Свойства открытых систем

Мембрана, как и любая открытая система вблизи равновесия, при неизменных внешних условиях стремится к устойчивому стационарному состоянию, которое характеризуется минимальным положительным значением производимой энтропии. Диссипативная функция Ч , определяемая соотношением типа (1.9), обладает свойством потенциала, т. е. минимальна в стационарном состоянии, которое устойчиво и однозначно, если. сохраняется линейность связей между потоками и силами, положенная в основу феноменологических уравнений (1.7) и соотношения Онзагера (1.8). [c.26]

В настоящей главе будут выведены основные дифференциальные уравнения кинетики реакций в открытых системах на примере реакторов идеального смешения и рассмотрены некоторые важнейшие свойства открытых систем. [c.378]

Сказанное выше является общим свойством открытых систем. В случае, если в открытую систему осуществляется непрерывная подача с постоянной скоростью (или, в случае диффузии, при постоянном коэффициенте диффузии) исходных веществ, то в системе спустя некоторое время устанавливаются стационарные концентрации всех исходных и промежуточных веществ, а также продуктов реакции. Стационарные концентрации определяются константами скоростей реакций, идущих в открытой системе, концентра циями компонентов реакции в окружающ,ей среде и параметрами, характеризующими интенсивность материального обмена открытой системы со средой. Стационарные концентрации компонентов реакции, устанавливающиеся в открытой системе, не зависят от начальных концентраций компонентов реакции в открытой системе. [c.382]

Позднее американский биохимик Фокс описал экспериментальные условия, в которых термическая конденсация смеси аминокислот приводила к образованию полимеров. Такие смеси полипептидов образовывали в соленой воде проте-ноидные микросферы и проявляли в присутствии АТР многие черты поведения, характерного для клеток. Фактически капли Опарина и Фокса вели себя как термодинамически открытые системы. Это составляет одно из фундаментальных свойств живой материи. [c.188]

Разбиение величины изменения энтропии открытой системы на две составляющие Б и с1 8 позволяет легко обнаружить принципиальные различия в термодинамических свойствах открытых и изолированных систем. [c.296]

Для химии наиболее интересны случаи, когда количества веществ изменяются. Изменения эти могут происходить не только в открытых системах, но и в закрытых, в результате химических реакций и фазовых превращений. Они приводят к изменению внутренней энергии системы и, следовательно, к изменению Н, Р, О и других свойств системы. [c.100]

Термодинамика стационарных процессов позволяет ответить на все вопросы, связанные с открытыми системами, т. е. определить потоки и найти значения возникающих градиентов свойств в зависимости от величины существующих. Если градиент параметра не является постоянным, но изменяется достаточно медленно, можно реальный процесс рассматривать в каждый момент времени как квазистационарный. [c.414]

Наряду с закрытыми системами существуют открытые системы, в которых осуществляется обмен веществом с окружающей средой. В некоторых случаях при проведении химических реакций используют такие системы. К ним относятся живые организмы, начиная с простейших одноклеточных. Общеизвестно, что неотъемлемым свойством живой материи является обмен веществ, т. е. поступление в организм продуктов питания, а в огромном числе случаев также и кислорода, и вывод из организма вредных продуктов метаболизма. В открытых системах изменение количества каждого компонента происходит за счет изменения в результате химического процесса и изменения в результате переноса вещества через границу системы. [c.192]

Это выражение справедливо независимо от того, по какой причине произошли изменения чисел молей компонентов. Если рассматривать открытые системы (см. 11.1), то можно было бы описать с помощью равенства (12.5) изменение суммарного свойства в результате добавления в раствор каких-либо компонентов или в результате ИХ изъятия (например, из описанной выше системы можно вынуть маленький кусочек цинка, не успевший раствориться в соляной кислоте). [c.211]

