Он знал, как они друг к друг относятся, как враждуют и дружат, как соединяются и разъединяются. Он понимал их устремления и способности, красоту и темперамент. Звали этого человека Борис Павлович Белоусов. Судьба ему выпала такая, что никакой писатель-фантаст не смог бы выдумать.
В 12 лет Борис стал революционером. Вместе со своими старшими братьями он изготавливал бомбы для участников восстания 1905 года. Братьев Белоусовых арестовали и приговорили к ссылке или эмиграции. Семья вынуждена была эмигрировать. Она обосновалась в Швейцарии. Цюрихскую квартиру Белоусовых посещали многие видные русские революционеры, включая Ульянова-Ленина, с которым Борис играл в шахматы. В Цюрихском университете молодой человек прослушал полный курс химии и познакомился с Альбертом Эйнштейном. Диплома Белоусов не получил, потому что за него нужно было заплатить слишком много денег. Семья такой суммой не располагала.
Вернуться в Россию Борису удалось только в 1914 году. Он стал работать вместе со знаменитым химиком - академиком В. Н. Ипатьевым в области военной химии. Есть химики, которые разрабатывают боевые отравляющие вещества. Отдел, где работал Борис, занимался не ядами, а противоядиями. Молодой учёный был в числе тех, кто создавал противогазы и противорадиационные лекарства. А кому из вас не прижигали ссадины «зелёнкой», или бриллиантовой зеленью? Так вот, промышленный выпуск этого препарата наладили в конце 1930-х годов благодаря исследованиям молодого учёного Белоусова.
Борис Павлович много лет преподавал химию. Сначала в военно-химической школе, потом в Академии химической защиты и даже дослужился до звания генерал-майора. Во время Второй мировой войны Белоусов работал начальником отдела в одном из научных институтов.
После войны для учёного наступили трудные времена. Пришли к нему чиновники-бюрократы и потребовали показать диплом о высшем образовании. Но профессор и генерал Белоусов в своё время, как вы знаете, не смог выкупить заслуженный диплом Цюрихского университета. Бюрократы заявили, что без диплома учёный не может занимать должности выше старшего лаборанта.
Белоусов перешёл на зарплату старшего лаборанта, оставаясь при этом начальником отдела, - других учёных с такой высокой квалификацией в институте не было, хотя химиков с дипломами - сколько угодно. В конце концов, руководство института добилось письменного разрешения Сталина на возвращение учёному прежней зарплаты.
Но деньги Белоусова волновали мало - он был слишком занят своими химическими реакциями. В ходе многолетних поисков лекарств, которые могут спасти клетку от радиации, химик-виртуоз наткнулся на следы терра инкогнита - «неизвестной земли» в мире химических реакций.
Дело в том, что многие биологические процессы цикличны: сердце ритмично бьётся, лёгкие равномерно дышат. Даже полоски на шкуре тигра и жирафа отражают периодические процессы, протекающие под кожей. В популяциях рысей и зайцев охотники тоже заметили колебания: звериного поголовья становится то больше, то меньше. Математики даже составили уравнения для этих периодических изменений числа хищников и травоядных.
В основе биологических процессов, носящих периодический характер, лежат химические превращения. Но вот что странно: ни одной периодической или колебательной реакции в химии до середины ХХ века не было открыто. Поиск периодической химической реакции выглядел в то время как издевательство над законами термодинамики, ведь уголь сгорает и железо ржавеет необратимо. Казалось, невозможно представить себе химическую реакцию, которая периодически меняет своё направление.
Но Белоусов понимал, что в мире химических взаимодействий должна найтись неизвестная, неисследованная область - основа циклических процессов в клетках живых организмов. Знания, опыт и интуиция подсказывали Белоусову, где нужно искать периодические реакции.
В 1937 году немецкий химик Ганс Кребс открыл цикл окисления лимонной кислоты. Открытие важное - недаром Кребс получил за него Нобелевскую премию. Цикл Кребса - ключевая реакция, лежащая в основе кислородного дыхания, энергоснабжения и роста клетки.
Белоусов напряжённо 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 легче изучить и понять.
Что будет, если воздействовать на лимонную кислоту раствором бертолетовой соли и добавить в раствор ещё соли церия ? Но ведь нужен окислитель, притом такой, который действует в присутствии катализатора...
Химик-виртуоз досконально продумал будущую реакцию, сопоставил окислительный потенциал бертолетовой соли с валентностью ионов железа и церия. В трёхвалентном состоянии ионы церия бесцветны, а в четырёхвалентном - жёлтые. Это означает, что изменение валентности можно будет наблюдать своими глазами. Распад лимонной кислоты будет виден по выделению углекислого газа.
Прежде чем химик начал сливать растворы вместе, он проделал немало расчётов, сопоставлений и прикидок. Действовать вслепую - значит, зря терять время. Нужна хорошо продуманная гипотеза, которую потом можно проверить и в пробирке.
Много вариантов реакций перебрал Белоусов, провёл сотни опытов и нашёл-таки свою «терра инкогнита»!
