Образование в России / История / Белоусов жаботинский реакция. Колебательная химическая реакция белоусова-жаботинского

Белоусов жаботинский реакция. Колебательная химическая реакция белоусова-жаботинского

19.10.2023

Реакция Белоусова - Жаботинского - класс химических реакций , протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования универсальных закономерностей нелинейных систем. В частности, именно в реакции Белоусова - Жаботинского наблюдался первый экспериментальный странный аттрактор в химических системах и была осуществлена экспериментальная проверка его теоретически предсказанных свойств.

История открытия колебательной реакции Б. П. Белоусовым, экспериментальное исследование её и многочисленных аналогов, изучение механизма, математическое моделирование, историческое значение приведены в коллективной монографии .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского. Колебательные реакции (ч1). Химия – Просто

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского в РЛ

✪ Реакция Белоусова -- Жаботинского

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского / Belousov–Zhabotinsky reaction

Субтитры

Всем привет, с вами Александр Иванов, и проект "Химия - Просто" Сегодня мы начинаем серию видео, в которых мы рассмотрим колебательные реакции В 1937 году, немецкий химик Ханс Кребс, открыл цикл окисления лимонной кислоты открытие важное за которое Кребс получил Нобелевскую химию Цикл Кребса - это ключевая реакция, лежащая в основе кислородного дыхания, энергоснабжения, и роста клетки В советском союзе, был такой ученый, который размышлял, можно ли получить более простой - в идеале - неорганический аналог сложного цикла Кребса? Это позволило бы промоделировать сложные процессы, протекающие в живой клетке, простой химической реакцией которую проще изучить и понять В 1951 году, Белоусов написал о такой химической реакции статью в журнал академии наук СССР. Но её завернули - рецензент завернул статью, категорически утверждая, что такая химическая реакция невозможна. Однако, наш химик не опустил руки, и продолжил исследования А в это время, наука не стояла на месте. Английский математик - Алан Тьюринг, предположил что сочетание химических реакций с процессами диффузии может объяснить целый класс биологических явлений Например, это может объсянить периодические полоски на шкуре тигра Советский физик и химик - Илья Романович Пригожин, в 1955 году пришел к выводу что в неравновесных термодинамических системах, к которым относятся и все биологические системы, возможны химические колебания. Ни Тьюринг, ни Пригожин, даже не подозревали, что обсуждаемый феномен уже открыт Просто статья на эту тему не опубликована Наконец, Белоусов отправляет новый вариант своей работы в другой научный журнал, однако статья снова возвращается с отказом в публикации. Рецензент предложил автору сократить её до пары страниц Такой наглости, Белоусов не выдержал и выбросил статью в мусорную корзину и навсегда прекратил общение с академическими журналами И только через 8 лет, о колебательной реакции была напечатана заметка в сборнике трудов радиационной медицины По Москве ходили слухи, что где-то есть стакан, в котором бьётся химическое сердце Это заинтересовало химика Симона Шнолля Он нашёл Бориса Павловича, и взял рецепт чудесной реакции А когда провел её, то был чрезвычайно удивлён Он поручил своему аспиранту - Анатолию Марковичу Жаботинскому детально исследовать колебательно-химический феномен Вскоре, в исследовании этой реакции, участвовали уже десятки людей - они публиковали сотни статей, получали кандидатские и докторские степени Белоусов в данной деятельности не участвовал ему было глубоко за 70, и он продолжал работать в своём институте, а потом до него добрались бюрократы и отправили его на пенсию. Оставшись без работы, Борис Павлович вскоре умер. Открытая им знаменитая химическая реакция, носящая сейчас имя Белоусова-Жаботинского, стала поворотным пунктом в современном мировоззрении. Сейчас, колебательная реакция входит в золотой фонд науки 20-го века Вскоре было открыто множество различных колебательных реакций, поэтому давайте похимичим, и сами проведём реакцию Белоусова-Жаботинского Чтобы её провести, приготовим 3 раствора. Их составы приведены на экране. Вместо двойного нитрата церия и аммония, в принципе подойдет эквивалентное количество любой другой соли церия (IV) Смешаем растворы А и B, и будем постоянно перемешивать через минуту, доливаем раствор С Как мы видим, раствор меняет свой цвет Но мы, на этом не остановимся, и усовершенствуем данную реакцию добавлением раствора ферроина. Его состав вы видите на экране. Наиболее полный механизм происходящего, можно описать набором 80 элементарных реакций Выглядят эти превращения, вот так Даже если вы химик, запоминать подробно это не стоит. Мы просто показываем масштаб трагедии, а точнее то, как такая красота происходит Так происходит смена цвета, если раствор постоянно перемешивается, а если мы остановим перемешивание или заполним данным раствором высокий, узкий сосуд, то выглядит это совсем космически А для тех кто не сдюжил, мы разберём происходящее в общих чертах. После того, как мы смешали растворы A и B, в стакане протекает несколько процессов. Их реакции вы видите на экране. Эти реакции конкурируют друг с другом. Жёлтая окраска раствора получается из-за выделяющегося брома. Какого цвета бром - вы можете посмотреть в видео про бром. Далее, бром реагирует с малоновой кислотой и жёлтая окраска исчезает Затем, протекает реакция окисления Церия, которая иницируется следующими реакциями Причём бромистая кислота неустойчива и разлагается образуя бромат ионы, которые ускоряют предыдущие реакции. Кстати, церий в данном процессе является катализатором Катализатор - это такое вещество, которое ускоряет реакцию, но не участвует в самой реакции. И если вот в этой реакции церий окислился, то в вот этой он возвращается в исходное состояние Видно, что концентрация ионов церий 3+ и церий 4+ постоянно колеблется. Здесь, мы должны вспомнить, что в стакан мы последним добавили раствор фероина, который может менять цвет в зависимости от величины окислительно-восстановительного потенциала который, в свою очередь, определяется соотношением концентраций ионов церия 4+ и церия 3+ в растворе Что такое окислительно-восстановительный потенциал, мы рассмотрим как-нибудь в другой раз. Если концентрация ионов церия 4+ увеличивается, то он всё больше окисляет железо в фероине, из 2-х валентного, в 3-х валентное Комплекс 2-х валентного железа имеет красный цвет, а комплекс 3-х валентного железа имеет синий цвет. Таким образом, при изменении соотношений концентраций различных ионов церия происходит изменение цвета раствора Колебания происходят из-за того, что процессы, протекающие в стакане, постоянно конкурируют друг с другом В какой-то момент становится больше брома, в какой-то бромат ионов, а в какой-то бромид ионов Цвет раствора зависит от того, концентрация какого из веществ больше в данный момент Выделющийся бром придаёт жёлтую окраску Когда брома мало, и много бромат ионов, раствор имеет синюю окраску Также, мы модифицировали эту реакцию, добавив в раствор фероина который тоже меняет свой цвет, в зависимости от концентрации ионов церий 4+ между синим и красным. Не следует, конечно, и забывать об окраске ионов церия. Если ионы церия 3+ бесцветны, то ионы церия 4+ окрашивают раствор в жёлтый цвет. А когда все эти цвета накладываются, то раствор может иметь все остальные цвета, которые вы видите. Естественно, у вас возникает вопрос - "А какое прктическое применение имеет данная реакция?" Ответ прост - а никакого! Максимум для чего может использоваться конкретно данная химическая реакция - это чисто в демонстративных целях Чуть позже, в других видео, мы рассмотрим другие подобные колебательные реакции, в том числе и такую которая имеет практическое применение А на этом всё - подписывайся, ставь палец вверх, не забывай поддерживать проект и обязательно рассказывай друзьям Пока!

