|
|
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
 |
|
Колебательные химические реакции - как пример самоорганизации в неживой природе |
Карабин, 6x60 мм. 
Браслет светоотражающий, самофиксирующийся, желтый. 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 Паули И.А. Новосибирск 2004 Содержание:1. .32. Литературный обзор 2.1 Колебательные химические реакции – начало развития неравновесной термодинамики.4 2.2 Синергетика – теория самоорганизации.4-6 2.3 Из истории изучения колебательных реакций.6-7 2.4 Изучение механизма колебательных реакций.7-93. Экспериментальная 5. Приложение. Рецепты некоторых колебательных .10-116. Список 1. Введение. В современном естествознании утвердился принцип глобального эволюционизма, согласно которому материя, Вселенная в целом и во всех ее элементах не могут существовать вне развития: «Все существующие есть результат эволюции». Идея эволюции, 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 новое научное направление – синергетика – теория самоорганизации, претендующая на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация, как в живой, так и в неживой природе. По определению основоположника этого направления в науке немецкого физика Германа Хакена, «самоорганизация – спонтанное образование высокоупорядоченных 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 физической дисциплины – равновесной термодинамики. Дальнейшее развитие науки доказало, что материи присуща не только разрушительная, но и созидательная тенденция. Она способна самоорганизовываться и самоусложняться. Примерами таких процессов является эволюция Вселенной от элементарных частиц до сегодняшнего состояния, формирование живого организма, механизм действия лазера, рост кристаллов, рыночная экономика и т. д. Одним из наиболее впечатляющих примеров возникновения самоорганизации являются колебательные химические реакции, открытие которых принадлежит Борису Петровичу Белоусову. В 1951г. Б.П. Белоусов изучал окисление лимонной кислоты при её реакции с бромноватокислым натрием в растворе серной кислоты. Для усилений реакции он добавил в раствор соли церия. Церий – металл с переменной валентностью (3 или 4 ), поэтому он может быть катализатором окислительно- восстановительных превращений. Реакция сопровождается выделением пузырьков СО2, и поэтому кажется, что вся реакционная смесь «кипит». И вот на фоне этого кипения Б. П. Белоусов заметил удивительную вещь: цвет раствора периодически изменялся – становился то жёлтым, то бесцветным. Белоусов добавил в раствор комплекс фенантролина с двувалентным железом (ферроин), и цвет раствора стал периодически изменяться от лилово-красного к синему и обратно. Так была открыта реакция, ставшая знаменитой – сейчас она известна во всём мире, её называют «реакция Белоусова-Жаботинского».
А. М. Жаботинский много сделал для понимания этого удивительного феномена. С тех пор отрыто большое число аналогичных реакций. В учебниках по физической химии давно уже введены специальные разделы, посвящённые химическим периодическим реакциям и их механизмам. 2 Литературный обзор. 2.1 Колебательные химические реакции – начало развития неравновесной термодинамики. Когда Б. П. Белоусов сделал своё открытие, периодические изменения концентрации реагентов казались нарушением законов термодинамики. В самом деле, как может реакция идти то в прямом, то в противоположном направлениях? Невозможно представить себе, чтобы всё огромное число молекул в сосуде было то в одном, то в другом состоянии (то все «синие», то все «красные» ). Направление реакции определяется химическим (термодинамическим) потенциалом – реакции осуществляются в направлении более вероятных состояний, в направлении уменьшения свободной энергии системы. Когда реакция в данном направлении завершается, это значит, что её потенциал исчерпан, достигается термодинамическое равновесие, и без затраты энергии, самопроизвольно, процесс в обратную сторону пойти не может. А тут реакция идёт то в одном, то в другом направлении. «Так не может быть!» - решили в редакции очень солидного химического журнала и отказались публиковать статью Белоусова. Рецензенты даже не захотели повторить опыт Однако никакого нарушения законов в этой реакции не было. Происходили колебания – периодические изменения – концентраций промежуточных продуктов, а не исходных реагентов или конечных продуктов. СО2 не превращается в этой реакции в лимонную кислоту, это в самом деле невозможно. Рецензенты не учли, что пока система далека от равновесия, в ней вполне могут происходить многие замечательные вещи. Классическая термодинамика – 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 термодинамика систем, далёких от равновесия. Эта новая наука стала основой новой науки – синергетики. 2.2 Синергетика – теория самоорганизации. Синергетика – теория самоорганизации. Ее разработка началась несколько десятилетий назад, и в настоящие время она развивается по нескольким направлениям: синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И. Пригожин) и др. Общий смысл развиваемого ими комплекса идей, называя их синергетическими (термин Г. Хакена), состоит в следующем: а) процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной, по меньшей мере, равноправны; б) процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый 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 неживой природы. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть, отнюдь не любые системы, а только те, которые удовлетворяют, по меньшей мере, двум условиям: а) они должны быть открытыми, т.
