен қайтадан түссіз болып өзгерді. Белоусов бұл реакцияны жеткілікті түрде егжей-тегжейлі зерттеді және, атап айтқанда, тапты. қышқылдық пен температураның жоғарылауымен тербеліс кезеңі айтарлықтай азаяды.
Реакция зертханалық зерттеулерге де қолайлы болып шықты. Тербелістерді көзбен оңай байқауға болады және олардың кезеңі 10–100 с аралығында болды.
Шынында да, сұйық фазадағы діріл химиялық реакцияларды зерттеудің қазіргі заманғы тарихы 1951 жылы Белоусовтың ашылуынан басталды, дегенмен автордың өзі үшін бәрі бірқалыпты емес еді. Оның діріл реакциясын сипаттайтын мақаласын академиялық химия журналдарының редакторлары екі рет қабылдамады. Тек 1958 жылы оның қысқартылған нұсқасы аз танымал «Сәулелік медицина туралы рефераттар жинағында» пайда болды.
Енді химиктердің бұл құбылысты жоққа шығаруының басты себебі тепе-теңдік күйден алшақ, термодинамиканың екінші заңы бойынша концентрацияның ауытқуына тыйым салынады деген кең тараған пікір болған сияқты.
Химиктер биохимиктермен бірге химиялық тербелістерді бейбіт түрде жоққа шығарса, соңғысы биологияға қызығушылық танытқан математиктер мен физиктердің назарын аударуды жалғастырды. 1952 жылы ағылшын ғалымы А.М.Тюрингтің «Морфогенездің химиялық негіздері» атты мақаласы шықты, онда ол химиялық тербелістердің молекулалардың диффузиясымен үйлесуі тұрақты кеңістіктік құрылымдардың, аймақтардың пайда болуына әкелетінін хабарлады. жоғары және төмен концентрациялары кезектесіп отырады. Тьюринг өзіне таза теориялық мәселе қойды: химиялық реакция жағдайында реакторда аралық өнімдердің тұрақты конфигурациялары қалыптаса ала ма? Және ол процестің белгілі бір математикалық моделін құра отырып, оң жауап берді. Ол кезде олар бұл жұмысқа тиісті мән бермеді, әсіресе Тьюрингтің өзі де, оның әріптестері де Белоусовтың шығармашылығы мен оны жариялаудағы бос әрекеттері туралы біле алмады.
1955 жылы бельгиялық физигі және физик-химигі, қайтымсыз процестердің термодинамика теориясының авторы И.Р.Пригожин химиялық тепе-теңдіктен жеткілікті алыс стационарлық күйге жақын ашық жүйеде химиялық тербелістер мүмкін болатынын көрсетті. Батыстың ғылыми қоғамдастығының назарын кеңес ғалымдарының еңбектеріне аударған ол. Нәтижесінде 19 ғасырдың аяғында ашылған кейбір тербелмелі гетерогенді химиялық реакциялар кеңінен танымал болды. Олар бірқатар мерзімді процестердің аналогтары ретінде қарастырыла бастады, мысалы, «биологиялық сағат».
Зерттеушілерге термодинамиканың екінші заңы тірі жүйелерде бұзылмайтыны және олардың күрделі мінез-құлқы мен эволюциясына кедергі жасамайтыны белгілі болды. Бірақ тіршіліктің немесе оның кез келген физикалық немесе химиялық модельдерінің болуы үшін жүйе термодинамикалық тепе-теңдіктен жеткілікті ұзақ қашықтықта болуы керек. Ал біртекті химиялық жүйелер мұндай процестерді зерттеуге ыңғайлы үлгі бола алар еді.
Дәл осы кезде профессор Шноль Белоусовтан вибрациялық жауаптың «рецептін» алып, оған ынтымақтастықты ұсынды, ол бұл жұмыстарды жалғастыруға қарсы болмаса да, үзілді-кесілді бас тартты.
1961 жылы көрнекті физик-теоретик, академик И.Е.Тамм Мәскеу мемлекеттік университетінің физика факультетінде жақында құрылған биофизика кафедрасының жағдайын «тексеру» туралы шешім қабылдады. Шнол оған Белоусовтың реакциясын көрсетті. Бұл туралы Шнолдың өзі былай дейді: «Игорь Евгеньевич көрді және ұзақ уақыт тоқтады, рахаттанып қалды. Сонда ол: «Білесіз бе, ағайындар, мұндай реакция болған соң, уайымдаудың қажеті жоқ: жұмбақтар жеткілікті, көп жылдар жұмыс істейді», - деді. Игорь Евгеньевичтің бұл сөзі көпшілікке әсер етті. Бірінші нөмірімізден тұқым қуалайтын физик Толя Жаботинский, өзі айтқандай, реакциямен айналысуға бел буды.
Шноль жас ғалымды қолдап, аспирант А.М.Жаботинскийге Белоусовтың реакциясының механизмін зерттеуге кірісуді ұсынды, ол ынтамен айналысты. «Жаботинскийдің және оның айналасында құрылған серіктестер тобының жұмысының тамаша ерекшелігі, - деп еске алады Шноль, - химиялық эксперименттің, физикалық тіркеу әдістерінің және математикалық модельдердің құрылысының үйлесімі болды. Бұл модельдерде – дифференциалдық теңдеулер жүйесі – кинетикалық константалар тәжірибелік мәліметтерден ауыстырылды. Осыдан кейін тербелістердің эксперименттік жазбаларын компьютерлік модельдеу арқылы алынған қисық сызықтармен салыстыруға болады ».
Кейіннен бұл жұмыс КСРО ҒА-ның Биологиялық физика институтының физикалық биохимия зертханасында жалғасын тапты. Вавилин, физика-математика ғылымдарының докторы былай деп еске алады: «Мәскеу мемлекеттік университетінің физика факультеті биофизика кафедрасының аспиранты Жаботинский екеумізге дейін йод концентрациясының үздіксіз спектрофотометриялық тіркеуін қолдану арқылы Брей жүйесіндегі тербелістерді анықтау міндеті тұрды. Белоусов пен Брейдің реакция механизмдерін салыстыру да қызығушылық тудырды. Өйткені, сұйық фазалық химиялық жүйедегі тербелістерді 1921 жылы В.Брей ашқан. Сутегі асқын тотығын калий йодатымен ыдырату кезінде ол жүйеден оттегінің периодты түрде бөлінуін анықтады, күшті сөндірілетін тербелістердің бірнеше кезеңдерін бекітті. Кейбір зерттеушілер газдың қарқынды бөлінуіне сілтеме жасай отырып, бұл реакцияның біртекті табиғатына күмән келтірді, сондықтан біртекті ортада тербелмелі реакцияның болуы Брейдің тәжірибелерімен ешқашан дәлелденбеді.
Брей мен Белоусовтың екі периодтық реакциясы арасында бірден бір «бәсекелестік» пайда болды. Соған қарамастан, Белоусов реакциясында байқалған нәтижелердің оңай қайталануы және әдемі көрнекі әсерлер оның көптеген адденттерінің пайда болуына ықпал етті және ол кеңінен танымал болды (кейінірек ол Белоусов-Жаботинский реакциясы немесе BZ-реакция деп аталды) , және периодты Брей реакциясы – Брей-реакция Либавский). Вавилиннің пікірінше, С.Е.Шнолемнің, А.М.Жаботинскийдің, В.И.Кринскийдің, А.Н.Зайкиннің, Г.Р.Иваницкийдің Белоусов реакциясы кезіндегі автотербелістер мен автотолқындардың ашылуы мен зерттелуі соғыстан кейінгі кезеңдегі іргелі отандық ғылымның ең жарқын беті болса керек. Айтпақшы, Жаботинский осы саладағы алғашқы кітаптардың біріне ие.
Белоусов-Жаботинский реакциясын жылдам және сәтті зерттеу ғылымда триггер сияқты жұмыс істеді: олар мұндай процестердің бұрын белгілі болғанын бірден есіне алды. Алайда, Белоусов реакциясының құндылығы, айтпақшы, өнеркәсіптік химиялық-технологиялық процестердегі тербелмелі реакциялардың маңыздылығын алғаш рет атап өткен профессор Б.В.Вольтердің пікірінше, басымдылықта емес, қарапайымдылығында болды. және эксперименттің анықтығы, ақырында, А.М.Жаботинский, А.Н.Зайкин, Е.Е.Сельков және т.б. осы қызықты түрлендірудің көмегімен алынған нәтижелерде». Өткенге жүгінетін болсақ, концентрация жүйелеріндегі тербелістердің алғашқы сипаттамасы 19 ғ.