История открытия

Механизм реакции

Модель Жаботинского - Корзухина

Первая модель реакции Белоусова - Жаботинского была получена в 1967 году Жаботинским и Корзухиным на основе подбора эмпирических соотношений, правильно описывающих колебания в системе . В её основе лежала знаменитая консервативная модель Лотки - Вольтерры .

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

здесь X 2 {\displaystyle X_{2}} = , C= 0 + 0 , X 1 {\displaystyle X_{1}} - концентрация автокатализатора, X 3 {\displaystyle X_{3}} = .

Брюсселятор

Простейшая модель, предложенная Пригожиным , которая имеет колебательную динамику.

Орегонатор

Механизм, предложенный Филдом и Нойесом , является одним из простейших и в то же время наиболее популярным в работах, исследующих поведение реакции Белоусова - Жаботинского:

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

Соответствующая система обыкновенных дифференциальных уравнений:

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

Эта модель демонстрирует простейшие колебания, похожие на экспериментально наблюдаемые, однако она не способна показывать более сложные типы колебаний, например сложнопериодические и хаотические.

Расширенный орегонатор

Модель Шоуалтера, Нойеса и Бар-Эли разрабатывалась для моделирования сложнопериодического и хаотического поведения реакции. Однако хаос получить в этой модели не удалось.

1	A + Y		X + P
2	X + Y	↔ {\displaystyle \leftrightarrow }	2 P
3	A + X	↔ {\displaystyle \leftrightarrow }	2 W
4	C + W	↔ {\displaystyle \leftrightarrow }	X + Z"
5	2 X	↔ {\displaystyle \leftrightarrow }	A + P
6	Z"	→ {\displaystyle \rightarrow }	g Y + C

где A {\displaystyle A} - BrO 3 − ; X {\displaystyle X} - HBrO 2 ; Y {\displaystyle Y} - Br − ; C {\displaystyle C} - Ce 3+ ; Z {\displaystyle Z} " - Ce 4+ ; W {\displaystyle W} - BrO 2 ; P {\displaystyle P} - HOBr.

В науку химию влюбляются в детстве, как в роковую женщину. Влюбляются или из-за красоты разноцветных превращений вещества или из-за эффектности взрыва самодельно произведенной взрывчатки. Я хочу рассказать историю о великих химиках и об их замечательном открытии. В этой истории все тоже начинается со взрывчатки, а заканчивается удивляющей глаз и ум красотой.

Итак, в 1905 году 12-летний москвич Борис Белоусов вместе со своими старшими братьями попал в тюрьму за производство взрывчатки. Взрывчаткой этой начиняли гранаты, которые использовали боевики и дружинники на восставшей Пресне. По нынешним временам этот практикум по химии назвали бы подготовкой к террористическим актам. Ребята производили небезопасные (во всех смыслах) опыты на чердаке большого дома, в котором проживала семья Белоусовых. Семейство было не из бедных. Отец работал банковским служащим.

