B-Z振荡反应.ppt

B-Z振荡(zhèndàng)反应
第一页，共21页。
一、实验(shíyàn)目的
1、了解贝洛索夫-恰鲍廷斯基（Belousov-Zhabotinsky）反应（简称B-Z反应）的基本原理，掌握(zhǎngwò)研究化学振荡反应的一般方法。
2、掌握(zhǎngwò)计算机在化学实验中的应用，测定振荡反应的诱导期与振荡周期以及有关反应的表现活化能。
第二页，共21页。
* 热寂论的产生(chǎnshēng)与批判.
1、非平衡热力学简介(jiǎn jiè)（Introduction of Non-equilibrium Thermodynamics）
经典热力学的困惑
在所有一切自然现象中，熵的总值永远只能增加，
不能减少，… 宇宙的熵力图达到某一最大值， … 宇宙
越接近这个极限状态， 宇宙就越消失继续变化的动力。
最后当宇宙达到这个状态时，宇宙就不能再发生任何大
的变动(biàndòng)，这时宇宙将处于某种惰性的死的状态中。

--- Clausius “论热力学第二定律”(1867)
二、实验原理
第三页，共21页。
* 物理(wùlǐ)、化学家与生物学家的争论
热力学定律和达尔文进化论同属19世纪科学上最伟大的发现，但表面看来，二者似乎是相互矛盾的。　　热力学： 自然界的一切物理、化学变化总是向着熵增加（即无序程度增大）的方向进行　　生物学： 生命的发生和物种的进化，都是从低级到高级、从无序到有序的变化。 　　因此(yīncǐ)，在很长的一段时期内，人们认为生物的进化不遵守热力学第二定律，而是受另外的自然规律支配。然而，自本世纪初以来，物理学家和化学家也发现了一系列似乎违背热力学定律的现象。
第四页，共21页。
* 物理、化学中的时空(shí kōnɡ)有序现象
人们首次正式发现化学振荡反应是在1921年美国科学家W·C·Bray 用H2O2、IO3-和丙二酸 (H2SO4为介质,MnSO4为催化剂) 进行反应时,发现系统中碘的浓度及的氧气生成速率均随时间产生周期性变化。
但之后很长时间内人们一直无法从热力学的角度(jiǎodù)来解释化学振荡反应产生的原因。造成了化学振荡反应被人们冷落了很长时间。
20世纪50年代末B-Z反应的发现之后，研究步伐大大提高，至今余热不减。
第五页，共21页。
化学振荡和自组织(zǔzhī)现象
1952年，苏联化学家Belousov用硫酸铈盐作催化剂，进行柠檬酸的溴酸氧化反应。当他把反应物和生成物的浓度控制在远离平衡浓度的时候，某些(mǒu xiē)组分（如溴离子和铈离子）的浓度会发生周期性的变化，造成溶液的颜色会在无色和黄色之间作周期性的变化。
第六页，共21页。
化学(huàxué)螺旋波(Zhabotinsky花纹）
由于化学振荡现象与经典(jīngdiǎn)热力学理论似乎矛盾，因此它的发现遭到了许多人的嘲笑，它的论文也被搁置了6年才在一本无需审稿的放射医学会议论文集上发表。后来，另一位苏联年轻的生物物理学家Zhabotinsky接过它的工作并加以改进，并最终将这一现象称为化学振荡或B-Z反应。　　继发现化学振荡之后，Zhabotinsky和Zaikin又发现在反应过程中出现的在溶液中的不同部位溶液浓度不均匀的空间有序结构，展现出同心圆形或旋转螺旋状的卷曲花纹波，称为化学螺纹波或Zhabotinsky花纹
第七页，共21页。
图灵斑图（)
1952年,(如斑马身上的斑图)是怎样产生的. 图灵还发现，各种颜色的物体具有不同(bù tónɡ)的扩散率，在液体里相互起反应，就会变化其浓度而形成空间不随时间变化的稳态图案，也可以产生彩色波浪的振荡式图案。图灵的这种思想，在将近20年的时间里没有受到化学家和生物学家的注意。
第八页，共21页。
Benard 花纹(huāwén) (1900)
1900年，法国学者贝纳尔（Benard）观察到：如果在一水平容器中放一薄层(báo cénɡ)液体，从底部徐徐均匀地加热，当上下温差达到某一临界值时，液体中突然会出现规则的六角形的对流图案，六角形中心处的液体向上浮，而边缘处液体向下沉。此现象称为贝纳尔花纹。
第九页，共21页。
上述现象都是在非平衡态下出现的时空有序结构（又称为