До сих пор мы рассматривали закрытые системы, масса которых оставалась неизменной. Все взаимодействие их с внешним миром заключалось только в передаче энергии из системы к внешним телам (или обратно) путем теплообмена или производства работы. Теперь мы обратимся к очень важным для химии открытым системам, в которых может меняться количество какого-либо одного вещества или всех веществ путем добавления их к системе (или отнятия от нее). Вначале допустим, что наша система однородна (гомогенна). Это значит, что все вещества, входящие в систему, образуют одну фазу, т. е. однородный раствор (газообразный, жидкий или твердый), причем в любой части этого раствора его свойства одинаковы. [c.47]

Статистическая термодинамика устанавливает связь между макроскопическими свойствами системы и свойствами образующих систему частиц, основываясь на законах механики и теории вероятностей. Макроскопическая система рассматривается как совокупность частиц, движение которых описывается уравнениями механики. Специфика подхода здесь по сравнению с чисто механическим состоит в том, что механические переменные выступают как случайные величины, которым присущи определенные вероятности появления при испытаниях. Термодинамические величины интерпретируются либо как средние значения случайных величин (внутренняя энергия системы, находящейся в тепловом контакте с окружением, число частиц в открытой системе и т, д,),либо как характеристики распределения вероятностей (температура, энтропия, химический потенциал), [c.73]

Открытыми называют системы, обменивающиеся с окружением частицами, в отличие от закрытых систем, для которых обмен частицами с окружением невозможен по условиям изоляции (закрытая система находится в непроницаемой для частиц оболочке). Свойства-открытых систем будут рассмотрены в гл. V. [c.45]

Еще в эпоху открытия Системы элементов предстала перед исследователями задача количественного предсказания свойств неоткрытых или мало исследованных элементов и их сс.единений интерполяцией из свойств соседних по таблице элементов. Д. И. Менделеев дал ряд блестящих примеров такой возможности, использовав крестообразную интерполяцию, т. е. среднее арифметическое свойств соседних элементов как по строке, так и по столбцу. [c.109]

BOM вещества, т. е. для закрытых систем. В открытых системах, когда изменяются количества веществ, при поступлении извне или при удалении, а также вследствие химических реакций, соответственно будут изменяться и их термодинамические свойства. Например, внутренняя энергия открытой системы зависит от числа молей входящих в нее компонентов п, И2...я/. Так как дифференциал внутренней энергии является полным, то [c.54]

Существует достоверное соответствие между первичными концепциями, лежащими в основе понятия молекулярной структуры, и топологическими элементами молекулярного зарядового распределения. Такое соответствие приводит к теории молекулярной структуры, основанной на свойствах зарядового распределения — свойстве молекулярной системы, определяемом экспериментально. Теория связана с квантовой механикой она показывает, что атомы, определяемые с помощью такого соответствия, представляют собой класс открытых квантовых подсистем с однозначным набором свойств, определяемых с помощью вариационного метода. Ранее был дан обзор как топологических [1], так и квантовомеханических [2] аспектов теории. Настоящая статья является обзором топологического анализа плотности заряда, приводящего к теории структуры и структурной устойчивости молекулярных систем . [c.56]

Благодаря этому свойству интеграл действия для атома обращается в нуль, как это происходит и для полной системы, и, что наиболее важно, вариация атомного интеграла действия приводит к тому же результату, что и вариация интеграла действия для полной системы. Таким образом, если в качестве вариационного ограничения при распространении квантового принципа действия на открытие системы принимается это свойство нулевого потока Vp через поверхность системы, получают тот же принцип стационарного действия для атома в молекуле [2], что и получаемый при вариации интеграла действия для полной системы [6]. Следовательно, свойства атома определяются тем же принципом, что и свойства полной изолированной системы, частью которой он является. [c.63]

Если в систему вводятся или из системы выводятся какие-то вещества или если в системе происходит химическая реакция, то термодинамические свойства системы изменяются. Такая система называется открытой. В этом разделе будут рассмотрены гомогенные открытые системы, потому что они проще, чем открытые системы, состоящие более чем из одной фазы. Если гомогенная система содержит А различных веществ, то ее внутреннюю энергию можно рассматривать как функцию 5, У, [c.67]