е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой; б) они должны также быть существенно неравновесными, т. е. находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. Синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей сложности упорядоченности. В цикле развития такой системы наблюдаются две фазы: 1. Период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию. 2. Выход из критического состояния одномоментно, скачком и переход в новое устойчивое состояние с большой степенью сложности и упорядоченности. Достигшая критических 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 случай! Но назад возврата нет. Процесс этот необратим. Развитие таких систем имеет принципиально непредсказуемый характер. Можно просчитать варианты ветвления путей эволюции системы, но какой именно из них будет выбран случаем – однозначно спрогнозировать нельзя. Поиск аналогичных процессов самоорганизации в других классах открытых неравновесных систем вроде обещает быть успешным: механизм действия лазера, рост кристаллов, химические часы (реакция Белоусова – Жаботинского), формирование живого организма, динамика популяций, рыночная экономика, наконец, в которой хаотичные действия миллионов индивидов приводят к образованию устойчивых и сложных макроструктур – все это примеры самоорганизации систем самой различной природы. Синергетическая интерпретация такого рода явлений открывает новые возможности и направления их изучения. В обобщенном виде новизну синергетического подхода можно выразить следующими позициями: 1. Хаос не только разрушителен, но и созидателен, конструктивен; развитие осуществляется через неустойчивость (хаотичность). 2. Для сложных систем всегда существует несколько возможных путей эволюции. 3. Развитие осуществляется через случайный выбор одной из нескольких разрешенных возможностей дальнейшей эволюции. Случайность – не досадное недоразумение, она встроена в механизм эволюции. А это значит, что нынешний путь эволюции системы может быть и не лучше отвергнутых случайным выбором. Синергетика родом из физических дисциплин – термодинамики, радиофизики. Но ее идеи носят междисциплинарный характер. Они подводят базу под совершающийся в естествознании глобальный эволюционный синтез. Поэтому в синергетике видят одну из важнейших составляющих современной научной картины мира. 2.3 Из истории изучения колебательных реакций. Математическая теория колебаний в системах, аналогичных химическим реакциям, была опубликована еще в 1910 г. А. Лоткой – он написал систему дифференциальных уравнений, из которой следовала возможность периодических 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.
Именно этот принцип запрещает Тихому океану передать такое количество тепловой энергии Атлантическому, чтобы Тихий океан замерз, а Атлантический закипел; подобный катаклизм не нарушил бы закона сохранения энергии, но он запрещен, так как уменьшил бы энтропию. Физики XIX в. воспринимали второй закон термодинамики как аксиому, сформулированную на основании опыта и столь же фундаментальную, как и любой другой закон природы. В те времена это казалось разумным. Термодинамика, похоже, успешно применялась в самых разнообразных ситуациях, начиная от поведения пара (та задача, которая породила саму термодинамику) и кончая замерзанием, кипением и химическими реакциями. (В наши дни мы могли бы добавить более экзотические примеры; астрономы обнаружили, что мириады звезд в шаровых скоплениях в нашей и других галактиках ведут себя как газы при определенной температуре, а в работах Бекенштейна и Хокинга было теоретически показано, что черные дыры обладают энтропией, пропорциональной площади поверхности дыры.) Если термодинамика столь универсальна, то как можно ее логически связать с физикой определенных типов частиц и сил? Затем, во второй половине XIX в., в работах нового поколения физиков-теоретиков (включая Джеймса Клерка Максвелла в Шотландии, Людвига Больцмана в Германии и Джосайи Уилларда Гиббса в Америке) было показано, что принципы термодинамики можно на самом деле математически вывести, анализируя вероятности различных конфигураций систем определенного типа, в которых энергия распределяется среди очень большого числа подсистем
1. Самоорганизация в живой и неживой природе
2. Права живой и неживой природы
3. Симметрия в неживой природе
5. Тепловой эффект химической реакции
9. Химические реакции в микрогетерогенных системах
10. Температурные поля, инициированные химическими реакциями в пористой среде
11. Влияние температуры на скорость химической реакции
12. Кинетика химических реакций
13. Классификация химических реакций
14. Скорость химических реакций. Катализ и химическое равновесие
15. Тепловые эффекты химических реакций
16. Элементарные стадии химических реакций (основы теории)
Электронный звуковой плакат "Космос", артикул PL-13-SPACE. 
