Grigoriy Yablonsky

Grigoriy Yablonsky
Grigoriy Yablonsky, 2004
Född	( 1940-09-07 ) 7 september 1940 Yessentuki , Stavropol'skij kraj, Sovjetunionen ( Ryska federationen )
Alma mater	MS (kemi), National Technical University of Ukraine (Kiev Polytechnic Institute) , Ph.D. (Fysisk kemi) ( Boreskov Institute of Catalysis , Novosibirsk, USSR), Sc.D. (Boreskov Institute of Catalysis, Novosibirsk, USSR)
Känd för	Teori om komplexa icke-linjära katalytiska reaktioner
Utmärkelser	James B. Eads Award via Academy of Science (2013), Lifetime Achievement Award (Mathematics in Chemical Kinetics and Engineering, MaCKiE-2013)
Vetenskaplig karriär
institutioner	Parks College of Engineering, Aviation and Technology

Grigoriy Yablonsky (eller Yablonskii) ( ryska : Григорий Семенович Яблонский ) är expert inom området kemisk kinetik och kemiteknik , särskilt inom katalytisk teknologi för fullständig och selektiv oxidation, som är en av de främsta drivkrafterna för hållbar utveckling.

Hans teori om komplexa katalytiska reaktioner i stationärt tillstånd och icke-stabila tillstånd används i stor utsträckning av forskarlag i många länder i världen (USA, Storbritannien, Belgien, Tyskland, Frankrike, Norge och Thailand).

Nu fungerar Grigoriy Yablonsky som associerad forskningsprofessor i kemi vid Saint Louis Universitys Parks College of Engineering, Aviation and Technology och SLU:s College of Arts and Sciences.

Sedan 2006 är Yablonsky redaktör för den rysk-amerikanska almanackan "Mellanvästern" .

Några senaste vetenskapliga landvinningar

Yablonsky – tillsammans med Lazman, utvecklade den allmänna formen av kinetisk beskrivning i stadigt tillstånd ('kinetisk polynom') som är en icke-linjär generalisering av många tidigare föreslagna teoretiska uttryck (Langmuir – Hinshelwood och Hougen–Watsons ekvationer). Yablonsky skapade också en teori om exakt katalysatorkarakterisering för den avancerade världsomspännande experimentella tekniken ( tidsanalys av produkter ) utvecklad av John T. Gleaves, Washington University i St. Louis.

Under 2008–2011 fick Yablonsky – tillsammans med Constales och Marin ( Ghent University , Belgien) och Alexander Gorban (University of Leicester, Storbritannien) – nya resultat om sammanträffanden och skärningspunkter i kinetiska beroenden, och fann en ny typ av symmetrisamband mellan observerbara och initiala kinetiska data.

Nyligen utvecklade han tillsammans med Alexander Gorban teorin om kemisk termodynamik och detaljerad balans i gränsen för irreversibla reaktioner.

Katalytisk trigger och katalytisk oscillator

Ett enkelt schema över de olinjära kinetiska svängningarna i heterogena katalytiska reaktioner har föreslagits av Bykov, Yablonskii och Kim 1978. Författare har utgått från den katalytiska utlösaren (1976), en enklaste katalytisk reaktion utan autokatalys som tillåter mångfald av stabila tillstånd .

${\ce {{A2}+2Z <=> 2AZ}}$

 

 

 

 

()

${\ce {{B}+Z <=> BZ}}$

 

 

 

 

()

${\ce {{AZ}+BZ -> {AB}+2Z}}$

 

 

 

 

()

Sedan har de kompletterat denna klassiska adsorptionsmekanism för katalytisk oxidation med ett "buffert"-steg

${\ce {{B}+Z\rightleftharpoons (BZ)}}$

 

 

 

 

()

