Grigoriy Yablonsky

Grigoriy Yablonsky (o Yablonskii) ( ruso : Григорий Семенович Яблонский ) es un experto en el área de la cinética química y la ingeniería química , particularmente en la tecnología catalítica de oxidación completa y selectiva, que es una de las principales fuerzas impulsoras del desarrollo sostenible.

Su teoría de reacciones catalíticas complejas en estado estacionario y no estacionario ^[1] es ampliamente utilizada por equipos de investigación en muchos países del mundo (EE.UU., Reino Unido, Bélgica, Alemania, Francia, Noruega y Tailandia).

Yablonsky se desempeña como profesor investigador asociado de química en la Facultad de Ingeniería, Aviación y Tecnología Parks de la Universidad de Saint Louis y en la Facultad de Artes y Ciencias. ^{[ a partir de? ]}

Desde 2006, Yablonsky es editor del Medio Oeste ruso-estadounidense .

Contribuciones científicas

Yablonsky, junto con Lazman, desarrolló la forma general de descripción cinética en estado estacionario (el polinomio cinético), que es una generalización no lineal de muchas expresiones teóricas propuestas anteriormente (las ecuaciones de Langmuir-Hinshelwood y Hougen-Watson). ^[2] Yablonsky también creó una teoría de caracterización precisa de catalizadores para la avanzada técnica experimental mundial ( análisis temporal de productos ) desarrollada por John T. Gleaves en la Universidad de Washington en St. Louis. ^[3]

En 2008-2011, Yablonsky, junto con Constales y Marin ( Universidad de Gante , Bélgica) y Alexander Gorban (Universidad de Leicester, Reino Unido), obtuvieron nuevos resultados sobre coincidencias e intersecciones en dependencias cinéticas y encontraron un nuevo tipo de relación de simetría entre las datos cinéticos observables e iniciales. ^{[4] [5] [6]}

Junto con Alexander Gorban , Yablonsky desarrolló la teoría de la termodinámica química y detalló el equilibrio en el límite de las reacciones irreversibles. ^{[7] [8]}

Gatillo catalítico y oscilador catalítico.

Bykov, Yablonsky y Kim propusieron en 1978 un esquema simple para las oscilaciones cinéticas no lineales en reacciones catalíticas heterogéneas. ^[9] Los autores comenzaron con el disparador catalítico (1976 ^{[10] [11]} ), la reacción catalítica más simple sin autocatálisis que permita multiplicidad de estados estacionarios.

Luego han complementado este clásico mecanismo de adsorción de oxidación catalítica con un paso "tampón"

Aquí, A ₂ , B y AB son gases (por ejemplo, O ₂ , CO y CO ₂ ), Z es el "lugar de adsorción" en la superficie del catalizador sólido (por ejemplo, Pt), AZ y BZ son los intermedios en la superficie (adatomos, moléculas adsorbidas o radicales), y (BZ) es un intermedio que no participa en la reacción principal.

Sea constante la concentración de los componentes gaseosos. Entonces, la ley de acción de masas proporciona para este mecanismo de reacción un sistema de tres ecuaciones diferenciales ordinarias que describen la cinética en la superficie.

donde z  = 1 − ( x  +  y  +  s ) es la concentración de los lugares libres de adsorción en la superficie ("por un centro de adsorción"), xey son las concentraciones de AZ y BZ , correspondientemente ( también normalizadas "por un centro de adsorción"). y s es la concentración del componente tampón ( BZ ).

Este sistema tridimensional incluye siete parámetros. El análisis detallado muestra que hay 23 retratos de fases diferentes para este sistema, incluidas oscilaciones, multiplicidad de estados estacionarios y varios tipos de bifurcaciones . ^[12]

Reacciones sin interacción de diferentes componentes.

Dejemos que el mecanismo de reacción consista en reacciones.

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

donde son los símbolos de las componentes, r es el número de la reacción elemental y son los coeficientes estequiométricos (normalmente son números enteros). (No se incluyen los componentes que están presentes en exceso y los componentes con concentraciones casi constantes). ${\displaystyle A_{i}}$ ${\displaystyle \alpha _{r},\beta _{rj}\geq 0}$

El mecanismo de Eley-Rideal de oxidación de CO en PT proporciona un ejemplo simple de tal mecanismo de reacción sin interacción de diferentes componentes en la superficie:

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

Dejemos que el mecanismo de reacción tenga la ley de conservación.