В деле участвовали четверо из пяти братьев Белоусовых. Старший, семнадцатилетний Александр, который, собственно, и «спропагандировал» братьев на революционную деятельность, сумел скрыться от полиции. Шестнадцатилетний Сергей проявил героизм: при аресте он назвался чужим именем. Товарищ, которого он таким образом прикрыл от ареста, был более нужен революционному делу, чем мальчишка, пошедший за него по этапу и погибший в конце концов в Сибири. Несовершеннолетних Владимира и Бориса Белоусовых тоже должны были выслать в Сибирь. Но жандармы предложили матери юных революционеров более легкий выбор: эмигрировать. Семья выехала в Швейцарию.

В советское время легенду о том, что Борис Белоусов, живя в русской эмигрантской колонии в Цюрихе, играл в шахматы с самим Лениным, произносили бы с придыханием. В наше непочтительное к вождям время всплывают другие детали. Б.Белоусов вспоминал, что Ленин играл азартно и, желая победить, не брезговал психологическим прессингом: ругал противника на чем свет стоит. Ну, как тут не вспомнить рассказ знаменитого гроссмейстера О.Бендера!

Вы знаете, Ласкер дошел до пошлых вещей, с ним стало невозможно играть. Он обкуривает своих противников сигарами. И нарочно курит дешевые, чтобы дым противней был. Шахматный мир в беспокойстве.

Впрочем, Борис Павлович Белоусов (1893 - 1970) на этом свою революционную деятельность закончил. В большевистскую партию он не вступил ни до 1917 года, ни после. А поступил он в знаменитый Цюрихский политехнический институт, который и закончил в 1914 году.

Занятия в Цюрихском политехе были бесплатными, но вот за диплом надо было платить. За отстутствием денег Борис Белоусов диплом выкупать не стал и в 1914 году возвратился в Россию со справкой о прослушанных курсах.

Когда началась Первая мировая война, в действующую армию юношу не взяли из-за невероятной худобы. И он поступил на работу по специальности, в химическую лабораторию металлургического завода Гужона в Москве у Рогожской заставы. В советское время этот завод переименовали в «Серп и молот», так он называется до сих пор.

Химическая лаборатория завода Гужона находилась под патронажем известного русского химика Владимира Николаевича Ипатьева (1867 — 1952) , которого по широте интересов и гениальности сравнивали с Д.И.Менделеевым. Но в России его имя почти неизвестно. Почему? Да потому что в 1930 году, будучи за границей и узнав о начавшемся процессе Промпартии, он счел за лучшее на Родину не возвращаться. Вполне резонно Ипатьев полагал, что пролетарская власть решила, наконец, разобраться со «спецами». В этой разборке ему, бывшему царскому генералу, пусть даже и академику, пусть даже и названному Лениным «главой нашей химической промышленности», светило только одно: высшая мера пролетарской защиты. В.Н.Ипатьев уехал в Чикаго, где начал преподавать в местном университете. Он занялся нефтехимией, и фактически основал эту отрасль в США.

Почему в годы Первой мировой войны В.Н.Ипатьеву присвоили звание генерал-лейтенанта царской армии? Потому что он занимал должность председателя Химического комитета при Главном Артиллерийском Управлении и руководил производством боеприпасов и химического оружия. К этому делу Ипатье подключил способного юношу из лаборатории на заводе Гужона. С тех пор долгие годы Б.П.Белоусов занимался «закрытой» тематикой. Его работы по совершенствованию противогазов и созданию газовых анализаторов широкой публике не известны. А еще с 1933 года он был преподавателем в военно-химической академии Красной Армии. Чудо это или нет - но Б.Белоусов уцелел в лихие годы, когда старательные карательные «органы» выкосили практически всех военных от майора и выше. Более того, в 1938 году он ушел в отставку в звании генерал-майора. После Великой Отечественной войны Белоусов работал заведующим лабораторией в секретном медицинском институте, занимаясь токсикологией и изыскивая средства для борьбы с лучевой болезнью.

Именно здесь Борис Павлович столкнулся с чудесами советской бюрократии. Отдел кадров вдруг обнаружил, что у заведующего лабораторией нет диплома о высшем образовании. Уволить Белоусова не решились, но перевели на должность старшего лаборанта. Естественно, не освободив от обязанностей завлаба. Впрочем, директор института был на стороне Бориса Павловича. Он написал докладную на имя Сталина, и вождь наложил резолюцию: пока Белоусов занимает должность заведующего, платить ему, как заведующему лабораторией и доктору наук.

Главное открытие, принесшее ему мировую известность, Б.П.Белоусов совершил в 58 лет. Случай в науке редкий. До пенсии недалеко, какие уж тут открытия?

