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, Dezső
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.
