Реферат: Колебательные химические реакции - как пример самоорганизации в неживой природе - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Колебательные химические реакции - как пример самоорганизации в неживой природе

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 28 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

13 МПС РФ СГУПС Кафедра «Химия» Колебательные химические реакции – как пример самоорганизации в неживой природе. Выполнил : Студент гр. ТД-111 Петрянин А. В. , Проверил: К.х.н., доцент Пау ли И.А. Новосибирск 2004 Содержание: 1 . Введение .................................... ................................ .3 2 . Лите ратурный обзор 2.1 Кол ебательные химические реакции – начало развития неравновесной термодинамики .................... 4 2.2 Синергетика – те ория самоорганизации ............ 4-6 2.3 И з истории изучения колебательных реакций . . 6-7 2.4 Изучение м еханизма к олебательных реакций .. 7-9 3 . Экспериментальная часть ........... ..............................9-10 4 . Заключение .................................. ..............................10 5. Приложение. Рецепты некоторых колебательных реакций .............................................. ............................10-11 6. Список литературы......................... ..........................12 1. Введение. В современном ес тествознании утвердился принцип глобального эволюционизма, согласно к оторому материя, Вселенная в целом и во всех ее элементах не могут сущест вовать вне развития: «Все существующие есть результат эволюции». Идея эв олюции, впервые прозвучавшая в XIX в. в учении Ч. Дарвина «О происхождении видов», постепенно проникла и заняла прочные позиции в космологии, физики, геологии, химии. В 70-х г. XX в. появилось но вое научное направление – синергетика – теория самоорганизации, прет ендующая на открытие некоего универсального механизма, с помощью котор ого осуществляется самоорганизация, как в живой, так и в неживой природе. По определению основоположника этого направления в науке немецкого фи зика Германа Хакена, «самоорганизация – спонтанное образование высок оупорядоченных структур из зародышей или даже хаоса». Следует отметить, что в классической науке ( XIX в.) господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию, что в энергетическом смысле означало неупорядоченность, т.е . хаос. Такой взгляд на вещи сформировался под воздействием образцовой ф изической дисциплины – равновесной термодинамики. Дальнейшее развит ие науки доказало, что материи присуща не только разрушительная, но и соз идательная тенденция. Она способна самоорганизовываться и самоусложня ться. Примерами таких процессов является эволюция Вселенной от элемент арных частиц до сегодняшнего состояния, формирование живого организма, механизм действия лазера, рост кристаллов, рыночная экономика и т. д. Одним из наиболее впечатляющих примеров возникно вения самоорганизации являются колебательные химические реакции, откр ытие которых принадлежит Борису Петровичу Белоусову. В 1951г. Б.П. Белоусов изучал окисление лимонной кислот ы при её реакции с бромноватокислым натрием в растворе серной кислоты. Д ля усилений реакции он добавил в раствор соли церия. Церий – металл с пер еменной валентностью (3+ или 4+), поэтому он может бы ть к атализатором окислительно- восстановительных пре вращений. Реакция сопрово ждается выделением пузы рьков СО 2 , и поэтому кажется, ч то вся реакционная смесь «кипит». И вот на фоне этого кипения Б. П. Белоусо в заметил удивительную вещь: цвет раствора периодически изменялся – ст ановился то жёлтым, то бесцветным. Белоусов добавил в раствор комплекс ф енантролина с двувалентным железом (ферроин), и цве т раствора стал периодически изменяться от лилово-красного к синему и о братно. Так была открыта реакция, ставшая знаменитой – сейчас она извес тна во всём мире, её называют «реакция Белоусова-Жаботинского». А. М. Жабот инский много сделал для понимания этого удивительного феномена. С тех по р отрыто большое число аналогичных реакций. В учебниках по физической хи мии давно уже введены специальные разделы, посвящённые химическим пери одическим реакциям и их механизмам. 2 Литер атурный обзор. 2.1 Колебательные химические реакции – начало развития неравновесной термодинамики. К огда Б. П. Белоусов сделал своё открытие, периодические измене ния концентрации реагентов казались нарушением законов термодинамики . В самом деле, как может реакция идти то в прямом, то в противоположном нап равлениях? Невозможно пред ставить себе, чтобы всё о громное число молеку л в сосуде был о то в одном, то в другом состоянии ( т о все «синие», то все «красные»…). Направление реакции определяется хими ческим (термодинамическим) потенциалом – реакции осуществляются в нап равлении более вероятных состояний, в направлении уменьшения свободно й энергии системы. Когда реакция в данном направле нии завершается, это значит, что её потенциал исчерпан, достигается терм одинамическое равновесие, и без затраты энергии, самопроизвольно, проце сс в обратную сторону пойти не может. А тут… реакция идёт то в одном, то в д ругом направлении. «Так