К этому времени в биохимии были открыты так называемые колебательные реакции. Схематически эти реакции выглядят так. В одном сосуде одновременно происходят как минимум две реакции. Причем продукты первой реакции являются исходными реагентами для второй. В свою очередь, продукты второй реакции являются исходными реагентами для первой. Что при этом должно происходить? В начале скорость первой реакции будет велика, но с течением времени ее ход замедлится, поскольку уменьшится концентрация исходных реагентов. В то же время начнет возрастать скорость второй реакции - ведь количество ее исходных реагентов, продуктов первой реакции, возросло. По мере хода второй реакции ее исходные реагенты исчерпаются, реакция замедлится, зато теперь снова ускорится первая реакция - ведь у нее снова появились исходные реагенты. И так далее до бесконечности. Концентрация реагентов все время будет колебаться - то возрастать, то убывать. Потому и реакции назвали колебательными.

Борис Павлович придумал такую же колебательную реакцию, но протекающую с неорганическими веществами. Подобную реакцию было проще осуществить и проще изучить. Выглядела же она просто волшебно, особенно, если проводить реакцию в тонком слое жидкости, например в чашке Петри. По поверхности при этом бегут волны изменения концентрации, образуя причудливые, все время изменяющиеся узоры. Завораживающе красивое зрелище!

Однако, на статьи, которые в 1951, а после этого в 1955 году Борис Павлович послал в солидные химические журналы рецензенты дали один ответ: «Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда!»

Человек более молодой и менее потрепаный жизнью, вероятно, мог бы возразить рецензенту. Составить акт о том, что описываемое в статье явление имеет место. Наконец, приехать в редакцию с колбами и реактивами, чтобы продемонстрировать все неверам-рецензентам. Но генерал Белоусов почел ниже своего достоинства доказывать, что он не верблюд. Хотя работу над своим открытием продолжал.

Неизвестно бы чем это закончилось, если бы об удивительном открытии Б.П.Белоусова не узнал профессор С.Э.Шноль. Узнав, он принялся искать первооткрывателя, что было делом совсем не простым - ведь Белоусов работал в «закрытом» институте, а попытка публикации в общедоступном научном журнале, как мы видели, завершилась неудачей. Но, наконец, С.Э.Шноль нашел Б.П.Белоусова, получил от него листок бумаги с рецептом: как осуществить реакцию.

Поскольку Б.П.Белоусов отказался от сотрудничества, сказав С.Э.Шнолю потрясающую фразу: «Я не могу и не хочу заводить новых друзей. Мои друзья погибли или умерли» , профессор «натравил» на проблему колебательных реакций прекрасного физика и математика Анатолия Марковича Жаботинского (1938 — 2008) . А.М.Жаботинский с сотрудниками разработал математическую модель химических процессов, происходящих в ходе реакции Б.П.Белоусова, физические приборы для регистрации этих процессов и даже применил компьютеры для обработки результатов и вычисления кинетических коэффициентов реакции. Сейчас кажется: «А как же иначе?». Но в те годы компьютеры назывались еще «электронно-вычислительными машинами» и выглядели соответственно. Стальные шкафы, размещенные в немаленькой комнате с кондиционерами и фальшполами, под которыми тянулись километры электрических кабелей. Информация вводилась с перфокарт или с перфолент, а выводилась на длинные бумажные «простыни» распечаток. Воистину, интеллектуальные паровые машины! При этом машины коллективного пользования. Так что применение компьютеров для моделирования сложной химической реакции тоже было новинкой.

В 1964 году вышла статья А.М.Жаботинского, в которой подводились итоги выполненных исследований. Важность этой статьи была еще в том, что она закрепляла приоритет советской науки в области колебательных химических реакций. Буквально через год эта тема стала очень модной и число статей на эту тему начало исчисляться сотнями. Реакция Белоусова - Жаботинского стала всемирно известной. По-английски ее называют BZ реакцией.

В принципе открытие колебательных реакций вполне было достойно Нобелевской премии. Но, как говорят, «карта легла по другому». Определенной компенсацией можно считать то, что в 1980 году нескольким ученым - физикам и химикам была вручена Ленинская премия. Борис Павлович Белоусов был награжден посмертно.

Полезные ссылки:

Замечательная

Химия большинству из нас кажется ну очень скучной наукой. Это как вычисления, но только вместо цифр - буквы. Нужно быть уникальным психом, чтобы приходить в восторг от решения математических задач с алфавитом. Но введите в строку поиска YouTube слово «химия», и вы увидите поистине удивительные вещи, которые, вне всякого сомнения, взбудоражат ваш мозг.

7. Гипнотизирующая бромноватая кислота

Ваш дилер уехал из города, и вы скучаете без своей ежедневной дозы ЛСД? Не беда. Все, что вам нужно - это два простых вещества и чашка Петри для того, чтобы своими руками создать не виртуальную, а реальную лавовую лампу. Шутка, а то сейчас набегут, закроют сайт…

Согласно науке, реакция Белоусова-Жаботинского - это «колебательная химическая реакция», в ходе которой «ионы металлов переходной группы катализируют окисление различных, обычно органических, восстановителей бромноватой кислотой в кислой водной среде», что позволяет «наблюдать невооруженным глазом образование сложных пространственно-временных структур». Это научное объяснение гипнотического явления, которое происходит, если бросить немного брома в кислотный раствор.

Кислота превращает бром в химическое вещество под названием бромид (который приобретает совершенно другой оттенок), в свою очередь, бромид быстро превращается обратно в бром, потому что научные эльфы, живущие внутри него - чересчур упрямые засранцы. Реакция повторяется снова и снова, позволяя вам бесконечно наблюдать за движением невероятных волнообразных структур.