Биологическая система - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих живых элементов различной сложности от клеток до экосистем. Обладает свойствами целостности, относительной устойчивости и адаптируемостью к условиям внешней среды. Относится к открытым системам, условием существования которых является обмен с внешней средой энергией, веществом и информацией. [c.291]

Перечень достижений естествознания XX в. фундаментальной важности был бы неполным без еще одного эпохального события, которое произошло совсем недавно - в конце 70-начале 80-х годов. Речь идет о возникновении нелинейной неравновесной термодинамики, или физики открытых систем. Ее становление обязано прежде всего И.Р. Пригожи-ну, разработавшему теорию динамических состояний макроскопических систем особого типа - диссипативных самоорганизующихся структур -и теорию бифуркаций, дифференцирующую беспорядочные флуктуации на обратимые (равновесные) и необратимые (неравновесные). Они составили основу для изучения явлений, суть которых определяется неразрывной связью макроскопических свойств большого ансамбля с индивидуальными свойствами микроскопических составляющих. В открытых системах, находящихся вдали от положения равновесия, могут протекать процессы, приводящие к спонтанному возникновению порядка из хаоса. Источником самопроизвольного конструирования пространственного и пространственно-временного порядка на всех уровнях структурной организации системы является необратимость бифуркационных флуктуаций. [c.10]

Надо иметь в виду, что иногда объяснение сдвига температурного интервала может быть и другим проток любого газа (вместо статической атмосферы) над открытым держателем образца снизит парциальное давление выделяющегося газа, и одно это уже уменьшит температуру разложения. Не следует забывать и об изменении тепловых свойств термоаналитической системы при замене газа среды (см. гл. 5). [c.43]

Изучение открытых систем - одно из перспективных направлений термодинамики завтрашнего дня. Самоорганизация в открытых системах всегда выступала как островок сопротивления второму началу равновесной термодинамики, которое предсказывает дезорганизацию и разрушение структуры в изолированной системе при эволюции к равновесию, Заслугой неравновесной термодинамики является установление того факта, что самоорганизация - общее свойство открытых систем. При этом именно неравновесность служит источником упорядоченности, Этот вывод послужил отправной точкой для идей синергетики, выдвинутых учеными Брюссельской школы во главе с И. Пригожиным. [c.67]

Среди циклических сопряженных систем наибольший интерес представляет группа соединений, отличительной чертой которых является повышенная термодинамическая устойчивость по сравнению с сопряженными открытыми системами. Эти соединения обладают и другими особыми свойствами, совокупность которых объединяют общим понятием ароматичности. К ним, в первую очередь, относится способность таких формально ненасыщенных соединений вступать в реакции замещения, а не присоединения, устойчивость к действию окислителей и температуры. Циклы этих систем по химическому строению могут быть только углеродными (арены и их производные) или содержать еще гетероатомы (гетероциклические соединения), и в них может осуществляться как л, Л-, так и р, л-сопряжение. [c.45]

Термодинамика описывает только макроскопические системы, т. е. системы, состоящие из большого числа частиц, поведение которых может быть описано законами статистики. Процессы, происходящие в таких системах, проявляются в виде тепло- или массо-обмена между отдельными составляющими их объектами. В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы изолированные, закрытые и открытые. Изолированными являются системы, совершенно не взаимодействующие с окружающей средой, т. е. не обменивающиеся с ней ни веществом, ни энергией и, следовательно, имеющие постоянный объем. К закрытым относятся системы, не обменивающиеся с окружающей средой веществом, но взаимодействующие с ней путем передачи энергии (в виде теплоты или работы). И, наконец, открытые системы —это системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом (они могут, естественно, обмениваться и энергией). Различают также системы гомогенные, не имеющие внутри себя поверхностей раздела между отдельными частями, различающимися по свойствам, и гетерогенные, содержащие указанные поверхности. Системы, состоящие только из твердых и (или) жидких веществ, называются конденсированными. [c.189]

