Взаимодействие жидкостей во время химической реакции напоминает кольца табачного дыма

Взаимодействие двух жидкостей, сопровождающееся
самоподдерживающейся химической реакцией, может порождать фигуры наподобие колец табачного дыма. (кликните картинку для увеличения)

Взаимодействие двух жидкостей, сопровождающееся самоподдерживающейся химической реакцией, может порождать фигуры наподобие колец табачного дыма. (кликните картинку для увеличения)

09.12.2010 (13:18)
Просмотров: 3566
Рейтинг: 0.11
Голосов: 9

Теги:
дым, кольцо, жидкость, кольцо, смешивание, поведение,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Смешивание двух жидкостей – достаточно сложный физический процесс, и он еще более усложняется, если эти две жидкости вступают в химическую реакцию. В последнем исследовании ученые из Канады показали, что подобная самоподдерживающаяся химическая реакция может создавать в процессе смешивания жидкостей серию вихрей, напоминающих кольца табачного дыма, без какого-либо внешнего воздействия. По мнению исследователей, аналогичные ситуации могут возникать и в более экзотических условиях, например, на океанском дне или глубоко под землей.

Когда две различные жидкости смешиваются при определенных внешних условиях, граница между ними может подвергаться серьезной деформации. Классический пример этого явления – неустойчивость Рэлея-Тейлора, возникающая, когда более плотная жидкость смешивается с менее плотной, благодаря силе тяжести (при условии, что более тяжелая жидкость расположена над менее тяжелой). Подобные явления наблюдаются в природе: в атмосфере, океане, в звездах. Данная неустойчивость изучена достаточно хорошо, однако, как было отмечено выше, она не подразумевает какого-либо химического взаимодействия между непрерывными средами. Таким образом, исследователи знают крайне мало о процессах, происходящих в жидкостях, если «на сцену» выходят химические реакции между ними.

Одна из разновидностей процесса смешивания, сопровождающегося химическими реакциями, - самоподдерживающаяся реакция, катализатором для которой служат продукты этой же реакции. В этом случае, как только на границу между двумя различными жидкостями вводится небольшое количество катализатора, реагенты вступают в реакцию и производят своего рода волновой фронт, увеличивающийся в объеме. Ранее ученые уже исследовали перемещение этого «волнового фронта» вверх или вниз внутри тонких трубок диаметром порядка 1 мм. Однако существовал вопрос, как жидкости поведут себя, если площадь взаимодействия будет больше.

Чтобы ответить на этот вопрос, группа исследователей из University of Toronto (Канада) провела аналогичные исследования в прозрачных цилиндрах диаметром 9 см. При различных условиях «фронт» формировал вертикальную трубку, увеличивающуюся в размерах со скоростью несколько см в минуту. Определенные внешние условия позволяли трубке формировать на конце нечто вроде «шляпки гриба», и, впоследствии, несколько колец, наподобие колец от табачного дыма. Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review E.

По мнению ученых, ключ к данному явлению – плавучесть продуктов реакции, которые являются менее плотными и более теплыми, чем первоначальный раствор. Стоит отметить, что первые подобные результаты были получены еще в 2005 году, сейчас же исследователи подтвердили эксперимент; дополнили свою работу теоретическим обоснованием и рядом вычислительных экспериментов. Безусловно, исследования должны продолжиться, в том числе и с применением компьютерного моделирования.

Исследователи считают, что в природе могут обнаружиться самые разнообразные практические приложения новых знаний. Например, похожие явления ожидаются в потоках раскаленной породы глубоко под землей или на океанском дне.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100