Концентрациялық зерттеулер
ашу алдында тартыну
Белоусовтың реакциялары

Химиялық тербеліс туралы алғашқы басылымдардың бірі 1828 жылы шыққаны белгілі болды.Онда Т.Фехнер электрохимиялық реакцияның тербелістерін зерттеу нәтижелерін атап көрсетті. 1833 жылы В.Гершель каталитикалық гетерогенді реакцияның тербелістері туралы ұқсас зерттеуді жариялады. Ең қызығы – М.Розеншельдтің 1834 жылғы еңбегі. Оның авторы аздаған фосфоры бар шағын колбаның қараңғыда біршама қарқынды жарық шығаратынын кездейсоқ байқаған. Фосфор жарқырауының өзінде таңғаларлық ештеңе жоқ еді, бірақ бұл жарқыраудың әрбір жетінші секунд сайын үнемі қайталануы қызықты болды. Розенскжолдтың басылымы шамның жыпылықтауын егжей-тегжейлі зерттеуді қамтамасыз етеді. Қырық жыл өткеннен кейін «жыпылықтайтын шаммен» жасалған бұл тәжірибелерді француз М.Жубер (1874) жалғастырды. Ол пробиркада «жарқыраған бұлттардың» периодты пайда болуын бақылай алды. Жиырма жылдан кейін неміс ғалымы А.Зентнершвер де фосфордың периодты жарылыстарына ауа қысымының әсерін зерттеді. Оның тәжірибелерінде алаулар кезеңі 20 с-та басталып, қысымның төмендеуімен азаяды. Осы кезде Англияда химиктер Т.Торп пен А.Таттон жабылған шыны ыдыста фосфор үшоксидінің тотығу реакциясының периодты жыпылықтауын байқады.
Химиялық тербелістердің тарихындағы ерекше жарқын бет Лизеганг сақиналарымен байланысты. 1896 жылы неміс химигі Р.Лизеганг фотохимиялық заттармен тәжірибе жасай отырып, құрамында хром шыңы бар желатинмен жабылған шыны пластинкаға лаписті түсірсеңіз, тұндыратын реакция өнімі пластинада концентрлік шеңберлерде орналасатынын анықтады. Лизеганг бұл құбылысқа таң қалды және оны жарты ғасырға жуық уақыт бойы зерттеп келеді. Сондай-ақ практикалық қолдану болды. Қолданбалы өнерде Лизеганг сақиналары яшма, малахит, агат және т.б. еліктеп әртүрлі бұйымдарды безендіру үшін пайдаланылды. Лизегангтың өзі жасанды інжу-маржан жасау технологиясын ұсынды. Бірақ ғылыми химиялық ортада үлкен резонанс тудырған Лизегангтың ашылуы бірінші емес еді. Оның алдында химиялық толқындар зерттеліп, 1855 жылы Ф.Рунгенің осындай тәжірибелердің көптеген мысалдары жинақталған кітабы жарық көрді.
Мұндай мысалдардың тізімін жалғастыруға болады. Осыдан кейін екі фазаның шекарасында тербеліс реакциялары ашылды. Олардың ішіндегі ең танымалы - «темір жүйке» және «сынапты жүрек» деп аталатын арнайы атауларға ие болатын металл ерітіндісінің интерфейсіндегі реакциялар. Олардың біріншісі – темірдің (сымның) азот қышқылында еру реакциясы – В.Ф.Оствальд байқаған қозу нервінің динамикасымен сыртқы ұқсастығына байланысты өз атауын алды. Екіншісі, дәлірек айтсақ, оның нұсқаларының бірі - металдық сынаптың бетінде Н 2 О 2 ыдырау реакциясы. Реакция сынап бетінде оксидті қабықтың мерзімді түзілуімен және еруімен жүреді. Сынаптың беттік керілуінің ауытқуы жүрек соғуын еске түсіретін тамшылардың ырғақты пульсациясын тудырады. Бірақ бұл реакциялардың барлығы химиктердің ерекше назарын аудармады, өйткені химиялық реакцияның барысы туралы идеялар әлі де бұлыңғыр болды.
Тек 19 ғасырдың екінші жартысында. термодинамика және химиялық кинетика пайда болды, бұл тербеліс реакциялары мен оларды талдау әдістеріне ерекше қызығушылықтың негізін қалады. Сонымен бірге тепе-теңдік термодинамикасының дамуы мұндай процестерді зерттеуде тежеу ​​қызметін атқарды. Мәселе, шамасы, «бұрынғы білімнің инерциясы» болса керек. Профессор Шноллдың айтуынша, «білімді адам көптеген молекулалардың ретсіз жылулық қозғалысындағы макроскопиялық тәртіпті елестете алмады: барлық молекулалар қазір бір немесе басқа күйде! Мәңгілік қозғалыс машинасының бар екенін мойындағандай. Бұл мүмкін емес. Ал шын мәнінде олай болуы мүмкін емес. Ол тепе-теңдік күйіне жақын болуы мүмкін емес, тек оны сол жылдардағы термодинамика қарастырған. Дегенмен, реакциялар әлі аяқталмаған және реагенттер концентрациясы тепе-теңдік деңгейіне жетпеген кезде, тепе-теңдіксіз химиялық жүйелер үшін күрделі, соның ішінде тербелмелі режимдерге шектеулер жоқ. Бірақ бұл жағдай химиктердің назарынан тыс қалды ... «Толық білімнің темір құрсауынан» құтылу және тепе-теңдіктен алыс жүйелердің мінез-құлқын зерттеу үшін ерекше интеллектуалды күш қажет болды ».
Соған қарамастан 1910 жылдың өзінде итальяндық А.Лотка дифференциалдық теңдеулер жүйесін талдау негізінде химиялық жүйелердегі тербелістердің болу мүмкіндігін болжаған. Дегенмен, алғашқы математикалық модельдер тек сөндірілетін тербелістерге сәйкес келді. Тек 10 жылдан кейін Лотка келесі екі автокаталитикалық реакциясы бар жүйені ұсынды және бұл модельде тербелістерді ұстап тұруға болады.
Дегенмен, мұнда физиктер мен химиктердің ұстанымдары әртүрлі болды. ХХ ғасырдағы физика мен математиканың ең жарқын жетістіктерінің бірі. - тербеліс теориясын құру. Мұндағы үлкен, жалпы мойындалған еңбектер кеңестік физиктерге тиесілі. 1928 жылы физиктер съезінде болашақ академик, аспирант А.А.Андронов «Пуанкаре шекті циклдері және өзіндік тербеліс теориясы» тақырыбында баяндама жасады.
1930 жылдардың басында. КСРО ҒА Химиялық физика институтында фосфор буларының тербеліс люминесценциясына ұқсас «суық жалындардағы» жарқырау тербелістері табылды, бұл тербелістерді түсіндірген атақты физик Д.А.Франк-Каменецкий қызықтырды. Лотканың кинетикалық моделі негізінде. Ал 1947 жылы сол институтта Франк-Каменецкийдің ғылыми жетекшілігімен И.Е.Сальников жазған «Біртекті химиялық реакциялардың периодтық пайда болу теориясы туралы» деген тақырыпта диссертация қорғауға ұсынылды. Бұл диссертацияда химиялық тербелістерді зерттеудің ғасырдан астам тарихы туралы кең мағлұматтар және оларды академик Андроновтың мектебі әзірлеген сызықтық емес тербеліс теориясының әдістерімен теориялық тұрғыдан зерттеудің алғашқы нәтижелері берілген. Бірақ ол кезде оның қорғауы болмады. Вольтердің пікірінше, «Франк-Каменецкий мен Сальниковтың диссертацияда, кітапта және бірқатар мақалаларда берілген химиялық өздігінен тербеліс туралы еңбектері сол кездегі химия ғылымы үшін жаңалық болғаны сөзсіз. Бірақ бұл жаңашылдықты аз адамдар түсінді. «Дірілдеу идеологиясы» (Андронов термині) химия ғылымы мен практикасының мызғымас күнделікті өміріне жат болды және бұл Франк-Каменецкий мен Сальниковтың 1940 жылдардағы еңбектерінің фактісін түсіндіре алады. дұшпандықпен қабылдады және химиялық тербелістердің екінші ашылуы болған кезде, оларды ешкім есіне алмады ». Белоусовтың бұл шығармалар туралы қандай да бір түсінігі болғаны жұмбақ күйінде қалды. Қалай болғанда да, оның екі мақаласында өзінен бұрынғылардың еңбектеріне сілтемелер жоқ.

Белоусов реакциясы
және оның механизмін анықтау

Біртекті діріл реакциясының мәнін қарастыруға оралайық. Белоусов лимон қышқылын, ал церий туындыларын жұп тотықтырғыш ретінде пайдаланды. Белоусовтың студенті және қызметкері А.П.Сафронов ерітіндіге фенантронил бар темір кешенін қосуға кеңес берді. Бұл жағдайда түс күрт өзгерді: сирень-қызылдан ашық көкке дейін. Реакция механизмін егжей-тегжейлі зерттеген Жаботинский ақырында лимон қышқылын белсенді метилен тобы бар кез келген басқа дикарбон қышқылымен және каталитикалық тотығу-тотықсыздану жұбы Ce (IV)/Cе ауыстырғанда да өздігінен тербелмелі реакция жүруі мүмкін екенін көрсетті. (III) Mn (III) / Mn (II) жұбымен ауыстырылды немесе Белоусов бұрыннан пайдаланғандай, ферроин/ферриин жұбымен ауыстырылды. Колба ең талғампаз, эстетикалық жағымды болып көрінді, егер малон қышқылы қолданылса, ал церий иондарының орнына темір иондары Fe2 +. Содан кейін колбадағы ерітінді қызыл қызылдан көк көкке дейін барлық көрінетін диапазонда қатаң кезеңділікпен түсін сағат бойы өзгерте алады. Реакцияның жалпы формуласы өте қарапайым болып көрінеді, бірақ реакция 20-дан астам сатыда және сәйкесінше аралық өнімдердің бірдей мөлшерінің түзілуімен жүреді. Бұл реакцияны толығырақ қарастырайық.
Оны жүзеге асыру үшін екі шешім дайындалады - А және В.
А - ферроин ерітіндісі, темір (II) кешені бар О-фенантролин (фен) - 2+:

Fe 2+ + 3фен = 2+.

Шешімді алдын ала дайындауға болады.
B - бромомалон қышқылының ерітіндісі (демонстрация алдында бірден дайындалған):

Алынған бромомалон қышқылы тұрақсыз, бірақ оны біраз уақыт төмен температурада сақтауға болады.
Тәжірибені тікелей көрсету үшін жарық терезесін жабатын шыны пластинкаға Петри табақшасын қояды, оған пипеткалардың көмегімен калий броматының қаныққан ерітіндісін, бромомалон қышқылының ерітіндісін және ферроин ерітіндісін дәйекті түрде енгізеді. Бірнеше минут ішінде шыныаяқтағы қызыл фонда көк дақтар пайда болады. Бұл ферроин 2+ кешенінің броматтар иондарымен тотығу-тотықсыздану реакциясы кезінде ферриин 3+ басқа комплексінің түзілуіне байланысты:

Бұл процесс автоматты жеделдету арқылы орын алады. Содан кейін алынған комплекс 3+ бромид иондарын түзе отырып, бромомалон қышқылын тотықтырады:

