Войти
Компьютерное моделирование реакции Белоусова – Жаботинского 
Паттерны в чашке Петри A Реакция Белоусова – Жаботинского, или реакция BZ, является одной из классов реакций, которые служат классическим примером неравновесной термодинамики, приводящей к установлению нелинейной химический осциллятор. Единственным общим элементом в этих генераторах является включение брома и кислоты. Эти реакции важны для теоретической химии, поскольку они показывают, что химические реакции не обязательно должны определяться равновесным термодинамическим поведением. Эти реакции далеки от равновесия, остаются таковыми в течение значительного периода времени и развиваются хаотично. В этом смысле они представляют собой интересную химическую модель неравновесных биологических явлений; как таковые, математические модели и моделирование реакций BZ сами по себе представляют теоретический интерес, демонстрируя явление как индуцированный шумом порядок.
График электродного потенциала реакции BZ с использованием серебряных электродов относительно Ag / AgNO 3 полуэлемент Существенным аспектом реакции БЖ является ее так называемая «возбудимость»; под влиянием стимулов паттерны развиваются в том, что в противном случае было бы совершенно неподвижной средой. Некоторые тактовые реакции, такие как Бриггс-Раушер и BZ, использующие трис (бипиридин) рутений (II) хлорид в качестве катализатора, могут быть возбуждены до самоорганизующейся активности посредством влияние света.
Перемешиваемая реакционная смесь BZ показывает изменение цвета с течением времени Открытие этого явления приписывают Борису Белоусову. В 1951 году, пытаясь найти неорганический аналог цикла Кребса, он заметил, что в смеси бромата калия, сульфата церия (IV), малоновой кислоты и лимонной кислоты в разбавленной серной кислоте, соотношение концентраций ионов церия (IV) и церия (III) колебалось, вызывая цвет раствора колеблется от желтого до бесцветного. Это происходит из-за того, что ионы церия (IV) восстанавливаются малоновой кислотой до ионов церия (III), которые затем окисляются обратно до ионов церия (IV) ионами бромата (V).
Белоусов предпринял две попытки опубликовать свое открытие, но ему было отказано на том основании, что он не может объяснить свои результаты к удовлетворению редакторов журналов, в которые он представил свои результаты. Советский биохимик Симон Эльевич Шнолль призвал Белоусова продолжать свои усилия по публикации своих результатов. В 1959 году его работа была наконец опубликована в менее респектабельном, нерецензируемом журнале.
После публикации Белоусова Шноль передал проект в 1961 году аспиранту Анатолию Жаботинскому, который исследовал последовательность реакций. в деталях; однако результаты работы этих людей еще не получили широкого распространения и не были известны на Западе до конференции в Праге в 1968 году.
Ряд коктейлей BZ доступен в химическая литература и в Интернете. Ферроин, комплекс из фенантролина и железа, является распространенным индикатором . Эти реакции, если их проводить в чашках Петри, приводят к образованию первых цветных пятен. Эти пятна превращаются в серию расширяющихся концентрических колец или, возможно, расширяющихся спиралей, похожих на паттерны, генерируемые циклическим клеточным автоматом. Цвета исчезают, если посуду встряхивать, а затем снова появляются. Волны продолжаются до тех пор, пока не израсходуются реагенты. Реакцию также можно провести в химическом стакане с использованием магнитной мешалки.
Эндрю Адацки, ученый-компьютерщик из Университета Западной Англии, сообщил на жидких логических вентилях с помощью реакции BZ.
Поразительно похожие колебательные спиральные паттерны появляются в других местах в природе, в очень разных пространственных и временных масштабах, например, паттерн роста Dictyostelium discoideum, почвы -жилая амеба колония. В реакции BZ размер взаимодействующих элементов является молекулярным, а время реакции составляет минуты. В случае почвенной амебы размер элементов типичен для одноклеточных организмов, и время на это от нескольких дней до нескольких лет.
Исследователи также изучают возможность создания «мокрого компьютера», используя самосоздающиеся «клетки» и другие методы для имитации определенных свойств нейронов.
Механизм этой реакции очень сложен и, как полагают, включает около 18 различных этапов, которые были предметом ряда исследовательских работ.
Подобно реакции Бриггса – Раушера происходят два ключевых процесса (оба являются автокаталитическими ); процесс A генерирует молекулярный бром, придавая красную окраску, а процесс B потребляет бром с образованием бромид-ионов.
В одном из наиболее распространенных вариантов этой реакции используется малоновая кислота (CH 2 (CO 2H)2) в качестве кислоты и бромат калия (KBrO 3) в качестве источника брома. Общее уравнение:
Существует множество вариантов реакции. Единственным ключевым химическим веществом является броматный окислитель. Ионом катализатора чаще всего является церий, но это также может быть марганец или комплексы железа, рутения, кобальта, меди, хрома, серебра, никеля и осмия. Можно использовать множество различных восстановителей. (Жаботинский, 1964b; Field and Burger, 1985)
Когда реакция протекает в микроэмульсии.
 | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с реакцией Белоусова-Жаботинского. |
