165883 (624889), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4[Fe(phen)3]3+ + BrCH(COOH)2 + 7H2O =
= 2CO2↑ + 5H3O+ + Br– + HCOOH + 4[Fe(phen)3]2+
Выделяющиеся бромид-ионы являются ингибиторами реакции окисления комплексов железа(II) бромат-ионами. Только когда концентрация комплексных ионов [Fe(phen)3]2+ становится достаточно высокой, ингибирующая активность бромид-ионов преодолевается, и раствор становится голубым за счет образования комплекса железа(III). Процесс повторяется снова и снова, поэтому и окраска раствора периодически изменяется из голубой в розовую, или наоборот. Изменение окраски начинается с появлением на розовом фоне голубых пятнышек, от которых во все стороны расходятся концентрические волны окраски. С течением времени скорость изменения окраски уменьшается и, в конце концов, процесс затухает. При этом на экране можно наблюдать появление “черных точек” проекций пузырьков выделяющегося диоксида углерода.
Диапазон окрасок можно расширить, если добавить в чашку Петри несколько кристаллов гексагидрата нитрата церия(III) Ce(NO3)3 . 6H2O. Тогда, помимо голубой и розовой окраски, можно наблюдать желтое (за счет образования соединений церия(IV)) или зеленое окрашивание (вследствие нало наложения желтого и голубого цвета):
6Ce3+ + BrO3– + 15H2O = 6[Ce(OH)2]2+ + Br– + 6H3O+
4[Ce(OH)2]2+ + BrCH(COOH)2 + 3H3O+ =
= 2CO2↑ + Br– + HCOOH + 4Ce3++ 9H2O
При нагревании скорость реакций возрастает, а смена окрасок убыстряется.
Примечание. Фенантролин представляет собой гетероциклическое соединение с двумя атомами азота, обладающими неподелёнными парами электронов и способными к координации. В комплексных соединениях с железом о-фенантролин играет роль бидентатного лиганда и образует прочные комплексы хелатного типа.
Заключение.
К настоящему времени реакция Белоусова–Жаботинского заняла достойное место в мировой науке. Каждый год в мире проводится по нескольку международных конференций по динамике нелинейных химических систем, а слова «BZ-reaction» (сокращение: реакции Белоусова-Жаботинского) звучат на десятках других конференций, посвященных проблемам физике, химии, биологии.
Изучение реакции Белоусова-Жаботинского, как я убедилась, имеет огромное значение, ведь она нашла применение в различных областях науки и техники. Эта реакция используется как модель для исследования грозного нарушения работы сердца – аритмии и фибрилляций. А в недавнее время были начаты эксперименты со светочувствительной модификацией этой реакции, когда динамика в этой системе зависит от интенсивности света. Оказалось, что такую реакцию можно использовать как вычислительную машину для хранения и обработки изображения. Светочувствительная модификация реакции Белоусова-Жаботинского может служить прототипом вычислительного комплекса, который возможно, придет на смену ЭВМ.
С другой стороны, колебательные химические реакции являются ярким примером самоорганизации в неживой природе, и в этом смысле имеется не только естественно-научное, но и философское значение. Фундаментальные изменения в естествознании, породившие так называемую теорию самоорганизации, обусловлены в значительной степени начальным импульсом, приданным ей российскими учеными на рубеже 1950–1960-х гг., когда Белоусов открыл окислительно-восстановительную химическую реакцию. При этом были обнаружены поразительные аналогии, оказалось, что многие природные явления, начиная от образования галактик до смерчей, циклонов и игры света на отражающих поверхностях, по сути дела, – процессы самоорганизации. Они могут иметь самую различную природу: химическую, механическую, оптическую, электрическую и др.
Так, все больший удельный вес приобретают исследования прикладной направленности, например, в области моделирования альтернативных средств обработки информации (в частности, анализ сложных мозаик с градацией яркости объектов). Еще одним новым направлением прикладных исследований является изучение особенностей полимеризации в БЖ-системе или сходных с ней.