6. Прозрачные химические вещества мгновенно становятся черными

Вопрос: что произойдет, если смешать сульфит натрия, лимонную кислоту и натрия йодид? Правильный ответ внизу:

Когда вы смешиваете вышеупомянутые ингредиенты в определенных пропорциях, в конечном счете получается капризная жидкость, которая поначалу имеет прозрачный цвет, а после резко становится черной. Этот эксперимент называется «Йодные часы». Попросту говоря, данная реакция происходит тогда, когда специфические компоненты соединяются таким образом, чтобы их концентрация постепенно менялась. Если она достигает определенного порога - жидкость приобретает черный цвет.
Но это еще не все. За счет изменения пропорции ингредиентов у вас есть возможность получить обратную реакцию:

Кроме того, при помощи различных веществ и формул (например, как вариант - реакция Бриггса-Раушера) вы можете создать шизофреническую смесь, которая постоянно будет менять свой цвет с желтого на голубой.

5. Создание плазмы в микроволновке

Вы хотите затеять с вашим другом что-нибудь интересное, но у вас нет доступа к куче непонятных химических веществ или элементарных знаний, необходимых для того, чтобы смешать их безопасно? Не отчаиваетесь! Все, что вам понадобится для проведения данного эксперимента - это виноград, нож, стакан и микроволновка. И так, возьмите виноградинку и разрежьте ее напополам. Один из кусочков снова разделите ножом на две части так, чтобы эти четвертинки остались связанными кожурой. Поместите их в микроволновку и накройте перевернутым стаканом, включите печь. Затем сделайте шаг назад и наблюдайте за тем, как инопланетяне похищают разрезанную ягодку.

На самом деле, то, что происходит на ваших глазах - это один из способов создания очень незначительного количества плазмы. Еще со школы вы знаете, что существует три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Плазма, по сути, является четвертым типом и представляет собой ионизированный газ, полученный в результате перегревания обычного газа. Виноградный сок, оказывается, богат ионами, и поэтому является одним из самых лучших и доступных средств для проведения простых научных экспериментов.

Тем не менее, будьте осторожны, пытаясь создать плазму в микроволновке, поскольку озон, который образуется внутри стакана, в больших количествах может быть токсичным!

4. Ламинарное течение

Если вы смешаете кофе с молоком, у вас получится жидкость, которую вы вряд ли когда-нибудь снова сможете разделить на составные компоненты. И это касается всех веществ, находящихся в жидком состоянии, верно? Верно. Но есть такое понятие, как ламинарное течение. Чтобы увидеть это волшебство в действии, достаточно поместить несколько капель разноцветных красителей в прозрачный сосуд с кукурузным сиропом и аккуратно все перемешать…

… а затем снова перемешать в том же темпе, но только теперь в обратном направлении.

Ламинарное течение может происходить в любых условиях и с использованием различных типов жидкостей, однако в данном случае такое необычное явление обусловлено вязкими свойствами кукурузного сиропа, который при смешивании с красителями образует разноцветные слои. Так что, если вы так же аккуратно и не спеша выполните действие в обратном направлении, все вернется на прежние места. Похоже на путешествие во времени!

3. Зажигание потухшей свечи через дымный след

Этот трюк вы можете попытаться повторить в домашних условиях без риска взрыва гостиной или же всего дома. Зажгите свечу. Задуйте ее и сразу же поднесите огонь к дымному следу. Поздравляем: у вас получилось, теперь вы настоящий мастер огня.

Оказывается, между огнем и свечным воском существует некая любовь. И это чувство намного сильнее, чем вы думаете. Неважно, в каком состоянии находится воск - жидком, твердом, газообразном - огонь все равно его найдет, настигнет и сожжет ко всем чертям.

2. Кристаллы, которые светятся во время дробления

Перед вами химическое вещество под названием европий-тетракис, демонстрирующее эффект триболюминесценции. Впрочем, лучше раз увидеть, чем сто раз прочитать.

Данный эффект возникает при разрушении кристаллических тел благодаря преобразованию кинетической энергии непосредственно в свет.

Если вы хотите все это увидеть собственными глазами, но под рукой у вас нет европия-тетракиса, не беда: подойдет даже самый обычный сахар. Просто сядьте в темной комнате, положите в блендер несколько кубиков сахара и наслаждайтесь красотой фейерверка.

Еще в XVIII веке, когда многие люди думали, что научные явления вызывают призраки или ведьмы или призраки ведьм, ученые использовали этот эффект, чтобы подшутить над «простыми смертными», разжевывая в темноте сахар и смеясь над теми, кто бежал от них как от огня.

1. Адское чудовище, появляющееся из вулкана

Тиоцианат ртути (II) - на вид невинный белый порошок, но стоит его поджечь, как он тут же превращается в мифическое чудовище, готовое поглотить вас и весь мир целиком.

Вторая реакция, изображенная ниже, вызвана сгоранием дихромата аммония, в результате которого образуется миниатюрный вулкан.

Ну а что будет, если смешать два вышеупомянутых химических вещества и поджечь их? Смотрите сами.

