Nonlinear dynamics of reaction and reaction + diffusion + ionic migration systems  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77908
Type K
Principal investigator Noszticzius, Zoltán
Title in Hungarian Reakció- és reakció + diffúzió + ionos migráció rendszerek nemlineáris dinamikája
Title in English Nonlinear dynamics of reaction and reaction + diffusion + ionic migration systems
Keywords in Hungarian nemlineáris kémia, csapadékmintázatok, Briggs-Rauscher reakció, oszcilláló reakciók, szabad gyökök, sav-bázis diódák, iondetektor
Keywords in English nonlinear chemistry, precipitate patterns, Briggs-Rauscher reaction, oscillating reactions, free radicals, acid-base diodes, ionchromatography
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Gyökérné dr. Wittmann, Mária
Kály-Kullai, Kristóf
Lagzi, István László
Lawson, Bich Thuy
Muntean, Norbert Thomas
Muntean, Norbert Thomas
Muntean, Norbert Thomas
Roszol, László
Volford, András
Starting date 2009-09-01
Closing date 2014-08-31
Funding (in million HUF) 14.835
FTE (full time equivalent) 9.55
state closed project
Summary in Hungarian
1. A CO2 és CO fejlődés forrása az oszcilláló Briggs-Rauscher (BR) reakcióban. Analógiák a
BZ és a BR reakciók között. Nemrég fedeztük fel, hogy a BR reakcióban CO2 és CO fejlődés
mérhető. Jelen kutatás célja, hogy kiderítsük, mely reakciók felelősek a mért gázfejlődésért. E
célból bizonyos szervetlen gyökök (főként hidroxil és hidroperoxil gyökök) és szerves
szubsztrátumok (elsősorban malonsav és jódmalonsav) közötti reakciók tanulmányozását
tervezzük.

2. A Liesegang-mintázatok szabályozása és kémiai hullám kísérletek. Felfedeztük, hogy a
Liesegang-mintázatok precízen szabályozhatók időben programozott elektromos árammal. Ezzel
az új technikával nanoszerkezeteket szeretnénk létrehozni, továbbá tanulmányozni kívánjuk a
másodlagos mintázatképződést különféle kémiai rendszerekben. Ezenkívül inhomogén közegben
terjedő kémiai hullámok tanulmányozását is tervezzük mind kísérletileg, mind pedig
szimulációkkal.

3. Pozitív és negatív sóhatás sav-bázis diódákban. Kis ionkoncentrációk detektálása
elektrolit diódával. Só hozzáadása egy záróirányba kapcsolt elektrolit dióda valamelyik
rezervoárjához általában növeli az elektromos áramot (pozitív sóhatás). Nemrégiben fedeztük fel,
hogy bizonyos esetekben a só hozzáadása csökkentheti is az áramot (negatív sóhatás). Ezt a
negatív sóhatást kívánjuk tanulmányozni, mivel ez felhasználható egy kis ionkoncentrációkra
érzékeny iondetektor megalkotásához.
Summary
1. Source of the CO2 and CO evolution in the oscillatory Briggs-Rauscher (BR) reaction. Analogies between the BZ and the BR reaction. Recently we have discovered that there is an intense CO2 and CO evolution in the BR reaction. The aim of this research is to find those reactions which are responsible for the observed gas evolution. To this end we will study reactions between certain inorganic radicals (mostly hydroxyl and hydroperoxyl radicals) and organic substrates (mostly malonic and iodomalonic acids).

2. Control of the banding process in Liesegang patterns and chemical wave experiments.
We have discovered that Liesegang patterns can be accurately controlled by electric current which is programmed in time. We want to create nanostructures with this new technique, moreover to study the mechanism of secondary pattern formation in various chemical systems. Chemical waves in nonhomogeneous media will be also studied with experiments and simulations.

