Új oszcilláló reakciók és periodikus mintázatok előállítása zárt és nyitott kémiai rendszerekben  részletek

súgó  nyomtatás 
vissza »
 

Projekt adatai

  
azonosító
100891
típus K
Vezető kutató Orbán Miklós
magyar cím Új oszcilláló reakciók és periodikus mintázatok előállítása zárt és nyitott kémiai rendszerekben
Angol cím Design of novel oscillatory reactions and periodic patterns in closed and open chemical systems
magyar kulcsszavak kémiai oszcilláció, mintázatképződés, nemlineáris dinamika, zárt és nyitott gélreaktor
angol kulcsszavak chemical oscillation, pattern formation, nonlinear dynamics, closed and open gel reactor
megadott besorolás
Fizikai kémia és elméleti kémia (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)100 %
Ortelius tudományág: Fizikai kémia
zsűri Kémia 1
Kutatóhely Kémiai Intézet (Eötvös Loránd Tudományegyetem)
résztvevők Csörgeiné Kurin Krisztina
Horváth Viktor
Szalai István
Ungvárainé dr. Nagy Zsuzsanna
projekt kezdete 2012-04-01
projekt vége 2017-03-31
aktuális összeg (MFt) 16.991
FTE (kutatóév egyenérték) 13.20
állapot lezárult projekt
magyar összefoglaló
Kutatócsoportunk az oszcilláló kémiai reakciók és a reakció-diffúziós mintázatok témakörében folytat alapkutatásokat. Több oszcillátor családot, ezekben számos variánst állítottunk elő, mozgó és stacionárius szerkezeteket hoztuk létre. Rendszereink közül többet is modellreakcióként használnak a nemlineáris kémiai dinamikai jelenségek tanulmányozásával foglalkozó laboratóriumokban világszerte.
Pályázatunk munkatervében legfőbb célkitűzésként új, változatos összetételű és viselkedésű, egyszerűen kivitelezhető időben és térben periodikus kémiai rendszerek tervezését és előállítását jelöltük meg. Ennek érdekében:
(a) Hosszan tartó pH-oszcillációkat valósítunk meg zárt rendszerekben, az ismert de csak nyitott (un. CSTR) reaktorban működő pH-oszcillátorok átalakításával. A „zárt” változat használata a pH-oszcillátorok ritmusadóként történő alkalmazásaiban, sok esetben, egyszerűbb és praktikusabb lenne, mint az eredetileg javasolt CSTR variáns.
(b) A ma ismert oszcillátor családok legfontosabb CSTR tagjait zárt-rendszerűvé alakítjuk, amely az oszcilláló kémiai reakciók alkalmazásában új ötletek és perspektívák megjelenését eredményezheti.
(c) Aminosavak kálium permanganáttal történő oxidációján alapuló CSTR és zárt rendszerű oszcillátorok előállítását tervezzük.
(d) Kamatoztatva a gélreaktorok használatával kapcsolatos eddigi tapasztalatinkat, reakció-diffúziós struktúrákat keresünk a zárt-rendszerű pH- és Mn-oszcillátorokban, valamint a lumineszkáló hidrogén-peroxid – rodanidion - réz(II)ion – luminol reakcióban
angol összefoglaló
Our traditional research interest involves studies on two subfields of the nonlinear chemical dynamics, the oscillatory chemical reactions and the pattern formation. We have succeeded in producing many types of chemical oscillators and patterns, some of them serve as model system in laboratories world-wide.
During the period of this grant application we intend to extend further the number and variety of chemical systems which are capable of undergoing spontaneous self-organization in time and space.
The main objectives of our research plan are:
(a) to generate long lasting pH-oscillations in closed systems by converting CSTR pH-oscillators to a batch-like version. Their use in several proposed applications – particularly in living systems – would be more practical than using the original CSTR variants.
(b) to make efforts to transform representative CSTR systems from all oscillatory families to the form that functions in batch. The increase of the number of batch oscillators may open up new prospects for finding useful applications of the oscillatory chemical reactions.
(c) to produce a new group of the Mn-oscillators involving amino acids. Some features of these systems open a way of studying oscillations and patterns in which amino acids participate.
(d) to establish conditions where stationary or moving patterns evolve in closed pH- and Mn-oscillators and in the hydrogen-peroxide – tiocyanate – Cu(II) – luminol reaction by exploiting our expertise in the design and use of many types of gel reactors




