CINETICA CHIMICA NON LINEARE E REAZIONI OSCILLANTI

In particular chemical reacting systems, governed by nonlinear kinetic equations and far from thermodynamic equilibrium, various and complex dynamical phenomena can be detected. These special behaviors imply a break of the spatio-temporal symmetry of the system, which undergoes self-organization forming a dissipative structure. Oscillation in the catalysts and intermediates concentrations or in the reaction rate is a kind of self-organization in time. Closely related to it are the possible propagation of waves of chemical activity and the formation of structured spatial patterns. The oscillating reactions can be analyzed using the mathematical machinery of nonlinear dynamics and bifurcation theory. The same laws describe processes that take place in physical and biological systems, allowing a connection among the different subjects and providing new perspectives for the solution of inherently similar problems. This thesis presents the thermodynamic and kinetic conditions required for the onset of chemical oscillations, experimental examples of the phenomenon and the mathematical tools, the models and the mechanisms used in his theoretical description.

In particolari sistemi chimici reattivi, governati da equazioni cinetiche non lineari e lontani dall'equilibrio termodinamico, possono emergere fenomeni dinamici vari e complessi. Questi speciali comportamenti sottendono una rottura della simmetria spazio-temporale del sistema, che si auto-organizza in una struttura dissipativa. L'oscillazione delle concentrazioni di catalizzatori e specie intermedie o della velocità di reazione è una forma di auto-organizzazione temporale. Strettamente collegate ad essa sono la possibile propagazione di onde di attività chimica e la formazione di motivi spaziali strutturati. Le reazioni oscillanti possono essere analizzate attraverso il macchinario matematico della dinamica non-lineare e della teoria delle biforcazioni. Le stesse leggi descrivono processi che avvengono in sistemi fisici e biologici, permettendo una connessione tra le diverse discipline e fornendo nuove prospettive per la risoluzione di problemi intrinsecamente simili. Questa tesi introduce le condizioni cinetiche e termodinamiche necessarie per l'instaurarsi dell'oscillazione chimica, esempi sperimentali del fenomeno e gli strumenti matematici, i modelli e i meccanismi utilizzati per la sua descrizione teorica.