${\displaystyle \alpha _{r}m_{i_{r}}=\sum _{j}\beta _{rj}m_{j}{\text{ for some }}m_{j}>0{\text{ and all }}r,}$

y dejemos que la velocidad de reacción satisfaga la ley de acción de masas :

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

¿Dónde está la concentración de ? Entonces la dinámica del sistema cinético es muy simple: los estados estacionarios son estables ^[13] y todas las soluciones con el mismo valor de la ley de conservación convergen monótonamente en la norma ponderada: la distancia entre dichas soluciones , ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle A_{i}}$ ${\displaystyle \mathbf {c} (t)=(c_{i}(t))}$ ${\displaystyle m(\mathbf {c} )=\sum m_{i}c_{i}}$ ${\displaystyle l_{1}}$ ${\displaystyle \mathbf {c} ^{(1)}(t),\mathbf {c} ^{(2)}(t)}$

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

disminuye monótonamente en el tiempo. ^[14]

Esta propiedad cuasitermodinámica de los sistemas sin interacción de diferentes componentes es importante para el análisis de la dinámica de las reacciones catalíticas: los pasos no lineales con dos (o más) reactivos intermedios diferentes son responsables de efectos dinámicos no triviales como la multiplicidad de estados estacionarios, oscilaciones o bifurcaciones. . Sin interacción entre diferentes componentes, las curvas cinéticas convergen en una norma simple, incluso para sistemas abiertos.

El principio ampliado del equilibrio detallado

El mecanismo detallado de muchos sistemas complejos físico-químicos reales incluye reacciones tanto reversibles como irreversibles. Estos mecanismos son típicos de la combustión homogénea, la oxidación catalítica heterogénea y las reacciones enzimáticas complejas. La termodinámica clásica de sistemas perfectos se define para cinética reversible y no tiene límite para reacciones irreversibles. ^[8] Por el contrario, la ley de acción de masas da la posibilidad de escribir las ecuaciones cinéticas químicas para cualquier combinación de reacciones reversibles e irreversibles. Sin restricciones adicionales, esta clase de ecuaciones es extremadamente amplia y puede aproximarse a cualquier sistema dinámico preservando la positividad de las concentraciones y las leyes de conservación lineal. (Este teorema de aproximación general fue demostrado en 1986. ^[15] ) El modelo de sistemas reales debería satisfacer algunas restricciones. Según el requisito de reversibilidad microscópica estándar , estas restricciones deben formularse de la siguiente manera: un sistema con algunas reacciones irreversibles debe estar en el límite de los sistemas con todas las reacciones reversibles y las condiciones de equilibrio detalladas. ^[7] Dichos sistemas se describieron completamente en 2011. ^[7] El principio extendido de equilibrio detallado es la propiedad característica de todos los sistemas que obedecen a la ley de acción de masas generalizada y es el límite de los sistemas con equilibrio detallado cuando parte de la velocidad de reacción las constantes tienden a cero (el teorema de Gorban-Yablonsky ).

El principio ampliado del equilibrio detallado consta de dos partes:

• La condición algebraica : El principio de equilibrio detallado es válido para la parte reversible. Esto significa que para el conjunto de todas las reacciones reversibles, existe un equilibrio positivo donde todas las reacciones elementales están equilibradas por sus reacciones inversas.
• La condición estructural es que la carcasa convexa de los vectores estequiométricos de las reacciones irreversibles tenga una intersección vacía con el tramo lineal de los vectores estequiométricos de las reacciones reversibles. (Físicamente, esto significa que las reacciones irreversibles no pueden incluirse en rutas cíclicas orientadas).

El vector estequiométrico de la reacción es el vector de ganancia menos pérdida con coordenadas . ${\displaystyle \sum _{i}\alpha _{i}A_{i}\to \sum _{j}\beta _{j}A_{j}}$ ${\displaystyle \gamma _{i}=\beta _{i}-\alpha _{i}}$

(Puede resultar útil recordar la convención formal: el tramo lineal de un conjunto vacío es 0; la envolvente convexa de un conjunto vacío está vacía).

El principio ampliado del equilibrio detallado da una respuesta definitiva y completa al siguiente problema: ¿cómo descartar algunas reacciones inversas sin violar la termodinámica y la reversibilidad microscópica? La respuesta es que la cáscara convexa de los vectores estequiométricos de las reacciones irreversibles no debe intersectarse con el tramo lineal de los vectores estequiométricos de las reacciones reversibles, y las constantes de velocidad de reacción de las reacciones reversibles restantes deben satisfacer las identidades de Wegscheider .

