Ljudi se zaljubljuju u hemiju u djetinjstvu, poput fatalne žene. Zaljubljuju se ili zbog ljepote raznobojnih transformacija materije ili zbog spektakularne eksplozije domaćeg eksploziva. Želim da ispričam priču o velikim hemičarima i njihovom izuzetnom otkriću. I u ovoj priči sve počinje od eksploziva, a završava se ljepotom koja iznenađuje oko i um.

Tako je 1905. 12-godišnji Moskovljanin Boris Belousov, zajedno sa svojom starijom braćom, otišao u zatvor zbog proizvodnje eksploziva. Ovaj eksploziv je korišten za punjenje granata koje su koristili militanti i osvetnici u pobunjeničkoj Presnji. U moderno doba ova hemijska radionica bi se zvala priprema za terorističke napade. Momci su izvodili nesigurne (u svakom smislu) eksperimente u potkrovlju velike kuće u kojoj je živjela porodica Belousov. Porodica nije bila siromašna. Moj otac je radio kao bankarski službenik.

Četiri od petoro braće Belousov su bili uključeni u slučaj. Najstariji, sedamnaestogodišnji Aleksandar, koji je, naime, braću "propagandirao" za revolucionarne aktivnosti, uspio je pobjeći policiji. Šesnaestogodišnji Sergej pokazao je herojstvo: prilikom hapšenja dao je lažno ime. Drug kojeg je tako zaštitio od hapšenja bio je potrebniji revolucionarnoj stvari nego dječak koji je za njega prošao kroz logor i na kraju umro u Sibiru. Maloljetnici Vladimir i Boris Belousov također su trebali biti poslati u Sibir. Ali žandarmi su ponudili majci mladih revolucionara lakši izbor: da emigrira. Porodica je otišla u Švajcarsku.

U sovjetsko vreme, legenda da je Boris Belousov, živeći u ruskoj emigrantskoj koloniji u Cirihu, igrao šah sa samim Lenjinom, bila bi izrečena sa težnjom. U našem vremenu nepoštovanja vođa, isplivavaju i drugi detalji. B. Belousov je podsjetio da je Lenjin igrao sa strašću i, želeći pobijediti, nije prezirao psihološki pritisak: grdio je neprijatelja po svaku cijenu. Pa, kako se ne prisjetiti priče o slavnom velemajstoru O. Benderu!

Znate, Lasker je došao do vulgarnih stvari, postalo je nemoguće igrati se s njim. On puši svoje protivnike cigarama. I namjerno puši jeftine da bi dim bio odvratniji. Šahovski svijet je u nevolji.

Kako god, Boris Pavlovič Belousov (1893 - 1970) Tu je završio svoje revolucionarne aktivnosti. Nije pristupio boljševičkoj partiji ni prije 1917. ni poslije. I upisao se na čuveni Ciriški politehnički institut, koji je diplomirao 1914. godine.

Nastava na Politehnici u Cirihu bila je besplatna, ali ste morali platiti diplomu. Zbog nedostatka novca Boris Belousov nije kupio diplomu i 1914. vratio se u Rusiju sa potvrdom o kursevima koje je pohađao.

Kada je počeo Prvi svjetski rat, mladić nije primljen u aktivnu vojsku zbog svoje nevjerovatne mršavosti. I otišao je da radi po svojoj specijalnosti, u hemijskoj laboratoriji metalurške fabrike Goujon u Moskvi u blizini ispostave Rogozhskaya. U sovjetsko doba ova biljka je preimenovana u „Srp i čekić“, kako se i danas zove.

Hemijska laboratorija fabrike Goujon bila je pod patronatom poznatog ruskog hemičara Vladimir Nikolajevič Ipatijev (1867 - 1952), čija je širina interesovanja i genijalnost upoređivana sa D. I. Mendeljejevim. Ali u Rusiji je njegovo ime gotovo nepoznato. Zašto? Da, jer je 1930. godine, boraveći u inostranstvu i saznajući za početak procesa Industrijske partije, smatrao da je najbolje da se ne vraća u domovinu. Sasvim razumno, Ipatijev je vjerovao da je proleterska vlada konačno odlučila obračunati se sa „specijalistima“. U ovom obračunu, on, bivši carski general, čak i akademik, koga je Lenjin čak nazvao „šefom naše hemijske industrije“, imao je na vidiku samo jedno: najvišu meru proleterske odbrane. V.N. Ipatiev je otišao u Čikago, gde je počeo da predaje na lokalnom univerzitetu. Uključio se u petrohemiju i zapravo osnovao ovu industriju u Sjedinjenim Državama.

Zašto je V.N. Ipatiev dobio čin general-potpukovnika u carskoj vojsci tokom Prvog svetskog rata? Zato što je bio predsednik Hemijskog komiteta pri Glavnoj artiljerijskoj upravi i nadgledao proizvodnju municije i hemijskog oružja. Hypatier je u ovaj slučaj uključio sposobnog mladića iz laboratorije u fabrici Goujon. Od tada, dugi niz godina, B.P. Belousov radi na „zatvorenim“ temama. Njegov rad na poboljšanju gas maski i stvaranju gasnih analizatora nije poznat široj javnosti. A od 1933. bio je nastavnik na Vojno-hemijskoj akademiji Crvene armije. Čudo ili ne, B. Belousov je preživio teške godine kada su vrijedne kaznene „vlasti“ pokosile gotovo svu vojsku od majora i više. Štaviše, 1938. je penzionisan u činu general-majora. Nakon Velikog domovinskog rata, Belousov je radio kao šef laboratorije u tajnom medicinskom institutu, proučavajući toksikologiju i pronalazeći sredstva za borbu protiv radijacijske bolesti.

Tu je Boris Pavlovič naišao na čuda sovjetske birokratije. Odjeljenje za ljudske resurse iznenada je otkrilo da šef laboratorije nema diplomu visokog obrazovanja. Nisu se usudili otpustiti Belousova, već su ga prebacili na mjesto višeg laboratorijskog asistenta. Naravno, bez razrješenja dužnosti šefa laboratorije. Međutim, direktor instituta bio je na strani Borisa Pavloviča. Napisao je izveštaj upućen Staljinu, a vođa je nametnuo rezoluciju: dok je Belousov bio na mestu šefa, trebalo bi da bude plaćen kao šef laboratorije i doktor nauka.

Glavno otkriće koje mu je donijelo svjetsku slavu napravio je B.P. Belousov u dobi od 58 godina. Ovo je retka pojava u nauci. Penzija nije daleko, koja su to otkrića?

Do tada su u biohemiji otkrivene takozvane oscilatorne reakcije. Šematski, ove reakcije izgledaju ovako. Najmanje dvije reakcije se odvijaju istovremeno u jednoj posudi. Štaviše, proizvodi prve reakcije su početni reagensi za drugu. Zauzvrat, proizvodi druge reakcije su početni reagensi za prvu. Šta bi trebalo da se desi? U početku će brzina prve reakcije biti velika, ali će se vremenom njen napredak usporavati kako se koncentracija početnih reagensa smanjuje. Istovremeno će se početi povećavati brzina druge reakcije - na kraju krajeva, povećala se količina njegovih početnih reagensa, proizvoda prve reakcije. Kako druga reakcija bude napredovala, njeni originalni reagensi će biti iscrpljeni, reakcija će se usporiti, ali sada će se prva reakcija ponovo ubrzati - jer opet ima originalne reagense. I tako redom do beskonačnosti. Koncentracija reagensa će se stalno mijenjati - ili povećavati ili smanjivati. Zbog toga su reakcije nazvane oscilatornim.

Boris Pavlovič je došao do iste oscilatorne reakcije, ali koja se dešavala sa neorganskim supstancama. Ova reakcija je bila lakša za implementaciju i lakše za proučavanje. Izgledalo je jednostavno magično, pogotovo ako se reakcija odvijala u tankom sloju tekućine, na primjer u Petrijevoj posudi. U isto vrijeme, valovi promjena koncentracije prolaze po površini, formirajući bizarne obrasce koji se stalno mijenjaju. Prekrasan prizor koji oduzima dah!

