Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Химические реакции, самоорганизация

    Практический опыт указывает на целесообразность такого изложения теоретической химии, в котором можно было бы проследить ход естественной эволюции химических систем от низших уровней организации — атомов — до самоорганизующихся систем предбиологической стадии. Совершающаяся в природе эволюция подчиняется не только химическим законам в узком смысле слова, и биологические закономерности нельзя сводить к химическим. Однако общий подход к процессам самоорганизации в точечных и распределенных системах уже принес успех и оказался полезным в химии, ферментологии, физике плазмы и даже в космологии. Значение общих законов не умаляется от того, что существуют и специфические для данного уровня организации закономерности некоторые из них, при внимательном исследовании, могут приобрести и общее значение. Поэтому целесообразно изучение особых признаков химических реакций, именно тех, которые все более отчетливо проявляются при переходе к биологии. [c.3]


    До сих пор мы не учитывали флюктуаций и считали, что состояние среды полностью описывается уравнениями (4.2.1). Напомним, что мы рассматриваем макроскопические явления самоорганизации, при которых локально в малых элементах среды сохраняется тепловое равновесие при заданных концентрациях реагентов. Все химические реакции предполагаются медленными, и связанное с ними изменение концентраций занимает гораздо большее время, чем характерное время установления теплового равновесия в малых элементах объема. Состояние системы задается поэтому путем указания мгновенных распределений концентраций, температуры, давления и поля скоростей макроскопических течений. В действительности, однако, эти величины испытывают малые квазистационарные флюктуации вблизи своих средних значений в данном элементе объема. Подобные флюктуации имеют двоякое происхождение. Во-первых, даже в отсутствие химических реакций в среде всегда существуют случайные потоки тепла, импульса и концентраций (см. гл. 3, разд. 4). Для учета таких потоков в правую часть уравнений (4.2.1) необходимо ввести добавочные слагаемые, являющиеся дивергенциями от этих потоков. Во-вторых, дискретный характер химических реакций, в основе которых лежат случайные акты химического взаимодействия между отдельными молекулами, приводит к появлению дополнительных флюктуаций для концентраций, принимающих участие в реакции компонентов (см. [7]). Учет этих флюктуаций осуществляется введением случайных источников в уравнения для химических концентраций (см. также гл. 3). Таким образом, принимая во внимание сделанные выше замечания, мы должны несколько модифицировать исходные уравнения (4.2.1), включив в них, соответ- [c.116]

    Полак Л, С., Михайлов А. С. Самоорганизация в неравновесных физикохимических системах. — М. Наука, 1983, гл. 6 Влияние флюктуаций внешних полей на кинетику неравновесных химических реакций. [c.388]

    На основании изложенного можно сформулировать представления об особенностях самоорганизации гибридных матриц. Под самоорганизацией в неравновесных системах понимается появление и развитие структуры в первоначально однородной среде [619, 620]. Поскольку при формировании гибридных матриц из-за наложения химической реакции на фазовое разделение процесс протекает в неравновесных условиях, то понятие самоорганизации применимо к процессам, протекающим при формировании гибридных матриц [621, 622]. В основе самоорганизации при формировании ВПС лежат два процесса сшивание и образование трехмерной сетки и фазовое разделение системы. Полученные к настоящему времени экспериментальные данные позволяют в качественной форме определить общие условия самоорганизации при формировании ВПС, происходящем в термодинамически неравновесных условиях. [c.231]


    Рассматриваются равновесные и неравновесные состояния химических систем. Описаны важнейшие свойства газов, жидкостей, растворов и твердых тел. Обсуждаются общие законы поведения коллективов частиц в равновесных системах с точки зрения возможности возникновения в них порядка, т, е. самоорганизации. Кратко изложены основные кинетические закономерности реакций в этих средах. [c.233]

    Одной из самых интригующих и перспективных задач современной науки является изучение механизма и движущих сил процессов, происходящих в живом организме. Решение этих проблем позволит перейти на качественно новый уровень развития фундаментальных и прикладных наук, таких как медицина, биотехнология и фармакология. В области химических наук толчком к началу исследования процессов молекулярного узнавания в биосистемах послужило открытие в конце бО-х годов искусственных молекул (краун-эфиров), способных к специфическому распознаванию других химических частиц. В последующие годы бурное развитие получил синтез соединений, способных к самоорганизации. На рубеже 80-90-х годов сформировалась новая область знаний, получившая название "супрамолекулярная химия". У ее истоков стоят работы трех нобелевских лауреатов 1987 года -Ч. Педерсена, Д. Крама и Ж.-М. Лена [1-3]. По определению Лена [4], супрамолекулярная химия - это химия межмолекулярных связей, изучающая ассоциацию двух и более химических частиц, а также структуру подобных ассоциатов. Она лежит за пределами классической химии, исследующей структуру, свойства и превращения отдельных молекул. Если последняя имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходит разрыв и образование валентных связей, то объектами изучения супрамолекулярной химии служат нековалентные взаимодействия водородная связь, электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры "без связи". Как известно, энергия невалентных взаимодействий на 1-2 порядка ниже энергии валентных связей, однако, если их много, они приводят к образованию прочных, но вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Именно сочетание прочности и способности к быстрым и обратимым изменениям - характерное свойство всех биологических молекулярных структур нуклеиновых кислот, белков, ферментов. [c.184]

