Mintázatok fotokémiai rendszerekben: kinetika és konvekció KFKI Atomenergia Kutatóintézet Pf. 49 Budapest 1525
A felesleg-elektronok transzport tulajdonságaival kapcsolatos korábbi munkáink1,2 vezettek el a kémiai rendszerekben fellépô, egyes nem-lineáris jelenségek vizsgálatához. Ha egy reagáló rendszerben a komponensek egymástól eltérô sebességgel diffundálnak vagy áramlanak, a reakciótermék térbeli eloszlása nem lesz egyenletes, mintázatok jönnek létre. Más szóval a differenciális diffúzió vagy áramlás disszipatív struktúrák kialakulását okozza. Az elôadás a reakcióknak egy olyan osztályáról szól, amelyben véleményünk szerint nem-differenciális áramlás az oka a mintázat kialakulásának.
K3[Fe(III)(oxalát)3] vizes oldata fény hatására Fe2+ ionokra és CO2-re esik szét; ha az oldat tartalmaz valamilyen Fe2+-re specifikus reagenst [pl. Fe(III)(CN)63–, (1-10)-fenantrolin, a-a'-dipridil], úgy a keletkezô reakciótermék térbeli eloszlásának határozott makroszkópos szerkezete van3. Ezeknek az általunk AK (Avnir-Kagan) reakcióknak nevezett folyamatoknak a kinetikáját vizsgáltuk folytonos lézer megvilágítás mellett, egy, két és három dimenziós rendszerekben. Meghatároztuk a reakciót kísérõ hômérsékletváltozásokat is, és úgy találtuk, hogy azok kiváltják a reagáló oldat konvekcióját. A mintázatok kialakulásának kinetikai leírását egy egyszerûsített váz-reakcióra alapoztuk, tekintetbe véve a konvekciót is. Az így felírt differenciálegyenlet rendszer közelíthetô a reaciótermék p koncentrációjára vonatkozó hullámegyenlettel, összhangban a kialakuló mintázat kvázi-periódusos szerkezetével4.
Kimutattuk, hogy a reakció gyors elektronok hatására is végbemegy, jóllehet a fotokémiai és a sugárkémiai folyamat kinetikája eltér egymástól5.
1. Schiller, R. 1991. Excess electron life history by dielectric relaxation, pp.105-125 In: C. Ferradini and J.-P. Jay-Gerin (eds.), Excess Electrons in Dielectric Media. CRC Press, Boca Raton
2. Schiller, R. 1992. Energy distribution of low energy electrons and free ion yields in irradiated liquid hydrocarbons J. Chem. Phys. 96, 6531
3. Avnir, D. and Kagan, M.L 1995. Chaos 5, 589
4. Schiller, R. and Hámori, A. 1999. Pattern formation in a class of homogeneous photochemical reactions Chem. Phys. Letters (in press)
5. Balog, J., Wojnárovits, L. and Schiller, R. 1999. Radiation chemical formation and precipitation of Turnbull blue from Fe(III)-oxalate Radiat. Phys. Chem. (in press)