«Реакция Белоусова-Жаботинского» названа так в честь двух отечественных учёных, первый из которых её открыл (Борис Павлович Белоус ов ), а второй (Анатолий Маркович Жаботинский ) – описал математически. В англоязычных источниках можно встретить такое название: BZ-reaction.

Cтрого говоря, аналоги этой реакции наблюдались химиками ещё в XIX веке…

Этот класс реакций протекает в колебательном режиме, при котором параметры реакции: цвет раствора, концентрация компонентов, температура и др. изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды. Из-за периодического изменения цвета раствора иногда эту реакцию называют «химические часы».

В силу новизны явления, Б.П. Белоусову несколько раз отказали в публикации научные журналы и впервые он опубликовал свои данные лишь в 1958 году в малоизвестном «Сборнике рефератов по радиационной медицине».

«Активная среда на основе химической реакции была создана в нашем институте А.М. Жаботинским и А.Н. Заикиным в 1970 г. и представляет собой тонкий слой жидкости, где протекает окислительная реакция Белоусова (позднее эта реакция и получила название реакции Белоусова-Жаботинского). Реакция имеет циклический (колебательный) характер. В отличие от большинства известных окислительных процессов, которые идут до исчерпания одного из субстратов (окислителя или восстановителя), в ходе этой реакции выделяется ингибитор, тормозящий реакцию на некоторое время после того, как исчерпана лишь небольшая доля реагентов. Состав реакционной смеси следующий (он был описан Б.П. Белоусовым в середине 50-х гг.): лимонная кислота- 2.00 г, сульфат церия - 0.16 г, бромат калия - 0.20 г, серная кислота (1: 3) – 2.0 мл, вода до общего объёма -10.0 мл. Церий (металл переменной валентности) играет роль маятника: он появлялся то в окисленной, то в восстановленной форме».

Почему из хаоса возникают сложные, упорядоченные системы.

Образование упорядоченных структур, происходящие не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы, называется самоорганизацией. Самоорганизация - фундаментальное понятие, указывающее на развитие в направлении от менее сложных объектов к более сложным и упорядоченным формам организации вещества.

В каждом конкретном случае самоорганизация проявляется по-разному, это зависит от сложности и природы изучаемой системы.

Разномасштабные самоорганизующиеся системы независимо от того, к какому разделу науки они относятся, имеют единый алгоритм перехода от менее сложных и менее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным состояниям.

Разработкой теории самоорганизации занимаются несколько научных дисциплин:

1. Термодинамика неравновесных (открытых) систем.

2. Синергетика.

3. Теория катастроф.

Как идет процесс превращения?

В каком направлении? Почему тепло переходит от горячего тела к холодному? Почему пирамида Хеопса разрушается, а не восстанавливается?

Обратимые и необратимые процессы.

В физике вводится понятие энтропии, как меры беспорядка в системе.

Произвольно идущие процессы протекают в направлении увеличения энтропии, т.е. беспорядка в системе (точнее говорить о вероятности направления протекания процесса).

Неравновесные процессы и открытые системы.

Кристаллы – упорядоченные равновесные структуры

Рассматрим несколько примеров, чтобы понять, о чем идет речь.

1. Циркуляционные потоки в атмосфере и океанах Земли - под действием солнечного излучения: - самоорганизация на Земле.

Образование упорядоченных вихрей в атмосфере и океанах Земли.

Главной причиной возникновения воздушных течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом, солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли.

Циркуляционные потоки в атмосфере и океанах Земли: это пример самоорганизация на Земле.

2. Ячейки Бенара - самоорганизация в физических явлениях.

Ячейки Бенара или Рэлея-Бенара - возникновение упорядоченности в виде конвективных ячеек в форме цилиндрических валов или правильных шестигранных структур в слое вязкой жидкости с вертикальным градиентом температуры, т.е. равномерно подогреваемой снизу. В качестве жидкости используется, как правило, силиконовое масло.

3. Химическая реакция Белоусова-Жаботинского - самоорганизация в химии.

Реакция Белоусова - Жаботинского - химическая реакция, в которой возникают хаотические автоколебательные процессы. В настоящее время найдены многие реакции с таким свойством.