 

Zárójelentés

  
kutatási eredmények (magyarul)
Kutatómunkánk során olyan kémiai rendszereket terveztünk, állítottunk elő és tanulmányoztunk, amelyekben időben és/vagy térben spontán lejátszódó önszerveződés – koncentráció oszcilláció, vagy periodikus reakció-diffúziós szerkezet kialakulása – figyelhető meg. Az új rendszereink összetételükben vagy kivitelezésükben, az alkalmazott reaktor típusában különböznek a korábban ismertektől. Kimutattuk, hogy az oszcilláló reakciókban még nem alkalmazott reakció típus, az aminosavak KMnO4-os oxidációja, áramlásos reaktorban oszcillációs kinetikával is lejátszódhat. pH-oszcillátor és pH-érzékeny komplex képződési egyensúly kapcsolásával olyan összetett rendszert állítottunk elő, amelyben a pH-oszcillátor oszcilláló specieseloszlást indukált. Nyitott rendszerű pH-oszcillátorokat zárt rendszerben is működő oszcillátorokká alakítottunk át. Változatos formájú stacionárius és mozgó reakció-diffúziós struktúrák kifejlesztését valósítottuk meg egy- és két-oldalról táplált gélreaktorban, Landolt típusú reakciót, pH-oszcillátort és csapadékos reakciót alkalmazva. Az előállított időben és térben periodikus új rendszerek és kapcsolódó alrendszerek dinamikáját részletesen tanulmányoztuk, kémiai hátterüket, mechanizmusukat tisztáztuk és elvégeztük a dinamikai viselkedésüket leíró szimulációkat.
kutatási eredmények (angolul)
During the time period our project research was pursued for design, produce and study novel chemical systems which are capable of undergoing spontaneous selforganization in time and space. We succeeded in extending the number and variety of such oscillatory chemical reactions and the reaction-diffusion patterns which are new either in composition or in the applied reactor configuration. It was demonstrated that the KMnO4 oxidation of amino acids can take place with oscillatory kinetics if the reaction is run under flow condition. Oscillations in the species distribution were induced by a pH-oscillator when it was coupled to a pH-sensitive complex formation equilibrium. Long lasting, high amplitude pH-oscillations were generated in a closed reactor configuration by converting CSTR pH-oscillators to batch-like version. Evolution of different stationary and moving reaction-diffusion stuctures was observed when Landolt type reaction, or pH-oscillator, or precipitation reaction was run in one-, or in two-side fed gel reactors. The chemical and mechanistic background of the novel temporal and spatial periodic phenomena were subject to detailed study both experimentally and by simulations.
a zárójelentés teljes szövege https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100891
döntés eredménye
igen





 

