химический каталог




Молекулярная биофизика

Автор М.В.Волькенштейн

ение не может его изменить. Отсюда следует финалистическая формулировка — система стремится сохранить свое состояние. Напротив, неустойчивое состояние при малом возмущении изменяется необратимо.

В общем случае состояние физической системы характеризуется не механическими, но термодинамическими условиями. Второе начало термодинамики — стремление энтропии изолированной системы к максимуму (финалистическая формулировка)—можно записать в вариационной форме:

(6S)eq=°> (1Л5)

где индекс eq относится к состоянию равновесия. Очевидно, что термодинамическая трактовка биологических явлений — прежде всего процессов развития — должна исходить из рассмотрения необратимых переходов в открытых системах. Финализм связан с неустойчивостью соответствующих состояний. Главные труд» ности определяются не статическим, но динамическим, «машинным», характером биологических систем. Это, однако, никоим образом не означает противоречия между биологией и физикой.

§ 1.3. ТЕРМОДИНАМИКА И БИОЛОГИЯ

Физическое рассмотрение любых систем — в том числе и живых — начинается с их феноменологического, термодинамического описания. Дальнейшее исследование дает такому описанию атомно-молекулярное содержание.

Главные термодинамические особенности живой системы состоят в том, что такие системы открыты и неравновесны. Соответственно необходима не термостатика, но термодинамика в истинном смысле этого слова, учитывающая изменения термодинамических величин во времени. Неравновесная термодинамика смыкается с кинетикой. Здесь мы ограничимся некоторыми основными положениями.

Общее-.иам.?нение--Жгррпии d$ в_ открытой неравновесной системе складывается из изменения энтропии в результате ее продукции внутри системы diS и потока энтропии из внешней среды в систему и из системы в среду deS

dS^diS + deS. (1,16)

Построим мысленно адиабатическую оболочку вокруг системы. Тогда deS — 0 и, согласно второму началу, '

dS=dtS>0. (1,17)

Если продукция энтропии определяется химическими реакциями, то

diS = ~Y^i^kdttkt (1,18)

? k

где u.fc — химический потенциал k-й компоненты, dtik — изменение ее молярного содержания.

Введем координату химической реакции |, выражающую степень прохождения реакции, определив ее уравнением

dnk=*v&> (1,19)

где va — стехиометрические коэффициенты реакции. Так, напри-, мер, при окислении глюкозы СбН^Ое + 602 ->? 6С02 + 6Н20 имеем

vc6h12o5 = - 1 • vo, = - б, vCOj = 6, vHj0 = 6. Подставляя (1,19) в (1,18), получаем

k

Величина

Л = — Sjaav* (1,21)

называется сродством. Согласно (1,20) А > 0. В состоянии равновесия Л = 0, равно, как и В самом деле,

А = /?Г Г1п К - In П «Vfel. (1,22)

где К — константа равновесия, а& — активность к-и компоненты. Продукция энтропии (в единицу времени) равна

d_

dt

= j odV>0. (1,23)

Продукция энтропии в единице объема о" ^ 0, так как неравенство (1,23) справедливо для любого макроскопического объема. Величина о* называется функцией диссипации. В случае химической реакции

—4тТ 2 ИЛ = -^?->0, (1,24)

где V — скорость химической реакции. При одновременном протекании многих реакций имеем

к

o=jr%AiVi>0. (1,25)

Изолированная реакция, для которой A\VX < 0, невозможна. Однако если одновременно протекает реакция, для которой А&2 >" 0, то первая реакция возможна, если АХЬ\ + A4V2 > 0. Такое суммирование отвечает термодинамическому сопряжению реакций. Благодаря термодинамическому сопряжению в открытых системах протекают процессы, не реализуемые в изолированных системах.

В общем случае функция диссипации а выражается суммой Произведений некоторых потоков / (в химической реакции и) и их макроскопических причин — обобщенных сил X (в химической реакции Л/Т), т. е.

<т=2-№. (1,26)

Потоки и силы взаимозависимы. Их связь легко устанавливается для одного потока, возникающего под действием одной силы. Таковы решения уравнения теплопроводности Фурье (поток тепла, сила — разность температур), уравнения диффузии Фика (поток вещества, сила — разность концентраций) и т. д. В химических реакциях мы имеем дело со скалярными потоками и силами. Таким образом, в линейном приближении потоки пропорциональны силам

п

/<=2UijA, i=U 2 п, (1,27)

где Lik — так называемые феноменологические коэффициенты. Для химических реакций

= -^=^LlkAk/T. (1,28)

k

Линейное приближение справедливо вблизи состояния равновесия. В этой области, как показал Онзагер [18], совершив соответствующее преобразование координат, всегда можно выбрать потоки и силы так, чтобы матрица, образованная коэффициентами Uk, была симметрична

Lih = Lkl. (1,29)

Справедливость условия (1,29) можно доказать, исходя из теории флуктуации и принципа макроскопической обратимости. Казимир в дальнейшем обобщил это условие [19].

Близость к равновесию для химического процесса означает, что 4

ЛА<ЯГ. (1,30)

Представим соотношение (1,28) в виде

»«-т2?*2(41г)г <'-31>

k i

Матрицу Lih и тензор {dAk/dli)T,P можно диагонализировать. Тогда последнее соотношение линейно трансформируется и принимает вид где

страница 8
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228

Скачать книгу "Молекулярная биофизика" (4.80Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
бортовые компьютеры gamma официальный сайт
купить маникюрные щипчики
какие могут быть причины для подачи иска
курсы обучения парикмахерскому искусству свао

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(08.12.2016)