Синергетика для инженеров. Никитенков Н.Н - 92 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

90
гомогенной фазе с участием столь же простых веществ.
3.3.3. Химические реакции в сочетании с диффузией.
Структуры Тьюринга.
В 1952 году А.М. Тьюринг теоретически установил, что в
первоначально однородной среде, в которой протекают химические
реакции с диффузией, может установиться периодическое в пространстве и
стационарное во времени распределение концентраций.
Реакция Белоусова-Жаботинского (БЖ) – первая из химических систем,
в которой экспериментально были обнаружены структуры Тьюринга еще в
конце 50-х гг. Причем они наблюдались при комнатной температуре в
очень простых экспериментальных условиях без использования
специального реактора, непрерывно снабжающего реакционный слой
новыми реагентами. Простейшие структуры Тьюринга представляют собой
горизонтальные, различным образом окрашенные слои реакционной
смеси, образующиеся в пробирке в процессе реакции БЖ. Но если система
замкнута, то слои со временем исчезают.
Более сложную картину получили в 90-е гг. в устройстве, состоящем из
двух плоских оптических стекол, разделенных тонкой (80-100 мкм)
тефлоновой прокладкой с внутренним диаметром 25 мм и внешним 50 мм.
Внутренняя область реактора (диаметром 25 мм) заполнена реакционной
аэрозольной микроэмульсией (АМ) так, что свободного места (пузырей
воздуха) нет (АМ – физическая среда, в которой могут диффундировать,
сталкиваться, сливаться и разделяться капельки воды нанометрового
диаметра). Оптические стекла слегка сжаты. За структурами в реакторе
наблюдают через стереомикроскоп, снабженный цифровой (CCD) камерой,
соединенной с компьютером. Освещение реактора производится через
интерференционный фильтр с длиной волны пропускания,
соответствующей максимуму поглощения используемого катализатора.
Типичные стационарные во времени структуры Тьюринга показаны на рис.
3.13, а-в. Они имеют форму пятен (а), пятен с полосами (б) и лабиринта (в).
Во всех случаях характерный пространственный размер структур Тью-
ринга около 0,2 мм. На рисунке 3.13, б показаны структуры, образующиеся
из набегающих триггерных волн, которые вначале, когда они вплотную
приближаются к зоне структур Тьюринга, как бы застывают и образуют
полосы, а затем медленно (минуты и десятки минут) разваливаются на
пятна. Так как эксперимент проводится в закрытом реакторе без
снабжения свежими реагентами, то все структуры живут ограниченное
время (несколько часов), а затем плавно исчезают. На рисунке 3.13г
приведены для сравнения структуры Тьюринга, полученные путем
компьютерного моделирования системы, аналогичной описанной.

Страницы