В 1951 Б. П. Белоусов обнаружил автоколебания в реакции окисления бромата калия КBrO 3 малоновой кислотой HOOC-CH 2 -COOH в кислотной среде в присутствии катализатора - ионов церия Ce +3 . Течение реакции меняется со временем и раствор периодически меняет цвет от бесцветного (Ce +3) к жёлтому (Ce +4) и обратно. Эффект ещё более заметен в присутствии индикатора pH ферроина. Наиболее эффектно выглядит колба, если вместо лимонной кислоты использовать малоновую, а вместо ионов церия ионы железа Fе 2+ . Тогда раствор в колбе может часами со строгой как часы периодичностью изменять цвет во всем видимом диапазоне от рубиново-красного до небесно-голубого. Сообщение Белоусова было встречено в научных кругах скептически, поскольку считалось, что автоколебания в химических системах невозможны.

В 1961 механизм реакции Белоусова был объяснён аспирантом А. Жаботинским, но эта работа оставалась малоизвестной до 1968 года. 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.

Таким образом, имеется автоколебательный процесс изменения концентрации четырехвалентного церия с одновременным варьированием цвета

На поверхности раствора появляются поверхностные волны (химические спиральные волны)

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 (Ce 3+ , Mn 2+ и комплексы Fe 2+ , Ru 2+), 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.

История открытия колебательной реакции Б. П. Белоусовым, экспериментальное исследование её и многочисленных аналогов, изучение механизма, математическое моделирование, историческое значение приведены в коллективной монографии .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского. Колебательные реакции (ч1). Химия – Просто