Набор салатниц "Loraine", 10 предметов. 
Фоторамка на 8 фотографий С31-025 Alparaisa "Love&Family", бронзовый, 70,5x34 см. 17. Понятие химических реакций и их классификация
18. Специфика уроков естествознания на примере изучения темы “Природа. Природа живая и неживая”
19. Метамерия или сегментация в живой природе
20. Alaska’s Wildlife: on the Verge of Extinction (Живая природа Штата Аляска на грани исчезновения)
21. Газовые законы в живой природе и медицине
25. Место человека в живой природе
26. Свойства времени и химические процессы в природе
28. Воспитание любви к живой природе на уроках литературного чтения, посвящённых творчеству Паустовского
31. Природа южных тропических материков
32. Природа и система административного права
Сменная кассета "Барьер 7", для воды с повышенным содержанием железа, для всех типов фильтров "Барьер", 2. 
Дневник школьный "Розовая такса". 
Карандаши полимерные "Elios", 24 цвета. 34. Природа зла в человеке (на основе произведений писателей XIX века)
35. Культура, природа, человек. Проблемы и пути их решения
36. Природа в романе Мухтара Ауэзова "Путь Абая"
37. Золотое сечение в природе и искусстве
41. Охрана природы
42. Война и экология. Конфликт между природой и человеком в период военных столкновений
43. Распространение и формы кислорода в природе
44. Природа
45. Законы взаимоотношений человек-общество-природа
47. Воспитание трудовых навыков в уголке природы
48. Важнейшие природы соединения алюминия
Насадка на кран "Палитра", светодиодная. 
Чайник эмалированный "Шиповник" EM-40X1/45, с керамической ручкой, 4 л. 
Папка для труда, А4, на липучке. 49. Проблема межличностной совместимости и межличностной срабатываемости и их психологическая природа
50. Что такое конфликт? Природа, типы и функции
51. Нитраты, природа и человек
52. Социальные организации и самоорганизации. "Социальные институты"
53. СИНЕРГЕТИКА КАК НАУКА О САМООРГАНИЗАЦИИ
57. История природы и история человечества (Контрольная)
58. Фiлософськi аспекти взаємовiдносин людини i природи в умовах глобальноi екологiчноi кризи
59. Природа экспериментальных естественнонаучных методов
62. Природа и сущность функций менеджмента
63. Природа экономических противоречий
64. Природа и эволюция современного чеченского конфликта
Багетная рама " Violetta", 30x40 см, цвет: золотой. 
Настольная семейная игра "Crazy Белка". 66. Сущность и природа техники
67. Переосмысление представлений о природе и науке в средние века
69. Интонационная природа музыкально-педагогического диалога
73. Анализ стихотворения Тютчева "Не то, что мните вы, природа..."
74. Природа в романе Б. Л. Пастернака «Доктор Живаго»
75. Природа фантастического в повести А.Погорельского «Лафертовская маковница»
76. "Поэзия Фета - сама природа, зеркально глядящая через человеческую душу…"
77. "Природа не терпит пренебрежения к себе и не прощает ошибок"
79. Природа в лирике М. Ю. Лермонтова
80. Природа в изображении И. С. Тургенева и И. А. Бунина
Игра интерактивная "Супер магический Джинн". 
Одеяло стеганое "Карапуз" толстое (цвет: белый). 
Набор овощей. 81. Тема природы в поэзии С. А. Есенина
82. Любовь и природа в лирике А. А. Фета
84. Русская природа в лирике А. С. Пушкина
85. Поэзия природы и природа поэзии
89. Человек и природа (проблематика и система образов в повести Ч. Айтматова «Плаха»)
91. Тема родины и природы в лирике М.Ю.Лермонтова
92. Природа в произведениях Пушкина
94. Родина и природа в лирике С.А. Есенина
95. Человек и природа в современной литературе
96. Человек и природа (По балладе И. В. Гете "Лесной царь")
Кольцедержатель "Дерево с оленем", малый, черный. 
Банка для сыпучих продуктов "Цветовная поэма" квадратная, 800 мл. 
12 цветных фломастеров для малышей. 97. Человек и природа в повести А. Адамовича «Последняя пастораль»
98. Структура статистики объектов нечисловой природы
99. Универсальная геометрия в природе и архитектуре
Совок №5. 
Кольцеброс "Зайчики". 