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

Бөлінген бромид иондары темір (II) кешенінің бромат иондарымен тотығуының тежегіштері болып табылады. 2+ концентрациясы жеткілікті жоғарылағанда ғана бромид иондарының тежегіш әсері жойылып, бромомалон қышқылын алу және кешеннің тотығу реакциялары қайтадан жүре бастайды. Процесс қайтадан қайталанады және бұл ерітіндінің түсінде көрінеді. Тостағандағы көк аймақтардан барлық бағытта концентрлік дөңгелек қызыл-көк түсті «толқындар» таралады.
Егер шыныаяқтың ішіндегісін шыны таяқшамен араластырса, онда ерітінді қысқа уақыт ішінде бір түсті болады, содан кейін мерзімді процесс қайталанады. Ақырында реакция көмірқышқыл газының бөлінуіне байланысты тоқтайды.
Барлық аталған реагенттерге қоса, Петри табақшасына церий (III) нитраты гексагидратының бірнеше кристалдарын қосуға болады, содан кейін түстер диапазоны кеңейеді: церий (IV) туындыларына байланысты сары түс, ал церий (IV) туындыларына байланысты жасыл түс пайда болады. көк және сары түстерді енгізу.
Бұл процестердің математикалық сипаттамасы өте күрделі болып шықты. Бұл күтпеген нәтижелерге әкелді. Екі дәйекті автокаталитикалық реакциялар жүйесіндегі тербелістерді сипаттайтын қарапайым химиялық схемалардың бірі итальян ғалымы В.Вольтерраның 1930 жылдардың басында жасаған теңдеулерімен математикалық тұрғыдан бірдей екені анықталды. экологиялық процестерді сипаттау үшін қолданылады. Қазіргі уақытта бұл экологиялық жүйелердегі «жем» мен «жыртқыштардың» көптігінің кезеңді өзгерістерін сипаттайтын әйгілі Лотка – Вольтерра моделі. Муштакова С.П., Саратов мемлекеттік университетінің профессоры. Н.Г.Чернышевский тербелмелі реакцияны екі жүйенің өзара әрекеттесуі деп қарастырады, олардың біреуі екіншісінен дамуға қажетті энергияны, затты немесе басқа компоненттерді алады. Бұл жыртқыш-жыртқыш мәселесі деп аталады.
Түсінікті болу үшін қасқырлар мен қояндар шектеулі ортада өмір сүретінін елестетіп көріңіз. Бұл экологиялық жүйеде қояндар қоректенетін шөп өседі, ол өз кезегінде қасқырларға жем болады. Өздеріңіз білетіндей, егер сізде тірі заттардың қандай да бір жиынтығы болса, онда қолайлы жағдайларда олардың саны шексіз өседі. Шындығында, энергияның немесе тағамның жетіспеушілігі сияқты сыртқы факторлар бұл өсу процесін шектейді. Белгілі бір сәтке дейін екі ішкі жүйенің өзара әрекеттесуі, яғни қасқырлар мен қояндар популяциясы теңдестірілгенін елестетіп көріңіз: қасқырлардың белгілі бір санын тамақтандыру үшін қояндар (олардың табиғи толықтырылуын ескере отырып) жеткілікті болды. Содан кейін, уақыт анықтамасының нөлі ретінде алынған сәтте, кейбір ауытқуларға байланысты қояндар саны өсті. Бұл қасқырлардың азығын, демек олардың санын көбейтті. Қасқырлар санының ауытқуы болды. Сонымен қатар, қасқырлар мен қояндардың саны уақыт өте келе белгілі бір орташа (тепе-теңдік) мәннің айналасында өзгереді. Жақсы тамақтанған қасқырлар жаңа ұрпақ беріп, қарқынды түрде көбейе бастайды, олар мол азықпен тез жетіліп, жаңа төл береді. «Қоян» енді барлық қасқырларды тамақтандыруға қабілетсіз болған кезде жағдай туындайды - қояндар саны азая бастайды, ал қасқырлар (әзірше) өсуін жалғастыруда. Ақырында, экожүйеде қасқырлар толып кеткен, ал қояндар Қызыл кітапқа дерлік енген. Бірақ экологиялық сирек кездесетін қояндар қасқырлардың қиын олжасына айналады. Экожүйе келесі кезеңге өтуде: қояндардың саны қасқырлар үшін іс жүзінде мүмкін болмайтын ең төменгі деңгейге дейін төмендеді. Соңғысының малы максимумнан өтіп, азая бастайды және бұл құлдырау қояндар ең аз мөлшерде қоректенетін деңгейге жеткенше жалғасады. Қазір қасқырдың саны азайған соң, қоян аулайтын ешкім жоқ. Қояндар көбейе бастайды, ал аз ғана қасқыр популяциясы оларды қадағалай алмайды. Қояндардың саны аз уақытта шөппен қоректенетін деңгейге жетеді. Қояндардың көптігі қайтадан пайда болады.
Осы мысалды және діріл реакциясын салыстырудан қандай қорытынды жасауға болады?
Сипатталған тербелмелі процесс онсыз мүмкін болмайтын негізгі сәттерді атап өтейік.
Біріншіден , ерітіндідегі молекулалардың бірлескен әрекеті кері байланыссыз мүмкін емес. Соңғысының мағынасын қояндар мен қасқырлардың өзара әрекеттесу мысалында түсінуге болады: жыртқыш даралар санының көбеюі жыртқыштар популяциясының азаюына әкеледі және керісінше. Мұндай кері байланыстың болуы экожүйенің тұрақты өмір сүруін қамтамасыз етеді. Тербелмелі химиялық реакцияларды «жыртқыш-жыртқыш» терминімен сипаттайтын болсақ, онда «жыртқыштардың» рөлін процестің белгілі бір кезеңдерін бәсеңдететін немесе толығымен блоктайтын аралық өнімдер – ингибиторлар атқарады. «Жәбірленушілер» рөлін реакцияны тездететін катализаторлар атқарады. Белгілі болғандай, катализатор молекулаларының (Fe) өзі реакцияда тұтынылмаса да, ион концентрациясы/қатынасы, зерттеулер көрсеткендей, күрделі эволюциядан өтеді. Бұл жеңілдетілген диаграмма ерітіндідегі молекулалық кері байланыс механизмінің құрылымын береді.
Екіншіден , тербеліс процесі энергия көзінсіз мүмкін емес, оның рөлін Лотка – Вольтерра үлгісінде қояндар жейтін шөп ойнады. Әлбетте, ешқандай ауытқулар және одан да көп «жыртқыш-жем» циклінің тұрақтылығы туралы сөз болуы мүмкін емес, егер қорықта бүкіл аумақ бетондалған болса - қасқырлар қояндарды жейді, содан кейін өздері өледі. Белоусов-Жаботинский реакциясында органикалық малон қышқылы энергия көзі ретінде қызмет етеді. Шынында да, оның толық тотығуымен реакциядағы тербелістер ылғалданады, содан кейін реакцияның өзі тоқтайды.
1963 жылға қарай Белоусов реакциясын зерттеудің негізгі сапалық кезеңі аяқталды. Ғалым бұл туралы білгенімен, жұмысқа араласқысы келмеді. 1966 жылы наурызда химия мен биохимияның тербелмелі процестеріне арналған 1-ші Бүкілодақтық симпозиум шақырылды. Жаботинский мен оның авторлары – М.Д.Корзухин, В.А.Вавилиннің баяндамалары орталық орынды иеленді. Белоусов симпозиумға қатысудан бас тартты.
Біраз уақыттан кейін, 1974 жылы Аризона университетінің (АҚШ) химия және биология профессоры А.Т.Уинфри әртүрлі екі және үш өлшемді кеңістіктік заңдылықтар түрінде пайда болатын және өмір сүретін араласпайтын BZ-жүйесінде кеңістік-уақыт құрылымдарын ашты. (мысалы, концентрлік сақиналар, спиральдар, толқындық фронттар және т.б.). Содан бері мұндай жүйелерге деген қызығушылық үнемі өсіп келеді, бұл осы бағыттағы зерттеулердің болашағы зор екенін көрсетеді.
Осылайша, өскелең үлес қолданбалы зерттеулермен, мысалы, ақпаратты өңдеудің баламалы құралдарын модельдеу саласында (атап айтқанда, объектілердің жарықтығының градациясымен күрделі мозаикаларды талдау) алынады. Қолданбалы зерттеулердің тағы бір жаңа бағыты – BZ жүйесіндегі немесе оған ұқсас полимерлену ерекшеліктерін зерттеу.
Уақыт өте келе, араласудың жоқтығында BZ жүйесімен көрінетін күрделі кеңістіктік-уақыттық ұйым табиғатта, биологиялық жүйелерде ұқсастықтарды тапты (мысалы, жүрек бұлшықетінің фибрилляциясын миокардты өздігінен қарастыру тұрғысынан зерттеу). -биологиялық жүйені ұйымдастыру).
Белоусов-Жаботинский реакциясы бүгінге дейін әлемдік ғылымда лайықты орын алды. Ол шын мәнінде оның жаңа саласының – синергетиканың (өзін-өзі ұйымдастыру) пайда болуына түрткі болды, ал эксперименттік жұмыс динамикалық жүйелердің қазіргі теориясын жасауға бастама болды. Қазіргі уақытта мұндай реакцияларда көп нәрсе анық болғанымен, тербелмелі химиялық процестердің себептері толығымен түсініксіз болып қала береді. Діріл-химиялық реакциялардың динамикалық сипаттамасы бұл жағдайда, атап айтқанда, жанама түрде жетіспейтін реакция жылдамдығының константаларын орнату арқылы маңызды көмек болуы мүмкін.
Өзін-өзі ұйымдастыру теориясы деп аталатын жаратылыстану ғылымындағы іргелі өзгерістер негізінен Белоусов тотығу-тотықсыздану-химиялық реакцияны ашқан 1950-1960 жылдар тоғысында ресейлік ғалымдар берген алғашқы серпінмен байланысты. Сонымен бірге таңғаларлық ұқсастықтар ашылды, галактикалардың пайда болуынан торнадоларға, циклондарға және жарықтың шағылыстыратын беттердегі ойынына дейінгі көптеген табиғи құбылыстар, шын мәнінде, өзін-өзі ұйымдастыру процестері екендігі анықталды. Олар өте әртүрлі сипатта болуы мүмкін: химиялық, механикалық, оптикалық, электрлік және т.б.
Қазіргі кезде тербелмелі реакциялардың кинетикасы химия, биология, медицина, физика, математика қиылысында пайда болған білімнің қарқынды дамып келе жатқан саласы болып табылады.

ӘДЕБИЕТ

Volter B.V.Химиялық тербеліс туралы аңыз және шынайы оқиға. Білім – күш, 1988 ж., No4, б. 33–37; Жаботинский А.М.Концентрацияның ауытқуы. Мәскеу: Наука, 1974, 179 б.;
Шнол С.Е.Орыс ғылымының қаһармандары, жауыздары, конформистері. М .: Kron-Press, 2001, 875 б.;
Муштакова С.П.Химиядағы тербелмелі реакциялар. Соростың білім беру журналы, 1997, № 7, 2-бет. 31-37;
Вавилин В.А.Сұйық фазалық химиялық жүйелердегі өзіндік тербеліс. Природа, 2000, № 5, б. 19-25.

