Энциклопедии, словари, справочники
 Энциклопедии, словари, справочники (поиск)   /   Химическая энциклопедия  Читатели спрашивают 
 
А Б В Г
Д Е Ж З
И К Л М
Н О П Р
С Т У Ф
Х Ц Ч Ш
Щ Э Ю Я

БЕЛОУСОВА - ЖАБОТИНСКОГО РЕАКЦИЯ , протекающее в автоколебат. режиме каталитич. окисление разл. восстановителей бромноватой к-той НВrO3. При этом наблюдаются колебания концентраций окисленной и восстановленной форм катализатора и нек-рых промежут. продуктов. Р-ция идет в кислом водном р-ре; в кач-ве катализаторов используют ионы металлов переменной валентности, напр. Се или Мп, в кач-ве восстановителей - малоновую к-ту, ацетилацетон и др. Б.-Ж. р. - наиб. изученная гомогенная колебательная реакция, открытие к-рой стимулировало резкий рост исследований хим. колебаний и привело к созданию новой области хим. кинетики.

Упрощенная схема Б.-Ж. р. включает неск. процессов: 1. Разветвленная цепная р-ция окислителя с автокатализатором НВrO2; в результате обеспечивается самоускоряющееся окисление катализатора Мn+ :
1049-6.jpg

2. Ингибирование окисления в результате быстрой р-ции, обрывающей разветвленную цепь:
1049-7.jpg

3. Бромирование восстановителя, напр.:
1049-8.jpg

4. Восстановление окисленной формы катализатора М(п + 1)+ и одновременное образование ингибитора - Вr- :
1049-9.jpg

Т. обр. механизм р-ции можно изобразить мнемонич. схемой (рис. 1), где автокатализатор НВrO2 обеспечивает

непосредственную положит. обратную связь (отмечена знаком +), а ингибитор замыкает петлю отрицат. обратной связи ( — ). Колебат. цикл можно качественно описать след. образом. Когда концентрация М(п+1)+ в системе достаточно велика, скорость образования Вr- и его концентрация в р-ре также высоки. В результате цепная р-ция окисления Мn+ заторможена и концентрация М(п+1)+ падает, стремясь к своему пороговому значению, при достижении к-рого концентрация Вr- резко падает, а концентрация НВrО2 возрастает. Разветвленная цепная р-ция ускоряется и концентрация М(п+1)+ начинает расти, стремясь к верх. порогу, при достижении к-рого концентрация Вr- снова резко возрастает, обрывая разветвленную цепь, и цикл повторяется. Колебания концентраций окисленной и восстановленной форм катализатора сопровождаются колебаниями окраски р-ра от бесцветной к желтой, если катализатор - ионы церия, или от голубой к красной в случае фенантролинового комплекса железа [Fe(phen)3].
1049-10.jpg

Рис. 1. Схема реакции Белоусова - Жаботинского (RBr-бромпроизводное восстановителя).

Б.-Ж. р. демонстрирует большое число разл. колебат. режимов, к-рые зависят от т-ры, кислотности и концентрации исходных реагентов. Период колебаний может изменяться от десятых долей секунды до десятков минут. Наблюдаются простые периодич. колебания разл. формы, сложные колебания с неск. максимумами в одном периоде, многочастотные и стохастич. колебания (см. рис. 2). При проведении Б.-Ж. р. в закрытой системе можно наблюдать до неск. тысяч циклов; в проточном реакторе колебания поддерживаются сколь угодно долго. В неперемешиваемом р-ре, где исключена конвекция, наблюдаются бегущие концентрац. волны, образующие самоподдерживающиеся динамич. структуры (рис. 3).

Р-ция открыта Б. П. Белоусовым в 1951, подробно изучалась А. М. Жаботинским в 1964.
1049-11.jpg

Рис. 2. Разл. типы колебаний концентрации Се4+ в реакторе идеального перемешивания: а - в - пилообразные колебания с разл. соотношением длительности переднего и заднего фронта; г - синусоидальные колебания; д-хаотич. колебания; е-нестационарные сложно-периодические колебания.
1049-12.jpg

Рис. 3. Динамич. структуры, образованные бегущими концентрац. волнами в тонком слое неперемешнваемого р-ра (катализатор [Fe(phen)3]; интервал между кадрами 15с; скорость волн1049-13.jpg0,01 см/с): а - концентрич. волны от точечного источника - ведущего центра; длина волны1049-14.jpg 0,55 см; б - спиральные волны;1049-15.jpg 0,15 см.

Лит.: Жаботинский А. М., Концентрационные автоколебания, М., 1974: Полак Л. С, Михайлов А. С.. Самоорганизация в неравновесных физико-химических системах, М., 1983; Oscillations and traveling waves in chemical systems, N.7Y., 1985.


^ЗГЛ: БЕЛОУСОВА - ЖАБОТИНСКОГО РЕАКЦИЯ