Маршрут, вернее рецепт, таков. Если соединить в одной колбе в нужных пропорциях раствор серной кислоты, бромат и бромид натрия, лимонную кислоту, сульфат церия и краску фенантролин, то возникает чудо. Раствор начинает менять цвет с голубого до оранжевого и обратно с периодом колебания от долей секунды до десятков минут. А в плоской посуде по мелкому слою раствора поползут волны разного цвета. После нескольких десятков колебаний нужно подлить свежие растворы, чтобы поддержать химическую реакцию, - совершенно так же, как нужно питать живой организм.
Периодическая реакция, открытая Борисом Павловичем Белоусовым, в каком-то смысле простой аналог жизни - неравновесная химическая пульсация, похожая на сердцебиение.
В лабораторию Белоусова, где «тикали» жидкие химические часы или, если угодно, билось «химическое сердце», потянулись друзья и сотрудники.
Белоусов сел писать статью о своём открытии. Печатных трудов и патентов у химика было много, но в академических журналах он не публиковался и с нравами тамошних рецензентов знаком не был. Увы, рецензенты научных журналов не были виртуозами. Это неформальное звание редко кому удаётся заслужить.
В 1951 году статья Белоусова об открытии удивительной реакции попала в журнал Академии наук СССР. И быстро вернулась с отказом в публикации. Рецензент завернул статью, категорически утверждая, что такая химическая реакция невозможна.
Обычно немногословный Белоусов с горечью заметил, что нынешние учёные утратили уважение к фактам. Видимо, рецензент забыл про высказывание знаменитого естествоиспытателя, создателя микроскопа Антони ван Левенгука: «Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит опыт».
Борис Павлович взялся за дальнейшее исследование новой реакции. Пять лет он проводил измерения и анализы. В это время наука не стояла на месте. В 1952 году английский математик Алан Тьюринг высказал предположение о том, что сочетание химических реакций с процессами диффузии может объяснить целый класс биологических явлений, в частности периодические полоски на шкуре тигра. Русский физик и химик Илья Романович Пригожин в 1955 году пришёл 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 ими феномен уже открыт, просто статья на эту тему не опубликована.
Наконец, Белоусов отправляет новый вариант своей работы в другой научный журнал. Статья снова возвращается с отказом в публикации! Рецензент предложил автору сократить её до пары страниц. Такой наглости Белоусов не выдержал - он выбросил статью в мусорную корзину и навсегда прекратил общение с академическими журналами.
Племянник Белоусова, уже ставший студентом-химиком, предлагал дяде принести колбу в редакцию - пусть сами увидят химические часы в действии! Генерал Белоусов сердито отказался: «Что я им - клоун?»
Прошло восемь лет после открытия колебательной реакции - но по-прежнему о ней никто, кроме сотрудников и друзей Белоусова, не знал. Правда, по Москве поползли слухи о необычном стакане, в котором бьётся цветное «химическое сердце». Химик из Московского университета Симон Шноль, услышав об этой реакции, загорелся и стал искать её открывателя - но безуспешно. У Шноля даже вошло в привычку, выступая на научных семинарах, расспрашивать присутствующих химиков о неизвестном авторе колебательной реакции.
Осенью 1958 года после очередного семинара к Шнолю подошёл студент и сказал, что эту реакцию открыл его двоюродный дед - Борис Павлович Белоусов. Шноль взял номер телефона Белоусова у студента и позвонил химику.
Борис Павлович был сух, от встречи отказался, но рецепт реакции продиктовал. Симон Шноль рецептуру полностью выдержать не смог, ярких цветов не достиг, но всё-таки получил колебания желтоватого цвета и был восхищён ими. В лабораторию Шноля любопытные сотрудники устроили паломничество, и вскоре весть о чудесной реакции разнеслась по Москве.
Шноль был обеспокоен: любая печатная работа, посвящённая циклической реакции, представлялась ему неэтичной, потому что не было возможности сослаться на печатную работу автора открытия.
Симон Эльевич снова позвонил Белоусову, долго уговаривал его и вскоре получил сборник трудов радиационной медицины, в котором Борис Павлович опубликовал краткое описание колебательной реакции. Никаких рецензентов у сборника не было, зато его составители отлично знали и глубоко уважали Белоусова и молниеносно опубликовали его краткую заметку.
Трёхстраничная заметка 1959 года стала единственной печатной работой Белоусова об открытой им циклической реакции. Но этот маленький камушек вызвал лавину. Шноль поручил своему аспиранту Анатолию Марковичу Жаботинскому детально исследовать колебательный химический феномен. Вскоре в изучении этой реакции участвовали уже десятки людей. Они публиковали сотни статей, получали кандидатские и докторские степени. Белоусов в этой деятельности не участвовал. Ему было глубоко за семьдесят, и он продолжал работать в своём институте. А потом какой-то бюрократ все-таки добрался до химика-виртуоза и отправил его на пенсию. Оставшись без работы, Борис Павлович вскоре умер.
Открытая им знаменитая химическая реакция, носящая сейчас имя Белоусова-Жаботинского, оказалась поворотным пунктом в современном мировоззрении, основанном на понятиях самоорганизации, открытых систем, колебательных реакций и структурообразующих неустойчивостей. Думается, эта работа заслуживала Нобелевской премии. Но лишь спустя десять лет после кончины Бориса Павловича Белоусова ему посмертно была присуждена Ленинская премия.
И всё же химик-виртуоз получил нечто гораздо большее, чем медаль и денежная награда, - ни с чем не сравнимое наслаждение нового открытия.
