Реакция Белоусова-Жаботинского
http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?tut ... 17&layer=2
http://www.znanie-sila.ru/projects/issue_87.html
http://vivovoco.astronet.ru/VV/MISC/4/AUTO.HTM
http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/ ... _19-25.HTM
http://www.internet-school.ru/Enc.ashx?item=4771
http://som.fio.ru/getblob.asp?id=10024791
***
Серфинг на химической волне
— 19.02.08 13:11 —
ТЕКСТ: Валерий Кривецкий
Японские учёные научились перемещать небольшие грузы с помощью одного из красивейших химических явлений – реакции Белоусова – Жаботинского. Химические волны, запущенные японцами, переносят по поверхности раствора кусочки бумаги и останавливают их в нужном месте. Перенос лекарств – на очереди.
Японским ученым удалось впервые показать прямую трансформацию химической энергии в механическую и добиться перемещения материального объекта при помощи так называемых химических волн, ранее не рассматривавшихся в качестве источников механического импульса. Это открытие может быть использовано в микро- и наноустройствах будущего для осуществления транспорта или для прецизионного контроля доставки лекарств к определенному участку организма.
Команда ученых, состоявшая из специалистов из Университетов Киото, Кинки и Нагои, проводила свои эксперименты с химическими автоколебательными реакциями, формирующими распространяющиеся волны в процессе перехода компонентов химического раствора из одного состояния в другое и обратно.
Такой тип реакций был назван в честь выдающихся отечественных исследователей – Бориса Павловича Белоусова, впервые открывшего этот тип реакций, и Анатолия Марковича Жаботинского, первым предложившего описательный механизм процесса, до конца не изученного и поныне. 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 меняется со временем, и раствор периодически меняет цвет от бесцветного (Ce+3) к жёлтому (Ce+4) и обратно.
Несмотря на то, что данный тип реакций при всей своей химической сложности и красоте до сих пор никогда не применялся в практических целях, он служит модельным при изучении многих природных реакций, фронт распространения которых в живых системах напоминает чередование черных и белых полос.
В течение долгого времени этот тип реакций рассматривался только как метод передачи информации химическим путем, однако оказалось, что его можно использовать и для переноса массы.
Так ученые научились запускать волну колебательного химического превращения, которая, распространяясь, увлекает за собой небольшой кусочек фильтровальной бумаги. Остановить перемещение бумажного груза можно, пустив навстречу распространяющемуся фронту химической реакции встречный импульс. В этом случае, как нетрудно догадаться, остановка транспортируемой частицы происходит в месте столкновения двух волн.
Важно понимать, что распространение волны в реакциях Белоусова – Жаботинского происходит не под действием перемещающихся частиц и потоков жидкой среды, а в результате того, что реагенты в объеме жидкости локально переходят из основного состояния в возбужденное, а затем возвращаются в исходное. С точки зрения физики, именно это и есть настоящие волны. Очень иллюстративно сравнение этого процесса с волной, которую болельщики часто запускают на стадионах во время футбольных матчей – волна движется, несмотря на то, что все участники действа остаются на месте.
Кусочек же фильтровальной бумаги остается «на гребне» этой волны, потому что окисленное состояние реагентов смеси Белоусова – Жаботинского имеет большее поверхностное натяжение, чем восстановленное. Это натяжение затягивает бумажку в окисленную область и уже не отпускает обратно.
Так что при всей сложности автоколебательного химического процесса идея транспорта на основе таких реакций довольно проста, и вряд ли ей можно отказать в гениальности.
Основой эксперимента японских специалистов явилась смесь Белоусова – Жаботинского, находящаяся в спокойном состоянии. На её поверхность помещался кусочек фильтровальной бумаги, а вся система вместе с небольшим прямоугольным бассейном помещалась под слой масла. Колебания в системе возбуждались с помощью серебряного кабеля.
Красивейшая работа японских химиков вышла в свет в последнем номере Journal of Physical Chemistry, а по ниже приведённым ссылкам можно воочию увидеть, как одна волна захватывает и переносит груз, а встречная его останавливает в нужном месте.