Här är A ₂ , B och AB gaser (till exempel O ₂ , CO och CO ₂ ), Z är "adsorptionsplatsen" på ytan av den fasta katalysatorn (till exempel Pt), AZ och BZ är mellanprodukterna på ytan (adatomer, adsorberade molekyler eller radikaler) och (BZ) är en mellanprodukt som inte deltar i huvudreaktionen

Låt koncentrationen av de gasformiga komponenterna vara konstant. Sedan ger lagen om massverkan för denna reaktionsmekanism ett system av tre vanliga differentialekvationer som beskriver kinetiken på ytan

${\dot {x}}=2q_{1}z^{2}-2q_{5}x^{2}- q_{3}xy$

 

 

 

 

()

${\dot {y}}=q_{2}z-q_{6}y-q_{3}xy$

 

 

 

 

()

${\dot {s}}=q_{4}z-kq_{4}s$

 

 

 

 

()

där z = 1 − ( x + y + s ) är koncentrationen av de fria adsorptionsställena på ytan ("per ett adsorptionscentrum"), x och y är koncentrationerna av AZ och BZ , på motsvarande sätt (också normaliserat "per ett adsorptionscentrum") ett adsorptionscentrum") och s är koncentrationen av buffertkomponenten ( BZ ).

Detta tredimensionella system inkluderar sju parametrar. Den detaljerade analysen visar att det finns 23 olika fasporträtt för detta system, inklusive oscillationer, mångfald av stabila tillstånd och olika typer av bifurkationer .

Reaktioner utan interaktion av olika komponenter

Låt reaktionsmekanismen bestå av reaktioner

$\alpha _{r}A_{i_{r}}\to \sum _{j}\beta _{rj}A_{j}\, ,$

där $A_{i}$ är symboler för komponenter, r är numret på den elementära reaktionen och $\alpha _{r},\beta _{rj}\geq 0$ är de stökiometriska koefficienterna (vanligtvis är de heltal). (Vi inkluderar inte de komponenter som finns i överskott och komponenterna med nästan konstanta koncentrationer)

Eley -Rideal-mekanismen för CO-oxidation på Pt ger ett enkelt exempel på en sådan reaktionsmekanism utan interaktion mellan olika komponenter på ytan:

${\ce {2Pt(+O2)<=>2Pt;\;\;{PtO}+CO<=>{Pt}+CO2\!\uparrow }}$ .

Låt reaktionsmekanismen ha bevarandelagen

$\alpha _{r}m_{i_{r}}=\sum _{j}\beta _{rj }m_{j}{\text{ för vissa }}m_{j}>0{\text{ och alla }}r,$

och låt reaktionshastigheten uppfylla massaktionslagen :

$W_{r}=k_{r}c_{i_{r}}^{\alpha _{r}},$

där $c_{i}$ är koncentrationen av $A_{i}$ . Då är det kinetiska systemets dynamik mycket enkel: stationära tillstånd är stabila och alla lösningar $\mathbf {c} (t)=(c_{i}(t) ))$ med samma värde av bevarandelagen $m(\mathbf {c} )=\summa m_{i}c_{i}$ konvergerar monotont i det viktade $l_{1}$ norm: avståndet mellan sådana lösningar $\mathbf {c} ^{(1)}(t),\ mathbf {c} ^{(2)}(t)$ ,

$\|\mathbf {c} ^{(1)}-\mathbf {c} ^{(2)}\|=\summa _{i}m_{i}|c_{i}^{( 1)}-{c}_{i}^{(2)}|,$

minskar monotont med tiden.

Denna kvasitermodynamiska egenskap hos systemen utan interaktion mellan olika komponenter är viktig för analysen av dynamiken i katalytiska reaktioner: icke-linjära steg med två (eller flera) olika mellanreagens är ansvariga för icke-triviala dynamiska effekter som mångfald av stabila tillstånd, oscillationer eller bifurkationer. Utan samverkan mellan olika komponenter konvergerar de kinetiska kurvorna i en enkel norm även för öppna system.

Den utökade principen om detaljerad balans

Detaljerad mekanism för många verkliga fysikalisk-kemiska komplexa system inkluderar både reversibla och irreversibla reaktioner. Sådana mekanismer är typiska vid homogen förbränning, heterogen katalytisk oxidation och komplexa enzymreaktioner. Den klassiska termodynamiken för perfekta system är definierad för reversibel kinetik och har ingen gräns för irreversibla reaktioner. Tvärtom massaktionslagen möjligheten att skriva de kemiska kinetiska ekvationerna för vilken kombination som helst av reversibla och irreversibla reaktioner. Utan ytterligare begränsningar är denna ekvationsklass extremt bred och kan approximera vilket dynamiskt system som helst med bevarande av positiviteten hos koncentrationer och de linjära bevarandelagarna. (Denna allmänna approximationssats har bevisats 1986.) Modellen av verkliga system bör uppfylla vissa begränsningar. Under standardkravet mikroskopisk reversibilitet bör dessa begränsningar formuleras enligt följande: Ett system med vissa irreversibla reaktioner bör vara en gräns för systemen med alla reversibla reaktioner och de detaljerade balansförhållandena. Sådana system har beskrivits fullständigt under 2011. Den utökade principen om detaljerad balans är den karakteristiska egenskapen för alla system som följer den generaliserade massaktionslagen och är gränserna för systemen med detaljerad balans när några av reaktionshastighetskonstanterna tenderar mot noll ( Gorban -Yablonsky-satsen ).

Den utökade principen om detaljerad balans består av två delar:

• Det algebraiska villkoret : Principen om detaljerad balans gäller för den reversibla delen. (Detta betyder att för mängden av alla reversibla reaktioner finns det en positiv jämvikt där alla elementära reaktioner utjämnas av sina omvända reaktioner.)
• Det strukturella tillståndet : Det konvexa skrovet för de stökiometriska vektorerna för de irreversibla reaktionerna har en tom skärning med det linjära spannet för de stökiometriska vektorerna för de reversibla reaktionerna. (Fysiskt innebär detta att de irreversibla reaktionerna inte kan inkluderas i orienterade cykliska vägar.)

Reaktionens stökiometriska vektor $\sum _{i}\alpha _{i}A_{i}\to \sum _{j}\beta _{ j}A_{j}$ är förstärkningsminus förlustvektorn med koordinaterna $\gamma _{i}=\beta _{i}-\alpha _{i}$ .

(Det kan vara användbart att komma ihåg den formella konventionen: det linjära spannet för en tom uppsättning är {0}, det konvexa skrovet för en tom uppsättning är tom.)

Den utökade principen om detaljerad balans ger ett ultimat och komplett svar på följande problem: Hur kastar man bort några omvända reaktioner utan att kränka termodynamiken och mikroskopisk reversibilitet? Svaret är: det konvexa skrovet för de stökiometriska vektorerna för de irreversibla reaktionerna bör inte skära det linjära spannet för de stökiometriska vektorerna för de reversibla reaktionerna och reaktionshastighetskonstanterna för de återstående reversibla reaktionerna bör tillfredsställa Wegscheider- identiteterna .

Karriär

Programkommittén för den ryska konferensen "Mathematical Methods in Chemical Kinetics", Shushenskoye , Krasnoyarsk Krai , 1980. Från vänster till höger: AI Vol'pert , VI Bykov, AN Gorban , GS Yablonsky, ANIvanova.

Från 1997 till 2007 var Yablonsky vid Institutionen för energi, miljö och kemiteknik vid Washington University i St Louis som forskningsdocent. Sedan 2007 blev Yablonsky docent vid Saint Louis University's Parks College of Engineering, Aviation and Technology, samt Institutionen för kemi.

Under sin karriär har G. Yablonsky organiserat många konferenser och workshops på nationell och internationell nivå. Han är alltid i centrum för tvärvetenskaplig dialog mellan matematiker, kemister, fysiker och kemiingenjörer.

