Практикум по физической химии: Методическое пособие с описанием лабораторных работ, выполняемых в практикумах по химической термодинамике и химической кинетике, страница 7

Механизм реакции представляет собой совокупность трех процессов (А, В и С) (см. табл. 1). Принципиальной чертой механизма является конкуренция между Br^– и BrO₃^– за HBrO₂ (см. реакции (R2) и (R5) процессов А и В соответственно). Основу механизма ФКН составляет процесс В, который включает автокаталитическую стадию производства HBrO₂. Процесс В может ингибироваться любым соединением, которое конкурирует с разветвленной цепью реакций HBrO₂ (см. (R5) и (R6)).                В классической системе БЖ таким соединением является Br^–; именно Br^– определяет, какой из процессов (А или В) доминирует в данный момент времени. Когда концентрация Br^– достаточно велика, HBrO₂ эффективно расходуется по реакции (R2), что предотвращает разветвление цепи и, таким образом, подавляет процесс В. Однако в результате протекания процесса А происходит удаление Br^– из системы и атомы брома оказываются в конечном итоге связанными в молекулах органических соединений (см. образование BrMA в процессе А). Когда концентрация Br^– в результате протекания процесса А достигает критической, достаточно малой величины, при которой реакция (R2) уже не может успешно конкурировать с реакцией (R5) процесса В за HBrO₂, начинается автокаталитическое окисление в процессе В. Начало процесса В сопровождается быстрым производством окисленной формы катализатора M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺, которая в свою очередь расходуется в процессе С. Процесс С поставляет  Br^–, подавляющий процесс В, но в то же время способствует его возобновлению, так как снова восстанавливает M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ в Mⁿ⁺. Следующий цикл окисления начинается, когда в результате протекания процесса С будет восполнена концентрация Mⁿ⁺, а концентрация Br^– в процессе А доведена до величины ниже критического значения, необходимого для ингибирования процесса В. Таким образом, возникают повторяющиеся импульсы окисления.

Для механизма, состоящего из стадий (R4), (R5) и (R6) из табл. 1 с реакцией (R5) в качестве лимитирующей стадии скорость реакции имеет вид [15]

,

где .

Простое выражение для скорости процесса С [5]

,

где  ≈ 1 М^–1с^–1 и  – общая концентрация органических соединений в реакционной смеси, дает отличное описание восстановления M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ до Mⁿ⁺ в ходе колебаний БЖ.

Таблица 1

Механизм Филда–Кереша–Нойеса реакции Белоусова–Жаботинского (по [5, 14])

На механизме ФКН базируется упрощенная модель реакции БЖ – так называемый орегонатор Филда и Нойеса [14]:

A + Y¾® X;                                    (O1)

X + Y  ¾®  P;                                    (O2)

A + X  ¾®  2 X + Z;                           (O3)

X + X  ¾® Q;                                     (O4)

Z  ¾®  f Y.                                         (O5)