Međutim, na članke koje je Boris Pavlovič 1951., a potom i 1955. godine poslao uglednim hemijskim časopisima, recenzenti su dali jedan odgovor: „To ne može biti, jer to nikada ne može biti!“

Mlađa i manje pretučena osoba bi vjerovatno mogla prigovoriti recenzentu. Sastavite akt u kojem se navodi da se događa pojava opisana u članku. Konačno, dođite u redakciju sa tikvicama i reagensima da sve demonstrirate nevjerujućim recenzentima. Ali general Belousov smatrao je ispod svog dostojanstva dokazati da nije kamila. Iako je nastavio da radi na svom otkriću.

Ne zna se kako bi se sve završilo da profesor S.E. Šnol nije saznao za neverovatno otkriće B.P. Belousova. Saznavši, počeo je tražiti otkrivača, što nije bio nimalo lak zadatak - uostalom, Belousov je radio u "zatvorenom" institutu, a pokušaj objave u javno dostupnom naučnom časopisu, kako smo vidjeli, završio se u neuspjehu. No, konačno, S.E. Šnol je pronašao B.P. Belousova i dobio od njega komad papira s receptom: kako izvršiti reakciju.

Pošto je B.P. Belousov odbio da sarađuje, rekavši S.E. Šnolu neverovatnu frazu: „Ne mogu i ne želim da sklapam nove prijatelje. Moji prijatelji su mrtvi ili mrtvi", profesor je odličnog fizičara i matematičara "nabacio" na problem oscilatornih reakcija Anatolij Marković Žabotinski (1938 - 2008). A.M. Zhabotinsky i njegove kolege razvili su matematički model hemijskih procesa koji se dešavaju tokom reakcije B.P. Belousova, fizičke instrumente za snimanje ovih procesa, pa su čak koristili kompjutere za obradu rezultata i izračunavanje kinetičkih koeficijenata reakcije. Sada se čini: "Kako bi drugačije?" Ali tih godina, kompjuteri su se nazivali i „elektronskim kompjuterima“ i izgledali su u skladu s tim. Čelični ormarići smješteni su u prilično velikoj prostoriji s klima uređajem i podignutim podovima, ispod kojih su se protezali kilometri električnih kablova. Informacije su unete sa bušenih kartica ili sa bušenih traka, a izlaze na dugačke papirne „listove“ ispisa. Zaista inteligentni parni strojevi! Istovremeno, automobili su za kolektivnu upotrebu. Stoga je korištenje kompjutera za simulaciju složenih kemijskih reakcija također bilo novo.

Godine 1964. objavljen je članak A.M. Zhabotinsky u kojem su sumirani rezultati provedenog istraživanja. Važnost ovog članka bila je i u tome što je učvrstio prioritet sovjetske nauke u oblasti vibracionih hemijskih reakcija. Bukvalno godinu dana kasnije, ova tema je postala vrlo moderna i broj članaka na ovu temu počeo se brojati u stotinama. Reakcija Belousov-Zhabotinsky postala je svjetski poznata. Na engleskom se to zove BZ reakcija.

U principu, otkriće oscilatornih reakcija bilo je sasvim vrijedno Nobelove nagrade. Ali, kako kažu, „karta je ležala drugačije“. Određenom kompenzacijom se može smatrati to što je 1980. godine nekoliko naučnika - fizičara i hemičara - dobilo Lenjinovu nagradu. Boris Pavlovič Belousov je odlikovan posthumno.

Korisni linkovi:

1. Divno

Reakcija Belousov-Zhabotinsky

Reakcija Belousov-Zhabotinsky

Promjena boje reakcione smjese u reakciji Belousov-Zhabotinsky s feroinom

Reakcija Belousov-Zhabotinsky- klasa hemijskih reakcija koje se odvijaju u oscilatornom režimu, u kojima se neki parametri reakcije (boja, koncentracija komponenti, temperatura, itd.) periodično menjaju, formirajući složenu prostorno-vremensku strukturu reakcionog medija.

Trenutno ovaj naziv objedinjuje čitavu klasu srodnih hemijskih sistema, sličnih po mehanizmu, ali se razlikuju po korišćenim katalizatorima (Ce 3+, Mn 2+ i Fe 2+, Ru 2+ kompleksi), organskim redukcionim agensima (malonska kiselina, bromomalonska kiselina). kiselina, limunska kiselina, jabučna kiselina itd.) i oksidanti (bromati, jodati, itd.). Pod određenim uslovima, ovi sistemi mogu pokazati veoma složene oblike ponašanja od regularnih periodičnih do haotičnih oscilacija i važan su predmet proučavanja univerzalnih zakona nelinearnih sistema. Konkretno, u reakciji Belousov-Zhabotinsky uočen je prvi eksperimentalni čudni atraktor u hemijskim sistemima i eksperimentalno su potvrđena njegova teorijski predviđena svojstva.

Istorija otkrića oscilatorne reakcije B.P. Belousova, njeno eksperimentalno proučavanje i brojni analozi, proučavanje mehanizma, matematičko modeliranje i istorijski značaj dati su u kolektivnoj monografiji.

Istorija otkrića

Neke konfiguracije nastale tokom reakcije Belousov-Zhabotinsky u tankom sloju u Petrijevoj posudi

Mehanizam reakcije

Jabotinski je predložio prvi mehanizam reakcije i jednostavan matematički model koji je bio sposoban da demonstrira oscilatorno ponašanje. Potom je mehanizam proširen i rafiniran, teoretski su izračunati eksperimentalno uočeni dinamički modovi, uključujući i haotične, te je prikazana njihova korespondencija s eksperimentom. Kompletna lista faza elementarnih reakcija je vrlo složena i obuhvata skoro stotinu reakcija sa desetinama supstanci i međuproizvoda. Do sada je nepoznat detaljan mehanizam, posebno konstante brzine reakcije.

Vrijednost otvaranja reakcije

Reakcija Belousov-Žabotinski postala je jedna od najpoznatijih hemijskih reakcija u nauci, čijim se istraživanjem bave mnogi naučnici i grupe različitih naučnih disciplina i oblasti širom sveta: matematika, hemija, fizika, biologija. Njegovi brojni analozi otkriveni su u različitim hemijskim sistemima (vidi, na primjer, analog u čvrstoj fazi - samopromjenjiva visokotemperaturna sinteza). Objavljeno je na hiljade članaka i knjiga, odbranjeno mnogo kandidatskih i doktorskih disertacija. Otkriće reakcije zapravo je dalo podsticaj razvoju grana moderne nauke kao što su sinergetika, teorija dinamičkih sistema i deterministički haos.

vidi takođe

Bilješke

Linkovi

1. Iz istorije otkrića i proučavanja samooscilatornih procesa u hemijskim sistemima: na 50. godišnjicu otkrića reakcije Belousov-Žabotinski
2. B. P. Belousov i njegova oscilatorna reakcija, časopis "Znanje je moć"
3. Belousov Jabotinsky i Briggs Rauscher reakcione sheme, diferencijalne jednadžbe
4. V. A. Vavilin. Autooscilacije u hemijskim sistemima tečne faze
5. A. A. Pečenkin. Svjetonazorski značaj oscilatornih hemijskih reakcija
6. Oscilacije i putujući talasi u hemijskim sistemima. Ed. R. Field i M. Burger. M., “Mir”, 1988 / Oscilacije i putujući talasi u hemijskim sistemima. Ed. od R.J.Fielda i M.Burgera. 1985. od John Wiley and Sons, Inc. (Engleski)/

Wikimedia fondacija. 2010.