Что важнее - открыть Америку или получить за это награду? Возможно, кто-нибудь и задумается над ответом, но только не такой человек, как Борис Павлович Белоусов, химик-виртуоз и счастливый первооткрыватель периодической реакции поразительной красоты и важности. Сейчас она вошла в золотой фонд науки ХХ века.
Катализаторы - вещества, ускоряющие химическую реакцию. Сам катализатор не расходуется в ходе реакции.
Энзимы (ферменты) - обычно белковые молекулы, которые ускоряют химические реакции в живых организмах.
«Терра инкогнита» (в переводе с латинского «неизвестная земля») - так на географических картах XVII-XIX веков обозначались ещё не исследованные территории.
Церий - серебристый металл из группы лантанидов, редкоземельных элементов.
Диффузия - процесс переноса вещества (газа, жидкости и т. д.) из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.
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.
Изменение цвета реакционной смеси в реакции Белоусова - Жаботинского с ферроином
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 .
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 .
d X 1 d t = k 1 X 1 (C − X 2) − k 0 X 1 X 3 {\displaystyle {\frac {dX_{1}}{dt}}=k_{1}X_{1}(C-X_{2})-k_{0}X_{1}X_{3}} d X 2 d t = k 1 X 1 (C − X 2) − k 2 X 2 {\displaystyle {\frac {dX_{2}}{dt}}=k_{1}X_{1}(C-X_{2})-k_{2}X_{2}} d X 3 d t = k 2 X 2 − k 3 X 4 {\displaystyle {\frac {dX_{3}}{dt}}=k_{2}X_{2}-k_{3}X_{4}}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:
| I | A + Y | X | ||
| II | X + Y | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | P | |
| III | B + X | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | 2 X + Z | |
| IV | 2 X | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | Q | |
| V | Z | ⟶ {\displaystyle \longrightarrow } | f Y |
Соответствующая система обыкновенных дифференциальных уравнений:
d [ X ] d t = k I [ A ] [ Y ] − k I I [ X ] [ Y ] + k I I I [ B ] [ X ] − k I V [ X ] 2 {\displaystyle {\frac {d[X]}{dt}}=k_{I}[A][Y]-k_{II}[X][Y]+k_{III}[B][X]-k_{IV}[X]^{2}} d [ Y ] d t = − k I [ A ] [ Y ] − k I I [ X ] [ Y ] + f k V [ Z ] {\displaystyle {\frac {d[Y]}{dt}}=-k_{I}[A][Y]-k_{II}[X][Y]+fk_{V}[Z]} d [ Z ] d t = k I I I [ B ] [ X ] − k V [ Z ] {\displaystyle {\frac {d[Z]}{dt}}=k_{III}[B][X]-k_{V}[Z]}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.
| 1 | A + Y | X + P | ||
| 2 | X + Y | ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } | 2 P | |
| 3 | A + X | ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } | 2 W | |
| 4 | C + W | ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } | X + Z" | |
| 5 | 2 X | ↔ {\displaystyle \leftrightarrow } | A + P | |
| 6 | Z" | → {\displaystyle \rightarrow } | g Y + C |
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.
Среди многочисленных колебательных химических и биохимических реакций наиболее известным является класс реакций, впервые открытых российским ученым Б.П. Белоусовым (1958).
В изучение этих реакций большой вклад также внес А.М. Жаботинский, в связи с чем в мировой литературе они известны по названием «BZ-реакции» (Belousov-Zhabotinskii reaction). Реакция Белоусова-Жаботинского стала базовой моделью для исследования процессов самоорганизации, включая образование неоднородных по пространству распределений концентраций реагирующих веществ, распространение пятен (patches), спиральных волн и других автоволновых процессов. Она исследована в сотнях лабораторий мира в сосудах различной формы, в протоке, на пористых средах, при различных воздействиях - изменении температуры, световом и радиационном воздействии.
В реакции, изученной Б.П. Белоусовым, основная стадия представляет собой окисление в кислой среде малоновой кислоты ионами бромата BrO - 3 . Процесс протекает в присутствие катализатора церия, который имеет две формы Се 3+ и Се 4+ . Полный текст статьи «Периодически действующая реакция и ее механизм», опубликованной в сборнике рефератов по радиационной медицине за 1958 год (Белоусов 1958), приведен в книге (Филд и Бургер 1988). Сам Б.П. Белоусов так описывает открытую им реакцию:
«Нижеприведенная реакция замечательна тем, что при ее проведении в реакционной смеси возникает ряд скрытых, упорядоченных в определенной последовательности окислительно-восстановительных процессов, один из которых периодически выявляется отчетливым временным изменением цвета всей взятой реакционной смеси. Такое чередующееся изменение окраски от бесцветной до желтой и наоборот, наблюдается неопределенно долго (час и больше), если составные части реакционного раствора были взяты в определенном количестве и в соответствующем общем разведении. Так, например, периодическое изменение окраски можно наблюдать в 10 мл водного раствора следующего состава: лимонная кислота 2.00 г, сульфат церия 0.16 г, бромат калия 0.20 г, серная кислота (1:3) 2.00 мл. Воды до общего объема 10 мл».