Комментируя свой труд, руководитель работ, Кэнити Йосикава из университета Киото, отметил, что в данном случае удалось впервые напрямую трансформировать энергию химической реакции в энергию механического перемещения. Именно таким образом функционируют все живые системы, в то время как в наиболее распространенных преобразователях химической энергии в механическую – двигателях внутреннего сгорания – это превращение неизбежно проходит через стадию выделения тепловой энергии.
В настоящее время ученые трудятся над тем, чтобы научиться аналогичным образом перемещать грузы, более ценные и полезные, чем фильтровальная бумага, а также пытаются сконструировать более сложные системы микроканалов, заполненных реактивами Белоусова – Жаботинского, с целью осуществления более комплексных перемещений.
Сам Йосикава видит применение для своего транспортного метода и в медицинских приложениях. Например, подобная система микроканалов, заключенная в подкожный имплантат, может выплескивать наружу контейнеры с лекарствами через определенные временные интервалы, причем делать это полностью автономно, без привлечения энергии электричества.
***
Реакция Белоусова-Жаботинского
ТЕКСТ: WIKIPEDIA
химическая реакция окисления легкобромирующихся органических соединений броматом, катализируемое ионами металла. Под этим названием объединяется целый класс родственных химических систем, близких по механизму, но различающихся используемыми катализаторами (Ce3+, Mn2+ и комплексы Fe2+, Ru2+) и органическими восстановителями (малоновая кислота, броммалоновая кислота, лимонная кислота, яблочная кислота и др.). При определенных условиях эти системы могут демонстрировать очень сложные формы поведения от регулярных периодических до хаотических колебаний.
Сообщение Белоусова об открытии было встречено в отечественных научных кругах скептически, поскольку считалось, что автоколебания в химических системах невозможны. Поэтому опубликовать статью про колебательную реакцию он смог только спустя 8 лет в ведомственном сборнике, выходившем небольшим тиражом. Впоследствии эта статья стала одной из самых цитируемых в данной области.
Научная группа Жаботинского впоследствии провела подробные исследования реакции, включая её различные варианты, а также составила первую математическую модель, которая была способена демонстрировать колебательное поведение. В дальнейшем механизм был расширен и уточнён, экспериментально наблюдаемые динамические режимы, включая хаотические, были теоретически рассчитаны и показано их соответствие эксперименту. Полный список элементарных стадий реакции очень сложен и составляет почти сотню реакций с десятками веществ и интермедиатов. До сих пор подробный механизм неизвестен, особенно константы скоростей реакций.
В 1969 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.
Реакция Белоусова-Жаботинского стала одной из самых известных в науке химических реакций, её исследованиями занимаются множество учёных и групп различных научных дисциплин и направлений во всём мире: математики, химики, физики, биологи. Опубликованы тысячи статей и книг, защищено множество кандидатских и докторских диссертаций. Открытие реакции фактически дало толчок к развитию таких разделов современной науки, как синергетика, теория динамических систем и детерминированного хаоса.
На рисунке - схематическое изображение механизма реакции.
***
Цикл Кребса
ТЕКСТ: WIKIPEDIA
(цитратный цикл) — циклический биохимический аэробный процесс, центральная часть общего пути катаболизма, в ходе которого происходит окончательное биоразложение до CO2 двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.
Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, а так же центр пересечения множества метаболических путей в организме. Так этот процесс играет не только важную энергетическую роль, но так же вовлечен в синтез молекул предшественников для будущего биологического синтеза аминокислот белков и жирных кислот, в которых нуждается организм.
Цикл превращения лимонной кислоты в живых клетках был открыт и изучен немецким биохимиком Гансом Кребсом, за эту свою работу он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1953 году (совместно с Францем Липманом).
***
http://www.gazeta.ru/science/2008/02/19_a_2641806.shtml
Вход
Регистрация
FAQ
Поиск