• Knox, John
• Colt

Pogledajte kakva je "reakcija Belousov-Zhabotinsky" u drugim rječnicima:

Reakcija Belousova- Promjena boje reakcione smjese u reakciji Belousov-Zhabotinsky sa feroinom.Reakcija Belousov-Zhabotinsky je klasa hemijskih reakcija koje se odvijaju u oscilatornom modu, u kojoj su neki parametri reakcije (boja, koncentracija... Wikipedia

Reakcija Belousov-Zhabotinsky

Briggs-Rauscherova reakcija- (“jodni sat”) autooscilatorna hemijska reakcija. Kada vodonik peroksid, jodna kiselina, mangan (II) sulfat, sumporna i malonska kiselina i škrob u interakciji, dolazi do oscilatorne reakcije sa bezbojnim zlatnoplavim prelazima.... Wikipedia

Briggs-Rauscherova reakcija- (“jodni sat”) autooscilatorna hemijska reakcija. Kada vodonik peroksid, jodna kiselina, mangan (II) sulfat, sumporna i malonska kiselina i škrob međusobno djeluju, dolazi do oscilatorne reakcije s bezbojnim zlatnoplavim prijelazima.... Wikipedia - Sadržaj 1 Zhabotinsky Korzukhin model 2 Brusselator 3 Oregonator ... Wikipedia

Oscilatorne reakcije- Promjena boje reakcione smjese u reakciji Belousov-Zhabotinsky sa feroinom.Reakcija Belousov-Zhabotinsky je klasa hemijskih reakcija koje se odvijaju u oscilatornom modu, u kojoj su neki parametri reakcije (boja, koncentracija komponenti... Wikipedia

Belousov, Boris Pavlovič- Boris Pavlovič Belousov Fotografija iz 1930. Datum rođenja: 7 (19) februar 1893 (1893 02 19) Mjesto rođenja: Moskva Datum iz ... Wikipedia

Boris Pavlovič Belousov (1893-1970) - vojni hemičar. Godine 1951. otkrio je prvu vibracionu hemijsku reakciju, danas poznatu kao reakcija Belousov-Žabotinski.

Tako otopina u kojoj se javlja reakcija Belousov-Zhabotinsky mijenja boju.

Ako otopinu izlijete na ravnu površinu, uz nju će puzati zadivljujući valovi (ovu je sliku generirao kompjuterski program za simulaciju reakcije Belousov-Zhabotinsky).

Reakcija Belousov-Zhabotinsky je toliko složena da naučnici još uvijek pokušavaju uspostaviti interakciju različitih komponenti reakcije i katalizatora.

Pruge na tigrovoj koži uzrokovane su oscilatornim biohemijskim reakcijama sa difuzijom bliskom reakciji Belousov-Zhabotinsky, čije je postojanje sugerirao matematičar Alan Turing. Fotografija Johna i Karen Hollingsworth.

Muzičari i kompozitori žive u svijetu melodija. Razumiju dušu violine i saksofona, violončela i klavira. Virtuozni muzičari čuju mnogo više u harmoničnim zvucima orkestra od običnih ljudi.

Ali virtuozi se ne nalaze samo među violinistima i pijanistima. U Rusiji je, na primjer, živio virtuozni hemičar. Shvatio je tajanstveni i najzanimljiviji svijet hemijskih reakcija: razumio je dušu metala i kiselina, katalizatora i enzima. Znao je kako su se ophodili jedni prema drugima, kako su bili u neprijateljstvu i prijateljstvu, kako su se povezivali i razdvajali. Shvatio je njihove težnje i sposobnosti, ljepotu i temperament. Ovaj čovek se zvao Boris Pavlovič Belousov. Imao je takvu sudbinu kakvu nijedan pisac naučne fantastike nije mogao da zamisli.

Sa 12 godina Boris je postao revolucionar. Zajedno sa starijom braćom pravio je bombe za učesnike ustanka 1905. godine. Braća Belousov su uhapšeni i osuđeni na progonstvo ili emigraciju. Porodica je bila primorana da emigrira. Nastanila se u Švajcarskoj. Stan Belousovih u Cirihu posećivali su mnogi istaknuti ruski revolucionari, uključujući Uljanov-Lenjina, sa kojim je Boris igrao šah. Na Univerzitetu u Cirihu, mladić je pohađao pun kurs hemije i upoznao Alberta Ajnštajna. Belousov nije dobio diplomu jer je morao da plati previše novca za nju. Porodica nije imala toliku sumu.

Boris se uspio vratiti u Rusiju tek 1914. godine. Počeo je da radi zajedno sa poznatim hemičarem, akademikom V. N. Ipatievom u oblasti vojne hemije. Postoje hemičari koji razvijaju hemijska ratna sredstva. Odjel u kojem je Boris radio nije se bavio otrovima, već protuotrovima. Mladi naučnik bio je među onima koji su kreirali gas maske i lekove protiv zračenja. Ko od vas nije imao ogrebotine spaljene "zelenom" ili briljantnom zelenom? Dakle, industrijska proizvodnja ovog lijeka uspostavljena je kasnih 1930-ih zahvaljujući istraživanju mladog naučnika Belousova.

Boris Pavlovič je dugi niz godina predavao hemiju. Prvo u vojno-hemijskoj školi, zatim na Akademiji hemijske odbrane i čak dospeo do čina general-majora. Tokom Drugog svetskog rata, Belousov je radio kao šef odeljenja u jednom od naučnih instituta.

Nakon rata, za naučnika su nastupila teška vremena. Dolazili su mu birokrati i tražili da mu pokažu diplomu o visokom obrazovanju. Ali profesor i general Belousov svojevremeno, kao što znate, nije mogao da otkupi svoju zasluženu diplomu sa Univerziteta u Cirihu. Birokrate su kazale da bez diplome naučnik ne može zauzimati pozicije iznad višeg laboratorijskog asistenta.

Belousov je prešao na platu višeg laboratorijskog asistenta, dok je ostao na čelu odjela - na institutu nije bilo drugih naučnika tako visokih kvalifikacija, iako je bilo dosta hemičara sa diplomama. Na kraju, menadžment instituta je dobio Staljinovu pismenu dozvolu da naučniku vrati prethodnu platu.

Ali Belousov nije mario mnogo za novac - bio je previše zauzet svojim hemijskim reakcijama. Tokom dugotrajne potrage za lijekovima koji mogu spasiti ćeliju od zračenja, virtuozni hemičar je naišao na tragove terra incognita – „nepoznate zemlje“ u svijetu hemijskih reakcija.

Činjenica je da su mnogi biološki procesi ciklični: srce kuca ritmično, pluća ravnomjerno dišu. Čak i pruge na koži tigra i žirafe odražavaju periodične procese koji se odvijaju ispod kože. Lovci su primijetili i fluktuacije u populaciji risova i zečeva: životinjska populacija postaje sve veća i manja. Matematičari su čak napisali jednadžbe za ove periodične promjene u broju predatora i biljojeda.

Biološki procesi koji su periodične prirode zasnivaju se na hemijskim transformacijama. Ali evo šta je čudno: nijedna periodična ili oscilatorna reakcija u hemiji nije otkrivena sve do sredine dvadesetog veka. Potraga za periodičnom hemijskom reakcijom u to vrijeme izgledala je kao ismijavanje zakona termodinamike, jer ugalj gori, a željezo nepovratno rđa. Činilo se nemogućim zamisliti hemijsku reakciju koja povremeno mijenja smjer.

Ali Belousov je shvatio da u svijetu kemijskih interakcija mora postojati nepoznato, neistraženo područje - osnova cikličkih procesa u ćelijama živih organizama. Znanje, iskustvo i intuicija rekli su Belousovu gde da traži periodične reakcije.

Godine 1937. njemački hemičar Hans Krebs otkrio je ciklus oksidacije limunske kiseline. Otkriće je važno - nije uzalud Krebs za njega dobio Nobelovu nagradu. Krebsov ciklus je ključna reakcija koja leži u osnovi disanja kisika, opskrbe energijom i rasta stanica.

Belousov je intenzivno razmišljao: da li je moguće dobiti jednostavniji, idealno neorganski, analog složenog Krebsovog ciklusa? To bi omogućilo simulaciju složenih procesa koji se odvijaju u živoj ćeliji jednostavnom hemijskom reakcijom, koju je lakše proučavati i razumjeti.

Što se događa ako limunsku kiselinu tretirate otopinom bertolitne soli i u otopinu dodate još soli cerija? Ali treba vam oksidant, i to onaj koji djeluje u prisustvu katalizatora...

Virtuozni hemičar je temeljito promislio o budućoj reakciji i uporedio oksidacijski potencijal bertoletove soli sa valentnošću jona gvožđa i cerijuma. U trovalentnom stanju, joni cerijuma su bezbojni, au četverovalentnom su žuti. To znači da se promjena valencije može promatrati vlastitim očima. Razgradnja limunske kiseline bit će vidljiva oslobađanjem ugljičnog dioksida.