Carrera

El comité de programa de la Conferencia Rusa "Métodos matemáticos en cinética química", Shushenskoye , Krasnoyarsk Krai , 1980. De izquierda a derecha: AI Vol'pert , VI Bykov, AN Gorban , GS Yablonsky, ANIvanova.

De 1997 a 2007, Yablonsky fue profesor asociado de investigación en el departamento de ingeniería química, ambiental y energética de la Universidad de Washington en St. Louis . Desde 2007, Yablonsky ha sido profesor asociado en la Facultad de Ingeniería, Aviación y Tecnología Parks de la Universidad de Saint Louis, así como en el departamento de química.

Durante su carrera, Yablonsky ha organizado numerosas conferencias y talleres a nivel nacional e internacional. Yablonsky participa con frecuencia en diálogos interdisciplinarios en los que participan matemáticos, químicos, físicos e ingenieros químicos. ^{[ impreciso ]}

Yablonsky fue seleccionado en 2013 para el premio James B. Eads , ^{[16] [17]} que reconoce a una persona distinguida por logros sobresalientes en ingeniería o tecnología.

Honores y premios

• Premio Lifetime Achievement Award, en reconocimiento a contribuciones destacadas al campo de investigación de la cinética química, Matemáticas en Ingeniería y Cinética Química, MaCKiE, 2013
• Premio James B. Eads, Premio al Científico Destacado de la Academia de Ciencias de St. Louis (2013). ^[18]
• Doctor Honoris Causa por la Universidad de Gante, Bélgica (2010) ^[19]
• Cátedra Chevron en el Instituto Indio de Tecnología (IIT), Madrás (2011)
• Miembro honorario del Instituto Australiano de Materiales de Alta Energía, Gladstone, Australia (2011)

Membresías y asociaciones profesionales

Yablonsky tiene numerosas designaciones internacionales como profesor honorario, miembro, doctor y miembro de prestigiosas academias de ciencias y universidades en Bélgica, India, China, Rusia y Ucrania.

• 1996-presente: Instituto Americano de Ingenieros Químicos
• 2011-presente: Sociedad Química Estadounidense
• 2011-presente: Miembro del Consejo Científico de Catálisis de la Academia de Ciencias de Rusia
• 2013-presente: Miembro de la Academia de Ciencias de St. Louis

Publicaciones destacadas

Yablonsky es autor de siete libros, el más reciente ^{[ ¿a partir de? ]} Cinética de reacciones químicas: complejidad de decodificación Wiley-VCH (2011) (junto con Guy B. Marin) y más de 200 artículos.

• Yablonsky, GS; VI Bykov; AN Gorban'; VI Elokhin (1991). Modelos cinéticos de reacciones catalíticas . Ámsterdam – Oxford – Nueva York – Tokio: Elsevier.
• Marín, GB; GS Yablonsky (2011). Cinética de reacciones complejas. Complejidad de decodificación . Wiley-VCH. pag. 428.ISBN​ 978-3-527-31763-9.
• Estathiou, AM; GS Yablonsky; Gleaves, JT (2012). "Técnicas transitorias: análisis temporal de productos y análisis cinético transitorio isotópico en estado estacionario". Técnicas Transitorias: Análisis Temporal de Productos (TAP) y Análisis Cinético Transitorio Isotópico en Estado Estacionario (SSITKA) . vol. 1 y 2, págs. 1013-1073. doi :10.1002/9783527645329.ch22. ISBN 9783527645329.
• Gleaves, JT; GS Yablonsky; P. Phanawadee; Y. Schuurman (14 de octubre de 1997). "TAP-2. Enfoque cinético interrogativo". Catálisis Aplicada A: General . 160 (1): 55–88. doi :10.1016/S0926-860X(97)00124-5.
• Grigoriy, Yablonsky; M. Olea; G. Marin (mayo-junio de 2003). "Análisis temporal de productos: principios básicos, aplicaciones y teoría". Revista de Catálisis . 216 (1–2): 120–134. doi :10.1016/S0021-9517(02)00109-4.
• Yablonsky, Grigoriy; IMY Mareels; M. Lazman (noviembre de 2003). "El principio de simplificación crítica en cinética química". Ciencias de la Ingeniería Química . 58 (21): 4833–4842. Código Bib : 2003ChEnS..58.4833Y. doi :10.1016/j.ces.2003.08.004.
• Feres, R.; GS Yablonsky (2004). "Difusión Knudsen y billar aleatorio". Ciencias de la Ingeniería Química . 59 (7): 1541-1556. doi :10.1016/j.ces.2004.01.016.

