ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ: ПРОСТЫЕ ДИСКРЕТНЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

Коробов А.И.

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина

Различные разделы химической кинетики формировались по-разному, и их феноменология отличается иногда весьма существенно. Современный аппарат кинетики гетерогенных химических реакций с участием кристаллического реагента в значительной степени сформировался на базе феноменологии кинетики фазовых переходов первого рода. В частности, он совсем не предусматривает возможность описания кинетики сложных реакций исходя из кинетики простых реакций, как это делается в более развитых разделах химической кинетики. На сегодняшний день кинетика гетерогенных реакций с участием кристаллического реагента характеризуется, пожалуй, наибольшим разрывом между теорией и экспериментом, а также значительной изолированностью от смежных областей.

Показана возможность существенно уменьшить этот разрыв за счет привлечения идей и методов теории случайных мозаик и теории планигонов. Предложена дискретная геометрико-вероятностная феноменология простейших реакций кристолиза в терминах разбиений Дирихле. Дискретное пространство определяется кристаллической структурой реагента; дискретное время отражает локальный характер взаимодействий. В отличие от принятой в настоящее время континуальной феноменологии, такая дискретная феноменология позволяет явным образом представлять кристаллическую структуру реагента в кинетических моделях, а также описывать химические закономерности рассматриваемых реакций и закономерности сопряженных с ними фазовых переходов в одних и тех же математических терминах. Это позволяет понять истоки и разрешить ряд проблем интерпретации экспериментальных данных, получивших в современной литературе меткую характеристику "diagnostic limits".

Кристаллическая структура реагента представлена в кинетических моделях в терминах планигонов и ячеек Вигнера-Зейца. По сравнению с более привычным языком кристаллических решеток планигоны детальнее описывают кристаллическую структуру, принимая во внимание, наряду с симметрией, комбинаторно-топологическую структуру образца. Это непосредственно использовано при переходе от геометрии кристаллического пространства исходного реагента к динамике роста отдельного зародыша.Возможности предложенного подхода проиллюстрированы на модельном примере.