Prije nego što je hemičar počeo spajati rješenja, napravio je mnogo proračuna, poređenja i procjena. Delovati na slepo znači gubiti vreme. Potrebna nam je dobro osmišljena hipoteza, koja se onda može testirati in vitro.

Belousov je prošao kroz mnoge opcije reakcije, proveo stotine eksperimenata i konačno pronašao svoju „terra incognita“!

Put, odnosno recept je sljedeći. Ako u jednoj tikvici spojite u potrebnim omjerima otopinu sumporne kiseline, natrijevog bromata i bromida, limunske kiseline, cerij sulfata i fenantrolinske boje, tada se događa čudo. Rješenje počinje mijenjati boju iz plave u narančastu i natrag s periodom osciliranja od djelića sekunde do desetina minuta. A u ravnoj posudi, valovi različitih boja će puzati po plitkom sloju otopine. Nakon nekoliko desetina vibracija, potrebno je dodati svježe otopine kako bi se podržala kemijska reakcija - potpuno na isti način kao što se živi organizam treba hraniti.

Periodična reakcija koju je otkrio Boris Pavlovič Belousov je, u izvesnom smislu, jednostavan analog života - neravnotežna hemijska pulsacija, slična otkucaju srca.

Prijatelji i saradnici hrlili su u Belousovljevu laboratoriju, gde je „otkucao” tečni hemijski sat ili, ako želite, „hemijsko srce” kucalo.

Belousov je sjeo da napiše članak o svom otkriću. Hemičar je imao mnogo objavljenih radova i patenata, ali nije objavljivao u akademskim časopisima i nije bio upoznat sa običajima tamošnjih recenzenata. Nažalost, recenzenti naučnih časopisa nisu bili virtuozi. Ovu neformalnu titulu rijetko ko zaslužuje.

Godine 1951. Belousovov članak o otkriću nevjerovatne reakcije objavljen je u časopisu Akademije nauka SSSR-a. I brzo se vratila sa odbijanjem da objavi. Recenzent je završio članak kategorično tvrdeći da je takva hemijska reakcija nemoguća.

Obično prećutni Belousov je gorko primetio da su današnji naučnici izgubili poštovanje prema činjenicama. Očigledno je recenzent zaboravio na izjavu poznatog prirodnjaka, tvorca mikroskopa, Antoniea van Leeuwenhoeka: "Treba se suzdržati od rasuđivanja kada iskustvo govori."

Boris Pavlovič se bavio daljim istraživanjem nove reakcije. Pet godina je vršio mjerenja i analize. U to vrijeme nauka nije stajala mirno. Godine 1952. engleski matematičar Alan Turing sugerirao je da kombinacija kemijskih reakcija s procesima difuzije može objasniti čitavu klasu bioloških fenomena, posebno periodične pruge na tigrovoj koži. Ruski fizičar i hemičar Ilja Romanovič Prigogin je 1955. godine došao do zaključka da su hemijske vibracije moguće u neravnotežnim termodinamičkim sistemima, koji uključuju sve biološke sisteme.

Ni Turing ni Prigožin nisu ni slutili da je fenomen o kojem su raspravljali već otkriven, samo članak na ovu temu nije objavljen.

Konačno, Belousov šalje novu verziju svog rada drugom naučnom časopisu. Članak se ponovo vraća uz odbijanje objave! Recenzent je predložio autoru da to svede na nekoliko stranica. Belousov nije mogao podnijeti takvu bezobrazluk - bacio je članak u smeće i zauvijek prestao komunicirati s akademskim časopisima.

Nećak Belousov, koji je već postao student hemije, predložio je njegovom ujaku da donese bocu u redakciju - neka sami vide hemijski sat u akciji! General Belousov je ljutito odbio: "Zašto sam ja njima klovn?"

Prošlo je osam godina od otkrića oscilatorne reakcije, ali još niko osim Belousovljevih službenika i prijatelja nije znao za to. Istina, po Moskvi su se proširile glasine o neobičnoj čaši u kojoj kuca obojeno "hemijsko srce". Hemičar sa Moskovskog univerziteta, Simon Šnol, čuo je za ovu reakciju, zapalio se i počeo da traži njenog otkrivača - ali bezuspešno. Šnol je čak stekao naviku, govoreći na naučnim seminarima, da pita prisutne hemičare o nepoznatom autoru vibracijske reakcije.

U jesen 1958., nakon drugog seminara, Šnolu je prišao student i rekao da je ovu reakciju otkrio njegov pra-ujak Boris Pavlovič Belousov. Šnol je uzeo Belousovljev broj telefona od studenta i pozvao apoteku.

Boris Pavlovič je bio suv i odbio je sastanak, ali je izdiktirao recept za reakciju. Simon Shnol nije uspio u potpunosti održati recept, nije postigao jarke boje, ali je i dalje dobijao vibracije žućkaste boje i bio je oduševljen njima. Radoznali zaposlenici hodočastili su u Šnolovu laboratoriju, a ubrzo se vijest o čudesnoj reakciji proširila Moskvom.

Šnol je bio zabrinut: bilo koji objavljeni rad posvećen cikličnoj reakciji mu se činio neetičkim, jer nije bilo moguće pozvati se na objavljeni rad autora otkrića.

Simon Elijevič je ponovo nazvao Belousova, dugo ga nagovarao i ubrzo dobio zbirku radova o radijacijskoj medicini, u kojoj je Boris Pavlovič objavio kratak opis oscilatorne reakcije. Zbirka nije imala recenzente, ali su njeni sastavljači poznavali i duboko poštovali Belousova i munjevitom brzinom objavili njegovu kratku belešku.

Beleška od tri stranice iz 1959. postala je jedino Belousovljevo štampano delo o cikličnoj reakciji koju je otkrio. Ali ovaj mali kamenčić izazvao je lavinu. Šnol je uputio svog diplomiranog studenta Anatolija Markovića Žabotinskog da detaljno prouči vibracioni hemijski fenomen. Ubrzo je desetine ljudi učestvovalo u proučavanju ove reakcije. Objavili su stotine članaka i dobili diplome kandidata i doktora. Belousov nije učestvovao u ovoj aktivnosti. Imao je preko sedamdeset godina i nastavio je raditi u svom institutu. A onda je neki birokrata konačno došao do virtuoznog hemičara i poslao ga u penziju. Ostavši bez posla, Boris Pavlovič je ubrzo umro.

Čuvena hemijska reakcija koju je otkrio, sada nazvana po Belousov-Žabotinskom, pokazala se prekretnicom u savremenom pogledu na svet, zasnovanom na konceptima samoorganizacije, otvorenih sistema, oscilatornih reakcija i strukturno-formirajućih nestabilnosti. Mislim da je ovaj rad zaslužio Nobelovu nagradu. Ali samo deset godina nakon smrti Borisa Pavloviča Belousova, posthumno mu je dodijeljena Lenjinova nagrada.

Pa ipak, virtuozni hemičar je dobio nešto mnogo više od medalje i novčane nagrade - neuporedivo zadovoljstvo novog otkrića.

Šta je važnije - otkriti Ameriku ili dobiti nagradu za to? Možda će neko razmisliti o odgovoru, ali ne osoba poput Borisa Pavloviča Belousova, virtuoznog hemičara i srećnog otkrića periodične reakcije neverovatne lepote i značaja. Sada je ušao u zlatni fond nauke dvadesetog veka.

Tema 2

MN-12: Marina Makarova, Jurij Lihačov, Ivan Korotkevič, Natalija Kutsan, Ekaterina Kostjučenkova, Velor Ermovski.

Dajte koncept

Dajte koncept

Entropija

Informacije

Osnove sistemske analize

Sistem, pravila za alokaciju sistema

Vrste sistema:

Homogen – heterogen

Otvoreno – zatvoreno

Ekvilibrijum - neravnoteža.

Drugi zakon termodinamike, njegovo tumačenje sa pozicija termodinamike, kosmologije, filozofije.

Entropija kao mjera molekularnog poremećaja

Statistička priroda drugog zakona termodinamike

Drugi zakon termodinamike kao princip sve većeg nereda i razaranja struktura

Glavni paradoks evolucijske slike svijeta: obrazac evolucije na pozadini općeg povećanja entropije

Entropija otvorenog sistema: proizvodnja entropije u sistemu, entropija ulazi i izlazi

Termodinamika života: izvlačenje reda iz okoline

Termodinamika Zemlje kao otvorenog sistema

Obrazložite zašto su živi organizmi neravnotežni otvoreni sistemi.