Наблюдать колебания и автоволновые процессы также можно в аналогах этой реакции, сконструированных путем замещения бромата на иодат, лимонной кислоты на малоновую или броммалоновую. В качестве катализаторов вместо церия могут быть использованы многие другие переходные металлы. Для демонстраций часто используются системы ферроин-ферриин, содержащие ион Fe в комплексе с фенантролином, так как переход Fe(II) → Fe (III) сопровождается изменением цвета с красного на синий. В качестве органического соединения чаще всего используется малоновая кислота HOOCCH 2 COOH.
Эксперимент
В замкнутом сосуде при интенсивном перемешивании после короткого индукционного периода возникают колебания концентраций и . Типичные экспериментальные кривые представлены на рис. 1 .
Рис. 1. Экспериментально наблюдаемые показания, снятые с платинового электрода , (а) и электрода, регистрирующего ток ионов бромида (б). Начальные концентрации реагентов: = 6.25·10 -2 M; [малоновая кислота] = 0.275 M; = 2·10 -3 M. Максимальная амплитуда колебаний на электроде - 100 мВ, что соответствует изменению концентрации в 100 раз, период колебаний - около 1 мин (Gray and Scott, 1994)
Начало колебаний имеет характер «жесткого возбуждения». Система проходит через субкритическую бифуркацию Андронова-Хопфа. Колебания концентрации ионов , регистрируемые на платиновом электроде, имеют постоянную амплитуду. Бромидный электрод фиксирует увеличение амплитуды, максимальное значение ее соответствует разнице концентраций ионов на два порядка, форма колебаний несколько меняется с течением времени, период удлиняется до 2 мин через 1.5 часа. После этого амплитуда колебаний постепенно уменьшается, они становятся нерегулярными, и очень медленно исчезают.
Первая модель наблюдаемых процессов была предложена А.М.Жаботинским. Рассмотренный им цикл реакции состоит из двух стадий. Первая стадия (I) - окисление трехвалентного церия броматом:
Вторая стадия (II) - восстановление четырехвалентного церия малоновой кислотой:
Продукты восстановления бромата, образующиеся на стадии I, бромируют МК. Получающиеся бромпроизводные МК разрушаются с выделением . Бромид является сильным ингибитором реакции. Схема автоколебательной реакции может быть качественно описана следующим образом. Пусть в системе имеются ионы . Они катализируют образование (стадия II), который взаимодействует с частицами Y реакции I и выводится из системы. Если концентрация достаточно велика, реакция I полностью заблокирована. Когда концентрация ионов в результате реакции II уменьшится до порогового значения, концентрация падает, тем самым снимается блокировка реакции I. Скорость реакции I возрастает, и возрастает концентрация . При достижении верхнего порогового значения концентрация также достигает больших значений, и это приводит снова к блокировке реакции I. И так далее (рис. 2).
Рис. 2. Схема автокаталитической реакции окисления малоновой кислоты (МК).
Локальные модели. Поведение концентраций реагентов во времени. Модель Жаботинского
Предложенная В.М.Жаботинским для описания процесса модель (Жаботинский, 1974) включает три переменных: концентрацию ионов (x ), концентрацию автокатализатора стадии I - промежуточный продукт восстановления бромата до гипобромита (y ) и концентрацию бромида - ингибитора стадии I (z ).
Схема процессов представляется в виде:
В модели учитывается, что общая концентрация ионов церия является постоянной величиной: + = с . Предполагается, что скорость автокаталитической реакции пропорциональна концентрации . Модель для безразмерных концентраций имеет вид:
где k 1 = k 1 ´ - k 3 , а член k 6 (k 7 y - k 8) 2 x подобран эмпирически таким образом, чтобы пороговые значения x в модели соответствовали экспериментальным значениям.
Учет иерархии констант скоростей реакций позволяет заменить дифференциальное уравнение для переменной z алгебраическим и после введения безразмерных переменных прийти к системе двух уравнений:
В уравнениях (2) ε - малый параметр, поэтому форма колебаний - релаксационная. Фазовый портрет системы представлен на рис. 3а. На рис. 3б показаны колебания переменной x, соответствующей безразмерной концентрации ионов Се 4+ .
Рис. 3. а - фазовый портрет системы (2). Пунктиром обозначены нуль-изоклины, жирной линией - предельный цикл. x - безразмерная концентрация ионов Се 4+ . y - безразмерная концентрация автокатализатора - быстрая переменная. б - кинетика концентрации ионов Се 4+ - релаксацонные колебания. N , M - наименьшее и наибольшее значение переменной, Т 1 , Т 2 - время нарастания и убывания концентрации ионов Се 4+ . Т - период колебаний (Жаботинский, 1974)
Пространственно-временные режимы в системе Белоусова-Жаботинского
Недостатком модели Жаботинского является наличие переменной y - «автокатализатора», не соответствующего какому-либо реальному химическому соединению. Впоследствии были предложены несколько моделей, описывающих механизм BZ-реакции. Наиболее популярной их них является схема реакции, предложенная Филдом, Керешем и Нойесом (Field., Koros et al. 1972), состоящая из 10 реакций с семью промежуточными соединениями. Позже Филд и Нойес (Field. and Noyes 1974) предложили более простую схему, получившую название «орегонатор» по имени университета штата Орегона (США), в котором она была разработана. Схема реакций имеет вид:
Здесь А, B - исходные реагенты, P, Q - продукты, X, Y, Z - промежуточные соединения: HBrO 2 - бромистая кислота, Br - - бромид-ион, и Се 4+ .
