Концептуальные уровни в познании веществ и химические системы

Дисперсная система - система мельчайших частиц (твердых, жидких или газообразных), суспендированных в жидкой, газообразной или твердой среде (дисперсная среда).

Примерами дисперсных систем являются: молоко, в котором частицы  жира суспендированы в воде, а также  различные эмульсии, суспензии, туманы, пены и дымы.

Дисперсные системы изучаются в химии коллоидов. Известны жидкие, гелеподобные и твердые коллоиды.

В термодинамике существуют такие понятия, как изолированная, открытая и стабильная системы, а  также моновариантная, бивариантная и поливариантная системы.

В стабильной химической системе между веществами, образующими систему, существует равновесие.

Моновариантная система - химическая система, в которой две  фазы находятся в равновесии.

Нонвариантная химическая система - система, в которой три  компонента (или фазы) находятся  в равновесии.

Бивариантная (поливариантная) система - система, представляющая собой  одну фазу и сумму трех или более  независимых компонентов и внешних  факторов (температура и давление).

Конденсированные вещества могут находиться в твердом или  жидком состояниях; твердые вещества могут быть кристаллическими или аморфными.

Стабильность химических систем достигается присутствием химических связей и взаимодействий, которые  различаются по энергии и природе. В дисперсных системах имеют место  наиболее разнообразные системы связей и взаимодействий.

Дисперсионная среда - вещество, которое присутствует протяженной  фазой в дисперсной системе.

Дисперсная фаза - вещество, распределенное в среде.

В зависимости от линейных размеров дисперсионной фазы образуются гомогенные и гетерогенные дисперсные системы. Гомогенные дисперсные системы обычно называются растворами. Они могут быть твердыми, жидкими или газовыми. В растворах линейные размеры дисперсной фазы не превышают 1 нм. Гетерогенные дисперсные системы разделяются на коллоидные системы (линейный размер частиц более 100 нм). В зависимости от агрегатного состояния дисперсной среды различают твердые (сплавы); жидкие (пены, эмульсии, суспензии); газовые (туманы, дымы, аэрозоли, газовые смеси) дисперсные системы. В этих системах возможны два или более видов фазовых границ, а также два или более видов химических связей. В сплавах между фазами образуются граничные слои с переменной электронной плотностью. При образовании сплавов в основном принимают участие металлические связи, вместе с тем образование ионных и ковалентных связей также возможно.

Когда возникают пены, во взаимодействии участвуют газы и  жидкие компоненты. В граничном слое обычно присутствует растворенный газ  в соответствующей жидкости. Здесь  главные химические связи ковалентные. Эмульсии содержат две или более жидких фаз, а суспензии имеют твердые и жидкие фазы (в суспензиях твердая фаза распределяется в жидкой среде).

Дымы являются дисперсными  системами, в которых твердые  частицы распределяются в газовой  среде. В то же время в туманах частицы жидкой фазы распределяются в газовых смесях.

Во всех этих случаях  присутствуют различные химические связи и взаимодействия, а также  для соответствующих дисперсных систем наблюдается особенное распределение  электронной плотности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Реакция Белоусова-Жаботинского

Реакция Белоусова—Жаботинского — класс химических реакций, протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

В настоящее время  под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по механизму, но различающихся  используемыми катализаторами (Ce³⁺, Mn²⁺ и комплексы Fe²⁺, Ru²⁺), органическими восстановителями (малоновая кислота, броммалоновая кислота, лимонная кислота, яблочная кислота и др.) и окислителями (броматы, иодаты и др.). При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний и являются важным объектом исследования универсальных закономерностей нелинейных систем. В частности, именно в реакции Белоусова — Жаботинского наблюдался первый экспериментальный странный аттрактор в химических системах и была осуществлена экспериментальная проверка его теоретически предсказанных свойств.

Борис Павлович Белоусов проводил исследования цикла Кребса, пытаясь найти его неорганический аналог. В результате одного из экспериментов  в 1951 году, а именно окисления лимонной кислоты броматом калия в кислотной среде в присутствии катализатора — ионов церия Ce⁺³, он обнаружил автоколебания. Течение реакции менялось со временем, что проявлялось периодическим изменением цвета раствора от бесцветного (Ce⁺³) к жёлтому (Ce⁺⁴) и обратно. Эффект ещё более заметен в присутствии индикатора pH ферроина. Сообщение Белоусова об открытии было встречено в отечественных научных кругах скептически, поскольку считалось, что автоколебания в химических системах невозможны. Статью Белоусова  дважды отклоняли в редакциях отечественных журналов, поэтому опубликовать результаты исследований колебательной реакции он смог только в сокращенном виде спустя 8 лет в ведомственном сборнике, выходившем небольшим тиражом. Впоследствии эта статья стала одной из самых цитируемых в данной области.

Дальнейшее развитие исследований этой реакции произошло, когда профессор Симон Эльевич  Шноль предложил молодому учёному  Анатолию Жаботинскому исследовать  механизм реакции. От приглашения проводить совместные исследования Белоусов отказался, хотя выражал удовлетворение тем, что его работа продолжена. Группа Жаботинского провела подробные исследования реакции, включая её различные варианты, а также составила первую математическую модель. Основные результаты были изложены в книге Жаботинского «Концентрационные колебания».

В 1969 году Жаботинский  с коллегами обнаружили, что если реагирующую смесь разместить тонким плоским слоем, в нём возникают  волны изменения концентрации, которые  видны невооружённым глазом в присутствии индикаторов.

Жаботинский предложил  первое объяснение механизма реакции  и простую математическую модель, которая была способна демонстрировать колебательное поведение. В дальнейшем описание механизма было расширено и уточнено, экспериментально наблюдаемые динамические режимы, включая хаотические, были теоретически рассчитаны и показано их соответствие эксперименту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1.Грушевская Т.Г. , Садохин П.П. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие: Высшая школа., М.: 1998

2. Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденция развития. М.: Высшая школа. - 2007.

3. Сальников И.Е., У истоков теории химических автоколебаний. Нижний Новгород, 1992