Dajte koncept

Nelinearnost

Bifurkacija

Dajte koncept

Fluktuacija

Samoorganizacija

Šta su haotični sistemi

Dajte koncept atraktora

Primjeri samoorganizacije u najjednostavnijim sistemima: lasersko zračenje, Benardove ćelije, reakcija Belousov-Zhabotinsky, spiralni valovi

Zašto je fenomen samoorganizacije moguć samo u otvorenim, neravnotežnim sistemima? Suština samoorganizacije. Identifikovati faze i konstruisati dijagram procesa razvoja otvorenih neravnotežnih sistema sa nastankom novog poretka.

Zašto je teorija samoorganizacije primjenjiva u različitim disciplinama (fizika, hemija, biologija, ekonomija, politika, psihologija...)

Principi organizacije savremene prirodne nauke.

1. Stvar je skup kvantizovanih polja, čiji su kvant elementarne čestice (Babanazarova O.V. Koncepti modernih prirodnih nauka. Deo 1: udžbenik / Yaroslavl State University Yaroslavl, 2000)

Stvar- ovo je sve teško, sve što zauzima prostor ili sve zemaljsko (kamen, drvo, vazduh itd.); opšti apstraktni koncept materijalnosti, telesnosti, svega što je podložno osećanjima: suprotno od duhovnog (mentalnog i moralnog) (Objašnjavajući rečnik živog velikoruskog jezika Vladimira Dala).

Stvar- to je ono neprolazno, nepromjenjivo, stalno postojano što je u osnovi promjenjivih, čulno opaženih fizičkih pojava (Mali enciklopedijski rječnik Brockhausa i Efrona).

Energija- (od grčkog energyeia - aktivnost) - mjera raznih vrsta kretanja i interakcija u oblicima: mehaničkim, termičkim, elektromagnetnim, hemijskim, gravitacionim, nuklearnim (Gorelov A.A. Koncepti moderne prirodne nauke. - M.: Centar, 2002. str.76).

Energija- skalarna fizička veličina, koja je jedinstvena mjera različitih oblika kretanja materije i mjera prijelaza kretanja materije iz jednog oblika u drugi (Rječnik prirodnih nauka. Glossary.ru).

Energija- opća kvantitativna mjera kretanja i interakcije svih vrsta materije (Velika sovjetska enciklopedija).

2. Entropija- ovo je mjera nereda, dezorganizacije sistema (Gorelov A.A. Koncepti moderne prirodne nauke. - M.: Centar, 2002. str. 75).

Informacije– (od latinskog informatio – upoznavanje, objašnjenje) je mera organizacije sistema (Gorelov A.A. Koncepti savremene prirodne nauke. – M.: Centar, 2002. str. 75).

3. Sistem- cjelina sastavljena od dijelova; to je skup međusobno povezanih elemenata koji čine neku vrstu integralnog jedinstva.

Pravila dodjele sistema:

Postavite cilj;

Identifikovati elemente koji se smatraju nedeljivim na datom nivou analize;

Identificirati veze između elemenata;

Razumjeti zakone kompozicije po kojima elementi međusobno djeluju i formiraju integritet.

4. Vrste sistema:

I 1) Homogena– sistemi u kojima su prisutni isti elementi;

2) Heterogeni - sistemi čiji su sastavni elementi različite prirode.

II 1) Otvori– sistemi koji razmjenjuju energiju, informacije, materiju;

2) Zatvoreno– sistemi koji ne primaju energiju izvana.

III1 ) Ravnoteža– sistemi koji pri prelasku iz jednog stanja u drugo zahtevaju priliv energije; pri tom prelazu sistem može da održava svoje stanje prilično dugo bez dodatnog priliva energije, materije ili informacija;

2) Neravnoteža– sistemi koji zahtevaju stalan priliv energije, materije, informacija da bi održali svoju složenost, jer se deo energije konstantno raspršuje.

(Gorelov A.A. Koncepti savremene prirodne nauke. - M.: Centar, 2002. str. 72-83).

5. Prirodni procesi su uvijek usmjereni ka tome da sistem postigne ravnotežno stanje (mehaničko, termičko ili bilo koje drugo). Ovaj fenomen se odražava drugi zakon termodinamike, što je takođe od velikog značaja za analizu rada termoenergetskih mašina. U skladu sa ovim zakonom, na primer, toplota može spontano da pređe samo sa tela sa višom temperaturom na telo sa nižom temperaturom. Da bi se izvršio obrnuti proces, potrebno je uložiti nešto posla. Ima ih nekolikoekvivalentnoformulacije drugog zakona termodinamike:

Clausiusov postulat:“Nemoguć je proces čiji bi jedini rezultat bio prijenos topline sa hladnijeg tijela na toplije”(ovaj proces se zove Clausiusov proces).

Thomsonov postulat:“Kružni proces je nemoguć, čiji bi jedini rezultat bio proizvodnja rada hlađenjem termalnog rezervoara”(ovaj proces se zove Thomsonov proces).

Iz perspektive termodinamike, ovaj zakon se može tumačiti na sljedeći način: 1) prenos toplote sa hladnog izvora na topli je nemoguć bez troškova rada;

2) nemoguće je izgraditi periodično radnu mašinu koja obavlja rad i, shodno tome, hladi termalni rezervoar;

3) priroda teži prelasku iz manje verovatnih stanja u ona verovatnija.

Drugim riječima, drugi zakon termodinamike zabranjuje takozvane vječne mašine druge vrste, pokazujući da je nemoguće svu unutrašnju energiju tijela pretvoriti u koristan rad.

Iz perspektive kosmologije, ovaj zakon se može tumačiti na sljedeći način:

Ako je naš Univerzum izolovan (zatvoren) sistem, onda je razmena energije sa drugim sistemima nemoguća. Niko od naučnika nije sumnjao da je naš svijet izolovan sistem, ali tada, prema drugom zakonu termodinamike, sve vrste energije se na kraju moraju pretvoriti u toplinu, koja će se ravnomjerno rasporediti po sistemu, odnosno doći će do Univerzuma do stanja termičke ravnoteže i sva makroskopska kretanja u njemu će prestati. tzv toplotna smrt svemira. Mnogi su pokušali da razriješe ovu kontradikciju. Kako bi pomirio ovaj zaključak sa beskonačnim postojanjem Univerzuma, Boltzmann je tvrdio da, zbog statističke prirode drugog zakona, on ne vrijedi tačno. U nekom prilično velikom području Univerzuma došlo je do fluktuacije i entropija u njemu se smanjila. Iako je ovaj fenomen izuzetno rijedak, zbog beskonačnosti Univerzuma imamo beskonačno mnogo vremena da ga čekamo. Kao što ćemo vidjeti u razgovoru o evoluciji Univerzuma, negativna gravitacijska energija nije uzeta u obzir u ovim razmatranjima, jer širenje Univerzuma još nije bilo poznato. Uzimanje u obzir negativne energije gravitacije, bez kršenja zakona održanja energije, dovodi do toga da se pozitivni dio energije može povećati, a povećanje entropije koje se nužno događa ne mora nužno dovesti do blijeđenja procesa u Univerzumu.

Iz filozofske perspektive, ovaj zakon se može tumačiti na sljedeći način:

Red nikada, ni pod kojim okolnostima, ne može sam izaći iz haosa. Drugim riječima, spontana komplikacija bilo kojeg sistema je nemoguća.

Kirillin V.A. Tehnička termodinamika: Udžbenik za univerzitete - 4. izd., revidirano - M.: Energoatomizdat, 1983.

6. Nesklad između transformacije toplote u rad i rada u toplotu dovodi do jednostranog pravca stvarnih procesa u prirodi, što odražava fizičko značenje drugog zakona termodinamike u zakonu o postojanju i porastu realnih procesa pozvana određena funkcija entropija, odlučan kao mjera molekularnog poremećaja.

Entropija - to je mjera neuređenosti sistema, mjera disipacije energije, oblik izražavanja količine vezane energije koju supstanca ima.