    Прежде всего, белки уникальны в отношении химического строения. Это гетерогенные нерегулярные полипептидные последовательности 20 а-аминокислот и их производных, включающих самые разнообразные по своим химическим и физическим свойствам, т.е. валентным и невалентным взаимодействиям, атомные группы. В химическом построении белковых молекул уже можно усмотреть огромные потенциальные возможности к вариации физико-химических свойств. И в то же время белки представляют собой фактически единственный класс соединений, химические свойства которых нельзя непосредственно соотнести с химическим строением молекул. Поведение белков всецело определяется исключительной, присущей только им пространственной структурной организацией. Лишаясь ее, белки теряют все свои биологические свойства. За редким исключением, лишь белковые цепи способны самопроизвольно свертываться в строго детерминированные структуры, геометрия и конформационная динамика которых в физиологических (нативных) условиях полностью определяются аминокислотной последовательностью. Трехмерные структуры белков индивидуализированы, очень сложны и имеют строгий порядок, не сводящийся, однако, к периодичности. Способность природной полипептидной цепи к пространственной самоорганизации и обретению определенной молекулярной структуры - самая яркая особенность белков, отсутствующая у молекул искусственных полимеров, в том числе у полученных человеком поли-а-аминокислот. В растворе синтетический полимер находится в состоянии статистического клубка, флуктуации которого могут приводить к появлению в цепи регулярных участков лишь ближнего порядка. При этом, однако, ни при каких условиях не образуются стабильные трехмерные структуры, тем более идентичные для всех молекул данного полимера. В твердом виде синтетический полимер пребывает в аморфном состоянии, которое может включать частично кристаллическую фазу из беспорядочно ориентированных друг относительно друга зародышевых микрокристаллических областей. Искусственные полимеры отличаются качественно и по своим химическим свойствам, которые в той или иной мере воспроизводят свойства соответствующего мономера и могут быть описаны ограниченным набором реакций, специфичных для повторяющегося звена в свободном состоянии. [c.51]

    Заметим, что при переходе по известным процедурам от исходного описания химической системы в терминах концентраций реагентов с, к переменной макроскопического описания и (г, t) теряется часть информации о системе. Действительно, в уравнении (IV.2.20) содержится лишь два параметра [i и а, тогда как в исходной системе их могло быть намного больше. Такое описание динамики становления макроскопической упорядоченности не позволяет точно предсказывать исходную точку самоорганизации в конкретных реакциях. В сложных реальных системах соответствующие данные могут быть получены из эксперимента, либо путем громоздких расчетов. Располагая ею, можно судить о крупномасштабной структуре формирующегося пространственного порядка и о ходе процесса формирования структуры во времени. [c.105]


    Пространственно-временная самоорганизация гетерогенного каталитического процесса. Одновременное протекание химической реакции и диффузии может привести к образованию периодических по пространству стационарных состояний — диссипативных структур [84—89]. Покажем возможность образования неоднородных стационарных состояний (макрокластеров) на примере механизма реакции окисления оксида углерода на платиновом катализаторе. Математическую модель поверхностной каталитической реакции с учетом поверхностной диффузии будем строить, исходя из следующих предположений [83]. Будем считать, что диффузия адсорбированного вещества X происходит за счет его перескока на соседние свободные места Z. Схема расположения занятых мест X и свободных мест Z на поверхности катализатора показана на рис. 7.10 (для наглядности взят одномерный случай). Пусть X, г — степени покрытия X та X соответственно, ро — вероятность перескока молекул с занятого места на свободное (микроскопическая константа), е — характерный размер решетки. Тогда скорость изменения г] = Ах М степени покрытия X в сечении [c.306]

    В реакционно-диффузионных мембранах, где возникают, мигрируют и распадаются промежуточные химические соединения, массоперенос описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений, решение которых неоднозначно и сильно зависит от степени неравновесностн системы при этом в результате сопряжения диффузии и химической реакции возможно возникновение новых потоков массы, усиливающих или ослабляющих проницаемость и селективность мембраны по целевому компоненту. При определенных пороговых значениях неравно-весности, в так называемых точках бифуркации, возможна потеря устойчивости системы, развитие диссипативных структур, обладающих элементами самоорганизации. Это характерно для биологических природных мембран, а также для синтезированных полимерных мембранных систем, моделирующих процессы метаболизма [1—4]. [c.16]

    Предельный цикл замкнут, поэтому ему соответствует периодическое движение системы. Не останавливаясь на деталях, важных в биохимии, биофизике, теории популяций, экологии, автоколебательных химических реакциях типа реакций Белоусова—Жаботинского и др., отметим лишь, что режим самоподдерживающихся (конечно, при наличии источника знергии) монотонно возникающих (без какого-либо внешнего периодического воздействия) колебаний имеет место при устойчивом предельном цикле, что означает устойчивость амплитуды колебаний (автоколебательный режим). С предельными циклами теснейшим образом связана так называемая проблема самоорганизации, играющая фундаментальную роль во временной эволюции макрюскопических систем [152]. [c.235]

    Среди многообразия известных химических способов модифицирования поверхности твердого тела (пропитка, осаждение, соосаждение, смешение, золь/гель-нроцессы) метод МН выделяется своей прецизионностью и высокой степенью воспроизводимости. Необходимо отметить, что метод МН гарантирует формирования нанослоев на поверхности твердого субстрата (подложки) с точностью до одного мономолекулярного слоя (см. рис. 13.1.4.3). При этом толщина нанослоя задастся не временем пропускания реагентов, а числом циклов молекулярного наслаивания, включающего набор определенных химических реакций, т. е. в процессе МН наблюдаются элементы самоорганизации при формировании первого и последующих мономо-лекулярных слоев. [c.263]

    Книга посвящена анализу эффектов самоорганизации — возникновения, развития и гибели макроскопических структур в неравновесных открытых физико-химических системах. Рассмотрены аналогии между явлениями самоорганизации и фазовыми переходами в равновесных системах. Кратко обсуждены проблема зарождения турбулентности и динамические модели хаоса. Р1з-ложена теория автоволновых процессов в активных средах. Проанализировано влияние флюктуаций внешних полей на кинетику неравновесных химических реакций. Книга содержит также обзор экспериментального материала по явлениям самоорганизации в различных физико-химических системах. [c.2]

    Таким образом, в качественной форме сформулированы общие условия самоорганизации при формировании ВПС, определяемые 1) соотношением скорости химических реакций образования составляющих сеток 2) процессами золь - гель-перехода и процессами фазового разделения, протекающими по-разному в зависимости от последовательности переходов. На этом основании можно сделать заключение об особенностях микрогетерогенной структуры ВПС. В отличие от существовавщих ранее представлений о невозможности молекулярного смешения сеток вследствие их термодинамической несовместимости можно прийти к заключению, что ВПС образована тремя микрообластями незавершенного фазового разделения, каждая из которых, имея свои характерные размеры и состав, представляет собой независимую ВПС с молекулярным смешением компонентов, обусловленным их вынужденным совмещением. Таким образом, все три области являются неравновесными диссипативными структурами. Отсюда также следует вывод о том, что структура ВПС определяется тесной взаимосвязью термодинамических и кинетических (как с точки зрения химической, так и физической кинетики) условий, т.е. термодинамика 234 [c.234]

    Здесь тесно сплетаются приемы с использованием химических реакций, термодинамического и атомно-молекулярного подхода. Эти системы подчиняются принципам самоорганизации и позволяют формировать наноматериалы, которые используются в нанотехнологиях и наноустройствах. Поэтому предмет этой главы составят как характеристики формирования различных наносистем, так и ряд свойств наносистем, таких как оптические или электронные свойства. [c.346]

    Оказалось, что эта простая модель типа (4.6) может качественно описать процессы самопроизвольного возникновения волн и структур в распределенных системах, т. е. процессы самоорганизации. Они осуществляются, когда в системе возникают неустойчивости, приводящие к потере исходного распределения веществ во времени и пространстве. Вместо этого устанавливается новый тип распределения вещества во времени и пространстве, т. е. происходит самоорганизация системы. Например, потеря устойчивости стационарного пространственно однородного распределения веществ в химической реакции может привести к тому, что вместо него в системе появятся автоволны — периодические самопод-держивающиеся волны химической активности. [c.49]

    Явления самоорганизации, приводящие к образованию упоряло-1енных во времени диссипативных структур, возникают при 1ро гекании некоторых нелинейных химических реакций, в которых корость образования продукта реакции, например, квадратично зависит от концентраций реагирующих компонентов. [c.286]

    Обмен веществ, или метаболизм,—это закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах. Обмен веществ, происходящий в организме, и организма с ок-ружаюн ей внешней средой—совокупность всех химических реакций, направленных на самоорганизацию и самовоспроизведение это важнейшее свойство жизни и непременный ее приз-как. [c.353]

    Самоорганизация наблюдается также в химических реакциях, в которых участвует диффузия и которые протекают в пространственно неоднородных смесях (Atkins, 1984) (рис. 3.14). [c.53]

