Diffusion- and convention-induced spatiotemporal pattern formation  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
46010
Type K
Principal investigator Tóth, Ágota
Title in Hungarian Diffúzió- és konvekció-szabályozott mintázatképződés
Title in English Diffusion- and convention-induced spatiotemporal pattern formation
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (University of Szeged)
Participants Horváth, Dezso
Starting date 2004-01-01
Closing date 2008-12-31
Funding (in million HUF) 3.883
FTE (full time equivalent) 0.00
state closed project





 

Final report

 
Results in Hungarian
Bemutattuk, hogy izoterm autokatalitikus reakció három térbeli dimenzióra való kiterjesztése idõben állandó szimmetrikus gömbalakzat létrejöttét eredményezi, mely a diffúziókülönbségek révén, anguláris perturbáció hatására elveszítheti stabilitását. A megfelelõen kialakított elektromos erõtérben lejátszódó autokatalitikus ionreakciók esetén megfogalmaztuk a migrációvezérelt laterális instabilitás létrejöttének feltételeit és hajtóerejét. Továbbá bemutattuk, hogy ionreakciókban felépülõ helyi elektromos erõtér is megváltoztathatja a diffúzióvezérelt instabilitás mértékét. A mintázatképzõdés mennyiségi leírásához szükséges a diffúzióállandók ismerete, ezért ezek in situ méréseit 1H- és 13C- PFGSE-NMR módszerrel megkezdtük. A konvekció mintázatképzõ szerepét különbözõ geometriájú edényekben kezdeti síkfrontból kialakuló cellás szerkezet vizsgálatával szemléltettük. A mintázatképzõdés hosszútávú alakulása egyrészt állandó sebességgel és alakkal jellemezhetõ, egymásba áttranszformálható egycellás szerkezetet, másrészt folytonos változással bíró mintázatot eredményez. A hõmérséklet-változás sûrûségváltozásra gyakorolt hatásának megszüntetésével kimutattuk a hõmérséklet stabilizáló hatását. Az oldat viszkozitásának növelése a közegmozgás lelassulását és az instabilitás csökkenését eredményezi. Pórusos rendszerek egyszerû analógjainak tekinthetõ periodikus heterogenitást tartalmazó edényekben lejátszatott frontoknál rezonanciaerõsítést mutattunk ki.
Results in English
Three-dimensional stability of stationary reaction balls is investigated in a simple autocatalytic reaction followed by a slow decay of the autocatalyst. Stationary spherical structures lose stability to angular perturbations because of diffusional differences. We have determined the conditions and the driving force of migration-driven instabilities in simple autocatalytic reactions carried out in an appropriately oriented external electric field. Furthermore, we have showed that the local electric field built up in ionic systems may significantly alter the stability of reaction fronts. The knowledge of diffusion coefficients is important for the quantitative characterization of the spatiotemporal pattern formation, therefore we have started their in situ measurement by 1H- and 13C-PFGSE-NMR. We have shown that convection can be a major driving force for spatiotemporal pattern formation by altering the inital planar front to cellular structure. The longtime behavior can be described by either a stable single cell or by continuous tip splitting depending on the experimental conditions. By eliminating thermal effects, we have shown their stabilizing contribution on the pattern formation. The increase of solution viscosity results in slower convection and hence lower instability. Resonance amplification is exhibited in fronts traveling in reaction vessels with periodic heterogeneity.
Full text http://real.mtak.hu/1274/
Decision
Yes





 

List of publications

 
Tóth, Á; Horváth, D: Nonlinear chemical dynamics in Szeged, Workshop 5 of ESF REACTOR Programme (előadás), 2004
Kropok Zs.: Diffúzióállandó meghatározása PFGSE-NMR spektroszkópiával, diplomamunka, 2007
Bánsági, T: Konvektív instabilitás a klorit-tetrationát rendszerben, PhD értekezés, 2005
Harmath Brigitta: A mintázatképződés nemlineáris tartományának vizsgálata a klorit-tetrationát reakcióban, diplomamunka, 2006
Tóth, Á.; Horváth, D.; Smith, R.; McMahan, JR.; Maselko, J.: Phase diagram of precipitation morphologies in the Cu2+-PO43- system, J. Phys. Chem. C 111: 14762-14767, 2007
Virányi, Zs.: Migráció- és diffúzióvezérelt instabilitás autokatalitikus ionreakciókban, PhD értekezés, 2007
ifj. Bánsági, T; Horváth, D; Tóth, Á: Nonlinear interactions in the density fingering of an acidity front, J. Chem. Phys. 121:11912-11915, 2004
Virányi, Zs; Tóth, Á; Horváth, D: Lateral instability induced by an inhomogeneous electric field, Chem. Phys. Lett. 401:575-578, 2005
Rica, T; Horváth, D; Tóth, Á: Density fingering in acidity fronts: Effect of viscosity, Chem. Phys. Lett. 408:422-425, 2005
Horváth, D.; Tóth, Sz.; Tóth, Á: Periodic heterogeneity-driven resonance amplification in density fingering, Phys. Rev. Lett. 97, 194501, 2006
Tóth, Á.; Kevei, P.; Horváth, D.: Lateral instability of stationary spherical reaction balls, Phys. Rev. E 74, 036214, 2006
Virányi Zs; Horváth, D; Tóth, Á.: Migration-driven instability in the chlorite - tetrathionate reaction'', J. Phys. Chem. A 110, 3614-3618, 2006
Tóth, T. ; Horváth, D; Tóth, Á: Thermal effects in the density fingering of the chlorite-tetrathionate reaction, Chem. Phys. Lett. 442:289-292, 2007
Virányi, Zs; Tóth, Á.; Horváth, D: Modeling study of migration-driven lateral instability in autocatalytic systems, J. Eng. Math. 59:229-238, 2007
Tóth, T. ; Horváth, D; Tóth, Á: Density fingering in spatially modulated Hele-Shaw cells, J. Chem. Phys. 127, 234506, 2007
Virányi, Zs; Tóth, Á; Horváth, D: Diffusion-driven pattern formation in ionic chemical solutions, Phys. Rev. Lett. elfogadva, 2008




Back »