Prema drugom zakonu termodinamike, svi stvarni procesi u Univerzumu moraju se odvijati sa povećanje entropije. Entropija, kako je pokazao Boltzmann, karakterizira stepen nereda u sistemu: što je veći, veći je poremećaj.

Fizičko značenje povećanja entropije svodi se na činjenicu da je

iz određenog skupa izolovanih čestica (sa konstantnom energijom)

sistem teži da pređe u stanje sa najmanjim redom

kretanja čestica. Ovo je najjednostavnije stanje sistema, ili

termodinamička ravnoteža u kojoj je kretanje čestica haotično.

Maksimalna entropija znači potpunu termodinamičku ravnotežu, koja

ekvivalentno haosu.

Međutim, zasnovana na Prigogineovoj teoriji promjene, entropija nije pravedna

neprekidno klizanje sistema u stanje lišeno ikakvog

nije bilo organizacije. Pod određenim uslovima, entropija postaje

rodonačelnik poretka.

(Gorelov A.A. Koncepti savremene prirodne nauke. – M.: Centar, 2002. str. 86-87;

Kirillin V.A. Tehnička termodinamika: Udžbenik za univerzitete. - 4. izd., revidirano - M.: Energoatomizdat, 1983.)

7 . Drugi zakon termodinamike je statističke prirode (ima statističku prirodu) to je

primjenjiv samo na sisteme koji sadrže veliki broj čestica. stvarno,

Razmotrimo primjer: plin koji se nalazi u jednoj polovini posude ima tendenciju da bude ravnomjerno raspoređen po cijelom volumenu ako se pregrada ukloni. To se događa zato što je prvo stanje uređenije; može se postići samo na dva načina, kada je plin u jednoj ili drugoj polovini posude. Drugo stanje, kada je plin ravnomjerno raspoređen po cijeloj zapremini, je najslučajnije, jer se može postići na ogroman broj načina zbog međusobnog preuređivanja svih molekula plina uz zadržavanje njihove ukupne energije. Na primjer, plin je sadržavao desetak čestica, pa bi se zbog fluktuacija ponekad skupljale u jednoj ili drugoj polovini posude. Međutim, sa povećanjem broja čestica ova stanja bi se javljala sve rjeđe, a sa brojem čestica reda 10 22 takav bi događaj bio jednostavno nevjerovatan. Iako se u principu može dogoditi, jer vjerovatnoća njegovog nastanka, iako beskonačno mala, nije baš nula.

(

8. Drugi zakon termodinamike kaže da se svi stvarni procesi u Univerzumu moraju odvijati sa sve većim neredom i destrukcijom struktura– sa povećanjem entropije.

Tada se uzima preciznija formulacija drugog zakona termodinamike

pogled: Tokom spontanih procesa u sistemima sa konstantnom energijom, entropija uvijek raste.

U stanju ravnoteže ono je maksimalno. Entropija, kako je pokazao Boltzmann, karakterizira stepen nereda u sistemu: što je veći, veći je poremećaj. Sada je jasno da je ravnotežna toplotna energija beskorisna za obavljanje posla jer je najneuređenija. Postaje jasno zašto svi prirodni procesi u prirodi uključuju rasipanje energije. Zato što povećava nered.

(Kirillin V.A. Tehnička termodinamika: Udžbenik za univerzitete. - 4. izd., revidirano - M.: Energoatomizdat, 1983.)

9.Evolucija- objektivna promjena koja se dešava tokom vremena, koja se manifestuje kao rigorozno, kontinuirano unapređenje, koje dovodi do povećanja nivoa kvaliteta i stepena organizacije objekata, a na osnovu toga - njihove uspješne adaptacije i efikasnog funkcionisanja u određenim uslovima.

Evolucija- ovo je način da se živi odupru entropija, rastući haos i nered. Stvara razne inovacije, ali prirodna selekcija čuva samo one koje organizmima daju otpor na daljnje promjene, one koje im omogućavaju da reproduciraju svoje kopije kroz dugi niz generacija, praktički bez promjene. Koliko god čudno izgledalo, pokazalo se da evolucija radi protiv sebe.

Navikli smo na činjenicu da je evolucija stvaranje nečeg novog, složenijeg i savršenijeg. Ali u stvari, evolucija je stvaranje ne samo nečeg novog, već nečeg novog što se opire daljnjim promjenama. Iznenađujuće je da, iako se opire entropiji, evoluciju zapravo pokreće upravo ova entropija. Dakle, organizmi ne mogu izbjeći mutacije - kvarove u mehanizmu prijenosa nasljednih informacija s roditelja na potomke. Mutacije na kraju dovode do smrti organizama i izumiranja vrsta. Ali ono što je iznenađujuće je da se tokom ovog inherentno destruktivnog procesa (posebna manifestacija entropije) slučajno stvaraju inovacije, koje se, opet, slučajno mogu pokazati otporne na dalju degradaciju. Oni su ti koji se čuvaju selekcijom. Ovako je nekada nastao genetski kod (nije ni čudo što je univerzalan za sve organizme!) i mehanizam da organizmi ponovo stvaraju svoje kopije iz ekološkog materijala, tako je nastao diploidni skup hromozoma i polna reprodukcija, tako je briga za nastali su potomci i razni drugi složeni oblici životinjskog ponašanja (i uostalom u našoj kulturi). Ukratko, tako je nastalo sve što omogućava organizmima da se razmnožavaju u potomcima bez nestanka sa lica Zemlje.

10 . U otvorenim sistemima postoje tri toka entropije.

Prvi tok je sopstvena entropija, koja, kao iu zatvorenim sistemima, uvek raste.

Drugi tok je izvezena entropija (odlazni tok) uklonjena iz sistema u vanjsko okruženje. Ovaj tok se ukratko naziva izvoz entropije.

Treći tok je uvezena entropija (dolazni tok) koja ulazi u sistem iz vanjskog okruženja.

Rezultirajuća entropija otvorenog sistema ovisi o odnosu između ova tri toka i može se ponašati na bilo koji način: povećati, smanjiti ili biti konstantna. Ako je entropija konstantna, onda se kaže da je sistem u stacionarnom režimu.

(A.P. Sadokhin Koncepti moderne prirodne nauke. M., 2005)

11 . Za kopnene organizme, opća razmjena energije može se pojednostaviti kao formiranje složenih molekula ugljikohidrata iz CO2 i H2O u fotosintezi, nakon čega slijedi razgradnja proizvoda fotosinteze u procesima disanja. Upravo ta razmjena energije osigurava postojanje i razvoj pojedinačnih organizama – karika u energetskom ciklusu. Tako je i sa životom na Zemlji uopšte.S ove tačke gledišta, smanjenje entropije živih sistema u procesu njihove životne aktivnosti je na kraju posledica apsorpcije svetlosnih kvanta od strane fotosintetskih organizama, što je, međutim, više nego nadoknađeno formiranjem pozitivne entropije u dubinama Sunca.Drugim riječima, živi organizmi izvlače urednost iz okoline.

Ovaj princip važi i za pojedinačne organizme, za koje je snabdevanje nutrijentima izvana, noseći priliv „negativne“ entropije, uvek povezano sa proizvodnjom pozitivne entropije tokom njihovog formiranja u drugim delovima spoljašnje sredine, tako da ukupna promena entropije u sistemu organizam + spoljašnje okruženje je uvek pozitivna.

Pod stalnim vanjskim uvjetima u djelomično ravnotežnom otvorenom sistemu u stacionarnom stanju blizu termodinamičke ravnoteže, stopa povećanja entropije zbog unutrašnjih ireverzibilnih procesa dostiže konstantnu minimalnu pozitivnu vrijednost različitu od nule.

diS/dt => Amin > 0

Ovaj princip minimalnog povećanja entropije, ili Prigožinova teorema, je kvantitativni kriterijum za određivanje opšteg smera spontanih promena u otvorenom sistemu blizu ravnoteže.