3. Positive and negative salt effect in acid-base diodes. Detection of low ion concentrations with an electrolyte diode. Addition of a salt to a reservoir of a reverse biased electrolyte diode usually increases the electric current (positive salt effect). Recently we discovered that in certain cases addition of a salt can result in a decrease of the current (negative salt effect). We will study the negative salt effect as it could be applied to construct an ion detector sensitive to low ion concentrations.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az eredményeket a három kutatási terület szerint csoportosítva ismertetjük. 1) Reakció rendszerek. A Briggs-Rauscher oszcilláló reakció tanulmányozása. Ilyen témakörben 5 cikket publikáltunk, amelyek közül 4 a Journal of Physical Chemistry-ben jelent meg. Fő eredménynek tekinthető az a felismerésünk, hogy a hipojódossavnak fontos szerepet kell játszania mind az oszcillációs mechanizmusban, mind pedig a CO és CO2 fejlődés mechanizmusában. Hasonló szerep javasolható a hipobrómossav számára az oszcillációs Belouszov-Zsabotinszkij reakció brómkémiájában is. 2) Reakció-diffúzió rendszerek. 2A) Szervetlen rendszerek: Liesegang mintázatok. 4 cikket közöltünk ezen a területen, 3-at nagy impakt faktorú folyóiratban. 2B) Biokémiai és biomimetikus rendszerek. 2 cikket publikáltunk nagy impakt faktorú folyóiratokban. i) Megmutattuk, hogy a klór-dioxid egy méret-szelektív antimikrobiális szer, és mint ilyen, lokális antiszeptikumként alkalmazható. A méretérzékenység egy olyan új elv, amelynek a segítségével úgy pusztíthatók el a mikrobák, hogy eközben az emberi szervezet nem károsodik. ii) Sejtosztódást imitáló élettelen rendszert fedeztünk fel. 3) Reakció-diffúzió-ionos migráció rendszerek. 2 cikket publikáltunk nagy impakt faktorú folyóiratokban. i) Negatív só-hatást fedeztünk fel sav-bázis diódákban, valamint ii) egy olyan módszert, amellyel mikro-mintázatos membránokat lehet készíteni ilyen diódák számára.
Results in English
Results are presented according to the three different research fields. 1) Reaction Systems. Iodine chemistry of the oscillating Briggs-Rauscher reaction. 5 research papers were published in this field, 4 of them in the Journal of Physical Chemistry. A major result is that hypoiodous acid should play a fundamental role both in the oscillatory mechanism and in the CO and CO2 evolution. A new electrode was developed to measure HOI in a sensitive and selective way. An analogous role can be suggested for the hypobromous acid in the bromine chemistry of the oscillating Belousov-Zhabotinsky reaction. 2) Reaction-Diffusion Systems. 2A) Inorganic Sytems: Liesegang patterns. 4 papers were published in this field, 3 in high impact journals. 2B) Biochemical and Biomimetic Sytems. 2 papers and a prepint were published in high impact journals. i) It was shown that chlorine dioxide is a size selective antimicrobial agent thus it can be applied as a local antiseptic. Size selectivity is a new concept to kill microbes without harming humans. ii) A non-living system mimicking cell division was discovered. 3) Reaction-Diffusion-Ionic Migration Systems. 2 papers were published in high impact journals. i) A negative salt effect was discovered in acid-base diodes and ii) a method to prepare micropatterned membranes for such diodes was also developed.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77908
Decision
Yes





 