Изложенные соображения делают поэтому более предпочтительным другой путь, который состоит в выяснении закономерностей процессов открытого испарения с помощью методов качественной теории дифференциальных уравнений. Указанные методы позволяют исследовать важнейшие свойства решений системы (П,3), не прибегая к интегрированию самой системы уравнений и основываясь на ограниченном числе качественных характеристик равновесия между жидкостью и паром. Отметим попутно, что [c.24]

Следует заметить, что вода и водные системы являются труднейшим объектом исследования. Относясь к так называемым открытым системам, они обмениваются с внешней средой не только энергией, но и веществом. Одновременно—это плохо организованные системы, свойства которых не однозначно и не аддитивно зависят от многих еще не полностью вскрытых факторов. [c.8]

Значительное преимущество первой системы — возможность создания одинаковой по свойствам эмульсин углеводородов и кислоты во всем объеме реактора и обеспечение условий для создания высококачественной эмульсии. Эти условия не могут быть осуществлены в реакторе второго тина с открытой системой охлаждения вследствие разрушения эмульсии при отсосе из реактора части ух леводородов. Между тем вопрос создания равномерной и высококачественной эмульсии — важнейший для осуществления акта взаимодействия молекул изобутана и бутилена в присутствии серной кислоты. [c.454]

I. Свойства открытой системы таковы, что при удалении из нее dtii моль -го компонента (т. е. при соответствующем уменьшении его концентрации в открытой системе) его химический потенциал в системе увеличивается [c.60]

II. Свойства открытой системы таковы, что при удалении из нее dtii моль -го компонента химический потенциал его в си- [c.60]

Большинство изучаемых в природе термодина.ушческих систем -открытые системы, т е, способные обмениваться энергией с внешней средой. Классическая термодинамика рассматривает в основном равновесные состояния системы, в которых параметры не изменяются во вре.мени. В открытых же системах реакции и соответствутощие энергетические превращения происходят постоянно, поэтому нужно знать скорости трансфор.мации энергии в каждый момент времени. Это значит, что в энергетических расчетах нужно учитывать фактор времени, для чего необходимо сочетать термодина.мический и кинетический подходы к описанию свойств открытой системы. Проблема заключается в том, чтобы понять, как связано изменение энтропии с параметрами процессов в открытой системе и выяснить, можно ли предсказать общее направление необратимых процессов в открытой системе по изменению ее энтропии. Главная трудность при решении этой проблемы состоит в том, что необходимо учитьшать изменение всех термодинамических величин во времени непосредственно в ходе процессов в открытой системе. [c.65]

Любая термодинамическая система обладает конечным запасом энергии, которая может явиться источником для производства работы и теплоты. Свойства системы определяются величиной таких параметров, как V, Т, Р я другие. Этими же параметрами определяется запас энергии в системе. В закрытой, изолированной или открытых системах могут проходить взаимопревращения энергии одного вида в другой, теплоты в работу и работы в теплоту только в соответствии с законом сохранения. Закон сохранения определяет, что энергия не создается из ничего и не может превратиться в ничто если в ходе протекания процесса исчезает некоторое количество энергии данного вида, то взамен появляется в строго эквивалентном количестве энергия другого вида. Так, энергия химического процесса может превращаться в строго эквивалентном количестве в световую энергию или энергию электрических батарей. Закон сохранения формулируется также и как закон неунич-тожимости энергии, а именно, в любой системе различные виды энергии превращаются друг в друга, но общее количество энергии в ней остается неизменным. [c.15]