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского в РЛ

✪ Реакция Белоусова -- Жаботинского

✪ Реакция Белоусова-Жаботинского / Belousov–Zhabotinsky reaction

Субтитры

Всем привет, с вами Александр Иванов, и проект "Химия - Просто" Сегодня мы начинаем серию видео, в которых мы рассмотрим колебательные реакции В 1937 году, немецкий химик Ханс Кребс, открыл цикл окисления лимонной кислоты открытие важное за которое Кребс получил Нобелевскую химию Цикл Кребса - это ключевая реакция, лежащая в основе кислородного дыхания, энергоснабжения, и роста клетки В советском союзе, был такой ученый, который размышлял, можно ли получить более простой - в идеале - неорганический аналог сложного цикла Кребса? Это позволило бы промоделировать сложные процессы, протекающие в живой клетке, простой химической реакцией которую проще изучить и понять В 1951 году, Белоусов написал о такой химической реакции статью в журнал академии наук СССР. Но её завернули - рецензент завернул статью, категорически утверждая, что такая химическая реакция невозможна. Однако, наш химик не опустил руки, и продолжил исследования А в это время, наука не стояла на месте. Английский математик - Алан Тьюринг, предположил что сочетание химических реакций с процессами диффузии может объяснить целый класс биологических явлений Например, это может объсянить периодические полоски на шкуре тигра Советский физик и химик - Илья Романович Пригожин, в 1955 году пришел к выводу что в неравновесных термодинамических системах, к которым относятся и все биологические системы, возможны химические колебания. Ни Тьюринг, ни Пригожин, даже не подозревали, что обсуждаемый феномен уже открыт Просто статья на эту тему не опубликована Наконец, Белоусов отправляет новый вариант своей работы в другой научный журнал, однако статья снова возвращается с отказом в публикации. Рецензент предложил автору сократить её до пары страниц Такой наглости, Белоусов не выдержал и выбросил статью в мусорную корзину и навсегда прекратил общение с академическими журналами И только через 8 лет, о колебательной реакции была напечатана заметка в сборнике трудов радиационной медицины По Москве ходили слухи, что где-то есть стакан, в котором бьётся химическое сердце Это заинтересовало химика Симона Шнолля Он нашёл Бориса Павловича, и взял рецепт чудесной реакции А когда провел её, то был чрезвычайно удивлён Он поручил своему аспиранту - Анатолию Марковичу Жаботинскому детально исследовать колебательно-химический феномен Вскоре, в исследовании этой реакции, участвовали уже десятки людей - они публиковали сотни статей, получали кандидатские и докторские степени Белоусов в данной деятельности не участвовал ему было глубоко за 70, и он продолжал работать в своём институте, а потом до него добрались бюрократы и отправили его на пенсию. Оставшись без работы, Борис Павлович вскоре умер. Открытая им знаменитая химическая реакция, носящая сейчас имя Белоусова-Жаботинского, стала поворотным пунктом в современном мировоззрении. Сейчас, колебательная реакция входит в золотой фонд науки 20-го века Вскоре было открыто множество различных колебательных реакций, поэтому давайте похимичим, и сами проведём реакцию Белоусова-Жаботинского Чтобы её провести, приготовим 3 раствора. Их составы приведены на экране. Вместо двойного нитрата церия и аммония, в принципе подойдет эквивалентное количество любой другой соли церия (IV) Смешаем растворы А и B, и будем постоянно перемешивать через минуту, доливаем раствор С Как мы видим, раствор меняет свой цвет Но мы, на этом не остановимся, и усовершенствуем данную реакцию добавлением раствора ферроина. Его состав вы видите на экране. Наиболее полный механизм происходящего, можно описать набором 80 элементарных реакций Выглядят эти превращения, вот так Даже если вы химик, запоминать подробно это не стоит. Мы просто показываем масштаб трагедии, а точнее то, как такая красота происходит Так происходит смена цвета, если раствор постоянно перемешивается, а если мы остановим перемешивание или заполним данным раствором высокий, узкий сосуд, то выглядит это совсем космически А для тех кто не сдюжил, мы разберём происходящее в общих чертах. После того, как мы смешали растворы A и B, в стакане протекает несколько процессов. Их реакции вы видите на экране. Эти реакции конкурируют друг с другом. Жёлтая окраска раствора получается из-за выделяющегося брома. Какого цвета бром - вы можете посмотреть в видео про бром. Далее, бром реагирует с малоновой кислотой и жёлтая окраска исчезает Затем, протекает реакция окисления Церия, которая иницируется следующими реакциями Причём бромистая кислота неустойчива и разлагается образуя бромат ионы, которые ускоряют предыдущие реакции. Кстати, церий в данном процессе является катализатором Катализатор - это такое вещество, которое ускоряет реакцию, но не участвует в самой реакции. И если вот в этой реакции церий окислился, то в вот этой он возвращается в исходное состояние Видно, что концентрация ионов церий 3+ и церий 4+ постоянно колеблется. Здесь, мы должны вспомнить, что в стакан мы последним добавили раствор фероина, который может менять цвет в зависимости от величины окислительно-восстановительного потенциала который, в свою очередь, определяется соотношением концентраций ионов церия 4+ и церия 3+ в растворе Что такое окислительно-восстановительный потенциал, мы рассмотрим как-нибудь в другой раз. Если концентрация ионов церия 4+ увеличивается, то он всё больше окисляет железо в фероине, из 2-х валентного, в 3-х валентное Комплекс 2-х валентного железа имеет красный цвет, а комплекс 3-х валентного железа имеет синий цвет. Таким образом, при изменении соотношений концентраций различных ионов церия происходит изменение цвета раствора Колебания происходят из-за того, что процессы, протекающие в стакане, постоянно конкурируют друг с другом В какой-то момент становится больше брома, в какой-то бромат ионов, а в какой-то бромид ионов Цвет раствора зависит от того, концентрация какого из веществ больше в данный момент Выделющийся бром придаёт жёлтую окраску Когда брома мало, и много бромат ионов, раствор имеет синюю окраску Также, мы модифицировали эту реакцию, добавив в раствор фероина который тоже меняет свой цвет, в зависимости от концентрации ионов церий 4+ между синим и красным. Не следует, конечно, и забывать об окраске ионов церия. Если ионы церия 3+ бесцветны, то ионы церия 4+ окрашивают раствор в жёлтый цвет. А когда все эти цвета накладываются, то раствор может иметь все остальные цвета, которые вы видите. Естественно, у вас возникает вопрос - "А какое прктическое применение имеет данная реакция?" Ответ прост - а никакого! Максимум для чего может использоваться конкретно данная химическая реакция - это чисто в демонстративных целях Чуть позже, в других видео, мы рассмотрим другие подобные колебательные реакции, в том числе и такую которая имеет практическое применение А на этом всё - подписывайся, ставь палец вверх, не забывай поддерживать проект и обязательно рассказывай друзьям Пока!

История открытия

Механизм реакции

Модель Жаботинского - Корзухина

Первая модель реакции Белоусова - Жаботинского была получена в 1967 году Жаботинским и Корзухиным на основе подбора эмпирических соотношений, правильно описывающих колебания в системе . В её основе лежала знаменитая консервативная модель Лотки - Вольтерры .

здесь X 2 {\displaystyle X_{2}} = , C= 0 + 0 , X 1 {\displaystyle X_{1}} - концентрация автокатализатора, X 3 {\displaystyle X_{3}} = .