List of publications

  
Muntean, N., Szabó, G., Wittmann, M., Lawson, T., Noszticzius, Z., Fülöp, J., Onel, L.: Reaction Routes Leading to CO2 and CO in the Briggs-Rauscher Oscillator: Analogies between the Oscillatory BR and BZ Reactions, J. Phys. Chem. A. 113, 9102-9108, 2009
Lawson, T., Fülöp J., Wittmann, M., Noszticzius, Z., Muntean, N., Szabó, G., Onel, L.: Iodomalonic Acid as an Anti-Inhibitor in the Resorcinol Inhibited Briggs-Rauscher Reaction, J. Phys. Chem. A. 2009, 113, 14095-14098, 2009
Roszol, L., Várnai, A., Lorántfy, B., Noszticzius, Z., Wittmann, M.: Negative Salt Effect in an Acid-Base Diode. Simulations and Experiments, J. Chem. Phys. 132, 064902, 2010
Wittmann, M., Noszticzius, Z.: Reply to the “Comment on ‘Mechanistic Investigations on the Belousov-Zhabotinsky Reaction with Oxalic Acid Substrate. 2. Measuring and Modeling the Oxalic Acid-Bromine..., J. Phys. Chem. A. 114, 3742, 2010
Muntean, N., Bâldea, I., Szabó, G., Noszticzius, Z.: Antioxidant capacity determination by the Briggs-Rausher oscillating reaction in a flow system. An application of functional dynamics in analytical chemistry, Studia Univ. Babes-Bolyai 2010/1 121-132, 2010
Roszol, L., Lawson, T., Koncz,V., Noszticzius, Z.,Wittmann, M., Sarkadi, T., Koppa, P.: A micro-patterned polyvinyl butyral membrane for acid-base diodes, J. Phys. Chem. B. 0000 accepted, 2010
Volford, A., Lagzi, I., Molnár, F., Rácz, Z.: Coarsening of precipitation patterns in a moving reaction-diffusion front, Phys. Rev. E. 80, 055102, 2009
Roszol, L., Kály-Kullai, K., Volford, A.: Chemical waves in inhomogeneous media with circular symmetry, Chem. Phys. Lett. 478:(1-3), 75-79, 2009
Roszol, L.: Polyvinyl butyral membrane for acid-base diodes, poszter, Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems, Gordon Research Conferences, July 4-9, 2010, Barga, Italy, 2010
Volford, A.: Precipitation pattern in a moving reaction-diffusion front, poszter, Oscillations and Dynamic Instabilities in Chemical Systems, Gordon Research Conferences, July 4-9, 2010, Barga, Italy, 2010
Kály-Kullai, K., Höfer, T., Rinas, M., Rand, U., Köster, M., Hauser, H.: A population dynamic model of interferon response to viral infection, poszter, European Science Foundation FuncDyn konferencia, Prága, 2011. szept. 21-24., 2011
Muntean, N., Lawson, B. T., Kály-Kullai, K., Wittmann, M., Noszticzius, Z., Onel, L., Furrow, S. D.: Measurement of hypoiodous acid by a novel type iodide selective electrode and a new method to prepare HOI, poszter, European Science Foundation FuncDyn konferencia, Prága, 2011. szept. 21-24., 2011
Roszol, L., Lawson,T., Koncz,V., Noszticzius, Z.,Wittmann, M., Sarkadi, T., Koppa, P.: A micro-patterned polyvinyl butyral membrane for acid-base diodes, J. Phys. Chem. B. 2010, 114, 13718, 2010
Muntean, N., Lawson, B.T., Kály-Kullai, K., Wittmann, M., Noszticzius, Z., Onel, L., Furrow, S. D.: Measurement of hypoiodous acid concentration by a novel type iodide selective electrode and a new method to prepare HOI. Monitoring HOI levels in the Briggs-Rauscher ..., J. Phys. Chem. A 116, 6630-42, 2012
Holló, G., Lawson, B.T., Kály-Kullai, K.,Wittmann, M., Noszticzius, Z., Muntean, N., Onel, L., Furrow, S.D.: Measuring hypoiodous acid in subsystems of the BR reaction, Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems, Gordon Research Conferences, July 15-20, Colby College, 2012
Noszticzius, Z., Wittmann, M., Kály-Kullai, K., Beregvári, Z., Kiss, I., Rosivall, L., Szegedi, J.: Chlorine dioxide as a size selective antimicrobial agent. Application of a reaction-diffusion theory., Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems, Gordon Research Conferences, July 15-20, Colby College, 2012