Однако не пытайтесь повторить эти эксперименты дома, поскольку и тиоцианат ртути (II), и дихромат аммония являются очень токсичными и при сгорании могут нанести серьезный вред вашему здоровью. Берегите себя!

Он знал, как они друг к друг относятся, как враждуют и дружат, как соединяются и разъединяются. Он понимал их устремления и способности, красоту и темперамент. Звали этого человека Борис Павлович Белоусов. Судьба ему выпала такая, что никакой писатель-фантаст не смог бы выдумать.

В 12 лет Борис стал революционером. Вместе со своими старшими братьями он изготавливал бомбы для участников восстания 1905 года. Братьев Белоусовых арестовали и приговорили к ссылке или эмиграции. Семья вынуждена была эмигрировать. Она обосновалась в Швейцарии. Цюрихскую квартиру Белоусовых посещали многие видные русские революционеры, включая Ульянова-Ленина, с которым Борис играл в шахматы. В Цюрихском университете молодой человек прослушал полный курс химии и познакомился с Альбертом Эйнштейном. Диплома Белоусов не получил, потому что за него нужно было заплатить слишком много денег. Семья такой суммой не располагала.

Вернуться в Россию Борису удалось только в 1914 году. Он стал работать вместе со знаменитым химиком - академиком В. Н. Ипатьевым в области военной химии. Есть химики, которые разрабатывают боевые отравляющие вещества. Отдел, где работал Борис, занимался не ядами, а противоядиями. Молодой учёный был в числе тех, кто создавал противогазы и противорадиационные лекарства. А кому из вас не прижигали ссадины «зелёнкой», или бриллиантовой зеленью? Так вот, промышленный выпуск этого препарата наладили в конце 1930-х годов благодаря исследованиям молодого учёного Белоусова.

Борис Павлович много лет преподавал химию. Сначала в военно-химической школе, потом в Академии химической защиты и даже дослужился до звания генерал-майора. Во время Второй мировой войны Белоусов работал начальником отдела в одном из научных институтов.

После войны для учёного наступили трудные времена. Пришли к нему чиновники-бюрократы и потребовали показать диплом о высшем образовании. Но профессор и генерал Белоусов в своё время, как вы знаете, не смог выкупить заслуженный диплом Цюрихского университета. Бюрократы заявили, что без диплома учёный не может занимать должности выше старшего лаборанта.

Белоусов перешёл на зарплату старшего лаборанта, оставаясь при этом начальником отдела, - других учёных с такой высокой квалификацией в институте не было, хотя химиков с дипломами - сколько угодно. В конце концов, руководство института добилось письменного разрешения Сталина на возвращение учёному прежней зарплаты.

Но деньги Белоусова волновали мало - он был слишком занят своими химическими реакциями. В ходе многолетних поисков лекарств, которые могут спасти клетку от радиации, химик-виртуоз наткнулся на следы терра инкогнита - «неизвестной земли» в мире химических реакций.

Дело в том, что многие биологические процессы цикличны: сердце ритмично бьётся, лёгкие равномерно дышат. Даже полоски на шкуре тигра и жирафа отражают периодические процессы, протекающие под кожей. В популяциях рысей и зайцев охотники тоже заметили колебания: звериного поголовья становится то больше, то меньше. Математики даже составили уравнения для этих периодических изменений числа хищников и травоядных.

В основе биологических процессов, носящих периодический характер, лежат химические превращения. Но вот что странно: ни одной периодической или колебательной реакции в химии до середины ХХ века не было открыто. Поиск периодической химической реакции выглядел в то время как издевательство над законами термодинамики, ведь уголь сгорает и железо ржавеет необратимо. Казалось, невозможно представить себе химическую реакцию, которая периодически меняет своё направление.

Но Белоусов понимал, что в мире химических взаимодействий должна найтись неизвестная, неисследованная область - основа циклических процессов в клетках живых организмов. Знания, опыт и интуиция подсказывали Белоусову, где нужно искать периодические реакции.

В 1937 году немецкий химик Ганс Кребс открыл цикл окисления лимонной кислоты. Открытие важное - недаром Кребс получил за него Нобелевскую премию. Цикл Кребса - ключевая реакция, лежащая в основе кислородного дыхания, энергоснабжения и роста клетки.

Белоусов напряжённо размышлял: можно ли получить более простой, в идеале - неорганический, аналог сложного цикла Кребса? Это позволило бы промоделировать сложные процессы, протекающие в живой клетке простой химической реакцией, которую легче изучить и понять.

Что будет, если воздействовать на лимонную кислоту раствором бертолетовой соли и добавить в раствор ещё соли церия ? Но ведь нужен окислитель, притом такой, который действует в присутствии катализатора...

Химик-виртуоз досконально продумал будущую реакцию, сопоставил окислительный потенциал бертолетовой соли с валентностью ионов железа и церия. В трёхвалентном состоянии ионы церия бесцветны, а в четырёхвалентном - жёлтые. Это означает, что изменение валентности можно будет наблюдать своими глазами. Распад лимонной кислоты будет виден по выделению углекислого газа.

Прежде чем химик начал сливать растворы вместе, он проделал немало расчётов, сопоставлений и прикидок. Действовать вслепую - значит, зря терять время. Нужна хорошо продуманная гипотеза, которую потом можно проверить и в пробирке.

