Анотація до роботи:

Калішин Є.Ю. Вплив побічних факторів на кінетику реакції Бєлоусова-Жаботинського, що каталізується фероїном. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.15 – хімічна кінетика і каталіз. – Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, Київ, 2006.

Проведено експериментальне дослідження та чисельне моделювання впливу природи побічних факторів (іони мангану (ІІ), кисень, швидкості перемішування та швидкості оновлення реактора) на різноманітні коливальні режими в реакції Бєлоусова-Жаботинського (БЖ), що каталізується фероїном. Установлено, що реальна кінетична схема адекватно описує експериментально знайдений вплив різноманітних факторів на кінетику реакції БЖ. Основна перевага даної кінетичної схеми полягає у використанні експериментально визначених констант швидкостей окремих стадій та параметрів. На підставі проведених експериментальних досліджень ініціювання процесу полімеризації при введенні акриламіду в реакцію БЖ показано можливість отримання макроскопічно структурованого поліакриламіду. Виявлено, що утворення таких структур управляються хімічними хвилями та мозаїчними структурами, які спостерігаються в реакції БЖ, що каталізується фероїном.

1. Реакція Бєлоусова-Жаботинського (БЖ) достатньо вивчена як в експериментальному, так і в теоретичному аспектах. Однак загальний опис кінетики реакції БЖ з використанням єдиної кінетичної схеми неможливий із-за відсутності даних стосовно впливу на неї важливих і різноманітних за своєю природою побічних факторів, зокрема присутності кисню, наявності іонів редокс-активних металів, швидкості перемішування. Не проводилось також жодних досліджень, спрямованих на застосування коливальних реакцій для отримання нових макроскопічно структурованих матеріалів.

2. Показано, що кінетична схема, яка складається з 29 хімічних реакцій і
   13 компонентів, для реакції Бєлоусова-Жаботинського, що каталізується фероїном (БЖФ) у проточному реакторів постійного перемішування (ПРПП) описує різноманітні типи коливальних режимів. На основі проведених досліджень знайдено кількісну відповідність між експериментальними даними та результатами чисельного моделювання послідовностей біфуркацій та їх деталей при зміні швидкості оновлення реактора в реакції БЖФ.

3. Встановлено, що в присутності кисню коливання в реакції БЖФ у закритому реакторі інтенсивного перемішування (ЗРІП) зникають через біфуркації двох типів у залежності від його концентрації: за низьких концентрацій коливання зникають внаслідок затриманої у часі біфуркації Хопфа, а за високих концентрацій – внаслідок сідловузлової біфуркації нескінченного періоду (SNIPER). Показано, що параметри затриманої у часі біфуркацій Хопфа та SNIPER кількісно характеризують вплив кисню на перебіг реакції БЖФ.

4. Запропоновано модифіковану кінетичну схему для опису впливу кисню на реакцію БЖФ у ЗРІП, яка складається з 14 хімічних реакцій для 12 компонентів і включає взаємодію кисню з броммалоновим радикалом та його подальші перетворення. Показано, що результати чисельного моделювання за допомогою запропонованої кінетичної схеми відтворюють експериментальні дані.

5. В результаті вивчення впливу швидкості перемішування на реакцію БЖФ у ЗРІП встановлено, що коливання затухають внаслідок затриманої у часі біфуркації Хопфа. Виявлено, що параметри рівнянь, що описують таку біфуркацію, кількісно характеризують вплив швидкості перемішування на перебіг реакції БЖФ у ЗРІП. На підставі чисельного моделювання за допомогою кінетичної схеми встановлено, що підвищення інтенсивності перемішування збільшує константу швидкості дифузійно-контролюючої стадії в реакції БЖФ у ЗРІП. Шляхом комп’ютерного моделювання відтворено експериментально знайдений вплив швидкості перемішування на перебіг реакції БЖФ.

6. На підставі експериментального дослідження та чисельного моделювання впливу іонів мангану(ІІ) на регулярні коливання реакції БЖФ у ПРПП показано, що підвищення концентрації іонів мангану(ІІ), а також концентрації сірчаної кислоти, приводить до збільшення періоду автоколивань за рахунок зміни швидкості реакції між іонами Мn²⁺ та бромоксильними радикалами.

7. Продемонстровано можливість отримання макроскопічно структурованого поліакриламіду в реакції полімеризації акриламіду, що індукована коливальною реакцією БЖФ. Виявлено, що утворення полімерів управляється хімічними хвилями реакції БЖФ. Показано, що введення акриламіду та крос-лінкера не впливає на появу хімічних хвиль у коливальній реакції, а тільки гальмує швидкість їх поширення.

Публікації автора:

1. Калишин Е.Ю., Хаврусь В.А., Гончаренко М.М., Иващенко Т.С., Стрижак П.Е. Влияние ионов марганца(II) на регулярные автоколебания в реакции Белоусова-Жаботинского в проточном реакторе постоянного перемешивания // Теорет. и эксперим. хим. – 2002. – Т. 38, № 6. – С. 368-372.

2. Калишин Е.Ю., Гончаренко М.М., Хаврусь В.А., Стрижак П.Е. Периодические, сложнопериодические и хаотические режимы в реакции БЖ, катализируемой ферроином // Кинетика и катализ. – 2002. – Т. 43, № 2. – С. 1-13.

3. Kalishyn Y.Y., Khavrus V.O., Strizhak P.E., Seipel M., Munster A.F. Macroscopically structured polymer formation governed by spatial patterns in the Belousov-Zhabotinsky reaction // Chem. Phys. Lett. – 2002. – V. 363, № 5-6. – P. 534-539.

4. Kalishyn Y.Y., Rachwalska M., Khavrus V.O., Strizhak P.E. The effect of oxygen on time-dependent bifurcations in the BZ oscillating chemical reaction in a batch // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2005. – V. 7. – P. 1680-1686.

5. Kalishyn E.Y., Strizhak P.E., Khavrus V.O., Goncharenko M.M. Mixed-Mode oscillations in the BZ reaction catalyzed by ferroin: experiment and modeling // Proc. European Interdisciplinary School on Nonlinear Dynamics for System and Signal Analysis EUROATTRACTOR 2000 (Warsaw, Poland, June 6-15, 2000). Warsaw. –2000. – P. 467-471.