Концентрации исходных реагентов полагают в модели неизменными. Обозначим малыми буквами переменные, соответствующие концентрациям реагентов и запишем уравнения для их изменений во времени в соответствии с законом действующих масс:
Численные значения констант скоростей прямых реакций были оценены авторами из экспериментальных данных. Их значения:
[A] = [B] = 0.06 M; k 1 = 1.34 M/c, k 2 = 1.6·10 9 M/c, k 3 = 8·10 3 M/c, k 4 = 4·10 7 M/c (5) Стехиометрический множитель f и константу k 5 , параметры, связанные с расходом реагентов, варьировали.
Безразмерная форма записи модели Орегонатор имеет вид:
Здесь безразмерные концентрации: x - , y - , z - концентрация иона металла, параметр f рассматривали в диапазоне 0 < f < 2 (Field and Noyes, 1974).
Система (6) может иметь нулевое стационарное состояние:
которое всегда неустойчиво, и одно положительное стационарное состояние:
Анализ устойчивости этого стационарного состояния (Field and Noyes, 1974) позволил найти область, в которой решение (8) теряет устойчивость. Бифуркационная диаграмма системы для плоскости параметров f, k 5 приведена на рис. 4 а, на рис. 4 б показана форма колебаний переменной. Значения параметров приведены в подписи к рисунку.
Рис. 4. а - область устойчивости (А) и неустойчивости (Б) положительного стационарного решения (17.8) модели Орегонатор (17.4, 17.6). б - высокоамплитудные колебания переменной x . Значения параметров: s = 77.27, q = 8.375·10 -6 , w = 0.161 k 5 (Field and Noyes 1974).
Соотношение параметров в системе таково, что имеет место иерархия характерных времен изменения переменных. Из рис. 4б также видно, что x - быстрая переменная, для которой дифференциальное уравнение может быть заменено на алгебраическое. Приравняв правую часть первого уравнения системы (6) нулю, получим:
Из уравнения (9) получим x как функцию y :
Подставим выражение (10) во второе и третье уравнение системы (6), получим редуцированную модель «орегонатор» из двух уравнений:
Система (11) имеет устойчивый предельный цикл большой амплитуды, а внутри него - неустойчивый предельный цикл малой амплитуды (Rinzel and Troy, 1982).
Именно в таком (или сходном) виде система уравнений Филда-Нойеса была исследована многими авторами как локальный элемент распределенной системы типа реакция-диффузия. В связи с возможностью наблюдать в BZ-реакции в эксперименте различные виды автоволновых режимов, на модели имитировали различные типы воздействий на параметры системы (например, периодическое), рассматривались режимы в двумерной и трехмерной системах при наличии разного рода границ.
На рис. 5 (а, б, в, г) показана последовательность развития во времени разного рода режимов на поверхности чашки Петри в ходе реакции Белоусова-Жаботинского. Известно, что если локальный элемент системы обладает колебательными свойствами, распределенная система может демонстрировать ведущие центры (а), спиральные волны (в), сложные пространственно-временные распределения (б, г).
Рис. 5. Различные пространственные режимы в реакции Белоусова-Жаботинского. На каждой серии рисунков (а-г) показано последовательное развитие процессов во времени (Жаботинский, 1975)
Встает вопрос, можно ли с помощью внешних воздействий влиять на развитие этих сложных структур во времени и пространстве. Воздействия заключаются в изменении скорости притока конечных и промежуточных веществ в сферу реакции, различных режимах постоянного и периодического освещения, радиоактивном облучении частицами высокой энергии. Такие исследования имеют большой практический смысл. Они позволяют находить способы управления автоволновой активностью и помогают искать режимы воздействия на спиральные волны в активной ткани сердца, распад которых приводит к фибрилляциям. Действительно, уже в первых аксиоматических моделях активных сред (см. лекция 18) было обнаружено, что если в среде имеется спиральная волна, выход ее «кончика» на границу активной области приведет к затуханию такой волны (Иваницкий, Кринский и др. 1978). Реакция Белоусова-Жаботинского представляет собой хорошую экспериментальную модель для изучения управления волновой динамикой.
При изучении воздействий разной природы используются разные модификации BZ- реакции. Воздействие α-частиц высокой энергии из циклотрона изучают на системе, в которой вместо соединений Се 4+ используют ферроин - комплекс двухвалентного железа Fe(II) с фенантролином (phen). При облучении раствора в капилляре наблюдаются две плоских волны, которые расходятся в противоположных направлениях от центра облучения. При облучении раствора в чашке Петри наблюдается возникновение концентрационной волны с центром на облученном участке раствора. Под действием тотального облучения всего реакционного объема наблюдается полное гашение автоволновых процессов (Лебедев, Приселкова и др. 2005).
С точки зрения экспериментальных возможностей, особенно удобно использовать разные протоколы светового воздействия, постоянное освещение всей реакционной системы или ее части, постоянное освещение разной интенсивности, периодическое освещение и др. Управление с помощью светового воздействия становится возможным при использовании в качестве катализатора реакции светочувствительных ионов Ru(bpy) 3 2+ . Обычно реакция проводится в чашке Петри, заполненной тонким слоем силиконового геля, в которую добавлены реагенты, необходимые для протекания BZ-реакции. В такой системе наблюдаются расходящиеся спиральные волны, однако воздействие тонкого лазерного луча приводит к разрыву фронта и возникновению двух спиральных волн (рис. 6) (Muller, Plesser et al. 1986; Muller, Markus et al. 1988).