БЕЛОУСОВ Борис Павлович(19.II.1893–12.VI.1970) – кеңес химигі. Мәскеуде банк қызметкерінің отбасында дүниеге келген, отбасындағы алтыншы бала. Ағаларымен бірге ол революциялық қызметке ерте араласып, 12 жасында тұтқындалды. Анасына таңдау ұсынылды: не Сібір жер аударылуы, не эмиграция. Отбасы Швейцарияда большевиктердің колониясында болды. Болашақ ғалым В.И.Ленинмен шахмат ойнауға мүмкіндік алды. Борис оның толқуына таң қалды, оның қарсыласын қалайша ренжітуге тырысты. Бұл Белоусов үшін революциялық саяси қызметтің аяқталуы болды. Ол ешқашан партияға кірмеген. Цюрихте оның химияға хоббиі басталды, бірақ білім алуға мүмкіндік болмады, өйткені ол оқу үшін ақы төлеуге мәжбүр болды. Бірінші дүниежүзілік соғыстың басында Борис өз еркімен әскерге барғысы келіп, Ресейге оралды, бірақ денсаулығына байланысты оны қабылдамады.
Белоусов Гуджон металлургиялық зауытының (қазіргі Орақ және Балға зауыты) химиялық зертханасына жұмысқа барады. Бұл зертхананы идеялық тұрғыдан В.Н.Ипатиев басқарды, ол болашақ ғалымның зерттеу бағытын алдын ала белгіледі: улы заттармен күресу әдістерін, противогаздарға арналған композицияларды жасау.
Әскери химик болып, 1923 жылдан академик П.П.Лазаревтың ұсынысы бойынша Белоусов Қызыл Армияның Жоғары әскери-химиялық училищесінде (Жұмысшылар мен Шаруалар Қызыл Армиясы, 1918-1946) Қызыл Армия командирлеріне химиядан сабақ береді. Қызыл Армия командалық құрамының біліктілігін арттыру үшін мектепте жалпы және арнайы химиядан дәрістер курсын оқиды. 1933 жылы Белоусов Тимошенко атындағы Қызыл Ту әскери химиялық қорғаныс академиясының аға оқытушысы болды.
Белоусовтың ғылыми қызметінің ерекшелігі сонша, оның бірде-бір ғылыми еңбегі ешқашан еш жерде жарияланбаған. Академик А.Н.Теренин Белоусовты көрнекті химик деп атады. Белоусовқа диссертация қорғамай-ақ докторлық ғылыми дәрежесін беру мүмкіндігіне байланысты жазған рецензиясында «Б.П.Белоусов газды талдаудың мүлде жаңа бағытын бастады, ол зерттеу кезінде пленкалы гельдердің түсін өзгертуден тұрады. олармен белсенді газдардың сорбциясы. Міндет зиянды газтәрізді қосылыстарды өте аз концентрацияларда анықтау арқылы арнайы және әмбебап көрсеткіштерді жасау болды. Бұл тапсырма тамаша орындалды ... зиянды газдарға ауаны автоматты немесе жартылай автоматты түрде жоғары сапалы талдауға мүмкіндік беретін бірқатар оптикалық құрылғылар жасалды ... Бұл жұмыстар тобында Б.П.Белоусов өзін зерттеуші ғалым ретінде көрсетті. мәселені жаңаша қарастырып, оны толығымен түпнұсқалық жолмен шешті. Осы зерттеулерден басқа, Б.П.Белоусовтың бірқатар бірегей және қызықты ғылыми жұмыстары бар, олар оның диссертация қорғамай-ақ химия ғылымдарының докторы дәрежесін алуға лайық екеніне күмән келтірмейді». Борис Павловичтің қиын мінезі осы жерде де көрінді, ол «ешбір дипломды қаламады».
Соған қарамастан әскери химик Белоусовқа генерал-майор шеніне тең бригада командирі атағы берілді. Рас, 1935 жылы ұзақ мерзімді демалысқа шығып, 1938 жылы қызметінен кетті. Бұл, бәлкім, Белоусовтың 1937-1938 жылдардағы жаппай қуғын-сүргін кезінде зардап шекпегенін түсіндіреді. Дегенмен, көптеген әріптестері мен достарынан айырылуы оның мінезінде өшпес із қалдырды. Белоусов кейінгі жылдары жұмыс істеген құпия медициналық институттың нақты атауы белгісіз. Бірақ, әріптестерінің айтуынша, оның радиация әсерін төмендететін препараттар жасау саласында тамаша жаңалықтары болды, ол жоғары бағаланды: ғалым жоғары білімі жоқ, зертхананы басқарды және И.В.Сталиннің жазбаша нұсқауы бойынша. , ғылым докторы жалақысын алды.
Соғыстан кейінгі жылдарда биохимиктер ашқан циклдік реакцияларды талдай келе, Белоусов биологиялық циклдердің химиялық ұқсастығын жүзеге асыруға шешім қабылдады. Лимон қышқылының броматпен катализатордың қатысуымен тотығуын зерттей отырып, ол реагенттердің концентрациясының ауытқуын ашты - осылайша тербелмелі реакция ашылды. 1951 және 1955 жылдары Белоусов өзінің ашқан жаңалығын «Кинетика және катализ» және «Жалпы химия журналы» журналдарында жариялауға әрекет жасады. Оның мақалаларына шолулар мүлдем теріс болды және кейінірек белгілі болғандай, дәл солай қате болды. Мұның ғалымға қатты әсер еткені сонша, ол реакцияның зертханалық рецептін лақтырып жіберіп, оны ұмытып кеткені белгілі.
Бірнеше жылдан кейін биохимиктер ашылған Белоусов реакциясына қызығушылық таныта бастағанда, ол бастапқы компоненттер мен олардың пропорцияларын ретті санау арқылы іздеуге мәжбүр болды. Белоусов екі рет ашылды деп айта аламыз - бірінші рет кездейсоқ, екінші рет жүйелік іздеу нәтижесінде. Бірақ ол енді зерттеу тобының жұмысына белсенді түрде қатысқысы келмеді. Әріптестеріміздің қолынан келгені Белоусовты мақаласын қайтадан жариялауға көндіру болды. Соның нәтижесінде ғалымның өмірлік жалғыз басылымы 1958 жылға арналған «Сәулелік медицина туралы рефераттар жинағында» пайда болды.
Бірақ халықаралық ғылыми қауымдастық мойындалып, тербелмелі реакцияны Белоусов-Жаботинскийдің атымен атаған кезде де, оны одан әрі зерттеуге отставкадағы бригада командирін тарту әрекеттері сәтсіз аяқталды. Соңғы жылдары оны білетіндер Белоусовтың шығармашылық белсенділігінің өте жоғары деңгейде болғанын алға тартты. Ол институттан қайтыс боларына аз уақыт қалғанда - 1970 жылы 12 маусымда кетті. Белоусовқа Лениндік сыйлықтың берілуіне 10 жыл қалды.

Білім, ғылым, жастар және спорт министрлігі

Петру Мовила теориялық лицейі

Бөлім

«Қабілет, еңбек, талант»

Тақырып бойынша химиядан курстық жұмыс:

«Тербелмелі химиялық реакциялар»

Аяқталды: 12А сынып оқушысы

Болюбаш Ирина

Дәріс беруші: М.А.Снидченко

* Кишинев 2007 *

1. Кіріспе:

а) Тотығу-тотықсыздану реакциялары

б) Тербелмелі химиялық реакциялар

2. Тербеліс реакцияларының ашылу тарихы:

а) Ашылғанға дейінгі концентрацияның ауытқуын зерттеу

Б.П.Белоусовтың реакциялары

3. Теориялық бөлім:

а) А.Лоткойдың математикалық моделі

б) Тербелмелі реакциялардың механизмін зерттеу

4. Эксперименттік бөлім

5. Қорытынды

6. Қолдану:

а) Кейбір тербеліс реакцияларының рецептері

б) Орындалған тәжірибелерге иллюстрациялар

7. Әдебиет

Кіріспе.

Химия – эксперименттік ғылым. Демек, эксперимент ғылыми зерттеу әдісі ретінде жаратылыстану ғылымдарының әдістерінің арасында ұзақ және берік жетекші орынды иеленді. Эксперимент – химияны оқытуда теория мен практиканың байланысын жүзеге асырудың, білімді сенімге айналдырудың ең маңызды тәсілі. Сондықтан әрбір тәжірибенің когнитивтік мәнін ашу химиялық эксперименттің негізгі талабы болып табылады.

Эксперимент бойынша (сілт. «Тәжірибе» - «Сынақ»)зерттелетін құбылыстың белгілі бір жағдайларда байқалуын түсіну, осы құбылыстың барысын бақылауға және осы шарттар орындалған жағдайда оны қайталауға мүмкіндік береді. Химиялық эксперимент химияны оқытуда маңызды орын алады, өйткені бақылаулар мен тәжірибелер арқылы заттардың табиғатының алуан түрлілігін танып-білуге, салыстыру, жалпылау және қорытынды жасауға фактілер жинақталады.

Тәжірибелер жүргізе отырып және әртүрлі жағдайларда химиялық түрлендірулерді бақылай отырып, біз күрделі химиялық процестерді басқаруға болатынына, құбылыстарда жұмбақ ештеңе жоқ екеніне, олар табиғи заңдылықтарға бағынатынына көз жеткіздік, олардың білімі химиялық өзгерістерді кеңінен қолдану мүмкіндігін береді. адамның практикалық қызметі.

Дегенмен, кейбір химиялық тәжірибелердің нәтижелері күтпеген және заттардың қасиеттері немесе химиялық реакциялардың жүруін реттейтін заңдар туралы дәстүрлі идеяларға сәйкес келмейді. Мұндай химиялық өзгерістер проблемалық эксперимент деп аталды.

Ежелгі дәуірдің өзінде философтар кез келген білім таңданудан басталады деп есептеді. Жаңадан туындаған тосын нәрсе, кейіннен бір нәрсеге тұрақты қызығушылықтың қалыптасуымен қызығушылықтың (әлемдегі мәселелерге сезімталдық) дамуына әкеледі. Таңдану және оның артынан білімге құштарлық – бұл проблемалық экспериментті зерттеуге, диалектикалық және жүйелі ойлауды қалыптастыруға, шығармашылық әлеуетті ашуға қолайлы жағдай.