Közleményjegyzék

  
Orbán Miklós, Kurin-Csörgei Krisztina, Epstein Irving R: pH-Regulated chemical oscillators, Accounts Chem. Res., 48: (3) 593-601, 2015
Szalai I., Kurin-Csörgei K., Orbán M.: „Modelling pH-oscillators in open, semibatch and batch reactors”, Reac. Kinet. Mech. Cat, 2012
Csörgeiné Kurin K., Szalai I., Orbán M.: „A nemlineáris kémiai dinamikai jelenségek kutatása az ELTE Analitikai Kémiai Tanszékén”, Magyar Kémiai Folyóirat, 2012
Szalai I., Cuinas D., Takács N., Horváth J., De Kepper P.: „Chemical morphogenesis. recent experimental advances in reaction-diffusion system design and control”, Interface Focus, 2012
Horvath V., Luigi Gentili P., Vanag V.K., Epstein I.R.: Pulse-Coupled Chemical Oscillators with Time Delay, Angewandte Chemie, 2012
Horvath V., Luigi Gentili P., Vanag V.K., Epstein I.R.: "Pulse-coupled chemical oscillators with time delay", Angewandte Chemie, 2012
Poros E., Csörgeiné Kurin K., Szalai I., Orbán M.: "Oscillations in the permanganate oxidation of glycine in a stirred flow reactor", Journal of Physical Chemistry A, 2013
Molnár I., Takács N., Kurin-Csörgei K., Orbán M., Szalai I.: "Some general features in the autocatalytic reaction between sulfite ion and different oxidants", Intern. J. Chem. Kinetics, 2013
Molnár I., Kurin-Csörgei K., Orbán M., Szalai I.: "Genareation of spatiotemporal calcium patterns by coupling a pH-oscillator to a complexation equilibrium", Chem. Commun., 2014
Szalai I.: "Linear diffusive feed approach to expalining long range activation induced oscillations", React. Kinet. Mech. Cat., 2014
Szalai I., Kurin-Csörgei K., Orbán M.: Modelling pH-oscillators in open, semibatch and batch reactors, Reac. Kinet. Mech. Cat., 106, 257-266, 2012
Csörgeiné Kurin K., Szalai I., Orbán M.: A nemlineáris kémiai dinamikai jelenségek kutatása az ELTE Analitikai Kémiai Tanszékén, Magyar Kémiai Folyóirat, 118, 46-54, 2012
Szalai I., Cuinas D., Takács N., Horváth J., De Kepper P.: Chemical morphogenesis. recent experimental advances in reaction-diffusion system design and control, Interface Focus, 2, 417-432, 2012
Horvath V., Luigi Gentili P., Vanag V.K., Epstein I.R.: Pulse-coupled chemical oscillators with time delay, Angew. Chem. Int. Ed., 51, 6878-6881, 2012
Poros E., Kurin-Csörgei K., Szalai I., Orbán M.: Oscillations in the permanganate oxidation of glycine in a stirred flow reactor, J. Phys. Chem. A, 117, 9023-9027, 2013
Molnár I., Takács N., Kurin-Csörgei K., Orbán M., Szalai I.: Some general features in the autocatalytic reaction between sulfite ion and different oxidants, Intern. J. Chem. Kinet., 45, 462-468, 2013
Molnár I., Kurin-Csörgei K., Orbán M., Szalai I.: Generation of spatiotemporal calcium patterns by coupling a pH-oscillator to a complexation equilibrium, Chem. Commun., 50, 4158-4160, 2014
Szalai I.: Linear diffusive feed approach to explaining long range activation induced oscillations, React. Kinet. Mech. Cat., 111, 431-432, 2014
Jang J.H., Orbán M., Wang S., Huh D.S.: Adsorption-desorption oscillations of nanoparticles on a honeycomb-patterned pH-responsive hydrogel surface in a closed reaction system, Phys. Chem. Chem. Phys., 16, 25296-25305, 2014
Szalai I.: Spatiotemporal behavior induced by differential diffusion in Landolt system, J. Phys. Chem. A, 118, 10699-10705, 2014
Duzs B., Lagzi I., Szalai I.: Propagating fronts and morphological instabilities an a precipitation reaction, Langmuir, 30, 5460-5465, 2014
Poros E., Kurin-Csörgei K., Szalai I., Horváth V., Orbán M.: Periodic changes in the distribution of species observed in the Ni-His equilibrium coupled to the BrO3- - SO32- pH-oscillator, J. Phys. Chem., 118, 6749-6756, 2014
Poros E., Csörgeiné Kurin K.: Újabb eredmények a periodikus kémiai reakciók kutatásában, Acta Pharmaceutica Hungarica, 84 (4), 144-152., 2014
Orbán Miklós, Kurin-Csörgei Krisztina, Epstein Irving R: pH-Regulated chemical oscillators, ACCOUNTS CHEM RES 48: (3) 593-601, 2015
Molnár I., Szalai I.: Pattern formation in the bromate-sulfite-ferrocyanide Reaction, J. Phys. Chem. A, 119: (39) 9954-9961, 2015
Poros E, Kurin-Csörgei K, Szalai I, Rábai G, Orbán M: pH-oscillations in the bromate-sulfite reaction in semibatch and in gel-fed batch reactors, Chaos, 25:(6) Paper 064602. 7 p., 2015
Szalai I., Horvath J., De Kepper P.: Contribution to an effective design method for stationary reaction-diffusion patterns, CHAOS, 25(6) Paper 064311., 2015
Szalai I., Horvath J., De Kepper P.: Contribution to an effective design method for stationary reaction-diffusion patterns, Chaos, 25(6) Paper 064311., 2015



vissza »