Лекция 4 Кинетика нелинейных процессов Воробьев А.Х.

Содержание

Слайд 2

Неравновесная термодинамика

Xi, Ji

равновесная термодинамика:

неравновесная термодинамика

s(x,y,z)

Линейное приближение:

Соотношение Онзагера

Химическая реакция:

- производство энтропии

переход к химической

Неравновесная термодинамика Xi, Ji равновесная термодинамика: неравновесная термодинамика s(x,y,z) Линейное приближение: Соотношение
кинетике

Слайд 3

Нетривиальное поведение химических систем

1. Критические явления (бифуркации)
2. Мультистабильность
3. Колебания
4. Пространственные

Нетривиальное поведение химических систем 1. Критические явления (бифуркации) 2. Мультистабильность 3. Колебания
структуры
5. Динамический хаос

Слайд 4

Качественный анализ

Линейный анализ устойчивости

узел

фокус

седло

Качественный анализ Линейный анализ устойчивости узел фокус седло

Слайд 5

Пример - энантиоселективность

R, S – энантиомеры

реакция

+

рацемическая смесь

энантиомерный избыток:

Пример - энантиоселективность R, S – энантиомеры реакция + рацемическая смесь энантиомерный избыток:

Слайд 6

Реакция Соаи

Реакция Соаи

Слайд 7

Схема Франка

Схема Франка

Слайд 8

Замкнутые фазовые траектории

Пример Пуанкаре

Замкнутые фазовые траектории Пример Пуанкаре

Слайд 9

Брюсселятор

Брюсселятор

Слайд 10

Реактор идеального смешения

безразмерная концентрация:

безразмерная температура:

w, A0

w, A,Prod

A,T

T0

Реактор идеального смешения безразмерная концентрация: безразмерная температура: w, A0 w, A,Prod A,T T0

Слайд 11

Число стационарных состояний

Бифуркация Хопфа

Число стационарных состояний Бифуркация Хопфа

Слайд 12

Размерность аттракторов

Квазипериодическая
кинетика,
размерность аттрактора 2

Периодическая
кинетика,
размерность аттрактора 1

Размерность аттракторов Квазипериодическая кинетика, размерность аттрактора 2 Периодическая кинетика, размерность аттрактора 1

Слайд 13

Динамический хаос

Апериодическая кинетика,
фрактальная размерность аттрактора

Динамический хаос Апериодическая кинетика, фрактальная размерность аттрактора

Слайд 14

Структуры Тьюринга

хлорит−иодид−малоновая кислота

Реакция Белоусова-Жаботинского

В обращенных эмульсиях

Задача реакция-диффузия

Структуры Тьюринга хлорит−иодид−малоновая кислота Реакция Белоусова-Жаботинского В обращенных эмульсиях Задача реакция-диффузия

Слайд 15

Динамические структуры:

циркуляция в атмосфере и в океане
(метеорология)
тектоника земной коры, породообразование

Динамические структуры: циркуляция в атмосфере и в океане (метеорология) тектоника земной коры,
(геология)
биосфера, возникновение жизни
живой организм
(физиологические ритмы, дифференциация тканей)

Слайд 16

ЖИЗНЬ и ее возникновение с точки зрения физической химии

ЖИЗНЬ и ее возникновение с точки зрения физической химии

Слайд 17

Энергетика планеты

Биосфера представляет собой
реактор, находящийся в потоке энергии

Энергетика планеты Биосфера представляет собой реактор, находящийся в потоке энергии

Слайд 18

Энергия солнечного облучения Земли
6.3 • 1021 кДж за год
Доля энергии, запасаемой

Энергия солнечного облучения Земли 6.3 • 1021 кДж за год Доля энергии,
растениями по отношению к падающей на них - 1%
Масса биологических материалов
на Земле - (1.8 – 2.4) • 1012 т сух.в.
Их энергосодержание ~ 5 • 10 19 кДж
Масса (нефть+уголь+газ) ~ 10 13 т
Масса кислорода в атмосфере 1•1015 т

Некоторые данные

Слайд 19

Вывод: Биосфера и все живые существа
используют лишь малую часть
протекающей через реактор

Вывод: Биосфера и все живые существа используют лишь малую часть протекающей через реактор энергии жизнь
энергии

жизнь

Слайд 20

Биосфера – реактор в потоке вещества

Биосфера – реактор в потоке вещества

Слайд 21

Атмосфера планет

Состав Солнца:
водород – 90%, гелий – 9% , тяж.

Атмосфера планет Состав Солнца: водород – 90%, гелий – 9% , тяж.
эл.- 1%.
Атмосфера Юпитера: водород, гелий (99%),
метан, аммиак, этан, вода
ПРОШЛОЕ ЗЕМЛИ:
Атмосфера Титана (спутник Сатурна): азот – 85%,
аргон (6-12%), метан (3-6%), СO2 ,
этан, пропан, этилен, HCN,
(более 12 органических компонентов, до С7);
Предполагают озера из тяжелой органики.
БУДУЩЕЕ ЗЕМЛИ:
Атмосфера Венеры: СO2 (97%), N2 (3%),
H2O (0.05%), CO, SO2, HCl,
HF, O2, Ar, Ne, He (< 0.1%)

Слайд 22

Восстановительная среда на ранней Земле.
Значительный запас органических веществ.
Причина изменений – истечение водорода

Восстановительная среда на ранней Земле. Значительный запас органических веществ. Причина изменений –

Эволюция химических условий

небиологическая фотохимия –
второй источник неравновесности биосферы

Слайд 23

Кинетика: Система реакторов

Стратосферный
реактор

Приземный
реактор

Поверхность

Химия малых молекул:
H, H2, OH, HO2, H2O,

Кинетика: Система реакторов Стратосферный реактор Приземный реактор Поверхность Химия малых молекул: H,
H2O2,
N2, NO, NO2, NO3, N2O5, HONO2,
O, O2, O3, Cl, ClONO2, и др.
Мезосфера 40-80 км, 200-350K
Стратосфера 11-40 км, 200-300K

Молекулярная фотохимия,
Активен свет 250 < λ< 400 нм
Газовая фаза, 220-320K

Фотохимия комплексных соединений, фотоперенос электрона, растворы, сенсибилизаторы.
Активен свет 300 < λ< 600 нм