Много вариантов реакций перебрал Белоусов, провёл сотни опытов и нашёл-таки свою «терра инкогнита»!

Маршрут, вернее рецепт, таков. Если соединить в одной колбе в нужных пропорциях раствор серной кислоты, бромат и бромид натрия, лимонную кислоту, сульфат церия и краску фенантролин, то возникает чудо. Раствор начинает менять цвет с голубого до оранжевого и обратно с периодом колебания от долей секунды до десятков минут. А в плоской посуде по мелкому слою раствора поползут волны разного цвета. После нескольких десятков колебаний нужно подлить свежие растворы, чтобы поддержать химическую реакцию, - совершенно так же, как нужно питать живой организм.

Периодическая реакция, открытая Борисом Павловичем Белоусовым, в каком-то смысле простой аналог жизни - неравновесная химическая пульсация, похожая на сердцебиение.

В лабораторию Белоусова, где «тикали» жидкие химические часы или, если угодно, билось «химическое сердце», потянулись друзья и сотрудники.

Белоусов сел писать статью о своём открытии. Печатных трудов и патентов у химика было много, но в академических журналах он не публиковался и с нравами тамошних рецензентов знаком не был. Увы, рецензенты научных журналов не были виртуозами. Это неформальное звание редко кому удаётся заслужить.

В 1951 году статья Белоусова об открытии удивительной реакции попала в журнал Академии наук СССР. И быстро вернулась с отказом в публикации. Рецензент завернул статью, категорически утверждая, что такая химическая реакция невозможна.

Обычно немногословный Белоусов с горечью заметил, что нынешние учёные утратили уважение к фактам. Видимо, рецензент забыл про высказывание знаменитого естествоиспытателя, создателя микроскопа Антони ван Левенгука: «Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт».

Борис Павлович взялся за дальнейшее исследование новой реакции. Пять лет он проводил измерения и анализы. В это время наука не стояла на месте. В 1952 году английский математик Алан Тьюринг высказал предположение о том, что сочетание химических реакций с процессами диффузии может объяснить целый класс биологических явлений, в частности периодические полоски на шкуре тигра. Русский физик и химик Илья Романович Пригожин в 1955 году пришёл к выводу, что в неравновесных термодинамических системах, к которым относятся и все биологические системы, возможны химические колебания.

Ни Тьюринг, ни Пригожин даже не подозревали, что обсуждаемый ими феномен уже открыт, просто статья на эту тему не опубликована.

Наконец, Белоусов отправляет новый вариант своей работы в другой научный журнал. Статья снова возвращается с отказом в публикации! Рецензент предложил автору сократить её до пары страниц. Такой наглости Белоусов не выдержал - он выбросил статью в мусорную корзину и навсегда прекратил общение с академическими журналами.

Племянник Белоусова, уже ставший студентом-химиком, предлагал дяде принести колбу в редакцию - пусть сами увидят химические часы в действии! Генерал Белоусов сердито отказался: «Что я им - клоун?»

Прошло восемь лет после открытия колебательной реакции - но по-прежнему о ней никто, кроме сотрудников и друзей Белоусова, не знал. Правда, по Москве поползли слухи о необычном стакане, в котором бьётся цветное «химическое сердце». Химик из Московского университета Симон Шноль, услышав об этой реакции, загорелся и стал искать её открывателя - но безуспешно. У Шноля даже вошло в привычку, выступая на научных семинарах, расспрашивать присутствующих химиков о неизвестном авторе колебательной реакции.

Осенью 1958 года после очередного семинара к Шнолю подошёл студент и сказал, что эту реакцию открыл его двоюродный дед - Борис Павлович Белоусов. Шноль взял номер телефона Белоусова у студента и позвонил химику.

Борис Павлович был сух, от встречи отказался, но рецепт реакции продиктовал. Симон Шноль рецептуру полностью выдержать не смог, ярких цветов не достиг, но всё-таки получил колебания желтоватого цвета и был восхищён ими. В лабораторию Шноля любопытные сотрудники устроили паломничество, и вскоре весть о чудесной реакции разнеслась по Москве.

Шноль был обеспокоен: любая печатная работа, посвящённая циклической реакции, представлялась ему неэтичной, потому что не было возможности сослаться на печатную работу автора открытия.

Симон Эльевич снова позвонил Белоусову, долго уговаривал его и вскоре получил сборник трудов радиационной медицины, в котором Борис Павлович опубликовал краткое описание колебательной реакции. Никаких рецензентов у сборника не было, зато его составители отлично знали и глубоко уважали Белоусова и молниеносно опубликовали его краткую заметку.

Трёхстраничная заметка 1959 года стала единственной печатной работой Белоусова об открытой им циклической реакции. Но этот маленький камушек вызвал лавину. Шноль поручил своему аспиранту Анатолию Марковичу Жаботинскому детально исследовать колебательный химический феномен. Вскоре в изучении этой реакции участвовали уже десятки людей. Они публиковали сотни статей, получали кандидатские и докторские степени. Белоусов в этой деятельности не участвовал. Ему было глубоко за семьдесят, и он продолжал работать в своём институте. А потом какой-то бюрократ все-таки добрался до химика-виртуоза и отправил его на пенсию. Оставшись без работы, Борис Павлович вскоре умер.