Рис. 6. Спиральные волны в тонком слое возбудимой реакционной среды Белоусова-Жаботинского, размер ячейки 9 кв. мм. (Muller, Plesser et al. 1986)
Управление траекторией кончика спиральной волны
В лаборатории проф. Штефана Мюллера (Магдебургский Университет, Германия) была разработана техника, позволяющая «выводить» кончик одной из волн за границу чашки Петри, и в дальнейшем наблюдать эволюцию единственной спиральной волны, «кончик» (tip ) которой совершает сложные пространственные перемещения, траектория зависит от режима освещения (Grill, Zykov et al., 1995).
Рис. 7. Два типа траекторий кончика спиральной волны, полученных в эксперименте для светочувствительной BZ-реакции. Расстояние от центра невозмущенной траектории (пунктир) до точки измерения (крестик) а - 0.49 мм, б - 0.57 мм (Grill et al., 1995)
При постоянном освещении кончик описывает циклоиду с четырьмя «лепестками» (рис. 7, пунктирная линия). Изучалось воздействие световых импульсов на траекторию кончика спиральной волны. Импульсы подавались в тот момент, когда фронт волны достигал некоторой точки (на рис. 7 помечена крестом), или с некоторой заданной задержкой.
Наблюдали два типа режимов. В случае, когда «точка измерения» находилась близко от центра невозмущенной траектории, через некоторое время движение кончика приходило на асимптотическую траекторию с центром в «точке измерения», при этом расстояние между положением кончика и точкой измерения не превышало размеров петли циклоиды (рис. 7а). Наличие обратной связи приводило к синхронизации - период импульсного светового воздействия устанавливался равным времени, в течение которого кончик спиральной волны описывал одну петлю циклоиды.
В случае, когда точка измерения находилась относительно далеко от центра невозмущенной траектории, кончик спирали описывал траекторию, по форме напоминающую дрейф 4-х лепестковой циклоиды вдоль круга большого радиуса, центр которого, опять находится в «точке измерения». Оба режима оказались устойчивы по отношению к малым смещениям точки измерения, то есть представляют собой аттракторы. Сходный результат получается, если световой импульс подается с некоторым запаздыванием по отношению к моменту прохождения волны через точку измерения. Радиус «большого круга», по которому перемещается циклоида, растет с увеличением времени запаздывания.
При периодической модуляции постоянного освещения наблюдается синхронизация движения кончика и дрейф «кончика» волны (рис. 7а). Для математического описания процесса использовали модель (Zykov, Steinbock et al., 1994):
Здесь переменные u , v и w соответствуют концентрациям HBrO 2 , катализатора и концентрации бромида, соответственно. Член ø в третьем уравнении отражает индуцированный светом поток ионов Br - , f , q - безразмерные параметры. Оценка констант скоростей отдельных реакций показывает наличие временной иерархии процессов в системе:
έ <<ε<<1. (13)
Выполнение этого неравенства позволяет считать концентрацию бромида w «очень быстрой переменной», правую часть уравнения для этой переменной приравнять нулю, и найти для ее квазистационарного значения выражение через концентрации более медленных переменных:
Подставив это выражение в первое и второе уравнения системы (12), и, учитывая диффузию реагентов, получим для такой модифицированной модели «орегонатор» систему типа реакция-диффузия:
Здесь переменные u и v соответствуют концентрациям HBrO 2 и катализатора.
В работах группы С.Мюллера и В.Зыкова (Zykov, Steinbock et al. 1994; Grill, Zykov et al. 1995) с использованием системы (15) на модели изучены параметры системы, при которых воспроизводятся наблюдаемые в эксперименте режимы (рис. 8 ).
Рис. 8. Рассчитанные на модели (15) траектории кончика спиральной волны для амплитуды воздействия А = 0.01 и разных значений времени запаздывания τ в «контуре управления» световыми импульсами. а - τ = 0.8; б - τ = 1.5 (Grill, Zykov et al., 1995).
Рис. 9. Типы траекторий кончика спиральной волны, полученные в ходе вычислительных экспериментов на модели (15) при разных периодах гармонической модуляции параметра ø , чувствительного к световому воздействию. По оси абсцисс отложен период модуляции, по оси ординат - амплитуда модуляции. Пунктирные линии обозначают границы областей, в которых происходит резонансный «захват» частоты собственных колебаний системы частотой воздействия. l/m - отношения числа петель, которые описывает кончик спиральной волны к числу периодов модуляции светового воздействия. Т 0 - собственный период оборота кончика спирали в отсутствие внешнего воздействия (Zykov, Steinbock et al., 1994).
Модель позволяет также изучить возможные режимы поведения кончика спиральной волны при разных амплитудах и частотах модуляции периодического светового воздействия. Общая картина видов траекторий суммирована на рис. 9, общая теория такого типа систем была разработана В.И. Арнольдом , а графики областей, в которых наблюдается подобный тип поведения, получили название «языков Арнольда».