Брюсселятор

Простейшая модель, предложенная Пригожиным , которая имеет колебательную динамику.

Орегонатор

Механизм, предложенный Филдом и Нойесом , является одним из простейших и в то же время наиболее популярным в работах, исследующих поведение реакции Белоусова - Жаботинского:

Соответствующая система обыкновенных дифференциальных уравнений:

Эта модель демонстрирует простейшие колебания, похожие на экспериментально наблюдаемые, однако она не способна показывать более сложные типы колебаний, например сложнопериодические и хаотические.

Расширенный орегонатор

Модель Шоуалтера, Нойеса и Бар-Эли разрабатывалась для моделирования сложнопериодического и хаотического поведения реакции. Однако хаос получить в этой модели не удалось.

где A {\displaystyle A} - BrO 3 − ; X {\displaystyle X} - HBrO 2 ; Y {\displaystyle Y} - Br − ; C {\displaystyle C} - Ce 3+ ; Z {\displaystyle Z} " - Ce 4+ ; W {\displaystyle W} - BrO 2 ; P {\displaystyle P} - HOBr.

В науку химию влюбляются в детстве, как в роковую женщину. Влюбляются или из-за красоты разноцветных превращений вещества или из-за эффектности взрыва самодельно произведенной взрывчатки. Я хочу рассказать историю о великих химиках и об их замечательном открытии. В этой истории все тоже начинается со взрывчатки, а заканчивается удивляющей глаз и ум красотой.

Итак, в 1905 году 12-летний москвич Борис Белоусов вместе со своими старшими братьями попал в тюрьму за производство взрывчатки. Взрывчаткой этой начиняли гранаты, которые использовали боевики и дружинники на восставшей Пресне. По нынешним временам этот практикум по химии назвали бы подготовкой к террористическим актам. Ребята производили небезопасные (во всех смыслах) опыты на чердаке большого дома, в котором проживала семья Белоусовых. Семейство было не из бедных. Отец работал банковским служащим.

В деле участвовали четверо из пяти братьев Белоусовых. Старший, семнадцатилетний Александр, который, собственно, и «спропагандировал» братьев на революционную деятельность, сумел скрыться от полиции. Шестнадцатилетний Сергей проявил героизм: при аресте он назвался чужим именем. Товарищ, которого он таким образом прикрыл от ареста, был более нужен революционному делу, чем мальчишка, пошедший за него по этапу и погибший в конце концов в Сибири. Несовершеннолетних Владимира и Бориса Белоусовых тоже должны были выслать в Сибирь. Но жандармы предложили матери юных революционеров более легкий выбор: эмигрировать. Семья выехала в Швейцарию.

В советское время легенду о том, что Борис Белоусов, живя в русской эмигрантской колонии в Цюрихе, играл в шахматы с самим Лениным, произносили бы с придыханием. В наше непочтительное к вождям время всплывают другие детали. Б.Белоусов вспоминал, что Ленин играл азартно и, желая победить, не брезговал психологическим прессингом: ругал противника на чем свет стоит. Ну, как тут не вспомнить рассказ знаменитого гроссмейстера О.Бендера!

Вы знаете, Ласкер дошел до пошлых вещей, с ним стало невозможно играть. Он обкуривает своих противников сигарами. И нарочно курит дешевые, чтобы дым противней был. Шахматный мир в беспокойстве.

Впрочем, Борис Павлович Белоусов (1893 - 1970) на этом свою революционную деятельность закончил. В большевистскую партию он не вступил ни до 1917 года, ни после. А поступил он в знаменитый Цюрихский политехнический институт, который и закончил в 1914 году.

Занятия в Цюрихском политехе были бесплатными, но вот за диплом надо было платить. За отстутствием денег Борис Белоусов диплом выкупать не стал и в 1914 году возвратился в Россию со справкой о прослушанных курсах.

Когда началась Первая мировая война, в действующую армию юношу не взяли из-за невероятной худобы. И он поступил на работу по специальности, в химическую лабораторию металлургического завода Гужона в Москве у Рогожской заставы. В советское время этот завод переименовали в «Серп и молот», так он называется до сих пор.

