Тезисы научно-исследовательской работы по химии

Тезисы научно-исследовательской работы по химии
«Нелинейные химические реакции, свойства и перспективы нелинейного мира»
Для участия в конкурсе работ «Гимназические чтения»
Автор: Смирнов Алексей Николаевич
Руководитель: Воробьёва Раиса Михайловна (учитель химии)
10б класс 177 гимназии Красногвардейского района
Возникновение упорядоченного
поведения в однородной среде - одна из
фундаментальных научных проблем, волнующая и широкого читателя, и научную
общественность. В открытых неравновесных системах выделяются два типа упорядоченного
поведения: диссипативные структуры (упорядоченности, возникающие в нелинейных
системах, далёких от равновесия, и существенно связанные с распространением энергии,
вещества или информации), и автоволны, возникающие в пространстве с локальными
источниками автоколебаний - незатухающих колебаний, характерных для нелинейных
динамических систем.
Первая глава посвящена проявлению нелинейности в химии – автоколебаниям в
жидкофазных
гомогенных
химических
системах.
Периодические
колебания
часто
встречаются в физике, астрономии, биологии: качание маятников, обращения планет по
орбитам, биологические часы. До недавнего времени учёные и не подозревали, что в
реакциях, протекающих в пробирках и в колбах, могут наблюдаться периодические явления.
Они полагали, что если реагенты вступили в реакцию, образуя её продукты, то реакция идёт
монотонно до исчезновения реагентов или до установления баланса веществ. Учёные не
допускали, что концентрации промежуточных продуктов, достигнув определённого уровня,
начнут падать, затем снова расти и снова падать до тех пор, пока не появятся стабильные
продукты, препятствующие дальнейшим изменениям.
Вторая глава посвящена конкретному проявлению теории нелинейной динамики –
синергизму, его свойствам, возможностям и практическому применению в самых различных
областях естествознания.
Главная цель данной работы – дать наиболее полное и понятное для широкого круга
читателей описание данной сферы, при этом руководствуясь лишь полученными школьными
знаниями. В неё входят задачи:

Изучить историю открытия и исследования автоколебаний в химических
системах.

Разобраться в причине и сути классической колебательной реакции Белоусова
– Жаботинского.

Рассмотреть возможности существования и проведения разных колебательных
реакций по виду и реагентам.

Изучить перспективы применения теории колебательных реакций.

Провести серию опытов с целью изучения свойств и разновидностей
колебательных реакций и их хода.

Выявить принципиальную схожесть с биологической системой

Рассмотреть теорию синергетики, и всё, что с ней связано.

Привести веские аргументы, дающие ей право на существование, дать ей
конкретные очертания и положения, а также привести её конкретные примеры
из различных областей знания.

Описать практические возможности новой теории, обосновать их.
В 2006 г. исполнилось 55 лет после открытия Б. П. Белоусовым автоколебательной
химической реакции, благодаря которому появилась возможность наблюдать зарождение и
исчезновение диссипативных структур и автоволн в модифицированной гомогенной
химической системе. В настоящее время сложные вопросы динамики и самоорганизации
неравновесных систем изучают в самых разных областях естествознания.
Колебательными реакциями интересовались и интересуются сейчас представители
почти всех отраслей естественных и точных наук: биологи, физики, химики, математики,
астрономы, медики, а также множество смежных отраслей. Все они осознают, что глубокое
изучение колебательных реакций открывает новые перспективы и для изучения других наук
кроме химии. Физики ещё более удостоверились в своих выводах, сделали новые выводы,
математики разработали много математических моделей, отражающих суть реакции с
математической точки зрения, биологи объяснили природу многих биологических
процессов, а также нежелательных сбоев в работе организма, медики придумали как их
ликвидировать, руководствуясь полученными данными. Как сами автоколебания в
жидкофазных гомогенных химических системах, так и их модели нашли широкое
применение в самых разных областях практического применения, от новых методов анализа
микроколичеств веществ в аналитической химии, и заканчивая принципиально новыми
методами хранения и обработки информации в вычислительной техники. А принципы и
закономерности, открытые, либо подтверждённые и развитые в процессе изучения данного
типа реакций смогли объяснить многие необъяснимые явления, изучаемые даже не только
естественными науками, но социальными, экономическими, дали толчок развитию новых
отраслей науки, например неравновесной термодинамики, в свою очередь давшей начало
синергетике.
Библиография:
1) Белоусов Б. П. Периодически действующая реакция и её механизм // Химия и
жизнь. 1982. №7. С. 65-68.
2) Вавилин В.А. Автоколебания в жидкофазных химических системах Природа.
2000. № 5. С. 19–25.
3) Васильев
В.
И.,
Андреюк
С.
П.,
Контевская
Н.
В.
Опыты
по
хемилюминесценции и колебательным реакциям // Химия в школе. 1989. № 5.
С. 104
4) Вольтер Б. В. Легенда и быль о химических колебаниях // Знание – сила. 1988.
№ 4. С. 33.
5) Вольтер Б. В. Реакция Белоусова – одна из многих // Химия и жизнь. 1986. № 5.
С. 78.
6) Жаботинский А.М. Концентрационные колебания. М.: Наука, 1974. С. 179.
7) Ларин М. В. мире автоволн // Химия и жизнь. 1980. №11. С. 30-33.
8) Мушкатова
С.П.
Колебательные
реакции
в
химии
//
Саровский
образовательный журнал. 1997. № 7.
9) Румянцева Г. Б. Колебательную реакцию открыл именно Белоусов // Химия и
жизнь. 1985. № 9. С. 78.
10) Шноль С. Э. Герои и злодеи российской науки. М.: Крон-Пресс, 1997. С. 144167.
11) Шноль С. Э., Смирнов Б. Р., Задонский Г. И., Ровинский А. Б. Равнодушное
перо рецензента // Химия и жизнь. 1982. №7. С. 68-70.
12) Шумаков С. Колебательные реакции // Химия и жизнь. 1981. № 9. С 69-70.
13) www.nsu.ru/materials/ssl/text/metodics/vavilin.html
14) him.1september.ru/2003/38/4.htm
15) www.sist.ru/vtor36.shtml
16) www.krugosvet.ru/articles/113/1011340/1011340a1.htm
17) www.dmb.biophys.msu.ru/images/model/pic13.gif
18) www.nsu.ru/materials/ssl/text/metodics/vavilin.html
19) www.alhimik.ru/kunst/col_reac.html
20) irill.narod.ru/reaktsion.html
21) spkurdyumov.narod.ru/Loskutov5.htm *
22) Капица С. П., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г. Синергетика и
прогнозы будущего. Москва, 2003. Издание третье. С. 22-64.