Модельные исследования автоволновых процессов в реакции Белоусова-Жаботинского внесли важный вклад в изучение возможностей управления автоволновыми процессами в таких жизненно важных органах как мозг и сердце. В последующих работах было показано, что с помощью этой реакции можно моделировать большое разнообразие процессов, в том числе формирование спиральных волн - в терминологии кардиологов - реентри, появление которых в миокарде связывают с фибрилляциями и различными аритмиями - опасными сердечными заболеваниями (рис. 10)
Рис. 10. Трехмерный вращающийся вихрь (реентри) в желудочках собаки (а, б), модель (Aliev and Panfilov 1996) и в реакции Белоусова-Жаботинского, эксперимент (в,г) (Алиев, 1994). Сложная форма вихря в трехмерной модели возникает из-за сложной геометрии и анизотропии среды желудочков.
Более полувека продолжается экспериментальное и теоретическое исследование BZ-реакции. Экспериментально изучаются диссипативные структуры разного рода, колебательные стоячие кластеры, стоячие волны, локализованные структуры и много других. Современное состояние науки в этой области отражает монография Владимира Карловича Ванага (Изд. ИКИ-РХД, 2008), к которой приложен CD-диск с программным обеспечением и примерами реализации замечательных пространственно-временных структур, наблюдаемых в реакции Белоусова-Жаботинского и подобных системах.
Литература
Aliev R.R. and Panfilov A.V. A simple two-variable model of cardiac excitation, Chaos. Solutions and Fractals, 7(3), 293-301, 1996
Field R., J., E. Koros, et al. Oscillations in chemical systems. Part 2. Thorough analysis of temporal oscillations in the bromat -cerium-malonic acid system. J. Am. Che. Soc. 94, 8649-8664, 1972
Field R.J. and Noyes R.M. Oscillations in chemical systems. Part 4. Limit cycle behaviour in a model of a real chemical reaction. J. Chem. Phys. 60, 1877-1944, 1974
Gray P., Scott S. Chemical oscillations and instabilities. Non-linear chemocal kinetics/ International series of monographs on chemistry. v. 21. Clarendon Press, Oxford, 1994
Grill S., Zykov V.S., et al. Feedback controlled dynamics of meandring spiral waves. Physical Review Letters 75(18), 3368-3371, 1995
Muller S.C., T. Plesser, et al.. "Two-dimentional spectrophotometry and pseud-colour representation of chemical patterns." Naturwiss. 73>, 165-179, 1986
Muller, S., M. Markus, et al.. Dynamic Pattern Formation in Chemistry and Mathematics. Dortmund, max-Plank Institute. 1988
Zykov V.S., O. Steinbock, et al. "External forсing of spiral waves." Chaos 4(3), 509-516, 1994
Алиев Р.Р. Моделирование электрической активности сердца на компьютере. В сб. Медицина в зеркале информатики. С. 81-100, М., Наука, 2008
Белоусов Б.П. Периодически действующая реакция и ее механизмы. Сборник рефератов по радиационной медицине за 1958 год. М., с. 145, 1958
Ванаг В.К. Диссипативные структуры в реакционно-диссипативных системах. Изд. ИКИ-РХД. М.-Ижевск, 2008
Жаботинский А. М. «Концентрационные автоколебания». М., Наука, 1974
Жаботинский А. М., Отмер Х., Филд Р. Колебания и бегущие волны в химических системах. М., Мир, 1988
Иваницкий Г.Р., Кринский В.И., Сельков Е.Е.. Математическая биофизика клетки. М., Наука, 1978
Лебедев В.М., Приселкова А.Б., et al.. "Инициация ведущих центров в реакции Белоусова-Жаботинского под действием пучка альфа-частиц с энергией 30 МэВ." Препринт НИИЯФ МГУ 31.797: 1-14. 2005)
Филд Р. и Бургер М. (Ред). Колебания и бегущие волны в химических системах. М., Мир, 1988
Химия большинству из нас кажется ну очень скучной наукой. Это как вычисления, но только вместо цифр - буквы. Нужно быть уникальным психом, чтобы приходить в восторг от решения математических задач с алфавитом. Но введите в строку поиска YouTube слово «химия», и вы увидите поистине удивительные вещи, которые, вне всякого сомнения, взбудоражат ваш мозг.7. Гипнотизирующая бромноватая кислота
Ваш дилер уехал из города, и вы скучаете без своей ежедневной дозы ЛСД? Не беда. Все, что вам нужно - это два простых вещества и чашка Петри для того, чтобы своими руками создать не виртуальную, а реальную лавовую лампу. Шутка, а то сейчас набегут, закроют сайт…
Согласно науке, реакция Белоусова-Жаботинского - это «колебательная химическая реакция», в ходе которой «ионы металлов переходной группы катализируют окисление различных, обычно органических, восстановителей бромноватой кислотой в кислой водной среде», что позволяет «наблюдать невооруженным глазом образование сложных пространственно-временных структур». Это научное объяснение гипнотического явления, которое происходит, если бросить немного брома в кислотный раствор.
Кислота превращает бром в химическое вещество под названием бромид (который приобретает совершенно другой оттенок), в свою очередь, бромид быстро превращается обратно в бром, потому что научные эльфы, живущие внутри него - чересчур упрямые засранцы. Реакция повторяется снова и снова, позволяя вам бесконечно наблюдать за движением невероятных волнообразных структур.