не может быть!» - решили в редакции очень солидног о химического журнала и отказались публиковать статью Белоусова. Рецен зенты даже не захотели повторить опыт… Однако никакого нарушения законов в этой реакции н е было. Происходили колебания – периодические изменения – концентрац ий промежуточных продуктов, а не исходных реагентов или конечных продук тов. СО 2 не превращ ается в э той реакции в лимонную кислоту, это в самом деле невозм ожно. Рецензенты не учли, что пока система далека от равновесия, в ней впо лне могут происходить многие замечательные вещи. Классическая термоди намика – наука о начальных и конечных состояниях. Детальные траектории системы от начального состояния к конечному могут быть очень сложными. Лишь в последние десятилетия этими проблемами стала заниматься термод инамика систем, далёких от равновесия. Эта новая наука стала основой нов ой науки – синергетики. 2.2 Синергетика – т еория самоорганизации. Синергетика – т еория самоорганизации. Ее разработка началась несколько десятилетий н азад, и в настоящие время она развивается по нескольким направлениям: си нергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И. Пригожин) и др. Общий смысл развиваемого ими комплекса идей, называя их синергетически ми (термин Г. Хакена), состоит в следующем: а) процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной, п о меньшей мере, равноправны; б) процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют еди ный алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются. Синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация как живой, так и нежи вой природы. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный перех од открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядочен ным формам организации. Отсюда следует, что объектом синергетики могут б ыть, отнюдь не любые системы, а только те, которые удовлетворяют, по меньше й мере, двум условиям: а) они должны быть открытыми, т. е. обмениваться веществом или энергией с в нешней средой; б) они должны также быть существенно неравновесными, т. е. находиться в сос тоянии, далеком от термодинамического равновесия. Синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных с истем протекает путем нарастающей сложности упорядоченности. В цикле р азвития такой системы наблюдаются две фазы: 1. Период плавного эвол юционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, под водящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому сост оянию. 2. Выход из критического состояния одномоментно, скачком и переход в новое устойчивое состояние с большой с тепенью сложности и упорядоченности. Достигшая крити ческих параметров система из состояния сильной неустойчивости как бы « сваливается» в одно из многих возможных для нее устойчивых состояний. В этой точке (ее называет точкой бифуркации) эволюционный путь системы как бы разветвляется, какая именно ветвь развития будет выбрана – решает с лучай! Но назад возврата нет. Процесс этот необратим. Развитие таких сист ем имеет принципиально непредсказуемый характер. Можно просчитать вар ианты ветвления путей эволюции системы, но какой именно из них будет выб ран случаем – однозначно спрогнозировать нельзя. Поиск аналогичных процессов самоорганизации в других классах открытых неравновесных систем вроде обещает быть успешным: механизм действия ла зера, рост кристаллов, химические часы (реакция Белоусова – Жаботинског о), формирование живого организма, динамика популяций, рыночная экономик а, наконец, в которой хаотичные действия миллионов индивидов приводят к образованию устойчивых и сложных макроструктур – все это примеры самоорганизации систем самой различн ой природы. Синергетическая интерпретация такого рода явлений открывает новые воз можности и направления их изучения. В обобщенном виде новизну синергети ческого подхода можно выразить следующими позициями: 1. Хаос не только разруш ителен, но и созидателен, конструктивен; развитие осуществляется через н еустойчивость (хаотичность). 2. Для сложных систем всегда сущест вует несколько возможных путей эволюции. 3. Развитие осуществляется через с лучайный выбор одной из нескольких разрешенных возможностей дальнейше й эволюции. Случайность – не досадное недоразумение, она встроена в мех анизм эволюции. А это значит, что нынешний путь эволюции системы может бы ть и не лучше отвергнутых случайным выбором. Синергетика род ом из физических дисциплин – термодинамики, радиофизики. Но ее идеи нос ят междисциплинарный характер. Они подводят базу под совершающийся в ес тествознании глобальный эволюционный синтез. Поэтому в синергетике ви дят одну из важнейших составляющих современной научной картины мира. 2.3 Из истории изучения колебательных реакций. М атематическая теория колебаний в систем ах , аналогичных химическим реакциям , была опубликована еще в 1910 г. А. Лоткой – он написал с истему дифференциальных уравнений, из которой следовала возможность п ериодических режимов. Лотка рассматривал взаимодействие «жертв», например травоядных животных, и поедающих их «хищников» ( X и Y ). Хищники поедают жертвы и размножаются – концентрация Y растёт, но