Вопросы качественной теории уравнений химической кинетики подвергнуты рассмотрению в монографии [194]. В ней исследованы условип множественности стационарных состояний в открытых системах и показано, что необходимым условием существования нескольких решений системы уравнений квазистационарности является наличие в механизме процесса стадии взаимодействип различных промежуточных веществ. В [194] делается попытка выделения структур, ответственных за появление критических эффектов для классических уравнений химической кинетики. Важным свойством структурированных форм является то, что они наглядно представляют, как "собирается"сложный механизм из элементарных стадий. Для линейных механизмов получены структурированные формы стационарных кинетических уравнений. На этой основе могут быть выяснены связи характеристик механизма процесса и наблюдаемых кинетических зависимостей. Показано, что знание механизма процесса и констант равновесия позволяет построить ограничения на нестационарное кинетическое поведение системы, причем эти ограничения оказываются существенно более сильными, чем обычные термодинамические. [c.236]

Это следует из свойства независимости тepмoдинavrичe киx потенциалов от пути процесса. Очевидно, что при переходе к открытым системам вид распределения сохраняется, хотя параметры искажаются в зависимости от количества добавок соот- [c.27]

Стат -методы являются наиболее часто используемым вариантом прн детектировании каталитических реакций в открытых системах. В зтом случае pear гент добавляют в реакционный сосуд с такой скоростью, чтобы характеристическое свойство исследуемой реакции оставалось постоянным. В начале процесса добавляют небольшое количество необходимого рег1гента до тех пор, пока не достигается желаемого значения детектируемого параметра (pH, оптическая плотность). Любое отклонение от этого состояния в результате дальнейшего развития реакции немедленно компенсируется гштоматическим добавлением аналитического реагента. При этом скорость достижения постоянного сигна- [c.353]

По образному выражению проф. А. А. Жуховицкого, открытие хроматографии можно сравнить с созданием микроскопа. Благодаря ей открылся новый, неведомый ранее мир многих компонентов, примесей и микропримесей . В настоящее время она заняла ведущее место среди методов анализа сложных смесей, и трудно найти область естественных наук, в которой бы не использовались достижения хроматографии. При этом часто забывают, что хроматография — это прежде всего мощный метод разделения, реализующий малейшие различия в физико-химических свойствах компонентов системы благодаря многократному повторению процессов распределения веществ при их движении по колонке. [c.5]

Берталанффи считает биологические явления познаваемыми средствами точной науки. Мнимое противоречие с термодинамикой снимается, если учесть, что организмы — открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом и энергией. Между тем каноническая термодинамика относится к изолированным системам. Поэтому для физического истолкования биологических явлений необходима термодинамика открытых систем, неравновесная термодинамика. Берталанффи усматривает основу теоретической биологии в теории систем. Система — совокупность объектов, взаимодействующих друг с другом. Свойства системы нельзя представить суммой свойств. образующих систему элементов. Рассмотрение системности позволяет исследовать проблемы целостности, динамического взаимодействия и организации. Для биологии эти проблемы — основные. [c.14]

Современная биофизика сложных систем посвящена исследованию физических основ поведения организма или некой его функциональной подсистемы как иелого. Здесь на первый план выступают те особенности, от которых практически полностью отвлекается молекулярная биофизика и почти полностью — биофизика клетки. Это — свойства организма как открытой системы, саморегуляция и самовоспроизведение. Сложной системой в этом смысле является не только организм, но и популяция, и биогеоценоз, и биосфера в целом. Биофизика сложных систем объединяется с теоретической биологией. [c.50]

С. Фокс, охлаждая растворенные в воде протеиноды, получил микроскопические частицы, названные им микросферами, которые обладали определенной внутренней организацией и рядом интересных, с биологической точки зрения, свойств. Смешивание раствора гуммиарабика и желатины приводит к формированию другого вида микроскопических структур, названных коацер-ватными каплями. Позднее было показано, что коацерваты возникают в результате объединения различных полимеров, например полипептидов и полинуклеотидов, при этом для получения коацерватов основное значение имеет не специфичность внутримолекулярного строения образующих их компонентов, а степень их полимеризации. Такие пространственно обособленные открытые системы, построенные из полимеров, были названы протоклеткам и . [c.194]