6. Прозрачные химические вещества мгновенно становятся черными
Вопрос: что произойдет, если смешать сульфит натрия, лимонную кислоту и натрия йодид? Правильный ответ внизу:
Когда вы смешиваете вышеупомянутые ингредиенты в определенных пропорциях, в конечном счете получается капризная жидкость, которая поначалу имеет прозрачный цвет, а после резко становится черной. Этот эксперимент называется «Йодные часы». Попросту говоря, данная реакция происходит тогда, когда специфические компоненты соединяются таким образом, чтобы их концентрация постепенно менялась. Если она достигает определенного порога - жидкость приобретает черный цвет.
Но это еще не все. За счет изменения пропорции ингредиентов у вас есть возможность получить обратную реакцию:
Кроме того, при помощи различных веществ и формул (например, как вариант - реакция Бриггса-Раушера) вы можете создать шизофреническую смесь, которая постоянно будет менять свой цвет с желтого на голубой.
5. Создание плазмы в микроволновке
Вы хотите затеять с вашим другом что-нибудь интересное, но у вас нет доступа к куче непонятных химических веществ или элементарных знаний, необходимых для того, чтобы смешать их безопасно? Не отчаиваетесь! Все, что вам понадобится для проведения данного эксперимента - это виноград, нож, стакан и микроволновка. И так, возьмите виноградинку и разрежьте ее напополам. Один из кусочков снова разделите ножом на две части так, чтобы эти четвертинки остались связанными кожурой. Поместите их в микроволновку и накройте перевернутым стаканом, включите печь. Затем сделайте шаг назад и наблюдайте за тем, как инопланетяне похищают разрезанную ягодку.
На самом деле, то, что происходит на ваших глазах - это один из способов создания очень незначительного количества плазмы. Еще со школы вы знаете, что существует три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Плазма, по сути, является четвертым типом и представляет собой ионизированный газ, полученный в результате перегревания обычного газа. Виноградный сок, оказывается, богат ионами, и поэтому является одним из самых лучших и доступных средств для проведения простых научных экспериментов.
Тем не менее, будьте осторожны, пытаясь создать плазму в микроволновке, поскольку озон, который образуется внутри стакана, в больших количествах может быть токсичным!
4. Ламинарное течение
Если вы смешаете кофе с молоком, у вас получится жидкость, которую вы вряд ли когда-нибудь снова сможете разделить на составные компоненты. И это касается всех веществ, находящихся в жидком состоянии, верно? Верно. Но есть такое понятие, как ламинарное течение. Чтобы увидеть это волшебство в действии, достаточно поместить несколько капель разноцветных красителей в прозрачный сосуд с кукурузным сиропом и аккуратно все перемешать…
… а затем снова перемешать в том же темпе, но только теперь в обратном направлении.
Ламинарное течение может происходить в любых условиях и с использованием различных типов жидкостей, однако в данном случае такое необычное явление обусловлено вязкими свойствами кукурузного сиропа, который при смешивании с красителями образует разноцветные слои. Так что, если вы так же аккуратно и не спеша выполните действие в обратном направлении, все вернется на прежние места. Похоже на путешествие во времени!
3. Зажигание потухшей свечи через дымный след
Этот трюк вы можете попытаться повторить в домашних условиях без риска взрыва гостиной или же всего дома. Зажгите свечу. Задуйте ее и сразу же поднесите огонь к дымному следу. Поздравляем: у вас получилось, теперь вы настоящий мастер огня.
Оказывается, между огнем и свечным воском существует некая любовь. И это чувство намного сильнее, чем вы думаете. Неважно, в каком состоянии находится воск - жидком, твердом, газообразном - огонь все равно его найдет, настигнет и сожжет ко всем чертям.
2. Кристаллы, которые светятся во время дробления
Перед вами химическое вещество под названием европий-тетракис, демонстрирующее эффект триболюминесценции. Впрочем, лучше раз увидеть, чем сто раз прочитать.
Данный эффект возникает при разрушении кристаллических тел благодаря преобразованию кинетической энергии непосредственно в свет.
Если вы хотите все это увидеть собственными глазами, но под рукой у вас нет европия-тетракиса, не беда: подойдет даже самый обычный сахар. Просто сядьте в темной комнате, положите в блендер несколько кубиков сахара и наслаждайтесь красотой фейерверка.
Еще в XVIII веке, когда многие люди думали, что научные явления вызывают призраки или ведьмы или призраки ведьм, ученые использовали этот эффект, чтобы подшутить над «простыми смертными», разжевывая в темноте сахар и смеясь над теми, кто бежал от них как от огня.
1. Адское чудовище, появляющееся из вулкана
Тиоцианат ртути (II) - на вид невинный белый порошок, но стоит его поджечь, как он тут же превращается в мифическое чудовище, готовое поглотить вас и весь мир целиком.
Вторая реакция, изображенная ниже, вызвана сгоранием дихромата аммония, в результате которого образуется миниатюрный вулкан.
Ну а что будет, если смешать два вышеупомянутых химических вещества и поджечь их? Смотрите сами.
Однако не пытайтесь повторить эти эксперименты дома, поскольку и тиоцианат ртути (II), и дихромат аммония являются очень токсичными и при сгорании могут нанести серьезный вред вашему здоровью. Берегите себя!