Дәл осындай күйге жарқын, әсерлі химиялық эксперимент (проблемалық эксперимент) себеп болуы мүмкін. Химияда тотығу-тотықсыздану реакциялары проблемалық эксперименттердің ең көп тараған себептері болып табылады.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары

Химиялық реакцияларды жіктеудің көптеген критерийлері бар. Ең маңыздыларының бірі элементтердің тотығу дәрежелерінің өзгеруінің белгісі. Элементтердің тотығу дәрежесінің өзгеруіне немесе сақталуына байланысты химиялық реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары және тотығу дәрежесін өзгертпей жүретін деп бөлуге болады.

Элементтердің тотығу дәрежелерінің өзгеруімен жүретін реакциялар (тотықсыздану) кеңінен белгілі. Олар техника мен табиғатта маңызды рөл атқарады, тірі ағзалардағы заттардың алмасуының негізінде жатыр, олар тотығу, ыдырау, ашыту, фотосинтез процестерімен байланысты. Тотығу (және тотықсыздану) процестері отынның жануы, металдардың коррозиясы, электролиз кезінде жүреді, олардың көмегімен металдар, аммиак, сілтілер және басқа да көптеген бағалы өнімдер алынады. Сондықтан тотығу-тотықсыздану реакцияларын зерттеу бейорганикалық және органикалық химияның мектеп курстарында қарастырылған.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары түсінігіне қатысты негізгі ережелерді еске түсірейік.

Тотығу күйіхимиялық қосылыстағы берілген элемент атомында пайда болатын зарядқа сәйкес келеді, егер осы атом арқылы басқалармен байланысқан барлық электрон жұптары электртерістігі жоғары элементтердің атомдарына қарай толығымен ығысады деп есептесек.

Тотықтырғыш- электрондарды қабылдайтын атомдары немесе иондары бар зат: Хм ^{(тотықтырғыш) + ne- = X (m-n), мұндағы m - бастапқы заттағы элементтің тотығу дәрежесі, n - электрондар саны.}

Тотықсыздандырғыш- электрондарды беретін атомдары немесе иондары бар зат: Ym ^{(тотықсыздандырғыш) - ne- = Y (m + n).}

Тотығу- элементтің тотығу дәрежесі жоғарылаған кезде атомның, молекуланың немесе ионның электрондардан бас тарту процесі.

Қалпына келтіру- элементтің тотығу дәрежесі төмендеген кезде атомның, молекуланың немесе ионның электрондарды қабылдау процесі.

Тотығу және тотықсыздану конъюгаттық процестер болып табылады, тотықсыздандырғыштың оның тотығу процесінде берген электрондарының саны әрқашан тотықсыздандырғыштың тотықсыздануы кезінде қабылдаған электрондар санына тең.

Тербелмелі химиялық реакциялар

Бұл курстық жұмыста проблемалық тәжірибенің, тербелмелі химиялық реакциялардың ерекше жағдайын қарастырамын. Тербелмелі реакциялар – тотықсыздану қасиеті бар катализатордың қатысуымен органикалық заттардың тотығу реакцияларының тұтас класы. Бұл процесс циклді түрде жүреді, яғни ол бірнеше қайталаудан тұрады.

Тербелмелі химиялық реакцияларды 1951 жылы кеңес ғалымы Борис Петрович Белоусов ашып, ғылыми негіздеді. Б.П. Белоусов күкірт қышқылы ерітіндісіндегі натрий броматымен әрекеттескенде лимон қышқылының тотығуын зерттеді. Реакцияны күшейту үшін ерітіндіге церий тұзын қосты. Церий ауыспалы валенттілігі бар метал (3+ немесе 4+), сондықтан ол тотығу-тотықсыздану түрлендірулерінің катализаторы бола алады. Реакция CO2 көпіршіктерінің бөлінуімен бірге жүреді, сондықтан бүкіл реакция қоспасы «қайнап жатқан» сияқты. Осы қайнау фонында Б.П.Белоусов таңғажайып нәрсені байқады: ерітіндінің түсі мезгіл-мезгіл өзгерді - ол сары немесе түссіз болды. Белоусов ерітіндіге темір (ферроин) бар фенантролин кешенін қосып, ерітіндінің түсі мезгіл-мезгіл күлгін-қызылдан көкке және керісінше өзгере бастады.

Атақты реакция осылай ашылды. Қазір оны бүкіл әлем біледі, оны «Белоусов-Жаботинский реакциясы» деп атайды. Бұл таңғажайып құбылысты түсіну үшін А.М.Жаботинский көп еңбек сіңірді. Содан бері көптеген ұқсас реакциялар табылды.

Тербелмелі реакциялардың ашылу тарихы.

И.П.Белоусов тербелмелі химиялық реакцияның ашылуын жасушадағы карбон қышқылдарының негізгі биохимиялық түрленулер жүйесінің кейбір сатыларының қарапайым химиялық моделін жасауға тырысқанда жасады. Алайда оның ашылғаны туралы алғашқы хабарлама жарияланған жоқ. Химиялық журналдың шолушысы мақалада сипатталған реакцияның негізгі мүмкіндігіне күмән келтірді. Тербелмелі реакциялардың болуын 1910 жылы периодтық процестердің математикалық теориясы негізінде А.Лоткой болжағанымен, сол жылдардағы химиктердің көпшілігі таза химиялық флуктуациялар жоқ деп есептеді.

Зерттеу нәтижелерін жариялаудың екінші әрекетін ғалым 1957 жылы қолға алды, сол кезде пайда болған бельгиялық физик және физик-химигі И.Р.Пригожиннің еңбектеріне қарамастан, ол тағы да бас тартты. Бұл жұмыстарда тербеліс химиялық реакциялардың мүмкіндігі мен ықтималдығы көрсетілді.

Тек 1959 жылы Б.П.Белоусовтың мезгіл-мезгіл белсенді тербеліс химиялық реакциясын ашуы туралы қысқаша эссе «Радиациялық медицина туралы рефераттар жинағының» аз белгілі басылымында жарияланды.

Ал барлық мәселе мынада: Б.П.Белоусов өзінің жаңалығын ашқан кезде реагенттер концентрациясының периодты өзгеруі термодинамика заңдарының бұзылуы болып көрінді. Шын мәнінде, реакция қалай тура немесе қарама-қарсы бағытта жүруі мүмкін? Ыдыстағы молекулалардың бүкіл саны бір немесе басқа күйде (кейде барлығы «көк», содан кейін барлығы «қызыл») болатынын елестету мүмкін емес. ...).

Реакцияның бағыты химиялық (термодинамикалық) потенциалмен анықталады – реакциялар жүйенің бос энергиясын азайту бағытында, ықтимал күйлер бағытында жүргізіледі. Бұл бағыттағы реакция аяқталғанда, оның потенциалы таусылғанын, термодинамикалық тепе-теңдікке қол жеткізілгенін және энергия шығынынсыз процесс өздігінен кері бағытта жүре алмайтынын білдіреді. Ал мұнда ... реакция бір бағытта, содан кейін басқа бағытта жүреді.

Алайда бұл реакцияда заң бұзушылық болған жоқ. Бастапқы реагенттер немесе соңғы өнімдер емес, аралық өнімдердің концентрацияларында ауытқулар болды - мерзімді өзгерістер. Бұл реакцияда СО2 лимон қышқылына айналмайды, бұл шын мәнінде мүмкін емес. Жүйе тепе-теңдік күйден алыс болса да, онда көптеген тамаша нәрселер орын алуы мүмкін екенін шолушылар ескермеді.Жүйенің бастапқы күйден соңғы күйге дейінгі егжей-тегжейлі траекториялары өте күрделі болуы мүмкін. Тек соңғы онжылдықтарда тепе-теңдіктен алыс жүйелердің термодинамикасы бұл мәселелермен айналыса бастады. Бұл жаңа ғылым жаңа ғылым – синергетиканың (өзін-өзі ұйымдастыру теориясы) негізі болды.

Белоусовтың реакциясын, жоғарыда атап өткендей, А.М.Жаботинский және оның әріптестері жан-жақты зерттеген. Олар лимон қышқылын малон қышқылымен алмастырды. Малон қышқылының тотығуы СО2 көпіршіктерінің түзілуімен қатар жүрмейді, сондықтан ерітіндінің түсінің өзгеруін фотоэлектрлік құрылғылармен кедергісіз тіркеуге болады.Кейінірек ферроин церийсіз болса да бұл реакцияның катализаторы қызметін атқаратыны белгілі болды. Б.П.Белоусов алғашқы тәжірибелерінде оның реакциясының тағы бір тамаша қасиетін байқады: араластыру тоқтатылған кезде ерітіндідегі түс өзгерісі толқындар түрінде таралады. Химиялық тербелістердің ғарышта бұл таралуы әсіресе 1970 жылы А.М.Жаботинский мен А. Н.Зайкин Петри табақшасына реакциялық қоспаның жұқа қабатын құйды. Шыныаяқта оғаш пішіндер қалыптасады - концентрлік шеңберлер, спиральдар, «құйындылар», шамамен 1 мм / мин жылдамдықпен таралады. Химиялық толқындар бірқатар ерекше қасиеттерге ие. Сонымен, соқтығыс кезінде олар сөніп қалады және бір-бірінен өте алмайды.

Концентрациялық зерттеулер
Б.П.Белоусовтың реакциясы ашылғанға дейінгі тербелістер

Бірақ тарихта айтылғандай, Б.П.Белоусовтың ашылуы әлемдік ғылымда бірінші рет болған жоқ. Анықталғандай, химиялық тербеліс туралы алғашқы басылымдардың бірі 1828 жылдан басталады.Онда Т.Фехнер электрохимиялық реакцияның тербелістерін зерттеу нәтижелерін атап көрсетті.М.Розеншельдтің ең қызықты жұмысы 1834 ж. , қараңғыда ол жеткілікті қарқынды жарық шығарады. Фосфор жарқырауының өзінде таңғаларлық ештеңе жоқ еді, бірақ бұл жарқыраудың әрбір жетінші секунд сайын үнемі қайталануы қызықты болды. Қырық жыл өткеннен кейін «жыпылықтайтын шаммен» жасалған бұл тәжірибелерді француз М.Жубер (1874) жалғастырды. Ол пробиркада «жарқыраған бұлттардың» периодты пайда болуын бақылай алды. Жиырма жылдан кейін неміс ғалымы А.Центнершвер де фосфордың периодты жарылыстарына ауа қысымының әсерін зерттеді. Оның тәжірибелерінде алаулар кезеңі 20 с-тан басталып, қысымның төмендеуімен азаяды.