Химическая лаборатория завода Гужона находилась под патронажем известного русского химика Владимира Николаевича Ипатьева (1867 — 1952) , которого по широте интересов и гениальности сравнивали с Д.И.Менделеевым. Но в России его имя почти неизвестно. Почему? Да потому что в 1930 году, будучи за границей и узнав о начавшемся процессе Промпартии, он счел за лучшее на Родину не возвращаться. Вполне резонно Ипатьев полагал, что пролетарская власть решила, наконец, разобраться со «спецами». В этой разборке ему, бывшему царскому генералу, пусть даже и академику, пусть даже и названному Лениным «главой нашей химической промышленности», светило только одно: высшая мера пролетарской защиты. В.Н.Ипатьев уехал в Чикаго, где начал преподавать в местном университете. Он занялся нефтехимией, и фактически основал эту отрасль в США.

Почему в годы Первой мировой войны В.Н.Ипатьеву присвоили звание генерал-лейтенанта царской армии? Потому что он занимал должность председателя Химического комитета при Главном Артиллерийском Управлении и руководил производством боеприпасов и химического оружия. К этому делу Ипатье подключил способного юношу из лаборатории на заводе Гужона. С тех пор долгие годы Б.П.Белоусов занимался «закрытой» тематикой. Его работы по совершенствованию противогазов и созданию газовых анализаторов широкой публике не известны. А еще с 1933 года он был преподавателем в военно-химической академии Красной Армии. Чудо это или нет - но Б.Белоусов уцелел в лихие годы, когда старательные карательные «органы» выкосили практически всех военных от майора и выше. Более того, в 1938 году он ушел в отставку в звании генерал-майора. После Великой Отечественной войны Белоусов работал заведующим лабораторией в секретном медицинском институте, занимаясь токсикологией и изыскивая средства для борьбы с лучевой болезнью.

Именно здесь Борис Павлович столкнулся с чудесами советской бюрократии. Отдел кадров вдруг обнаружил, что у заведующего лабораторией нет диплома о высшем образовании. Уволить Белоусова не решились, но перевели на должность старшего лаборанта. Естественно, не освободив от обязанностей завлаба. Впрочем, директор института был на стороне Бориса Павловича. Он написал докладную на имя Сталина, и вождь наложил резолюцию: пока Белоусов занимает должность заведующего, платить ему, как заведующему лабораторией и доктору наук.

Главное открытие, принесшее ему мировую известность, Б.П.Белоусов совершил в 58 лет. Случай в науке редкий. До пенсии недалеко, какие уж тут открытия?

К этому времени в биохимии были открыты так называемые колебательные реакции. Схематически эти реакции выглядят так. В одном сосуде одновременно происходят как минимум две реакции. Причем продукты первой реакции являются исходными реагентами для второй. В свою очередь, продукты второй реакции являются исходными реагентами для первой. Что при этом должно происходить? В начале скорость первой реакции будет велика, но с течением времени ее ход замедлится, поскольку уменьшится концентрация исходных реагентов. В то же время начнет возрастать скорость второй реакции - ведь количество ее исходных реагентов, продуктов первой реакции, возросло. По мере хода второй реакции ее исходные реагенты исчерпаются, реакция замедлится, зато теперь снова ускорится первая реакция - ведь у нее снова появились исходные реагенты. И так далее до бесконечности. Концентрация реагентов все время будет колебаться - то возрастать, то убывать. Потому и реакции назвали колебательными.

Борис Павлович придумал такую же колебательную реакцию, но протекающую с неорганическими веществами. Подобную реакцию было проще осуществить и проще изучить. Выглядела же она просто волшебно, особенно, если проводить реакцию в тонком слое жидкости, например в чашке Петри. По поверхности при этом бегут волны изменения концентрации, образуя причудливые, все время изменяющиеся узоры. Завораживающе красивое зрелище!

Однако, на статьи, которые в 1951, а после этого в 1955 году Борис Павлович послал в солидные химические журналы рецензенты дали один ответ: «Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда!»

Человек более молодой и менее потрепаный жизнью, вероятно, мог бы возразить рецензенту. Составить акт о том, что описываемое в статье явление имеет место. Наконец, приехать в редакцию с колбами и реактивами, чтобы продемонстрировать все неверам-рецензентам. Но генерал Белоусов почел ниже своего достоинства доказывать, что он не верблюд. Хотя работу над своим открытием продолжал.