В системах как с открытым, так и с закрытым максимумом на кривых свойств затвердевших сплавов можно ожидать сингулярные точки при составе дальтонида. В ряде систем это и было найдено для твердости, электропроводности и ее температурного коэффициента, плотности, коэффициента теплового расширения, термоэлектродвижущей силы и ее температурного коэффициента, теплопроводности, давления истечения. Как показал Погодин [2], это как раз такие свойства, изотермы которых для металлических сплавов, представляющих собой механические смеси, при соответствующем способе выран ения концентраций прямолинейны, и, следовательно, их отклонения от прямолинейности при том же способе выражения состава можно связывать с химическим взаимодействием, конечно, при соблюдении определенных условий эксперимента. На рис. XI.5 приведены кривые некоторых из указанных свойств для системы Mg—Ag. [c.137]

Температура конденсата может колебаться в значительных интервалах, достигая в открытых системах 100 °С и закрытых — 200 °С и более. В результате коррозии теплоиопользующей аппаратуры и трубопроводов производственный конденсат загрязняется гидроксидом железа(III), концентрация которого достигает 0,1—1,0 мг/л. Несмотря на существенное увеличение концентрации ионов водорода при нагревании конденсата (pH 7,0), он по коррозионной агрессивности не может быть приравнен к раствору кислоты, имеющему такое же значение pH конденсат менее агрессивен. Такое различие объясняется тем, что при нагревании в конденсате появляется дополнительное количество не только ионов Н+, но и ионов ОН , которые способствуют пассивации металла. Таким образом, повышение температуры, с одной стороны, способствует развитию процесса коррозии в результате сдвига потенциала водородного электрода в положительную область (примерно на 70 мВ), а с другой стороны, затрудняет протекание процесса из-за усиления пассивируемости металла ионами ОН ". Подобное свойство воды проявляется лишь в отсутствие примесей. [c.85]

Прн использовании температурного фактора как. средства повышения скорости коррозии необходимо учитывать характер протекающего процесса. Скорость электродных реакций с повышением температуры увеличивается, однако температура влияет и на ряд других факторов— растворимость кислорода, свойства защитных пленок на металлах и т. п. Необходимо иметь в виду, что в открытых системах скорость кислородной деполяризации возрастает при увеличении температуры лишь до определенного предела ( 60°С)- Дальнейшее ее повышение резко уменьшает растворимость кислорода, что приводит к обратным результатам, т. е. к уменьшению скорости коррозии.. Для процессов коррозии, протекающих с водородной деполяризаи ией (кислые электролиты), этих ограничений не существует и температуру можно повышать вплоть до температуры кипения. При этом рекомендуется учитывать изменение температурного коэффициента процесса. [c.10]

Дёринг и Нокс [14] обнаружили, что дибромтропили-ден претерпевает термическое элиминирование бромистого водорода с образованием резонансно стабилизированного бромистого тропилия. После этого открытия замечательные свойства ароматической системы, представленной катионом тропилия [15], привлекли к себе внимание. В сотрудничестве с проф. Дёрингом и его группой в Иэйле удалось измерить теплоту гидрогенизации хлористого тропилия, равную —86,23 0,08 ккал/.ноль . Теплота гидрогенизации бромистого тропилия равна —89,06 0,17 ккал/моль, и эта разница, очевидно, указывает на некоторую ассоциацию ионов галоидного тропилия или образующегося при гидрогенизации галогеноводорода в используемом растворителе. Ввиду осложнений, вносимых этой проблемой и сольватацией, мы не пытались оценить энергию стабилизации в ионе тропилия, а довольствовались [c.97]

Чем меньше энтропия, тем выше упорядоченность системы. Отмеченное налш свойство открытых систем лежит в основе возникно вения эффектов самоорганизации в таких случаях. К обсуждению роли энтропии в эволюции физико-химических систем мы возвратим ся в следующих главах книги. [c.21]