Химиялық тербелістердің тарихындағы ерекше жарқын бет Лизеганг сақиналарымен байланысты. 1896 жылы неміс химигі Р.Лизеганг фотохимиялық заттармен тәжірибе жасай отырып, құрамында хром шыңы бар желатинмен жабылған шыны пластинкаға лаписті түсірсеңіз, тұндыратын реакция өнімі пластинада концентрлік шеңберлерде орналасатынын анықтады. Лизеганг бұл құбылысқа таң қалды және оны жарты ғасырға жуық уақыт бойы зерттеп келеді. Сондай-ақ практикалық қолдану болды. Қолданбалы өнерде Лизеганг сақиналары яшма, малахит, агат және т.б. еліктеп әртүрлі бұйымдарды безендіру үшін пайдаланылды. Лизегангтың өзі жасанды інжу-маржан жасау технологиясын ұсынды.

Мұндай мысалдардың тізімін жалғастыруға болады. Осыдан кейін екі фазаның интерфейсінде тербеліс реакциялары ашылды. Олардың ішінде ең танымалдары - «темір нерві» және «сынапты жүрек» деген ерекше атауларды алған металл-ерітінді шекарасына реакциялар. Олардың біріншісі – темірдің (сымның) азот қышқылында еру реакциясы – В.Ф.Оствальд байқаған қозу нервінің динамикасына сыртқы ұқсастығына байланысты өз атауын алды. Екіншісі, дәлірек айтсақ, оның нұсқаларының бірі - металл сынаптың бетіндегі H2O2 ыдырау реакциясы. Реакцияда сынап бетінде оксидті қабықтың периодты түзілуі және еруі жүреді. Сынаптың беттік керілуінің ауытқуы жүрек соғуын еске түсіретін тамшылардың ырғақты пульсациясын тудырады. Бірақ бұл реакциялардың барлығы химиктердің ерекше назарын аудармады, өйткені химиялық реакцияның барысы туралы идеялар әлі де бұлыңғыр болды.

Тек XIX ғасырдың екінші жартысында. термодинамика және химиялық кинетика пайда болды, бұл тербеліс реакциялары мен оларды талдау әдістеріне ерекше қызығушылықтың негізін қалады.

А.Лоткойдың математикалық моделі

Химиялық реакцияларға ұқсас жүйелердегі тербелістердің математикалық теориясын сонау 1910 жылы А.Лоткой басып шығарды - ол дифференциалдық теңдеулер жүйесін жазды, одан периодтық режимдердің мүмкіндігі пайда болды. Лотка «жемдіктердің», мысалы, шөпқоректілердің және оларды жейтін «жыртқыштардың» (X және Y) өзара әрекеттесуін қарастырды. Жыртқыштар олжасын жеп, көбейеді – Y концентрациясы артады, бірақ белгілі бір шекке дейін, жем саны күрт азайып, жыртқыштар аштықтан өлгенде – Y концентрациясы төмендейді. Содан кейін тірі қалған құрбандар көбейе бастайды - X концентрациясы өседі. Тірі қалған жыртқыштар да осыдан кейін көбейеді, Y концентрациясы қайтадан артады, т.б. Реагенттер концентрациясының периодты ауытқуы байқалады. Мұндай тұрақты (ұзақ уақыт) ауытқудың шарты шөптің көптігі - зардап шеккендердің азығы екені анық. Лотки теңдеулерін В.Вольтерра жетілдірді. Ал қазіргі тербелістер теориясын орыс физиктері Л.И.Мандельштамм, А.А.Андронов, А.А. А.Франк-Каменецкий. Физиктер мен математиктер үшін Белоусованның ашылуы соншалықты таң қалдырды.

Тербеліс реакцияларының механизмін зерттеу.

Белоусов реакциясының егжей-тегжейлі механизмі әлі толық анықталған жоқ. Алғашқы зерттеулерде аралық өнімдердің саны аз болып көрінді. Тербелістердің табиғатын түсіндіру үшін алдымен малон қышқылынан бромомалон қышқылының қалай түзілетінін елестету жеткілікті болды, ал сняның одан әрі реакциясы кезінде KBrO3 KBr-ге айналады. Анион Br-- бромомалон қышқылының одан әрі тотығуын тежейді, ал катализатордың тотыққан түрі жинақталады (тетравалентті церий немесе фенантролинмен біріктірілген темір темір). Нәтижесінде, Br-- жинақталуы тоқтап, бромомалон қышқылының тотығуы қайта басталады ... Енді мұндай механизмнің аяқталмағаны анық. Аралық өнім саны қырыққа жетіп, зерттеу жұмыстары жалғасуда.

1972 жылы Р.Нойес және оның әріптестері Белоусов-Жаботинский реакциясы кемінде он реакцияның нәтижесі екенін көрсетті, оны үш топқа біріктіруге болады - А, В және С.

Алдымен (реакция тобы А) бромат ионы Н+ қатысында бромид ионымен әрекеттесіп, бром және гипобром қышқылдарын түзеді:

BrO-3 + Br-- + 2H + = HBrO2 + HOBr (А1)

гипобром қышқылы:

HBrO2 + Br-- + H + = 2HOBr (А2)

Гипобром қышқылы, өз кезегінде, бромид ионымен әрекеттесіп, бос бром түзеді:

HOBr + Br - + H + = Br2 + H2O (А3)

Малон қышқылы бос броммен бромданады:

Br2 + CH2 (COOH) 2 = BrCH (COOH) 2 + Br - + H + (А4)

Барлық осы реакциялардың нәтижесінде малон қышқылы бос броммен бромданады:

BrO-3 + 2Br-- + 3CH2 (COOH) 2 + 3H + = 3BrCH (COOH) 2 + 3H2O (А)

Бұл реакциялар тобының химиялық мағынасы екі жақты: бромид ионының бұзылуы және бромомалон қышқылының синтезі.

В тобындағы реакциялар бромид ионы болмағанда (төмен концентрацияда) ғана мүмкін. Бром қышқылымен бромат ионы әрекеттескенде BrO2 радикалы түзіледі.

BrO-3 + HBrO2 + H +> 2BrO2 + H2O (Б1)

BrO2 цериймен (III) әрекеттеседі, оны церийге (IV) тотықтырады және өзі бром қышқылына дейін тотықсызданады:

BrO2 + Ce3 + + H +> HBrO2 + Ce4 + (Б2)

Бром қышқылы бромат ионына және гипобром қышқылына ыдырайды:

2HBrO2> BrO-3 + HOBr + H + (Б3)

Гипобромды қышқыл бромидтер малон қышқылы:

HOBr + CH2 (COOH) 2> BrCH (COOH) 2 + H2O (Б4)

Бо тобының реакциялары нәтижесінде бромомалон қышқылы және төрт валентті церий түзіледі.

Реакцияның негізгі компоненттері: бром қышқылы және феррин – фазалық кеңістіктегі концентрацияларының ауытқуы тұйық сызық (шектік цикл) түрінде берілген.

BrO-3 + 4Ce3 + + CH2 (COOH) 2 + 5H +> BrCH (COOH) 2 + 4Ce4 + + 3H2O (Б)

Осы реакцияларда түзілген церий (IV) (В тобындағы реакциялар):

6Ce4 ++ CH2 (COOH) 2 + 2H2O> 6Ce3 + + HCOOH + 2CO2 + 6H + (В1)

4Ce4 ++ BrCH (COOH) 2 + 2H2O> Br-- + 4Ce3 ++ HCOOH + 2CO2 + 5H + (В2)

Бұл реакциялар тобының химиялық мағынасы: бромомалон қышқылының концентрациясы неғұрлым қарқынды болса, соғұрлым жоғары болатын бромид ионының түзілуі. Бромид ионының концентрациясының жоғарылауы церийдің (III) церийге (IV) тотығуының аяқталуына (өткір баяулауына) әкеледі. Соңғы зерттеулерде церий әдетте ферроинмен ауыстырылады.

Белоусов-Жаботинский реакциясы кезеңдерінің бұл (толық емес) тізбегі бұл жүйенің қаншалықты күрделі екенін көрсетеді. Сонымен, HВrO2 (бром қышқылы), Br-- және ферроин (немесе церий) реакциясының барлық үш негізді аралық компоненттерінің концентрациясының өзгеруін ескеру жеткілікті.

Алғашқы қадамреакцияда – автокаталитикалық реакция нәтижесінде бром қышқылы түзіледі (жылдам, жарылыс тәрізді процесс), ферроин ферриинге (ферроиннің тотыққан түрі) айналады.

Екінші қадам- органикалық компонентпен әрекеттесу нәтижесінде феррин баяу қайта ферроинге айнала бастайды, сонымен қатар бромид ионы түзіле бастайды.

Үшінші қадам- бромид-ион автокаталитикалық реакцияның тиімді ингибиторы (1-ші саты). Нәтижесінде бром қышқылының түзілуі тоқтап, тез ыдырайды.

Төртінші қадам- 2-ші сатыда басталған феррииннің ыдырау процесі аяқталды; бромид ионы жүйеден шығарылады. Нәтижесінде жүйе 1-ші қадамға дейін болған күйге оралады және процесс кезеңді түрде қайталанады. Бұл реакцияны, оның реагенттерінің концентрациясының ауытқуын және концентрация толқындарының таралу заңдылықтарын сипаттайтын бірнеше математикалық модельдер (дифференциалдық теңдеулер жүйесі) бар.

Эксперименттік бөлім:

Лимон қышқылы калий броматымен әрекеттеседі:

Реагенттер:

1. ҚМnO4(калий перманганаты).

2. KBrO3(калий бром қышқылы немесе калий броматы).

3. H2SO4(концентрленген).

4. Лимон қышқылы.

5. Дистилденген су.

Барысы: Лимон қышқылының өлшенген бөлігі - 2 6 мл H2O ерітілді. Алынған ерітіндіге калий бром қышқылының үлгісі - 0,2 г қосылды және 0,7 мл концентрлі күкірт қышқылы қосылды, содан кейін 0,04 г калий перманганаты қосылды және алынған ерітіндінің көлемі тазартылған сумен 10 мл дейін жеткізілді. Реагенттер толығымен ерігенше мұқият араластырыңыз.