Неизвестно бы чем это закончилось, если бы об удивительном открытии Б.П.Белоусова не узнал профессор С.Э.Шноль. Узнав, он принялся искать первооткрывателя, что было делом совсем не простым - ведь Белоусов работал в «закрытом» институте, а попытка публикации в общедоступном научном журнале, как мы видели, завершилась неудачей. Но, наконец, С.Э.Шноль нашел Б.П.Белоусова, получил от него листок бумаги с рецептом: как осуществить реакцию.

Поскольку Б.П.Белоусов отказался от сотрудничества, сказав С.Э.Шнолю потрясающую фразу: «Я не могу и не хочу заводить новых друзей. Мои друзья погибли или умерли» , профессор «натравил» на проблему колебательных реакций прекрасного физика и математика Анатолия Марковича Жаботинского (1938 — 2008) . А.М.Жаботинский с сотрудниками разработал математическую модель химических процессов, происходящих в ходе реакции Б.П.Белоусова, физические приборы для регистрации этих процессов и даже применил компьютеры для обработки результатов и вычисления кинетических коэффициентов реакции. Сейчас кажется: «А как же иначе?». Но в те годы компьютеры назывались еще «электронно-вычислительными машинами» и выглядели соответственно. Стальные шкафы, размещенные в немаленькой комнате с кондиционерами и фальшполами, под которыми тянулись километры электрических кабелей. Информация вводилась с перфокарт или с перфолент, а выводилась на длинные бумажные «простыни» распечаток. Воистину, интеллектуальные паровые машины! При этом машины коллективного пользования. Так что применение компьютеров для моделирования сложной химической реакции тоже было новинкой.

В 1964 году вышла статья А.М.Жаботинского, в которой подводились итоги выполненных исследований. Важность этой статьи была еще в том, что она закрепляла приоритет советской науки в области колебательных химических реакций. Буквально через год эта тема стала очень модной и число статей на эту тему начало исчисляться сотнями. Реакция Белоусова - Жаботинского стала всемирно известной. По-английски ее называют BZ реакцией.

В принципе открытие колебательных реакций вполне было достойно Нобелевской премии. Но, как говорят, «карта легла по другому». Определенной компенсацией можно считать то, что в 1980 году нескольким ученым - физикам и химикам была вручена Ленинская премия. Борис Павлович Белоусов был награжден посмертно.

Полезные ссылки:

1. Замечательная

Исследования концентрационных колебаний до открытия реакции Белоусовым

Оказалось, что одна из первых публикаций по химическим колебаниям относится к 1828 г. В ней Т. Фехнер изложил результаты исследования колебаний электрохимической реакции. В 1833 г. В. Гершель публикует подобное исследование колебаний каталитической гетерогенной реакции. Наиболее интересна работа М. Розеншельда, относящаяся к 1834 г. Ее автор совершенно случайно заметил, что небольшая колба, содержащая немного фосфора, в темноте испускает довольно интенсивный свет. В самом факте свечения фосфора не было ничего удивительного, но то, что это свечение регулярно повторялось каждую седьмую секунду, было интересно. В публикации Розеншельда приводится детальное исследование мерцаний колбы. Сорок лет спустя эти эксперименты с "мерцающей колбой" продолжил француз М. Жубер (1874). Ему удалось в пробирке наблюдать периодическое образование "светящихся облаков". Еще через двадцать лет также немецкий ученый А. Центнершвер исследовал влияние давления воздуха на периодические вспышки фосфора. В его экспериментах период вспышек начинался с 20 сек. и уменьшался с понижением давления. В то же время в Англии химики Т. Торп и А. Таттон наблюдали в запаянном стеклянном сосуде периодические вспышки реакции окисления триоксида фосфора.

Особенно яркая страница в истории химических колебаний связана с так называемыми кольцами Лизеганга. В 1896 г. немецкий химик Р. Лизеганг, экспериментируя с фотохимикатами, обнаружил, что если капнуть ляписом на стеклянную пластину, покрытую желатиной, содержащей хромпик, то продукт реакции, выпадая в осадок, располагается на пластинке концентрическими окружностями. Лизеганг увлекся этим явлением и почти полвека занимался его исследованием. Нашлось и практическое его применение. В прикладном искусстве кольца Лизеганга использовали для украшения различных изделий с имитацией яшмы, малахита, агата и т. п. Сам Лизеганг предложил технологию изготовления искусственного жемчуга. И все-таки открытие Лизеганга, имевшее большой резонанс в научных химических кругах, не было первым. И до него изучали химические волны, а в 1855 г. вышла книга Ф. Рунге, в которой были собраны многочисленные примеры таких экспериментов.