до некоторого предела, когда численность жертв резко уменьшается , и хищники умирают от голода – концентрация Y уменьшается. Тогда уцелевш ие жертвы начинают размножаться – концентрация X растёт. Уцелевшие хищники всле д за этим также размножаются, концентрация Y снова растёт, и так далее много кратно. Наблюдаются периодические колебания концентрации реагентов. Я сно, что условием таких незатухающих (длительное время) колебаний являет ся изобилие травы – пищи жертв. Уравнения Лотки усовершенствовал В. Вол ьтерра. А современную теорию колебаний разработали российские физики Л. И. Мандельштамм, А. А. Андронов, А. А. Витт, С. Э. Хайкин, Д. А. Франк- Ка менецкий. Так что для физиков и математико в открытие Белоусова не было удивительным. Реакцию Белоусо ва, как отмечено выше, детально изучил А. М. Жаботинский и его коллеги. Они з аменили лимонную кислоту малоновой. Окисление малоновой кислоты не соп ровожд ается образованием пузырьков СО 2 , поэтому изменение окраски раств ора можно без помех регистрировать фотоэлект рическими приборами. В дальнейшем оказалось, что ферроин и без церия слу жит катализатором этой реакции. Б. П. Белоусов уже в первых опытах заметил ещё одно замечательное свойство своей реакции: при прекращении перемеш ивания изменение окраски в растворе распространяется волнами. «Колба с тановится похожей на зебру» (рис 1.1) , - говорил Белоусов. Это распространение химических колебаний в простран стве стало особенно наглядным, когда в 1970 г. А. М. Жабот инский и А. Н. Заикин налили реакционную смесь тонким слоем в чашку Петри. В чашке образуются причудливые фигуры – концентрические окружности, с пирали, «вихри», распространяющиеся со скоростью около 1 мм/мин (рис 1. 2) . Химические волны и меют ряд необычных свойств. Так, при столкновении они гасятся и не могут п роходить сквозь друг друга. В то же время обычные волны, такие, как волны н а поверхности волны или электромагнитные волны, при столкновении испыт ывают интерференцию, но остаются неизменными после столкновения. Друго е уникальное свойство – наличие спиралевидных источников химических волн. Прошло много дес ятилетий с момента открытия этой реакции Белоусовым, а её исследованием по-прежнему заняты многие лаборатории в разных странах. Это объясняется весьма общим характером явлений колебаний и рас пространения волн в самых разных системах. Так распространяется волна в озбуждения по нерву, по сердечной мышце, вызывая ритмичные сокращения. Т ак распространяется зона активности при поверхностном катализе в пром ышленных химических установках, в «активных средах», когда вслед за прох одящей волной через некоторое время восстанавливается способность сис темы к новому возбуждению. В чашке Петри с «активной химической средой» можно изучать общие свойства таких процессов. 2.4 Изучение механизма колебательных реакций. Д етальный механизм описанной выше реакции всё ещё известен не полностью. В первых работах казало сь, что число промежуточных продуктов невелико. Для объяснения природы к олебаний было достаточно представить себе, как сначала из малоновой кис лоты образуется броммалоновая кислота, и при дальнейшей реакции с ней KBrO 3 пре вращается в KBr . Анион Br - тормозит дальнейшее окисление броммалоновой кислоты, и нака пливается окисленная форма катализатора (четырёхвалентного церия или трёхвалентного железа в комплексе с фенантролином). В результате прекращается накопление Br - , и окисл ение броммалоновой кислоты возобновляется ... Теперь ясно, что такой механизм далеко не полон. Число промежу точных продуктов достигло четырёх десятков, и изучение продолжается. В 1972 г. Р. Нойес и сотрудники показали, что реакция Бел оусова-Жаботинского – итог, по крайней мере, десяти реакций, которые мож но объединить в три группы – А, Б и В. Сначала (группа реакций А) бромат-ион взаимодействует с бромид-ионом в присутствии Н + с образованием бромистой и гипобромистой кислот: BrO - 3 + Br - + 2 H + = HBrO 2 + HOBr ( А 1) Далее бромистая кислота реагирует с бромид-ионом, о бразуя гипобромистую кислоту: HBrO 2 + Br - + H + = 2HOBr ( А 2) Гипобромная кислота, в свою очередь, реагирует с бро мид-ионом, образуя свободный бром: HOBr + Br - + H + = Br 2 + H 2 O ( А 3) Малоновая кислота бромируется свободным бромом: Br 2 + CH 2 (COOH) 2 = BrCH(COOH) 2 + Br - + H + ( А 4) В результате всех этих реакций малоновая кислота б ромируется свободным бромом: BrO - 3 + 2Br - + 3CH 2 (COOH) 2 + 3H + = 3BrCH(COOH) 2 + 3H 2 O ( А ) Химический смысл этой группы реакций двойной: унич тожение бромид-иона и синтез броммалоновой кислоты. Реакции группы Б возможны лишь при отсутствии (мало й концентрации) бромид-иона. При взаимодействии бромат-иона с бромистой кислотой образуется радикал BrO . 2 . BrO - 3 + HBrO 2 + H +
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
— Оксана, а у вас в садике дерутся?
— Да.
— А из-за чего?
— Из-за игрушек.
— А кто у вас самый сильный?
— Воспитательница.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Колебательные химические реакции - как пример самоорганизации в неживой природе", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru