ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Что есть наименьшее из "В мире катализа" Уже древнейшие философы знали, что природа ничего не делает напрасно, что вполне соответствует мысли о наименьших затратах. Ведь если природа допускала бы излишние затраты, то она несомненно что-то делала напрасно. [c.65] Заглянем ненадолго в историю. Время действия — семнадцатый век, известный зарождением фундаментальных идей и формированием методологии научного мышления. Место действия — французский город Тулуза. Советник парламента Пьер Ферма (поставивший, как известно, знаменитую задачу Ферма ) высказывает мысль, с которой начинается история развития принципов механики и современной физики Природа действует наиболее легкими и доступными путями . Прошло 35 лет и в журнале Акта эрудиторум появилась Новая задача, к разрешению которой приглашаются математики автором задачи был Иоганн Бернулли В вертикальной плоскости даны две точки А я В. Определить путь АМВ, спускаясь по которому под влиянием собственной тяжести, тело М, начав двигаться из точки А, дойдет до другой точки В в кратчайшее время... Между прочим (указываю это с целью предупредить возможное неправильное суждение), хотя прямая АВ и является кратчайшей линией между точками А п В, тем не менее тело проходит ее не в кратчайшее время, и существует кривая АМВ, хорошо известная геометрам. [c.65] Я назову эту линию, если по истечении текущего года никто другой ее не назовет . [c.65] С формальной стороны энтальпия представляет собой потенциальную энергию, а энтропийная составляющая — меру кинетической энергии системы. Если полагать справедливым принцип наименьшего действия по отношению к химическим процессам, то описание переходного режима реакции может быть сведено к вариационным задачам физики. Такой подход соответствует интуитивным соображениям, что процесс перестройки химической структуры (каким бы он ни был, просто химическим или каталитическим) всегда протекает по линии наименьшего сопротивления , т. е. с наименьшими затратами свободной энергии. В этом смысле реакционная система подобна идеальному автоматическому устройству из множества маршрутов движения выбирает тот единственный, на котором барьер, разделяющий исходное и конечное состояния, имеет наименьшую высоту Трудно отказаться от банального, но вполне точного сравнения если перед вами гора или, даже лучше, две горы, то какой путь вы изберете, чтобы оказаться за перевалом Это зависит от настроения и времени. Если вы не располагаете ни тем, ни другим, вы не будете лезть в горы, чтобы с их вершин полюбоваться расстилающимися внизу окрестностями, а постараетесь выбрать путь, который быстрее доведет до цели. Представьте себе, что реакционная система тоже не имеет лишнего времени. Но мы не будет вдаваться в математические подробности, а нарисуем качественную картину. [c.67] Сначала напомним, что по физическому смыслу энтропия есть мера Ьеспорядка в системе, и, следовательно, чем больше степеней свободы, тем выше беспорядок . [c.67] И проследим, как будут изменяться энтальпия и энтропия этой системы при сближении А с В—С. [c.68] Б то же время энергия, выделяющаяся при образовании связи А—В, частично компенсирует затраты энергии на разрыв связи В—С. Поэтому энтальпия процесса перехода в активированное состояние должна иметь в этом случае умеренные значения. Чем больше эффект компенсации, тем ниже энергия активации реакции. [c.68] Однако затраты энергии на разрыв связи В—С не восполняются за счет внутренних источников, и значит, энтальпия активации должна быть высокой (во всяком случае, больше, чем в варианте а ). [c.68] ЧТО система приспосабливается к новым условиям, выбирая такой вариант движения, при котором оставалась бы приблизительно постоянной. [c.70] Задача исследователя состоит не только в том, чтобы разведать стратегию и тактику реакционных систем, но и придумать такие условия, чтобы нужная нам реакция пошла с еще меньшими энергетическими затратами и по возможности чисто , без лишних побочных ответвлений. Например, было бы заманчиво подобрать такие условия, чтобы реакция шла по пути с меньшей энергией активации и одновременно с большой положительной энтропией активации. Из сказанного выше следует, что совместить эти два условия путем только мягкого вмешательства в ход реакции, по-видимому, не удается. Воздействие должно быть более жестким, но не таким, при котором система начала бы развиваться в совсем не нужном для нас направлении. Как этого добиться В общем случае мы этого не знаем и потому действуем эмпирически пробуем разные варианты, ошибаемся и снова пробуем. Заметим, что с этой задачей успешно справляются биологические катализаторы, о которых мы хотим кое-что рассказать в одном из следующих разделов. [c.71] Вернуться к основной статье