Кіріспе
Өзін-өзі күшейтіп отыратын оқиғалар тізбегі
химия мен физикадағы тізбекті реакциялар
Тізбекті реакция – реакциялық өнім немесе қосалқы өнім қосымша реакциялардың орын алуына себеп болатын реакциялар тізбегі. Тізбекті реакция кезінде оң кері байланыс оқиғалардың өзін-өзі күшейтуіне әкеледі. Тізбекті реакциялар – термодинамикалық тепе-теңдікте емес жүйелердің энергияны босату немесе энтропияны жоғары энтропиялық жағдайға жету үшін арттыруының бір жолы. Мысалы, жүйе қоршаған ортаға энергияны босату арқылы төменгі энергиялық күйге жете алмай қалуы мүмкін, себебі энергияны босатуға әкелетін жолға кедергі келтіріледі немесе қандай да бір себеппен бұл жол тоқтатылады. Егер реакция нәтижесінде аз мөлшерде энергия босалып, кеңейіп келе жатқан тізбекте одан да көп энергия босатуға мүмкіндік туса, онда жүйе әдетте сақталған энергияның көп бөлігі немесе барлығы босағанша жарылыспен құлайды. Тізбекті реакциялардың макроскопиялық метафорасы – қар шары, ол үлкен қар шарын тудырып, ақырында қар көшкініне әкеледі ("қар шары әсері"). Бұл – сақталған гравитациялық потенциалдық энергияның, үйкеліс арқылы босату жолын іздеуінің нәтижесі. Химиялық тұрғыдан, қар көшкініне теңдесетін нәрсе – орман өртін тудыратын ұшқын. Ядролық физикада бір ғана адасқан нейтрон жеделдетілген тізбекті реакцияға әкелуі мүмкін, ол ядролық реактордың балқыуына немесе (бомбада) ядролық жарылысқа жеткілікті энергияны қамтамасыз ете алады. Көптеген тізбекті реакцияларды Марков тізбектеріне негізделген математикалық модель арқылы бейнелеуге болады.
chain reactions in chemistry and physics
A chain reaction is a sequence of reactions where a reactive product or by product causes additional reactions to take place. In a chain reaction, positive feedback leads to a self amplifying chain of events. Chain reactions are one way that systems which are not in thermodynamic equilibrium can release energy or increase entropy in order to reach a state of higher entropy. For example, a system may not be able to reach a lower energy state by releasing energy into the environment, because it is hindered or prevented in some way from taking the path that will result in the energy release. If a reaction results in a small energy release making way for more energy releases in an expanding chain, then the system will typically collapse explosively until much or all of the stored energy has been released. A macroscopic metaphor for chain reactions is thus a snowball causing a larger snowball until finally an avalanche results ("snowball effect"). This is a result of stored gravitational potential energy seeking a path of release over friction. Chemically, the equivalent to a snow avalanche is a spark causing a forest fire. In nuclear physics, a single stray neutron can result in a prompt critical event, which may finally be energetic enough for a nuclear reactor meltdown or (in a bomb) a nuclear explosion. Numerous chain reactions can be represented by a mathematical model based on Markov chains.
Тарих
1913 жылы неміс химигі Макс Боденштейн химиялық тізбекті реакция идеясын алғаш рет ұсынды. Егер екі молекула өзара әрекеттессе, соңғы реакция өнімдерінің молекулалары ғана емес, сонымен қатар бастапқы реакциялық заттарға қарағанда аналық молекулалармен әрекеттесу ықтималдығы жоғарырақ болатын тұрақсыз молекулалар да пайда болады. (Жаңа реакцияда тұрақты өнімдерден басқа тұрақсыз молекулалар да пайда болады, және осылай жалғаса береді.) 1918 жылы Вальтер Нернст сутегі мен хлордың фотохимиялық реакциясы кванттық шығымдылық деп аталатын құбылысты түсіндіру үшін тізбекті реакция екенін ұсынды. Бұл бір фотонның 106 HCl молекуласының түзілуіне жауапты екенін білдіреді. Нернст фотонның Cl2 молекуласын екі Cl атомына ыдыратып, олардың әрқайсысы HCl түзілетін реакция қадамдарының ұзақ тізбегін бастайды деп болжады. 1923 жылы Дания және Нидерланды ғалымдары Дж. А. Кристиансен мен Хендрик Энтони Крамерс полимерлердің түзілуін талдағанда, мұндай тізбекті реакция жарықпен қоздырылған молекуладан ғана емес, сонымен қатар ван’т Гофтың бұрынғы ұсынысы бойынша, екі молекуланың жылу энергиясының әсерінен күшті соқтығысуынан да басталуы мүмкін екенін көрсетті. Семенов 1956 жылы Нобель сыйлығын сэр Сирил Норман Хиншелвудпен бөлісті, ол дербес түрде көптеген ұқсас сандық тұжырымдамаларды дамытқан болатын.
Жартылай өткізгіштердегі лавандақ бөлшектеу
Аваланшалық ыдырау процесі жартылай өткізгіштерде жүзеге асуы мүмкін, олар белгілі бір жағдайларда аз иондалған газ сияқты электр тогын өткізеді. Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі кристаллдан жылулық қозғалыс арқылы босатылған еркін электрондарға негізделген. Сондықтан, металдардан өзгеше, жартылай өткізгіштер температура жоғарылаған сайын жақсырақ ток өткізгіштерге айналады. Бұл оң кері байланысқа ұқсас жағдай тудырады: ток ағуынан пайда болатын жылу температураны көтереді, бұл заряд тасымалдаушылардың санын арттырып, кедергіні төмендетеді және одан да көп ток ағуына себеп болады. Бұл жартылай өткізгіштің қосылысындағы қалыпты кедергінің толық бұзылуына және құрылғының жұмысын тоқтатуына (кристаллға физикалық зақым келген жағдайда уақытша немесе толыққанды болуы мүмкін) әкелуі мүмкін. Кейбір құрылғылар, мысалы, лавиналық диодтар, осы әсерді мақсатты түрде пайдаланады.
Тірі организмдер
Тірі организмдердегі тізбекті реакциялардың мысалдары эпилепсиядағы нейрондардың қозуы және липидтердің пероксидациясы болып табылады. Пероксидация кезінде липид радикалы оттегімен реакцияласып, пероксил радикалын (L• + O2 → LOO•) түзетін болады. Содан кейін пероксил радикалы тағы бір липидті окистендіріп, осылайша тағы бір липид радикалын (LOO• + L–H → LOOH + L•) пайда етеді. Глютаматергиялық синапстардағы тізбекті реакция кейбір эпилепсиялық ұстамаларда синхронды оқшаулаудың себебі болып табылады.