Бақылаулар: KMnO4 қосылғаннан кейін бірден ерітінді күлгін түске боялып, қайнай бастады. 25 секундтан кейін қатты қайнау кезінде ерітіндінің түсі қоңырға өзгере бастады. Реакция жүріп жатқанда, ерітінді бірте-бірте ағарады - ашық сары түске дейін. 3 мин 45 секундтан кейін ерітіндінің күрт күңгірттенуі басталады (тығыздығы жоғары сұйықтықтың диффузиясына ұқсас), ал 40 секундтан кейін ерітінді қайтадан толығымен қоңыр түске ие болады. Содан кейін барлығы 4,5 минуттан 5 минутқа дейінгі кезеңмен қайталанады. Ұзақ уақыт өткеннен кейін реакция баяулай бастайды, содан кейін мүлдем тоқтайды (сары ерітінді).

/>Тербелмелі тотығу-тотықсыздану реакциялары:

Реагенттер:

1. FeSO4. 7H2Oкристалдық темір (II) сульфаты гептагидрат немесе

Fe (NH4) 2 (SO4) 2.6H2O (Мор тұзы)диаммоний сульфаты гексагидраты

темір (II)

2. Ce (NO3) 3,6H2Oцерий (III) нитраты гексагидраты

3. KBrкалий бромидінің сулы ерітіндісі (2 моль/л немесе 50 мл суға 12 г)

4. KBrO3калий броматының қаныққан ерітіндісі (100 мл суға шамамен 10 г)

5. H2SO4концентрлі күкірт қышқылы

6. CH2 (COOH) 2малон қышқылының судағы ерітіндісі (5 моль/л немесе 52 г дюйм).

100 мл су)

7. C12H8N2(фен) о-фенантролин

8. дистилденген су

Ыдыс-аяқ пен ас құралдары: Полилюкс экраны, өлшемі 25Χ25 см шыны пластина, Петри табақшасы, 100 мл өлшегіш колба, ұнтақталған тығыны бар 250 мл Эрленмейер колбасы, алты тамшуыр, бюретка, шыны таяқша, жууға арналған бөтелке, сүзгі қағазы. .

Тәжірибе сипаттамасы: Тәжірибені көрсету үшін алдын ала А және В ерітінділерін дайындаңыз.

Шешім А - ферроин ерітіндісі - о-фенантролинмен (фен) темір (II) кешені. Сыйымдылығы 100 мл өлшегіш колбаға 0,70 г темір (II) сульфаты гептагидраты (немесе 0,99 г Мор тұзы) және 1,49 г о-фенантролин қосады, ерітіндінің көлемін сумен белгіге дейін жеткізеді. және араластырды. Темір (II) фенантролин кешенінің түзілуіне байланысты ерітінді қызыл түске боялады:

Fe2 ++ 3 фен = 2+

Шешім Б - бромомалон қышқылының ерітіндісі (демонстрация алдында бірден дайындалған). Ұнтақталған тығыны бар конустық колбаға 3,3 мл калий бромиді ерітіндісін, 5 мл малон қышқылы ерітіндісін және 5 мл концентрлі күкірт қышқылын құяды. Алынған ерітіндіні калий броматының қаныққан ерітіндісімен бюреткадан титрлендіргіштің әрбір порциясын қосқаннан кейін араластыра отырып титрлейді, ластанудың параллель реакциясында бромның бөлінуіне байланысты қоңыр түстің жоғалуына қол жеткізеді:

BrO3– + 5Br– + 6H + = 3Br2 + 3H2O

3Br2 + 2CH2 (COOH) 2 + 2H2O = BrCH (COOH) 2+ HCOOH + CO2 + 5HBr

Титрлеуге жұмсалған калий бромат ерітіндісінің жалпы көлемі шамамен 7,5 мл болуы керек.Алынған бромомалон қышқылы тұрақсыз, бірақ оны 5100С температурада біраз уақыт сақтауға болады.

Тәжірибені тікелей көрсету үшін полилюкс жарық терезесін жабатын шыны пластинкаға Петри табақшасын салады, оған 10 мл қаныққан калий бромат ерітіндісі, 4 мл бромомалон қышқылының ерітіндісі және 1,5 мл ерітіндісі құйылады. ферроин тамшуырлар арқылы дәйекті түрде енгізіледі. Бірнеше минут ішінде темірдің (III) фенантролиндік кешенінің түзілуіне байланысты қызыл фонда көк дақтар пайда болады. 3+ сәйкес темір (II) кешенінің тотығуы нәтижесінде:

62 ++ 6H3O + + BrO3– = 63 ++ 9H2O + Br–

Бұл процесс өздігінен жеделдетіледі. Алынған кешен 3+ бромомалон қышқылын тотықтырып, бромид иондарын түзеді:

43 ++ BrCH (COOH) 2 + 7H2O =

= 2CO2 + 5H3O + + Br– + HCOOH + 42+

Бөлінген бромид иондары темір (II) комплекстерінің бромат иондарымен тотығуының тежегіштері болып табылады. 2+ жеткілікті жоғарылайды, бромид иондарының ингибиторлық белсенділігі жойылады және темір (III) кешенінің түзілуіне байланысты ерітінді көк түске боялады. Процесс қайта-қайта қайталанады, сондықтан ерітіндінің түсі мезгіл-мезгіл көктен қызғылтқа дейін немесе керісінше өзгереді. Түстің өзгеруі қызғылт фонда көк дақтардың пайда болуымен басталады, олардан концентрлік түсті толқындар айналада алшақтайды. Уақыт өте келе түс өзгеру жылдамдығы төмендейді және, сайып келгенде, процесс жоғалады. Бұл жағдайда экранда «қара нүктелердің» пайда болуын  бөлінген көмірқышқыл газы көпіршіктерінің проекцияларын байқауға болады.

Петри табақшасына церий (III) гексагидраты нитратының бірнеше кристалдарын қосу арқылы түстер ауқымын кеңейтуге болады. Ce (NO3) 3. 6H2O.Содан кейін көк және қызғылт түстен басқа, сары (церий (IV) қосылыстарының түзілуіне байланысты) немесе жасыл түсті (сары мен көктің суперпозициясына байланысты) байқауға болады:

6Ce3 ++ BrO3– + 15H2O = 62 ++ Br– + 6H3O +

42 ++ BrCH (COOH) 2 + 3H3O + =

= 2CO2 + Br– + HCOOH + 4Ce3 ++ 9H2O

Қыздырған кезде реакция жылдамдығы артады, ал түс өзгеруі жылдамдайды.

Ескерту. Фенантролин - екі азот атомы бар гетероциклді қосылыс, оларда жалғыз электрон жұптары бар және үйлестіруге қабілетті. Темірмен күрделі қосылыстарда Оβ-фенантролин биденттік лиганд рөлін атқарады және күшті хелат типті комплекстер түзеді.

Қорытынды.

Белоусов-Жаботинский реакциясы бүгінге дейін әлемдік ғылымда лайықты орын алды. Жыл сайын әлемде сызықты емес химиялық жүйелердің динамикасына арналған бірнеше халықаралық конференциялар өткізіледі, ал «BZ-реакция» сөздері (аббревиатура: Белоусов-Жаботинский реакциялары) физика, химия, басқа да ондаған конференцияларда тыңдалады. және биология.

Белоусов-Жаботинский реакциясын зерттеу, менің ойымша, үлкен маңызға ие, өйткені ол ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында қолданыс тапты. Бұл реакция жүректің ауыр бұзылуын - аритмия мен фибрилляцияны зерттеу үшін үлгі ретінде пайдаланылады. Жақында бұл жүйедегі динамика жарықтың қарқындылығына байланысты болған кезде, осы реакцияның фотосезімтал модификациясымен эксперименттер басталды. Мұндай реакцияны кескіндерді сақтауға және өңдеуге арналған компьютер ретінде пайдалануға болатыны анықталды. Белоусов-Жаботинский реакциясының жарық сезгіш модификациясы компьютерді ауыстыруы мүмкін есептеу кешенінің прототипі бола алады.

Екінші жағынан, тербеліс химиялық реакциялар жансыз табиғатқа өзін-өзі ұйымдастырудың жарқын мысалы болып табылады және бұл мағынада тек жаратылыстану ғана емес, сонымен қатар философиялық мәні бар. Өзін-өзі ұйымдастыру теориясы деп аталатын жаратылыстану ғылымындағы іргелі өзгерістер негізінен Белоусовтың тотығу-тотықсыздану-химиялық реакциясын ашқан 1950-1960 жылдар тоғысында орыс ғалымдары берген алғашқы серпінмен байланысты. галактикалардың торнадоға, циклондарға және шағылыстыратын беттердегі жарықтың ойынына дейін қалыптасуы, бұл негізінен өзін-өзі ұйымдастыру процестері. Олар өте әртүрлі сипатта болуы мүмкін: химиялық, механикалық, оптикалық, электрлік және т.б.

Осылайша, ұлғайып келе жатқан үлес салмағы қолданбалы зерттеулермен, мысалы, ақпаратты өңдеудің баламалы құралдарын модельдеу саласында (атап айтқанда, объектінің жарықтығының градациясымен күрделі мозаикаларды талдау) алынады. Қолданбалы зерттеулердің тағы бір жаңа бағыты - VBZ жүйесінде немесе оған ұқсас полимерленудің ерекшеліктерін зерттеу.

Араласудың жоқтығында BZ жүйесімен көрінетін күрделі кеңістіктік-уақыттық ұйым уақыт өте келе табиғатта, биологиялық жүйелерде ұқсастықтарды тапты (мысалы: жасушалық зат алмасудың мерзімді процестері, жүрек тіндеріндегі және ми тіндеріндегі белсенділік толқындары, пайда болатын процестер. экологиялық емес жүйелер деңгейінде), оның жаңа саласы – синергетика (теория және өзін-өзі ұйымдастыру), сонымен қатар эксперименттік жұмыстар динамикалық жүйелердің қазіргі теориясын жасауға бастама болды. Қазіргі уақытта мұндай реакцияларда көп нәрсе анық болғанымен, тербелмелі химиялық процестердің себептері түсініксіз болып қала береді.

Қазіргі уақытта тербеліс реакцияларының кинетикасы химия, биология, медицина, физика және математиканың қиылысында пайда болған білімнің қарқынды дамып келе жатқан саласы болып табылады. Тірі материяның мұндай әдеттен тыс және бір қарағанда мүмкін емес қасиеттерімен танысу мен үшін өте қызықты болды. Бiрақ, өзiнiң маңыздылығы жөнiндегi ғажайып, әсерлi жаңалықты өзгелер ұзақ жылдар бойы қабылдамағаны, сол кездегi асқан ақыл-парасаттардың жай ғана ұғынбағанына таң қалдым. Бұл жаңалық өз жолымен жүріп, ақырында әлемдік ғылымда өзінің лайықты орнын алды. Асама, мұндай реакцияның мүмкіндігі біздің әлемде белгісіз және зерттелмеген нәрселердің көп екенін тағы бір рет дәлелдейді.

