Колебания и бегущие полны в химических системах - Филд Р.
Скачать (прямая ссылка):
В гл. 5 рассматривается реакция Брея — Лнбавского (БЛ), в которой днспропорциоїшроваїше H2O2 катализируется иода-том. Эта первая колебательная реакция, обнаруженная в жидкой фазе, была подробно изучена лишь в начале 70-х годов. Однако ее точный механизм окончательно не установлен. Осциллятор Брнггса — Раушера представляет собой гибрид систем БЖ н БЛ. Сложная исходная композиция обеспечивает богатый набор режимов в этой системе. Ее механизм близок к механизму реакции БЖ.
В гл. 6 обсуждаются методы численного анализа колебательных систем. Особо можно отметить методы анализа чувствительности, которые пока что слабо освещены в отечественной литературе.
Гл. 7 и 8 посвящены целенаправленному поиску п созданию новых химических осцилляторов на основе исходно неколебательных реакций.
Долгие время химические осцилляторы обнаруживались случайно или создавались путем эмпирических модификаций ра нее известных колебательных реакций. После того как основные принципы работы химического осциллятора были выяснены, естественным образом возникло желание сконструировать его de novo из неколебательных компонент. Ключевой стадией простейших моделей осцилляторов является автокатализ. Поэтому простейшим путем создания нового химического осциллятора казалось сочетание какой-либо автокаталитической реакции с подходящими реакциями производства предшественника автокатализатора и удаления его самого. Однако этот способ оказался довольно сложным, и только недавно с его помощью Бур-гер н Фплду удалось создать новый осциллятор, где метиленовая синь катализирует окисление сульфида молекулярным кислородом. Если в системе присутствует сульфит, то наблюдаются более устойчивые колебания в более широком диапазоне параметров (J37]. Основной причиной трудностей, возникающих при таком подходе, по-видимому, являются побочные реакции, стабилизирующие систему и предотвращающие колебания.
Ферментативные реакции отличаются очень высокой избирательностью, н в них роль неучтенных побочных реакций обычно невелика. Поэтому первая удачная попытка конструирования была сделана с помощью ферментативной системы. Напарстск и др. [75] получили колебания, используя реакцию гидролиза этилового эфира бепзоиларгннина папанном.
Буассонад и Де Кеппер предложили общий метод создания химических осцилляторов на основе самоускоряющихся реакции. Они показали, что если в закрытой системе наблюдается самоускорепне реакции, то в соответствующей открытой системе существует область с тремя стационарными состояниями. В этом случае обычно можно найти точку сборки, где все три стационарные состояния сливаются в одно. При дальнейшем изменении параметра вокруг этого единственного стационарного состояния возникают устойчивые колебания.
Экспериментальное решение этой задачи существенно облегчалось использованием ПРПП. Таким образом, реакции производства субстрата и удаления продукта заменялись гидродинамическими потоками. Этим способом были созданы десятки новых химических осцилляторов. Последние результаты, относящиеся к этой области, содержатся в публикациях [76—95].
В гл. 9 исследуется влияние периодической внешней силы на химические системы. Этот аспект теории колебаний представляет наибольший практический интерес для химической технологии, так как во многих случаях периодическое воздействие на реактор приводит к увеличению выхода н чистоты
Продукта H ПОВЫШеНИЮ средней скорости miiii.v.-i
Гл 10—12 посвящены химическим иолпп.м и структурам и реакцнонно-днффузпопных системах. Здесь прежде всего следует отметить что в химических системах экспериментально 11,6•110¦UUIiCb только бегущие полны и состоящие из них структуры В теории распределенных систем хорошо известны коротковолновая апериодическая бифуркация Рэлея — Тьюринга, прпвотящая к появлению стационарных пространственно-периодических структур, и длинноволновая колебательная бифуркация Хопфа, приводящая к появлению бегущих волн [11—13, 96] из исходного однородного состояния. В случае бифуркации Рэлея —Тьюринга апериодическая потеря устойчивости происходит при характерной длине волиы, определяющей пространственный период. В случае бифуркации Хопфа колебательная потеря устойчивости происходит при бесконечной длине волны (пространственно однородные колебания), н лишь с ростом иадкрнтпчиостп появляются бегущие волны. При этом относительная устойчивость синфазных колебаний наибольшая. Поэтому во многих случаях стабилизацию режима бегущих волн обычно приписывают наличию гетерогенности или пространственных неодпородностей (гл. 3 и 12). Известно, что в трех-компопентных реакционно-диффузионных системах с диагональной матрицей диффузии, а в случае неднагоналыюп матрицы диффузии и в двухкомпопентпых системах колебательная неустойчивость может возникнуть при конечной длине волны [96]; это вызывает появление ведущих центров и бегущих волн без возникновения синфазных колебаний. Лившиц [97] и Маломед [98, 99] исследовали эту колебательную коротковолновую бифуркацию и показали, что в общем случае она ведет к появлению автоволн, модулированных по амплитуде и фазе. Частными случаями являются !Смодулированные и амплнтудпо-модулпрованные бегущие н стоячие волны. Ровпн-скнй [100—102] показал, что в двухкомнонентноп модели среды БЖ [25, 26] возможно сосуществование режима стационарных периодических стіїуктур с однородным стационарным состоянием, а также возникновение периодических п непериодических неоднородных колебаний.