Lagzi, I.: Controlling and engineering precipitation patterns, Langmuir 28, 3350-3354, 2012
Mészáros, R., Molnár, F., Izsák, F., Kovács, T., Dombovári, P., Steierlein, Á., Nagy, R., Lagzi, I.: Environmental modeling using graphical processing unit with CUDA, Időjárás, megjelenés alatt, 2012
Thomas, S., Molnár, F., Rácz, Z., Lagzi I.: Matalon–Packter law for stretched helicoids formed in precipitation processes, Chem. Phys. Lett., 577, 38-41, 2013
Mészáros, R., Molnár, F., Izsák, F., Kovács, T., Dombovári, P., Steierlein, Á., Nagy, R., Lagzi, I.: Environmental modeling using graphical processing unit with CUDA, Időjárás, 116, 237-251, 2012
Noszticzius, Z., Wittmann, M., Kály-Kullai, K., Beregvári, Z., Kiss, I., Rosivall, L., Szegedi, J.: Demonstrating that chlorine dioxide is a size-selective antimicrobial agent and high purity ClO2 can be used as a local antiseptic, arXiv.org, Other Quantitative Biology, 2013 ápr., 2013
Noszticzius, Z., Wittmann, M., Kály-Kullai, K., Beregvári, Z., Kiss, I., Rosivall, L., Szegedi, J.: Chlorine dioxide is a size selective antimicrobial agent, megjelenés alatt a PlosOne -ban, 2013
Muntean, N., Szabó, G., Wittmann, M., Lawson, T., Fülöp, J., Noszticzius, Z., Onel, L.: Reaction Routes Leading to CO2 and CO in the Briggs-Rauscher Oscillator: Analogies between the Oscillatory BR and BZ Reactions, J. Phys. Chem. A. 113, 9102-9108, 2009
Lawson, T., Fülöp J., Wittmann, M., Noszticzius, Z., Muntean, N., Szabó, G., Onel, L.: Iodomalonic Acid as an Anti-Inhibitor in the Resorcinol Inhibited Briggs-Rauscher Reaction, J. Phys. Chem. A. 113, 14095-14098, 2009
Muntean, N., Bâldea, I., Szabó, G., Noszticzius, Z.: Antioxidant capacity determination by the Briggs-Rausher oscillating reaction in a flow system. An application of functional dynamics in analytical chemistry, Studia Univ. Babes-Bolyai 2010/1 121-132, 2010
Roszol, L., Lawson,T., Koncz,V., Noszticzius, Z.,Wittmann, M., Sarkadi, T., Koppa, P.: Micropatterned polyvinyl butyral membrane for acid-base diodes, J. Phys. Chem. B 114, 13718-13725, 2010
Roszol, L., Várnai, A., Lorántfy, B., Noszticzius, Z., Wittmann, M.: Negative Salt Effect in an Acid-Base Diode. Simulations and Experiments, J. Chem. Phys. 132, 064902, 2010
Mészáros, R., Molnár, F., Izsák, F., Kovács, T., Dombovári, P., Steierlein, Á., Nagy, R., Lagzi, I.: Environmental modeling using graphical processing unit with CUDA, Időjárás, 116, 237-251, 2012
Muntean, N., Lawson, B.T., Kály-Kullai, K., Wittmann, M., Noszticzius, Z., Onel, L., Furrow, S. D.: Measurement of hypoiodous acid concentration by a novel type iodide selective electrode and a new method to prepare HOI. Monitoring HOI levels in the Briggs-Rauscher ..., J. Phys. Chem. A 116, 6630-42, 2012
Noszticzius, Z., Wittmann, M., Kály-Kullai, K., Beregvári, Z., Kiss, I., Rosivall, L., Szegedi, J.: Chlorine dioxide is a size-selective antimicrobial agent, PLoS ONE 8:(11): e79157 DOI: 10.1371/journal.pone.0079157, 2013
Holló, G., Kály-Kullai, K., Lawson, B.T., Noszticzius, Z., Wittmann, M., Muntean, N., Furrow, S.D., Schmitz, G.: HOI versus HOIO selectivity of a molten type AgI electrode, J. Phys. Chem. A 118, 4670-4679, 2014
Derényi, I., Lagzi, L.: Fatty acid droplet self-division driven by a chemical reaction, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 4639-4641, 2014




 

Events of the project

  
2012-06-20 08:10:34
Résztvevők változása
2011-07-05 11:09:49
Résztvevők változása



Back »