Открытая им знаменитая химическая реакция, носящая сейчас имя Белоусова-Жаботинского, оказалась поворотным пунктом в современном мировоззрении, основанном на понятиях самоорганизации, открытых систем, колебательных реакций и структурообразующих неустойчивостей. Думается, эта работа заслуживала Нобелевской премии. Но лишь спустя десять лет после кончины Бориса Павловича Белоусова ему посмертно была присуждена Ленинская премия.

И всё же химик-виртуоз получил нечто гораздо большее, чем медаль и денежная награда, - ни с чем не сравнимое наслаждение нового открытия.

Что важнее - открыть Америку или получить за это награду? Возможно, кто-нибудь и задумается над ответом, но только не такой человек, как Борис Павлович Белоусов, химик-виртуоз и счастливый первооткрыватель периодической реакции поразительной красоты и важности. Сейчас она вошла в золотой фонд науки ХХ века.

Катализаторы - вещества, ускоряющие химическую реакцию. Сам катализатор не расходуется в ходе реакции.

Энзимы (ферменты) - обычно белковые молекулы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах.

«Терра инкогнита» (в переводе с латинского «неизвестная земля») - так на географических картах XVII-XIX веков обозначались ещё не исследованные территории.

Церий - серебристый металл из группы лантанидов, редкоземельных элементов.

Диффузия - процесс переноса вещества (газа, жидкости и т. д.) из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Реакция Белоусова - Жаботинского

Изменение цвета реакционной смеси в реакции Белоусова - Жаботинского с ферроином

Реакция Белоусова-Жаботинского - класс химических реакций , протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

В настоящее время под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по механизму, но различающихся используемыми катализаторами (Ce 3+ , Mn 2+ и комплексы Fe 2+ , Ru 2+), органическими восстановителями (малоновая кислота , броммалоновая кислота , лимонная кислота , яблочная кислота и др.) и окислителями (броматы, иодаты и др.). При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования универсальных закономерностей нелинейных систем. В частности, именно в реакции Белоусова - Жаботинского наблюдался первый экспериментальный странный аттрактор в химических системах и была осуществлена экспериментальная проверка его теоретически предсказанных свойств.

История открытия колебательной реакции Белоусовым Б.П , экспериментальное исследование ее и многочисленных аналогов, изучение механизма, математическое моделирование, историческое значение приведены в коллективной монографии .

История открытия

Некоторые конфигурации, возникающие при реакции Белоусова - Жаботинского в тонком слое в чашке Петри

Механизм реакции

Жаботинский предложил первый механизм реакции и простую математическую модель , которая была способна демонстрировать колебательное поведение. В дальнейшем механизм был расширен и уточнён, экспериментально наблюдаемые динамические режимы, включая хаотические, были теоретически рассчитаны и показано их соответствие эксперименту. Полный список элементарных стадий реакции очень сложен и составляет почти сотню реакций с десятками веществ и интермедиатов . До сих пор подробный механизм неизвестен, особенно константы скоростей реакций.

Значение открытия реакции

Реакция Белоусова - Жаботинского стала одной из самых известных в науке химических реакций, её исследованиями занимаются множество учёных и групп различных научных дисциплин и направлений во всём мире: математике , химии , физике , биологии . Обнаружены ее многочисленные аналоги в разных химических системах (см., например, твердофазный аналог - самораспространяющийся высокотемпературный синтез). Опубликованы тысячи статей и книг, защищено множество кандидатских и докторских диссертаций. Открытие реакции фактически дало толчок к развитию таких разделов современной науки , как синергетика , теория динамических систем и детерминированного хаоса .

См. также

Примечания

Ссылки

Из истории открытия и изучения автоколебательных процессов в химических системах: к 50-летию открытия реакции Белоусова - Жаботинского
Б. П. Белоусов и его колебательная реакция , журнал «Знание - сила»
Реакционные схемы Белоусова Жаботинского и Бриггса Раушера , дифференциальные уравнения
В. А. Вавилин. Автоколебания в жидкофазных химических системах
А. А. Печенкин. Мировоззренческое значение колебательных химических реакций
Колебания и бегущие волны в химических системах. Ред. Р.Филд и М. Бургер. М., «Мир», 1988 /Oscillations and traveling waves in chemical systems. Ed. by R.J.Field and M.Burger. 1985 by John Wiley and Sons, Inc. (Engl)/

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Реакция Белоусова - Жаботинского" в других словарях:

Изменение цвета реакционной смеси в реакции Белоусова Жаботинского с ферроином Реакция Белоусова Жаботинского класс химических реакций, протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентраци … Википедия

- («йодные часы») автоколебательная химическая реакция. При взаимодействии пероксида водорода, йодноватой кислоты, сульфата марганца (II), серной и малоновой кислот и крахмала возникает колебательная реакция с переходами бесцветный золотой синий.… … Википедия

Борис Павлович Белоусов Фото 1930 года Дата рождения: 7 (19) февраля 1893(1893 02 19) Место рождения: Москва Дата с … Википедия

Материалы по теме:

Карта сайта