3.2. Периодические водные часы (реакция Бриггса—Раушера) [21]

Йодными часами была названа реакция, открытая Бриггсом и Раушером в 1973 г. Она несколько похожа на реакцию Брея иодат — пероксид водорода [17] и, кроме того, включает некоторые элементы реакции Белоусова (см. разд. 3.3). В состав реакционной системы входят:

В процессе этой реакции периодически изменяются концентрации иода и иодид-ионов . Колебания концентрации иодид-ионов показаны на рис. 2.

Рис. 2. Колебания концентрации иодид-иона в реакции Бриггса — Раушера [21].

Замена малоновой кислоты ацетилацетоном (-пен-тандионом) приводит к уменьшению продолжительности колебательного режима, а замена марганца (II) (в качестве катализатора) на ионы церия (III) — к увеличению частоты колебаний.

Схема реакции [15, 30]. При математическом моделировании этой реакции, рассматриваемом ниже, были получены различные решения. Было показано, что для некоторых значений параметров, кроме трех особых решений, двух устойчивых и одного неустойчивого, существует и предельный цикл (множественность решений). Реакция исследовалась несколькими группами ученых. Модель Буассонада [15] состоит из двух частей, первая из которых описывает концентрационные колебания. При этом введение дополнительной схемы привело

к двойным колебаниям, у которых период короче начального периода реакции. Возможность осуществления подобных двойных колебаний в других системах обсуждалась ранее в работах [13, 73, 113а, 3б, 3в] (см. разд. 3.3-3.5). Двойные колебания в системе Бриггса—Раушера были получены в работе Буассонада [15] в соответствии со следующей схемой:

Дифференциальные уравнения [15]. Кинетические Уравнения для представленной выше схемы в дифференциальной форме составляют следующую модель:

Колебания компоненты У показаны на рис. 3. В работе Буассонада показано также, что данная система имеет либо одну особую точку, либо множество особых точек (три) и один предельный цикл.

В 1975 г. Пакольт с сотр. [82, 83] привели результаты экспериментального исследования реакции Бриггса — Раушера, включая область существования колебания в координатах концентраций Колебания, приведенные в работе Де Кеппера и др. [30] в 1976 г., показаны на рис. 4.

В 1980 г. Буассонад и Де Кеппер [16] опубликовали интересные результаты исследования рассматриваемой реакции: наличие простых и сложных колебаний концентрации молекулярного иода, запись которых представлена на рис. 5 вместе с простым предельным циклом для этой системы.

(см. скан)

Рис. 3. Двойные колебания в модели для реакции Бриггса—Раушера [15].

(см. скан)

Рис. 4. а — колебания концентрации b; б — колебания электрического потенциала [30].

(см. скан)

Рис. 5. а — простые и сложные колебания концентрации 12 в реакции Бриггса—Раушера при разных условиях; б — предельный цикл в плоскости Е и [16].