Колебания и бегущие полны в химических системах - Филд Р.
Скачать (прямая ссылка):
12.3.3. Отречение
Я назвал эти наблюдения «несостоятельными», ио все-таки описал их здесь (по возможности кратко), поскольку, к сожалению, их основной результат —привлечение внимания к трудностям н неясностям, неизбежно сопутствующим исследованиям такого рода.
Начнем с того, что эксперименты должны проводиться в условиях закрытого реактора, а не в открытом стационарном «хе-
мостате». По мере потребления малоновой кислоты и бромата, улетучивания углекислого газа и брома и поглощения кислорода смесь «стареет». Мера прохождения реакции пропорциональна числу имевших место переходов красное — синее. Области, запятые пейсмейкерами различных периодов, стареют, таким образом, с разной скоростью, создавая неоднородности по всем существенным параметрам. Скорость старения (локальный период) определяет также локальную температуру, так как каждая проходящая волна временно увеличивает температуру примерно иа 0,10C (использование охлаждаемой или хорошо проводящей тепло подставки уменьшает эту проблему). Из-за требований регистрирующей аппаратуры толщина слоя не может быть сделана очень малой: изменения оптической плотности должны быть достаточно большими, чтобы их восприняла видеокамера.
Может, когда-либо удастся преодолеть старение смеси с использованием техники тонких пленок — посредством постоянного обновления реагентов через полупроницаемую мембрану. Мои попытки поступать таким образом не удались из-за того, что мембрана закрывалась пузырьками газа, и, кроме того, она сама реагировала со смесью. Если только реагирующий слой действительно не является очень топким, то градиент параметров при этом неизбежен.
Газообмен и соответствующий химический градиент можно исключить, только если заключить систему между инертными твердыми поверхностями. Некоторые варианты составов смеси дают довольно мало пузырей, так что при этих условиях можно достаточно долго наблюдать волновые структуры, пе повышая давления в контейнере: я разработал несколько составов с ие-карбоксплпроваинымп субстратами, но все они дают хотя бы небольшой твердый илн маслянистый осадок. В работе [994] сообщается о препарате, дающем относительно мало пузырей, что, может быть, обеспечит лучшие условия для наблюдений.
12.3.4. Выводы
Очевидные недостатки описанной процедуры, усиленные, к сожалению, искажением даных в сжатых по времени записи н воспроизведении, ограничивают количественную ценность полученных результатов. При этом, однако, я делаю следующие качественные выводи:
1. Даже после отфнльтровывания частиц, больших 0,45 мкм, и при использовании чистых чашек Петри, покрытых свежим силиконовым полимером, пойсмепкеры не устраняются полностью. Если существуют пейсмейкеры, отличные от гетерогенных частиц, то при такой процедуре их относительное число должно увеличиваться. Однако, за исключением роторов, ни одна популяция источников пе выдерживала указанной процедуры.
,Смежная зеркально-симметричная пара роторов действительно нспускаег концентрические кольцевые но......,і, давая картину мн-
пени характерного периода.) Другие кольцевые структуры имеют IV13•1114HbHI период, который нередко быстро меняется со временем Я ноциреваю, что причиной этих образовании являются гетерогенные частицы, попадающие на силиконовую пли полимерную поверхность нз воздуха до того, как был налит раствор.
" 9 По мере старения системы период роторов н колебаний в объеме возрастает по-разному: период роторов едва меняется таже тогда, когда перши колебаний н обьеме стремится к бесконечности.
3. Старение системы складывается из медленных изменений в «красной» фазе н быстрых изменений в «голубой». Области, в которых «голубые импульсы» бывают реже, стареют медленнее.
4. Пенсмейкеры, не являющиеся объединением роторов, меняются со временем непредсказуемым образом: иногда уменьшая период и начиная образовывать кольцевые структуры (когда период становится меньше, чем у колебании в объеме), иногда увеличивая н прекращая образовывать мишени (когда период становится больше, чем у колебаний в объеме). Подобным образом могут вести себя химически активные гетерогенные частицы или частицы фиксированного состава, дрейфующие в вертикальном градиенте возбудимости, который неизбежно присутствует в открытом тонком слое.
5. Показано, что в настоящее время можно с уверенностью объяснить механизм образования лишь тех кольцевых структур, которые возникают нз смежной пары противоположно вращающихся роторов. В тонких слоях в системе с малоновой кислотой (иа данной стадии старения системы) все такие структуры имеют одни н тот же период. Роторы не существуют в одномерной ситуации, другими словами, в цилиндре с длиной окружности, меньшей одной длины волны ротора. В следующем разделе разрабатывается морфология роторов в трехмерной ситуации (например, если минимальный размер превышает 1/2 мм [1003]). По-видимому, она достаточно разнообразна. В этом случае вариации периода могут быть гораздо большими.
12.4. Организующие центры химических волн а дву- и трехмерных средах