Перечень подобных примеров можно продолжить. Вслед за указанными были открыты колебательные реакции на границе раздела двух фаз. Из них наиболее известны реакции на границе металл-раствор, получившие специфические названия - "железный нерв" и "ртутное сердце". Первая из них - реакция растворения железа (проволоки) в азотной кислоте - получила свое название из-за внешнего сходства с динамикой возбужденного нерва, замеченного В.Ф. Оствальдом. Вторая, вернее один из ее вариантов, - реакция разложения Н 2 О 2 на поверхности металлической ртути. В реакции происходит периодическое образование и растворение пленки оксида на поверхности ртути. Колебания поверхностного натяжения ртути обусловливают ритмические пульсации капли, напоминающие биение сердца. Но все эти реакции не привлекали особенного внимания химиков, поскольку представления о ходе химической реакции были еще достаточно смутными.

Лишь во второй половине XIX в. возникли термодинамика и химическая кинетика, положившие начало специфическому интересу к колебательным реакциям и методам их анализа. И в то же время именно развитие равновесной термодинамики послужило на первых порах тормозом при изучении подобных процессов. Дело, видимо, было в "инерции предыдущего знания". По словам профессора Шноля, "не мог образованный человек представить себе в беспорядочном тепловом движении огромного числа молекул макроскопическую упорядоченность: все молекулы то в одном, то в другом состоянии! Будто признать существование вечного двигателя. Этого быть не может. И в самом деле не может этого быть. Не может быть вблизи состояния равновесия, а только его и рассматривала термодинамика тех лет. Однако никаких ограничений на сложные, в том числе колебательные, режимы нет для неравновесных химических систем, когда реакции еще не завершились, и концентрации реагентов не достигли равновесного уровня. Но это обстоятельство ускользало от внимания химиков… Потребовалось чрезвычайное интеллектуальное напряжение, чтобы вырваться из "железных оков полного знания" и исследовать поведение систем вдали от равновесия".

Тем не менее уже в 1910 г. итальянец А. Лотка на основе анализа системы дифференциальных уравнений предсказал возможность колебаний в химических системах. Однако первые математические модели соответствовали только затухающим колебаниям. Лишь через 10 лет Лотка предложил систему с двумя последующими автокаталитическими реакциями, и в этой модели колебания уже могли быть незатухающими.

Однако позиции физиков и химиков здесь разошлись. Одно из наиболее ярких достижений физики и математики XX в. - создание теории колебаний. Большие, общепризнанные заслуги принадлежат здесь советским физикам. В 1928 г. аспирант А.А. Андронов, будущий академик, выступил на съезде физиков с докладом "Предельные циклы Пуанкаре и теория автоколебаний".

В начале 1930-х гг. в Институте химической физики АН СССР были обнаружены колебания свечения в "холодных пламенах", аналогичные колебательной люминесценции паров фосфора, которые заинтересовали известного физика Д.А. Франк-Каменецкого, объяснившего эти колебания на основании кинетической модели Лотки. А в 1947 г. в том же институте была представлена к защите диссертация на тему "К теории периодического протекания гомогенных химических реакций", написанная И.Е. Сальниковым под научным руководством Франк-Каменецкого. Эта диссертация содержала обширную информацию о более чем вековой истории изучения химических колебаний и первые результаты по их теоретическому исследованию методами теории нелинейных колебаний, развиваемой школой академика Андронова. Но защита ее тогда не состоялась. По мнению Вольтера, "работы Франк-Каменецкого и Сальникова по химическим автоколебаниям, изложенные в диссертации, в книге и в ряде статей, безусловно, были новаторскими для тогдашней химической науки. Но это новаторство мало кто понимал. "Колебательная идеология" (термин Андронова) была чужда неколебательной обыденности химической науки и практики, и этим можно объяснить тот факт, что работы Франк-Каменецкого и Сальникова в 1940-е гг. были приняты в штыки, а когда состоялось вторичное открытие химических колебаний, их никто не вспомнил". Остается загадкой, имел ли представление об этих работах Белоусов. Во всяком случае, в его двух статьях не приводится ссылок на работы его предшественников.

Использованы материалы:
him.1september.ru, Википедия, журнал Природа, scholarpedia.org, hopf.chem.brandeis.edu, online.redwoods.cc.ca.us, vivovoco.rsl.ru.