Spørgsmål:
Hvad er et minimalt, men alligevel kemisk meningsfuldt kinetisk system til en oscillerende reaktion?
F'x
2012-05-06 00:49:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Oscillerende reaktioner er et sjovt aspekt af kemi. Jeg har forsøgt at finde forskellige forenklede kinetiske modeller for oscillerende reaktioner såsom Belouzov-Zhabotinsky, Briggs – Rauscher eller Bray – Liebhafsky reaktionerne for at være i stand til at studere dem. Imidlertid er de modeller, jeg hidtil har fundet, enten for komplicerede (8 eller flere arter overvejet) eller løs kemisk betydning. For et eksempel på det andet tilfælde svarer Balls 1994-model [1] til:

enter image description here

enter image description here

Selvom dette er nyttigt og introducerer en god cirkularitet i modellen, hvilket skaber den mulige feedback, har den mistet al kemisk sans - hvorved jeg mener, at der ikke kan etableres nogen overensstemmelse mellem arten af ​​denne model og et ægte svingende system. p>

Så, mit spørgsmål er: hvad er den enkleste kendte kemisk meningsfulde model for en oscillerende reaktion?


[1 ] Ball, P. 1994 Designe den molekylære verden: Kemi ved grænsen . Princeton, NJ: Princeton University Press.

"Kemisk meningsfuld" er måske ikke det gode udtryk. Også de fleste organiske og uorganiske reaktioner er meget (meget) mere komplicerede end du ser i lærebøger, så et reaktionssystem med 8 arter er meget simpelt ...
Tre svar:
#1
+17
Nathaniel
2012-05-06 19:17:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg er ikke sikker på, om dette er det, du leder efter (det kan godt være, at det stadig er for abstrakt), men svingninger kan forekomme i Gray-Scott-systemet, som er $$ A + 2B \ til 3B \\ B \ til P, $$ hvor $ P $ er et inaktivt produkt, og reaktionen antages at finde sted i en strømningsreaktor, der tilvejebringer en forsyning af A, hvilket giver anledning til dynamikken $$ \ begin {align} \ frac { \ mathrm da} {\ mathrm dt} & = f (1-a) - ab ^ 2; \\\ frac {\ mathrm db} {\ mathrm dt} & = ab ^ 2 - (f + k) b, \ \\ end {align} $$ hvor $ f $ er en hastighed bestemt af strømningsreaktoren, $ k $ er hastigheden af ​​$ B \ til P $ reaktion, og hastighedskonstanten for den autokatalytiske reaktion er sat til 1 uden tab af generalitet ved at skalere $ f $ og $ k $ i forhold til det.

Med det passende valg af parametrene $ f $ og $ k $ kan svingning ske, fordi $ B $ 's koncentration stiger autokatalytisk, men derefter overskrider den sin fødekilde (dvs. koncentrationen af ​​A), som derefter bygger op igen, så cyklussen kan gentages.

Du kan muligvis ikke lide det trimolekylære trin, men jeg har fundet ud af, at du generelt får lignende adfærd, hvis du deler det op i noget som $$ A + B \ til C + B \\ B + C \ til 2B \\ B \ til P. $$ ( Simpelthen at bruge $ A + B \ til 2B $ virker ikke, fordi dets kinetik ikke har den rigtige slags ikke-linearitet.)

Jeg vil sige, at dette har en fordel i forhold til den kuglemodel, som du skrevet i, at det adlyder lovene om termodynamik. (I det mindste fra det, du viste i dit spørgsmål, ser det ud til mig, at Balls model kun svinger, fordi de omvendte reaktioner er blevet forsømt, og hvis de ikke var det, ville det være nødvendigt at gå i ligevægt, fordi det er et lukket system.) Det gør det eksplicit, at du har brug for en strømkilde (levering af $ A $) til svingning og illustrerer sammenhængen mellem svingende adfærd og autokatalytisk kinetik.

Jeg antager, at du kunne ændre det til at være et lukket system, hvor levering af $ A $ kommer fra henfaldet af nogle forløberarter - så noget som $ R \ til A; $ $ A + 2B \ til 3B; $ $ A \ til P; $ $ B \ til P $. Hvis du starter med en stor indledende forsyning på $ R $, bør der være en ordning, hvor $ B $ svinger, når $ R $ forfalder.
Reaktionssystemet $ A + 2B \ rightleftharpoons 3B; B \ rightleftharpoons P $ kaldes også Schlögl-modellen og er blevet [studeret ganske udførligt] (http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/6/39/925.abstract?sid=70d862c2-4d60-4434- b7ad-b2675143a0fb) under godt omrørte betingelser. Små ændringer til denne reaktion kan få den til at svinge.
#2
+8
F'x
2012-05-15 01:05:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Efter lidt mere forskning ser Oregonator ud til at være "den enkleste realistiske model for den kemiske dynamik i den oscillerende Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaktion" eller enhver anden oscillerende reaktion, jeg kunne slå op. Det er beskrevet i Field and Noyes (1974) [1] og tager sit navn fra University of Oregon, hvor disse forskere arbejdede.

Det beskrives ved følgende sæt reaktioner:

enter image description here

hvor hver enhed svarer til en kemisk art i det virkelige system: X = HBrO 2 , Y = Br - , Z = Ce (IV), A = BrO 3 - , B = CH 2 (COOH) 2 og P = HOBr eller BrCH (COOH) 2 .


[1] RJ Field, RM Noyes, “Oscillations in Chemical Systems IV. Begræns cyklusadfærd i en model for en ægte kemisk reaktion ”, J. Chem. Phys. 60 (1974) 1877-84.

#3
+2
edison1093
2014-05-26 19:37:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

@ F'x: Med de 3 reaktioner i Balls system er der ingen måde, hvorpå du kan tildele gratis energiværdier til arterne $ A $, $ B $, $ C $, således at den kombinerede frie energi af de reaktante arter er altid større end produktartens kombinerede frie energi.

f.eks Prøv det på Wolfram Alpha: løs (A + B)> 2A, (B + C)> 2B, (C + A)> 2C

Derfor vil jeg fra et termodynamisk synspunkt sige, at Boldreaktionssystemet er ugyldigt.



Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 3.0-licens, den distribueres under.
Loading...