Сложной пространственно-временной организации, проявляемой БЖ-системой в отсутствие перемешивания, со временем нашлись аналогии в природе, в биологических системах (например: периодические процессы клеточного метаболизма, волны активности в сердечной ткани и в тканях головного мозга, процессы, происходящие на уровне не экологических систем), в новой ее области – синергетики (теории самоорганизации), а также экспериментальные работы инициировали развитие современной теории динамических систем. Хотя в настоящее время многое в таких реакциях уже понятно, однако причины, вызывающие колебательные химические процессы, остаются до конца невыясненными.
В настоящее время кинетика колебательных реакций – бурно развивающаяся отрасль знаний, возникшая на стыке химии, биологии, медицины, физики, математики. Мне было очень интересно познакомиться со столь необычными и на первый взгляд невозможными свойствами живой материи. Но ещё больше меня поразило, что такое невероятное по своей значимости, впечатляющее открытие долгие годы не воспринималось другими, и просто не было понято великими умами того времени. Это открытие прошло свой тернистый путь, и, в конце концов, заняло достойное место в мировой науке. А сама возможность такой реакции ещё раз доказывает, что в нашем мире существует ещё очень много неизведанного и неизученного.
Приложение.
Рецепты некоторых колебательных реакций
Рецепт 1: Необходимо приготовить растворы перечисленных далее веществ из расчета их конечных концентраций: малоновая кислота 0,2 М; бромат натрия 0,3 М; серная кислота 0,3 М; ферроин 0,005 М. Ферроин можно заменить сульфатом двухвалентного марганца или трехвалентного церия, но при этом интенсивность окраски будет существенно слабее. Около 5 мл раствора всех компонентов нужно налить в чашку Петри так, чтобы толщина слоя жидкости была 0,5-1 мм. Через 3-8 мин (переходный период) можно наблюдать колебания и химические волны.
Рецепт 2: В плоскую прозрачную кювету слоями (1 мл) налить следующие растворы:
- KВrO3 (0,2 моль/л)
- малоновую кислоту (0,3 моль/л)
- ферроин (0,003 моль/л)
- H2SO4 (0,3 моль/л)
Кювету поставить на лист белой бумаги. Темп реакции можно изменить, добавляя щелочь или кислоту.
Рецепт 3: Необходимы растворы:
- лимонной кислоты (40 г в 160 мл H2O)
- H2SO4 (1:3).
А также навески:
- KBrO3 (16 г)
- Ce2(SO4)3 (3-3,5 г)
Раствор лимонной кислоты нагреть до 40°-50° С, затем высыпать навеску KВrO3. Стакан поставить на лист белой бумаги и внести навеску Ce2(SO4)3 и несколько мл H2SO4. Сразу начинает происходить чередование цветов: желтый > бесцветный > желтый, с периодом 1-2 мин.
Рецепт 4: Необходимы растворы:
- H2O2 (50 мл 30%)
- KIO3 (7,17 г в 50мл H2O)
- HСlO4 (30 мл разбавленного раствора)
- малоновая кислота (3 г в 50 мл H2O). И навески:
- MnSO4 (1г) и немного крахмала.
Все слить в один стакан (200-250 мл), добавить навески, размешать стеклянной палочкой. Происходит чередование цвета: бесцветный > жёлтый > голубой.
Список литературы.
-
Алиев Р. , Шноль С. Э. «Колебательные химические реакции». Кинетика и катализ. 1998. № 3. С. 130-133.
2. Шноль С. Э. Знание – Сила. 1994. № 3. С. 62-71.
3. Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания. М.: Наука, 1974.
4. Гарел Д., Гарел О. Колебательные химические реакции / Пер. с англ. М.:
Мир, 1986.
5. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания. Новоси-
бирск: ЮКЭА, 1997, С. 683 – 697.
6. Концепции современного естествознания. Под ред. В. Н. Лавриненко,
В. П. Ратникова, М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999, С. 78 - 87.
7. Вавилин Б.В. "Автоколебания в жидкофазных химических системах".
Природа, 2000, № 5, С. 19 – 25.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