Ver también

• Teoría de la red de reacciones químicas.

Referencias

1. Yablonsky, GS; VI Bykov; AN Gorban'; VI Elokhin (1991). Modelos cinéticos de reacciones catalíticas. Ámsterdam – Oxford – Nueva York – Tokio: Elsevier.
2. M. Lazman y GS Yablonsky, "Ecuación de velocidad de reacción general de reacción catalítica de ruta única", Avances en ingeniería química , 34 :47–102, 2008
3. SO Shekhtman, GS Yablonsky, S. Chen, JT Gleaves, "Reactor TAP de zona delgada: teoría y aplicación", Ciencias de la ingeniería química, 54 :4371–7378, 1999
4. GS Yablonsky, D. Constales, G. Marin, "Coincidencias en cinética química: noticias sorprendentes sobre reacciones simples", Ciencia de la ingeniería química, 65 :6065–6076, 2010
5. GS Yablonsky, D. Constales, G. Marin, "Relaciones de equilibrio para dependencias químicas de no equilibrio", Ciencia de la ingeniería química, 66 : 111-114, 2011
6. GS Yablonsky, AN Gorban, D. Constales, V. Galvita y GB Marin, "Relaciones recíprocas entre curvas cinéticas", Europhysics Letters, 93 :2004-2007, 2011; doi :10.1209/0295-5075/93/20004, arXiv :1008.1056
7. AN Gorban y GS Yablonsky, "Balance detallado extendido para sistemas con reacciones irreversibles", Chemical Engineering Science , 66 :5388–5399, 2011; doi :10.1016/j.ces.2011.07.054, arXiv :1101.5280
8. AN Gorban, EM Mirkes, GS Yablonsky, "Termodinámica en el límite de reacciones irreversibles", Physica A 392 (2013) 1318-1335; doi :10.1016/j.physa.2012.10.009, arXiv :1207.2507
9. VI Bykov, GS Yablonskii, VF Kim, "Sobre el modelo simple de autooscilaciones cinéticas en la reacción catalítica de oxidación de CO", Doklady AN URSS (Química) 242 (3) (1978), 637–639.
10. MG Slin'ko, VI Bykov, GS Yablonskii, TA Akramov, "Multiplicidad del estado estacionario en reacciones catalíticas heterogéneas", Dokl. Akád. Nauk SSSR 226 (4) (1976), 876.
11. Bíkov, VI; Elokhin, VI; Yablonskii, GS (1976). "El mecanismo catalítico más simple que permite varios estados estacionarios de la superficie". Cartas de Cinética de Reacción y Catálisis . 4 (2): 191–198. doi :10.1007/BF02061998. S2CID  98269577.
12. AI Khibnik, VI Bykov y GS Yablonski, "23 retratos de fases del oscilador catalítico más simple", J. Fiz. Jim. 61 (1987), 1388-1390 [en ruso]. Traducción al inglés en Russian Journal of Physical Chemistry , volumen 61 (1987), 722–723.
13. VI Bykov, TA Akramov y GS Yablonskii, "Estudios de las propiedades dinámicas de los sistemas catalíticos", en Mathematicheskie problemy khimii [Problemas matemáticos de la química], parte 1, 1975, Centro de Computación Academia de Ciencias de la URSS, sucursal de Siberia, Novosibirsk ( en ruso), págs. 199-206.
14. AN Gorban, VI Bykov, GS Yablonskii, "Análogo de función termodinámica para reacciones que se desarrollan sin interacción de diversas sustancias", Chemical Engineering Science 41 (11) (1986), 2739–2745; doi :10.1016/0009-2509(86)80005-7.
15. AN Gorban, VI Bykov, GS Yablonskii, Ensayos sobre relajación química , Nauka, Novosibirsk, 1986.
16. "Los profesores de la Universidad de Saint Louis reciben honores por sus contribuciones a la ciencia". Universidad de San Luis . Consultado el 25 de abril de 2013 .
17. "La Academia de Ciencias honra a Yablonsky con el premio al científico destacado". Colegio de parques . Consultado el 25 de abril de 2013 .
18. "Premios a científicos destacados de St. Louis". Academia de Ciencias. Archivado desde el original el 3 de mayo de 2013 . Consultado el 25 de abril de 2013 .
19. "El Dr. Yablonsky recibe un doctorado honoris causa". Colegio de parques . Consultado el 25 de abril de 2013 .

enlaces externos

• Perfil docente de Yablonsky en Parks College of Engineering, Aviation and Technology