Ovo stanje se može predstaviti drugačije:

d/dt (diS/dt)< 0

Ova nejednakost ukazuje na stabilnost stacionarnog stanja. Zaista, ako je sistem u stacionarnom stanju, onda ne može spontano izaći iz njega zbog unutrašnjih nepovratnih promjena. Prilikom odstupanja od stacionarnog stanja u sistemu se moraju odvijati unutrašnji procesi koji ga vraćaju u stacionarno stanje, što odgovara Le Chatelierovom principu - stabilnosti ravnotežnih stanja. Drugim riječima, svako odstupanje od stabilnog stanja će uzrokovati povećanje stope proizvodnje entropije.

Općenito, do smanjenja entropije živih sistema dolazi zbog slobodne energije koja se oslobađa pri razgradnji nutrijenata apsorbiranih izvana ili zbog energije sunca. Istovremeno, to dovodi do povećanja njihove slobodne energije. Dakle, tok negativne entropije je neophodan da bi se nadoknadili unutrašnji destruktivni procesi i gubitak slobodne energije usled spontanih metaboličkih reakcija. U suštini, radi se o kruženju i transformaciji slobodne energije, zbog čega se podržava funkcionisanje živih sistema.

12. Termodinamika Zemlje kao otvorenog sistema nastaje pod uticajem dva faktora:

Pod uticajem spoljašnje sredine

Promjena unutar samog sistema

Poznavajući ove faktore, možemo izračunati stopu promjene entropije

dS/dt = d e S/dt + d i S/dt.

Rezultirajući izraz znači da je stopa promjene entropije sistema dS/dt jednaka stopi razmjene entropije između sistema i okoline plus stopa generiranja entropije unutar sistema.

Pojam d e S/dt , koji uzima u obzir procese razmjene energije sa okolinom, može biti i pozitivan i negativan, tako da kada je d i S > 0, ukupna entropija sistema može se ili povećati ili smanjiti.

Negativna vrijednost d e S/dt< 0 соответствует тому, что отток положительной энтропии от системы во внешнюю среду превышает приток положительной энтропии извне, так что в результате общая величина баланса обмена энтропией между системой и средой является отрицательной. Очевидно, что скорость изменения общей энтропии системы может быть отрицательной при условии:

dS/dt< 0 if d e S/dt < 0 and |d e S/dt| >d i S/dt.

Dakle, entropija otvorenog sistema opada zbog činjenice da se u drugim dijelovima vanjskog okruženja javljaju konjugirani procesi sa formiranjem pozitivne entropije.

(S.H. Karpenkov Koncepti moderne prirodne nauke.-M.: 2002)

13. Otvorene sisteme karakteriše razmena materije i energije sa okolinom, uključujući i druge sisteme, dok je za zatvorene sisteme takva razmena isključena. Zatvoreni sistemi praktički ne postoje u stvarnosti, to je određena tehnika idealizacije za rješavanje istraživačkih problema. Neravnotežni sistem karakteriše potreba za stalnim snabdevanjem energijom za postizanje novog stanja, jer se energija konstantno raspršuje; ova situacija je daleko od ravnoteže. Biljka, životinja ili osoba je neverovatan primer heterogenog, otvorenog, neravnotežnog hemijskog sistema. U nestabilnoj ravnoteži. Oni su izuzetno niske vjerovatnoće strukture sa vrlo niskom entropijom.Ta nestabilnost je posebno izražena kada nastupi smrt.

(Babanazarova O.V. Koncepti savremene prirodne nauke. Deo 1: udžbenik / Jaroslavski državni univerzitet Jaroslavlj, 2000. c 19-20).

14. Nelinearnost– diferencijalne jednačine koje opisuju pojave imaju nekoliko rješenja (Babanazarova O.V. Koncepti moderne prirodne nauke. 1. dio: udžbenik / Yaroslavl State University Yaroslavl, 2000. str. 43).

Bifurkacija– grananje, bifurkacija u putanji sistema u određenoj tački (Grushevitskaya T.G., Sadokhin A.P. Koncepti savremene prirodne nauke: udžbenik - M.: viša škola, 1998. str. 366)

Bifurkacija– (od latinskog Bifurcus - razdvojen) - sticanje novog kvaliteta kretanjem dinamičkog sistema sa malom promenom njegovih parametara, tačka nagle promene stanja sistema

(Babanazarova O.V. Koncepti moderne prirodne nauke. Deo 1: udžbenik / Jaroslavski državni univerzitet Jaroslavlj, 2000. str. 42)

15. Fluktuacija– nasumično odstupanje sistema od ravnotežnog položaja (Grushevitskaya T.G., Sadokhin A.P. Koncepti savremene prirodne nauke: udžbenik - M.: Viša škola, 1998. str. 380)

Samoorganizacija– prirodni skokoviti proces koji neravnotežni sistem, koji je dostigao kritično stanje u svom razvoju, prenosi u novo stabilno stanje sa višim nivoom složenosti i uređenosti u odnosu na prvobitni (Grushevitskaya T.G., Sadokhin A.P. Concepts of savremena prirodna nauka: udžbenik – M.: Viša škola, 1998. str. 378)

16 .Haotični sistemi- to su sistemi koji su preosjetljivi na najslabije fluktuacije, to su nepredvidivi sistemi.

17 .Atraktor– blizak konceptu cilja. Relativno stabilno stanje sistema, koje kao da privlači čitav skup putanja kretanja sistema. Ako sistem padne u atraktorski konus, onda on neizbježno evoluira u ovo relativno stabilno stanje

(Babanazarova O.V. Koncepti savremene prirodne nauke. Deo 1: udžbenik / Yaroslavl State University Yaroslavl, 2000. str. 25).

18. Primeri samoorganizacije u najjednostavnijim sistemima: lasersko zračenje, Benardove ćelije, reakcija Belousov-Žabotinski, spiralni talasi.

Razmatra se stvaranje laserskog zračenja primjer privremenogsamoorganizacija Kontinuirani laser je visoko neravnotežan otvoreni sistem formiran od pobuđenih čestica (atoma, molekula) i elektromagnetnih modova. polja u rezonatoru. Neravnoteža ovog sistema održava se kontinuiranim prilivom energije izvana. nekoherentni izvor (pumpani). Pri niskim intenzitetima pumpe, zračenje sistema se sastoji od nizova talasa koji nisu međusobno fazni. Sa povećanjem intenziteta pumpe do određene granične vrijednosti, zračenje sistema postaje koherentno, tj. predstavlja kontinuirani talasni niz, u kojem su faze talasa strogo makroskopski korelirane. udaljenosti od emitera. Ovaj prijelaz na generiranje koherentnih oscilacija može se tumačiti kao samoorganizacija

H. Benard ćelije. Klasičan primjer nastanka strukture je Benardova konvektivna ćelija. Ako u tavu sa glatkim dnom sipate mineralno ulje, dodate male aluminijske strugotine radi jasnoće i počnete zagrijavati, dobit ćemo prilično jasan model samoorganizirajućeg otvorenog sistema. Uz malu temperaturnu razliku, prijenos topline s donjeg sloja ulja na gornji nastaje samo zbog toplinske provodljivosti, a ulje je tipičan otvoreni haotičan sistem. Ali pri određenoj kritičnoj temperaturnoj razlici između donjeg i gornjeg sloja ulja, u njemu se pojavljuju uređene strukture u obliku heksagonalnih prizmi (konvektivnih ćelija), kao što je prikazano na slici 1.

Slika 1.

U središtu ćelije ulje se diže, a na rubovima pada. U gornjem sloju heksagonalne prizme kreće se od središta prizme do njenih rubova, u donjem sloju - od rubova do centra. Važno je napomenuti da je za stabilnost protoka fluida potrebno podešavanje grijanja, a to se odvija samodosljedno. Pojavljuje se struktura koja podržava maksimalnu brzinu tokova topline. Pošto sistem razmenjuje samo toplotu sa okolinom iu stacionarnom stanju (na T1) prima onoliko toplote koliko i odaje (na T2< Т1), то

S=(Q/T1)-(Q/T2)< 0, т.е. внутренняя структура (или самоорганизация) поддерживается за счет поглощения отрицательной энтропии, или негэнтропии из окружающей среды. Подобные конвективные ячейки образуются в атмосфере, если отсутствует горизонтальный перепад давления.

Reakcija Belousov-Zhabotinsky. Hemijski sat. Samoorganizacija u hemijskim sistemima povezana je sa ulaskom novih supstanci izvana, koje obezbeđuju nastavak reakcije, i oslobađanje otpadnih materija u životnu sredinu.

