Дискретна динаміка найпростіших хімічних реакцій за участю кристалічного реагента - Автореферат

Актуальність роботи визначається трьома принциповими моментами: внутрішніми суперечностями прийнятої на цей час геометрико-імовірнісної феноменології гетерогенної хімічної кінетики; істотно більшим прогресом у суміжних галузях; сучасними тенденціями у синергетиці, теорії складних систем та теорії симетрії. Криза ускладнюється тим, що виконання умов застосовності кінетичних моделей можна забезпечити не в усіх випадках, в яких ці моделі використовуються. У сучасній гетерогенній кінетиці ряд важливих проблем теорія та експеримент обговорюють різними мовами. Робота виконувалась як складова частина міжвузівської науково-технічної програми Міносвіти України "Наукові основи хімічної технології створення нових речовин і матеріалів, комплексної хіміко-технологічної переробки мінеральної сировини України" (координаційний план № 70; НДР "Математичні методи і компютерні технології дослідження і прогнозування властивостей речовин і матеріалів", № держреєстрації 0197U002444), та в рамках НДР "Дослідження природи неоднозначності обернених задач гетерогенної хімічної кінетики та способів її зменшення в рамках геометрико-імовірнісного формалізму" (№ держреєстрації 0196U010685). Розробити фізико-хімічну теорію кінетики найпростіших хімічних реакцій, що протікають у матриці вихідного кристала за механізмом утворення і зростання зародків, аппарат якої забезпечує можливість відбивати кристалічну структуру реагенту в кінетичних геометрико-ймовірнісних моделях та узгодити це відбиття з універсальними геометричними закономірностями фазових переходів першого роду, що супроводжують такі реакції.Основна мета роботи і її спрямованість на розвиток апарату гетерогенної хімічної кінетики визначають коло реакцій, що розглядаються: вихідний реагент є монокристалом; фронт реакції формується у матриці вихідного реагенту за механізмом утворення і зростання зародків; формування фронту починається на поверхні кристала; реакція проходить у кінетичному режимі; в умовах проведення реакції виявляється відповідність між формами локалізації, що спостерігаються, і кристалічною структурою реагенту. Основні результати розділів 2 і 3 дозволяють принципово реорганізувати загальну структуру геометрико-ймовірнісного опису таких реакцій і відкривають можливість для включення кристалічної структури вихідного реагенту у рамки геометрико-ймовірнісної феноменології і аналізу кінетичних кривих у хімічних термінах. Два основних положення, що лежать в основі геометрико-імовірнісної схеми, з формальної точки зору чисто геометричні: (i) реакція відбувається на границі розділу фаз і (ii) границя розділу формується шляхом виникнення, зростання і зіткнення зародків. Для послідовно розширених областей на рис.1 імовірності qi є взаємно незалежними, і відповідно імовірність того, що точку А не буде захоплено фазою новоутворень на контрольний момент часу t може бути обчислена як їх добуток : хімічний кристал формалізм Один з них полягає у тому, що кристал, який бере участь у реакції як реагент (а не як основа), одночасно є середовищем перебігу реакції, яке зазнає у ході реакції значних змін.В дисертації розвязано принципово важливу для гетерогенної хімічної кінетики проблему відбиття кристалічної структури реагенту в кінетичних геометрико-імовірнісних моделях і, виходячи з цього, розроблено фізико-хімічну теорію кінетики найпростіших хімічних реакцій, що протікають у матриці вихідного кристала за механізмом утворення і зростання зародків, в рамках якої хімічні закономірності реакцій і універсальні геометричні закономірності спряжених з ними фазових переходів першого роду узгоджені в термінах розбиттів Діріхле. Спільне використання трьох різновидів розбиттів Діріхле - планігонів, комірок Вігнера-Зейца і випадкових мозаїк - дозволяє відбити в одних і тих самих математичних термінах такі різні фактори хімічної індивідуальності і реакційної здатності, як ідеальна кристалічна структура і енергетична/ біографічна неоднорідність, і при цьому залишитися у межах уявлень про утворення, зростання і зіткнення зародків. На підставі проведеного у роботі аналізу проблем дискримінації традиційних геометрико-імовірнісних моделей показано, що головним чином вони зумовлені тим, що основна змінна в цих моделях не має хімічного сенсу, і в рамках загальноприйнятого континуального формалізму немає можливостей для відбиття кристалічної структури реагенту. Докладно проаналізовано природу неоднозначності геометрико-імовірнісної схеми і показано, що з точки зору добування хімічної інформації з експериментальних даних значний виграш може бути одержано шляхом переходу від прийнятого зараз формалізму покриттів до формалізму розбиттів за рахунок виділення детерміністичної частини задачі опису вільного зростання зародків і істотного розширення можливостей аналізу кінетичних кривих. Опис закономірностей реакцій, зумовлених хімічною індивідуальністю кристалічного реагенту, і спряжених з такими реакціями універсальних геометричних закономірностей фазових переходів першого роду,

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