Yablonsky valdes 2013 till James B. Eads Award , som uppmärksammar en framstående person för enastående prestationer inom ingenjörskonst eller teknik.

Heder och utmärkelser

• Lifetime Achievement Award, som ett erkännande för enastående bidrag till forskningsområdet kemisk kinetik, matematik i kemisk kinetik och teknik, MaCKiE, 2013
• James B. Eads Award, Academy of Science of St. Louis Outstanding Scientist Award (2013)
• Hedersdoktor vid universitetet i Gent, Belgien (2010)
• Chevron Chair Professorship vid Indian Institute of Technology (IIT), Madras (2011)
• Hedersstipendiat vid Australian Institute of High Energetic Materials, Gladstone, Australien (2011)

Professionella medlemskap och föreningar

Yablonsky har ett flertal internationella utnämningar som hedersprofessor, fellow, doktor och medlem av prestigefyllda vetenskapsakademier och universitet i Belgien, Indien, Kina, Ryssland och Ukraina.

• 1996 – nu: American Institute of Chemical Engineers
• 2011 – nu: American Chemical Society
• 2011 – närvarande: Medlem av det vetenskapliga rådet för katalys vid Ryska vetenskapsakademin
• 2013 – nu: Fellow, Academy of Science of St. Louis

Anmärkningsvärda publikationer

Yablonsky är författare till sju böcker, senast till "Kinetics of Chemical Reactions: Decoding Complexity" Wiley-VCH (2011) (tillsammans med Guy B. Marin), och mer än 200 artiklar.

• Yablonsky, GS; VI Bykov; AN Gorban'; VI Elokhin (1991). Kinetiska modeller av katalytiska reaktioner . Amsterdam–Oxford–New York–Tokyo: Elsevier.
•   Marin, GB; GS Yablonsky (2011). Kinetik för komplexa reaktioner. Avkodningskomplexitet . Wiley-VCH. sid. 428. ISBN 978-3-527-31763-9 .
•   Estathiou, AM; GS Yablonsky; Gleaves, JT (2012). "Övergående tekniker: temporär analys av produkter och stabila isotopiska övergående kinetiska analyser". Transienta tekniker: temporär analys av produkter (TAP) och isotopisk transient kinetisk analys i stabilt tillstånd (SSITKA) . Vol. 1 & 2. s. 1013–1073. doi : 10.1002/9783527645329.ch22 . ISBN 9783527645329 .
• Gleaves, JT; GS Yablonsky; P. Phanawadee; Y. Schuurman (14 oktober 1997). "TAP-2. Interrogative Kinetics Approach". Tillämpad katalys A: Allmänt . 160 (1): 55–88. doi : 10.1016/S0926-860X(97)00124-5 .
• Grigoriy, Yablonsky; M. Olea; G. Marin (maj–juni 2003). "Tidsmässig analys av produkter: grundläggande principer, tillämpningar och teori". Journal of Catalysis . 216 (1–2): 120–134. doi : 10.1016/S0021-9517(02)00109-4 .
• Yablonsky, Grigoriy; IMY Mareels; M. Lazman (november 2003). "Principen för kritisk förenkling i kemisk kinetik". Kemiteknikvetenskap . 58 (21): 4833–4842. doi : 10.1016/j.ces.2003.08.004 .
• Feres, R.; GS Yablonsky (2004). "Knudsen Diffusion och Random Billiard". Kemiteknikvetenskap . 59 (7): 1541–1556. doi : 10.1016/j.ces.2004.01.016 .

Se även

• Tidsanalys av produkter
• Kemisk reaktionsnätverksteori
• Detaljerad balans

externa länkar

• Yablonskys fakultetsprofil vid Parks College of Engineering, Aviation and Technology
• Yablonskys konto på Google Scholar