Slika 2

Takve reakcije su 50-ih godina 20. veka dobili sovjetski naučnici B. Belousov i A. Žabotinski. Međutim, rezultati do kojih su došli bili su toliko neobični da ih naučnici dugo nisu mogli objaviti. Tek 80-ih su stekli priznanje. Suština reakcije Belousov-Zhabotinsky je oksidacija organske kiseline kalijevim bromidom. Dodavanjem indikatora redoks reakcija (feroin) možete pratiti napredak reakcije povremenom promjenom boje otopine. Eksterno, samoorganizacija se manifestuje pojavom koncentričnih talasa u tečnom mediju ili periodičnom promjenom boje otopine iz plave u crvenu i obrnuto (slika 2). Ovaj oscilatorni proces odvija se bez ikakve vanjske intervencije tokom nekoliko desetina minuta i naziva se "hemijski sat".

Treba napomenuti da se oscilacije javljaju oko nestabilnog stacionarnog stanja daleko od ravnotežnih stanja. (U blizini stabilnih stacionarnih stanja takve periodične oscilacije su nemoguće.)

Spiralni talasi. U sinergetici (teoriji disipativnih sistema) najosnovniji faktor je samoorganizacija spiralnih autotalasnih struktura u aktivnim medijima sa disipacijom energije. Spiralni valovi predstavljaju glavni tip elementarnih samoodrživih struktura u homogenim ekscitabilnim medijima. Takav medij je upravo fizički vakuum. Stoga su se elementarne čestice materije u njoj neizbježno morale samoorganizirati i to samo u obliku spiralnih autotalasa. Na to ukazuju i osnovni zakoni zajednički za elementarne čestice i spiralne valove:

korpuskularno-talasna priroda elementarnih čestica (one, kao i jezgra spiralnih talasa, imaju prostorne koordinate);

kooperativno ponašanje čestica i spiralnih talasa;

prisustvo inercije kretanja (kako u elementarnim česticama tako iu spiralnim autotalasnim strukturnim elementima);

prisustvo anihilacije pri sudaru (i kod elementarnih i antičestica, i kod konvergentnih i divergentnih spiralnih talasa);

prisutnost neizvjesnosti u vremenu i prostoru ispunjenja kvanta akcije (u osnovi je nemoguće odrediti početak i kraj bilo kojeg spiralnog okreta koji nosi kvant akcije i, stoga, precizno odrediti koordinate svijeta tačke ispunjenja radnje);

mogućnost tumačenja krajnjih lokalnih ponora spiralnih valova kao negativnih električnih elementarnih naboja, a njihovih primarnih lokalnih izvora kao pozitivnih elementarnih naboja;

elektron ima svoj kutni moment, koji nije povezan s njegovom rotacijom (radijalno kretanje zavoja spiralnog vala je slično efektu rotacije krute logaritamske spirale);

prisutnost pozitivnih i negativnih vrijednosti spina u elementarnim česticama (slično desno i lijevo uvijenim spiralama);

formiranje orbitalnog talasa od strane elektrona u atomu (slično formiranju jednostavnih vrtložnih prstenova spiralnim talasima);

nemogućnost postojanja i usamljenog kvarka i usamljenog uvrnutog vorteks prstena;

prisustvo asimptotske slobode, kako u kvarkovima tako i u uvrnutim vrtložnim prstenovima koji su međusobno povezani (sile interakcije nastaju samo kada se pokuša da se razdvoje);

sličnost topoloških zabrana koje ograničavaju broj dozvoljenih elementarnih čestica i trodimenzionalnih spiralnih struktura;

veoma kratak životni vek i elementarnih čestica i trodimenzionalnih spiralnih struktura, nesposobnih da se samoorganizuju u strukture višeg hijerarhijskog nivoa.

M. Eigen. Samoorganizacija materije i evolucija bioloških makromolekula. M. "Mir", 1973.

Dubnischeva T.Ya. Koncepti savremene prirodne nauke. - Novosibirsk: UKEA, 1997.

19. Zašto je fenomen samoorganizacije moguć samo u otvorenim, neravnotežnim sistemima? Suština samoorganizacije. Identifikovati faze i konstruisati dijagram procesa razvoja otvorenih neravnotežnih sistema sa nastankom novog poretka.

SAMOORGANIZACIJA- spontano (koje ne zahteva spoljašnje organizacione uticaje) formiranje uređenih prostornih ili vremenskih struktura u veoma neravnotežnim otvorenim sistemima (fizičkim, hemijskim, biološkim, itd.).

Neprekidni tokovi energije ili supstanci koje ulaze u sistem održavaju ga u stanju daleko od ravnoteže. U takvim uslovima sistem razvija sopstvene (unutrašnje) nestabilnosti (područja nestabilnog ponašanja), čiji je razvoj samoorganizacija.

Samoorganizacija predstavlja mogućnost promjene stanja sistema, a uticaj se može vršiti samo na otvoreni sistem, a samo neravnotežni sistem je sposoban za promjenu i razvoj. Ovakvi sistemi su osetljivi na uticaje unutrašnjih elemenata sistema. Stoga je fenomen samoorganizacije moguć samo u otvorenim, neravnotežnim sistemima.

Faze u evoluciji otvorenih neravnotežnih sistema:

razvoj po linearnim zakonima (održavanje homeostaze, predvidljivost, sposobnost doživljavanja uticaja kao slučajnih kao rezultat spoljašnjih i unutrašnjih interakcija. Posljedično, neravnoteža se povećava. Veze između elemenata su prekinute. U ovom stanju je moguć prelazak u fazu 2)

tačka bifurkacije (bifurkacija) Sistem se ponaša nepredvidivo, nelinearno. U tački bifurkacije, sistem se ne sjeća svoje prošlosti. Odabire se razvojni put i formira se nova struktura.

Sa samoorganizacijom nastaju nove strukture, red se povećava, slobodna energija sistema raste, a entropija opada.

(Nikolis G., Prigozhin I., Samoorganizacija u neravnotežnim strukturama, trans. sa engleskog, M., 1979)

"Reakcija Belousov-Zhabotinsky" je nazvana po dvojici ruskih naučnika, od kojih ju je prvi otkrio ( Boris Pavlovič Belous ov), a drugi ( Anatolij Marković Žabotinski) – matematički opisano. U izvorima na engleskom jeziku možete pronaći sljedeći naziv: BZ-reaction.

Strogo govoreći, analoge ove reakcije su primijetili hemičari još u 19. vijeku...

Ova klasa reakcija se odvija u oscilatornom režimu, u kojem se parametri reakcije: boja rastvora, koncentracija komponenti, temperatura itd. periodično menjaju, formirajući složenu prostorno-vremensku strukturu reakcionog medija. Zbog periodične promjene boje otopine, ova reakcija se ponekad naziva i "hemijski sat".

Zbog novine fenomena, B.P. Belousov Naučni časopisi su odbijali objavljivanje nekoliko puta, a on je prvi put objavio svoje podatke tek 1958. godine u malo poznatoj “Zbirci sažetaka o radijacijskoj medicini”.

“Aktivni medij baziran na hemijskoj reakciji kreirao je u našem institutu A.M. Zhabotinsky i A.N. Zaikin 1970. i predstavlja tanak sloj tečnosti u kojem se javlja Belousovljeva oksidaciona reakcija (kasnije je ova reakcija nazvana reakcija Belousov-Žabotinski). Reakcija ima ciklički (oscilatorni) karakter. Za razliku od većine poznatih oksidativnih procesa koji se javljaju prije iscrpljivanjem jednog od supstrata (oksidans ili redukcioni agens), tokom ove reakcije se oslobađa inhibitor, koji inhibira reakciju neko vreme nakon što se iscrpi samo mali deo reaktanata. Sastav reakcione smjese je sljedeći (opisao ga je B.P. Belousov sredinom 50-ih): limunska kiselina - 2,00 g, cerij sulfat - 0,16 g, kalijev bromat - 0,20 g, sumporna kiselina (1: 3) - 2,0 ml , vode do ukupne zapremine od -10,0 ml. Cerij (metal promjenjive valencije) igra ulogu klatna: pojavio se ili u oksidiranom ili reduciranom obliku.”