Қосымша.

Кейбір вибрациялық реакцияларға арналған рецепттер

1-рецепт:Соңғы концентрациялары бойынша келесі заттардың ерітінділерін дайындау қажет: малон қышқылы 0,2 М; натрий броматы 0,3 М; күкірт қышқылы 0,3 М; ферроин 0,005 М. Ферроинді екі валентті марганецпен немесе үш валентті церий сульфатымен ауыстыруға болады, бірақ түс қарқындылығы айтарлықтай әлсіз болады. Сұйық қабаттың қалыңдығы 0,5-1 мм болатындай етіп Петри табақшасына 5 мл жуық барлық компоненттер ерітіндісін құйыңыз. Тербелістер мен химиялық толқындарды 3-8 минуттан кейін байқауға болады (өтпелі кезең).

2-рецепт:Төмендегі ерітінділерді тегіс мөлдір кюветкаға қабаттап құйыңыз (1 мл):

- KBrO3(0,2 моль/л)

- малон қышқылы (0,3 моль/л)

- ферроин (0,003 моль/л)

- H2SO4(0,3 моль/л)

Кюветаны ақ қағаз парағына салыңыз. Реакция жылдамдығын сілті немесе қышқыл қосу арқылы өзгертуге болады.

3-рецепт:Қажетті шешімдер:

- лимон қышқылы (160 мл H2O-да 40 г)

- H2SO4(1:3).

Сондай-ақ топсалар:

- KBrO3(16 г)

- Ce2 (SO4) 3(3-3,5 г)

Лимон қышқылы ерітіндісін 40 ° -50 ° С дейін қыздырыңыз, содан кейін KBrO3 үлгісін құйыңыз. Стаканды парақ қағазға қойып, өлшенген Ce2 (SO4) 3 бөлігін және бірнеше мл H2SO4 қосыңыз. Түстердің кезектесуі бірден басталады: сары> түссіз> сары, 1-2 минуттық кезеңмен.

4-рецепт:Қажетті шешімдер:

- H2O2(50 мл 30%)

- KIO3(50 мл H2O ішінде 7,17 г)

- HClO4(30 мл сұйылтылған ерітінді)

- малон қышқылы (50 мл H2O-да 3 г) . Және өлшенген бөліктер:

- MnSO4(1 г) және аздап крахмал.

Барлығын бір стақанға (200-250 мл) құйыңыз, өлшенген бөліктерді қосыңыз, шыны таяқшамен араластырыңыз. Түс өзгерісі бар: түссіз> сары> көк.

Әдебиеттер тізімі.

1. Әлиев Р., Шнол С. E. «Тербелмелі химиялық реакциялар». Кинетика және катализ. 1998. No 3. Б.130-133.

2. Shnol S. E. Білім - Күш. 1994. № 3. С. 62-71.

3. Жаботинский А.М. Концентрациялық автотербелістер. Мәскеу: Наука, 1974 ж.

4. Гарел Д., Гарел О. Тербелмелі химиялық реакциялар / Пер. ағылшын тілінен М .:

5. Дубнищева Т.Я. Қазіргі жаратылыстану концепциясы. Новоси-

Бирск: ЮКЕА, 1997, 683 - 697 беттер.

6. Қазіргі ғылым концепциясы. Ред. В.Н.Лавриненко,

В.П.Ратникова, М .: UNITI-DANA, 1999, 78 - 87 б.

7. Вавилин Б.В.«Сұйық фазалық химиялық жүйелердегі өздігінен тербеліс».

Природа, 2000, № 5, 19–25 беттер.

Тербелмелі химиялық реакциялар

Бұл курстық жұмыста проблемалық тәжірибенің, тербелмелі химиялық реакциялардың ерекше жағдайын қарастырамын. Тербелмелі реакциялар – тотықсыздану қасиеті бар катализатордың қатысуымен органикалық заттардың тотығу реакцияларының тұтас класы. Бұл процесс циклді түрде жүреді, яғни ол бірнеше қайталаудан тұрады.

Тербелмелі химиялық реакцияларды 1951 жылы кеңес ғалымы Борис Петрович Белоусов ашып, ғылыми негіздеді. Б.П. Белоусов күкірт қышқылы ерітіндісіндегі натрий броматымен әрекеттескенде лимон қышқылының тотығуын зерттеді. Реакцияны күшейту үшін ерітіндіге церий тұзын қосты. Церий ауыспалы валенттілігі бар метал (3+ немесе 4+), сондықтан ол тотығу-тотықсыздану түрлендірулерінің катализаторы бола алады. Реакция CO 2 көпіршіктерінің бөлінуімен бірге жүреді, сондықтан бүкіл реакция қоспасы «қайнайтын» сияқты. Ал осы қайнау фонында Б.П.Белоусов таңғажайып нәрсені байқады: ерітіндінің түсі мезгіл-мезгіл өзгеріп отырады - ол не сары, не түссіз болды. Белоусов ерітіндіге темір (ферроин) бар фенантролин кешенін қосып, ерітіндінің түсі мезгіл-мезгіл күлгін-қызылдан көкке және керісінше өзгере бастады.

Атақты реакция осылай ашылды. Қазір оны бүкіл әлем біледі, оны «Белоусов-Жаботинский реакциясы» деп атайды. Бұл таңғажайып құбылысты түсіну үшін А.М.Жаботинский көп еңбек сіңірді. Содан бері көптеген ұқсас реакциялар табылды.

Тербелмелі реакциялардың ашылу тарихы.

И.П.Белоусов тербелмелі химиялық реакцияның ашылуын жасушадағы карбон қышқылдарының негізгі биохимиялық түрлену жүйесінің кейбір сатыларының қарапайым химиялық моделін жасауға әрекеттену кезінде жасады. Алайда оның ашылғаны туралы алғашқы хабарлама басылмады. Химиялық журналдың шолушысы мақалада сипатталған реакцияның негізгі мүмкіндігіне күмән келтірді. Тербеліс реакцияларының болуын 1910 жылы А.Лоткой периодтық процестердің математикалық теориясы негізінде болжағанымен, сол жылдардағы химиктердің көпшілігі таза химиялық тербеліс жоқ деп есептеді.

Зерттеу нәтижелерін жариялаудың екінші әрекетін ғалым 1957 жылы қолға алды, сол кезде пайда болған бельгиялық физик және физик-химигі И.Р.Пригожиннің еңбектеріне қарамастан, ол тағы да бас тартты. Бұл жұмыстарда тербеліс химиялық реакциялардың мүмкіндігі мен ықтималдығы көрсетілді.

Тек 1959 жылы Б.П.Белоусовтың периодты түрде әрекет ететін тербелмелі химиялық реакцияның ашылуы туралы қысқаша эссе «Солекция рефераттар туралы радиациялық медицина» басылымында жарияланды.

Әңгіме мынада: Б.П.Белоусов өзінің жаңалығын ашқан кезде реагенттер концентрациясының периодты өзгеруі термодинамика заңдарының бұзылуы болып көрінді. Шынында да, реакция қалай алға немесе кері бағытта жүруі мүмкін? Ыдыстағы молекулалардың бүкіл саны бір немесе басқа күйде болғанын елестету мүмкін емес (кейде барлығы «көк», содан кейін барлығы «қызыл» ...).

Реакцияның бағыты химиялық (термодинамикалық) потенциалмен анықталады – реакциялар жүйенің бос энергиясын азайту бағытында, ықтимал күйлер бағытында жүргізіледі. Бұл бағыттағы реакция аяқталған кезде оның потенциалы таусылғанын, термодинамикалық тепе-теңдікке қол жеткізілгенін және энергия шығынынсыз өздігінен процестің кері бағытта жүре алмайтынын білдіреді. Ал мұнда ... реакция бір бағытта, содан кейін басқа бағытта жүреді.

Алайда бұл реакцияда заң бұзушылық болған жоқ. Бастапқы реагенттер немесе дайын өнімдер емес, аралық өнімдердің концентрацияларында ауытқулар болды - мерзімді өзгерістер. Бұл реакцияда СО 2 лимон қышқылына айналмайды, бұл шын мәнінде мүмкін емес. Сарапшылар жүйе тепе-теңдіктен алыс болғанымен, онда көптеген тамаша нәрселер орын алуы мүмкін екенін ескермеді. Жүйенің бастапқы күйден соңғы күйге дейінгі егжей-тегжейлі траекториялары өте күрделі болуы мүмкін. Тек соңғы онжылдықтарда тепе-теңдіктен алыс жүйелердің термодинамикасы бұл мәселелермен айналыса бастады. Бұл жаңа ғылым жаңа ғылым – синергетиканың (өзін-өзі ұйымдастыру теориясы) негізі болды.

Белоусовтың реакциясын, жоғарыда атап өткендей, А.М.Жаботинский және оның әріптестері жан-жақты зерттеген. Олар лимон қышқылын малон қышқылымен алмастырды. Малон қышқылының тотығуы СО 2 көпіршіктерінің түзілуімен қатар жүрмейді, сондықтан ерітіндінің түсінің өзгеруін фотоэлектрлік құрылғылармен кедергісіз жазуға болады. Кейінірек ферроин церийсіз де бұл реакцияның катализаторы қызметін атқаратыны белгілі болды. Б.П.Белоусов алғашқы тәжірибелерінде оның реакциясының тағы бір тамаша қасиетін байқады: араластыру тоқтатылған кезде ерітіндідегі түс өзгерісі толқындар түрінде таралады. Химиялық тербелістердің ғарышта таралуы әсіресе 1970 жылы А.М.Жаботинский мен А.Н.Зайкин Петри табақшасына реакциялық қоспаның жұқа қабатын құйғанда айқын көрінді. Шыныаяқта оғаш пішіндер қалыптасады - концентрлік шеңберлер, спиральдар, шамамен 1 мм / мин жылдамдықпен таралатын «құйындылар». Химиялық толқындар бірқатар ерекше қасиеттерге ие. Сонымен, соқтығыс кезінде олар сөніп қалады және бір-бірінен өте алмайды.