    Прочие химические реакции могут протекать за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТР, при условии, что они так или иначе сопряжены с этим процессом. Среди многих сотен реакций, запускаемых гидролизом АТР, следует отметить реакции синтеза биологических молекул, активный транспорт через клеточные мембраны, а также реакции, обусловливающие генерирование механических сил клеток и способность к движению. Процессы этих трех типов играют решающую роль в упорядоченности биологических систем. Макромолекулы, образующиеся в биосинтетических реакциях, переносят информацию, катализируют специфические реакции и организуются в исключительно упорядоченные структуры как в клетке, так и во внеклеточном пространстве. Связанные с мембраной насосы поддерживают специфический состав внутриклеточной среды и способствуют передаче внутриклеточных и межклеточных сигналов. Наконец, наличие механических сил и способности к движению делает возможным самоорганизацию цитоплазматического содержимого клетки, а также позволяет самим клеткам перемещаться и фуппироваться с образованием специализированных тканей. [c.85]

    Исследование фазовых переходов принадлежит к числу наиболее увлекательных областей физики. Первоначально его рамки ограничивались изучением фазовых переходов в равновесных системах, но за последние два десятилетия исследование вышло далеко за свои классические пределы. Поведение сильно неравновесных систем стало привлекать все большее внимание и превратилось в бурно развиваюш ееся и весьма продуктивное поле деятельности для физиков, химиков и биологов. Проведенные исследования позволили выработать единое представление о законах, управляющих процессами самоорганизации физико-химических и биологических систем. Значительным достижением явилось распространение понятия фазового перехода на неустойчивости, присущие только открытым нелинейным системам. Понятие фазового перехода оказалось плодотворным применительно не только к неравновесным неустойчивостям, известным уже лет восемьдесят (вспомним хотя бы некоторые гидродинамические неустойчивости), но и к неустойчивостям, открытым сравнительно недавно в квантовых оптических системах (лазерах), в химических системах (реакции Белоусова — Жаботинского) и в биологических системах. Понятие фазового перехода находит ныне применение и за пределами естественных наук — в экономике и социологии. [c.8]

    Анализ показывает, что в области порога самоорганизации особенности молекулярных механизмов не оказывают влияния на тип симметрии диссипативных структур. Этот вывод следует из универсальности уравнения Гинзбурга-Ландау (II.4.8). Возникновение макроскопической упорядоченности по механизму тьюринговской неустойчивости предполагает появление выделенной медленной степени свободы. Таковой является амплитуда критической гармоники U ехр(гА крГ). Рассмотрим произвольную систему химически взаимодействующих компонентов вблизи порога самоорганизации. Независимо от числа этих компонентов и механизмов реакций между ними после некоторого, относительно короткого, промежутка времени распределение концентраций всех реагентов в пространстве и их эволюция во времени выражаются для всех г как [c.105]

    Брюсселятор представляет собой наиболее исследованную систему, которая при разных значениях параметров может обладать разнообразным поведением во времени и пространстве. На модели брюсселятора удается выявить условия возникновения типов самоорганизации в биологических и химических системах, и в этом смысле эта модель является базовой. Обратим внимание на то, что в брюсселяторе содержится простейшая кубическая нелинейность, которая обеспечивается реакцией 2х+у< 3х [c.50]

    Поэтому естественно, что синергетическая классика — объекты, на которых удобно исследовать процессы самоорганизации в разных условиях, прежде всего связаны с химической кинетикой. Это и реакция Белоусова—Жаботинского, и кольца Лизеганга, и модель брюсселятора , построенная в брюссельской научной школе, орегонатор , модель Гирера—Мейнхардта, предложенная для описания морфогенеза. [c.315]

    Можно показать, что к последовательной химической эволюции способны только открытые элементарные каталитические систем , потребляющие для своего существования и развития свободную энергию постоянно протекающей в них базисной каталитической реакции. Теоретический анализ этого явления, проведенный на основании унифицированной модели открытой элементарной каталитической срстемы, общей для всех случаев гетерогенного, гомогенного и микрогетерогенного катализа и допускающей количественное описание эволюционных изменений По основному, кинетическому параметру (абсолютной каталитической активности), а также другим параметрам (энергетическому и информационному), приводит к определенным выводам об условиях и закономерностях саморазвития, о принципе самоорганизации каталитических систем и механизме этого явлення. [c.5]

Смотреть страницы где упоминается термин Химические реакции, самоорганизация: [c.4]    [c.18]    [c.348]    [c.348]    [c.30]    [c.204]    [c.56]   
Эволюция без отбора Автоэволюция формы и функции (1981) -- [ c.53 , c.348 ]

Эволюция без отбора (1981) -- [ c.53 , c.348 ]



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Самоорганизация



© 2025 chem21.info Реклама на сайте