A doua lege a termodinamicii și a organismului viu
În cazul în care valabilitatea legii I a termodinamicii pentru organismele vii nu a fost niciodată pusă la îndoială, aplicabilitatea la obiecte biologice din a doua lege a provocat discuții aprinse. De fapt, entropia oricărei ORGA-INSM în viață nu crește pe măsură ce părea a fi începutul II, și a rămas mai mult sau mai puțin constantă. Unii oameni de știință cred că această caracteristică chiar și cei mai caracterizat-semnul distinctiv Terni a vieții. De exemplu, un biolog sovietic proeminent E. S. Bauer a formulat principiul „dezechilibru-bont chivogo“, potrivit căruia nevii sistem este întotdeauna lupta pentru o stare de echilibru (care este însoțită de o creștere a entropiei-camping), în timp ce organismele vii sunt insuficient să se abțină de stat non-echilibru cu entropie constantă prin energia liberă. Acest lucru, de fapt, poziția corectă este o inexactitate semnificativă, care va fi discutat în continuare. Este important să rețineți că anumite setări vitaliste ennye oamenii de știință au prezentat conceptul de „anti-entropie“ misiune specială de viață din cauza unor „forță vitală“. La această oră, a devenit evident că toate aceste argumente, care sunt încă găsesc în literatura populară, bazată pe sub-prudență.
Termodinamica sistemelor deschise razrabotena relativ recent (în 50-60-e ale acestui secol) un număr de oameni de știință, printre care un loc aparte este ocupat de IR Prigogine, un premiu pentru activitatea Premiul Nobel. Ideea de bază este destul de simplu Prigogine. Schimbarea totală în entropie a sistemelor deschise, trebuie să fie reprezentate sub formă de două părți: prima cauza lor (# 916; i s) sunt procese interne care sunt ireversibile și întotdeauna însoțite de disipare a energiei; a doua porțiune (# 916; e s), datorită schimbului de energie și materie între sistem și mediul înconjurător. Prin urmare,
O expresie similară poate fi scrisă pentru o schimbare de jumătate de termen a energiei libere a unui sistem deschis:
Deoarece toate procesele reale în sisteme deschise este opțional-ireversibilitate, The # 916; i intotdeauna mai mare decât zero, o # 916; i G - întotdeauna negativ, dar. în ceea ce privește # 916; e s (sau # 916; e G), semnele acestor valori în situații diferite pot avea semnificații diferite în cursul schimbului cu mediul, energia liberă a sistemului poate și Uwe-lichivatsya și scădere. Nu este greu de ghicit că în organiz-mi este prima dată când are loc în asimilarea de produse alimentare, în timp ce al doilea - cu efecte negative care cauzează costuri suplimentare Nye de energie liberă.
Trebuie remarcat faptul că acumularea de energie liberă a (și, în mod corespunzător, o scădere a entropiei sale) este întotdeauna asociată cu o creștere a entropiei în Cond DE, adică, în alte organisme, care sunt asociate cu B-dic a studiat acoperit de sistem. Luați în considerare, de exemplu, relația de fotosinteză cu pro-cesiunii care apar pe soare. La crearea unui mol de energie liberă de glucoza a plantei este crescută cu aproximativ 48000 J, iar entropia este redus cu 160 J K -1 (la tempera-rotund 300 K). Sinteza unei molecule de glucoza necesita fascicul de raze abs trei scheniya, și, bazat pe un mol - 3NA = 23 = 18 brumărel cuante. În timpul reacțiilor de fuziune furnizează pe o cantitate de radiație cuante-ing soare, entropia crește Sun 1800 J. K -1. Prin urmare, un TION compensat de reducere a entropiei la 160 J K -1 în non-necesitate produsele entropie biosferă Pământului 1800 JK -1 pe soare.
În general, într-un sistem deschis # 916; e ≤≥0, în care un interval de timp LARG schimbare totală de entropie poate fi diferită, deoarece valorile variază în mod continuu # 916; i s și # 916; e s și la ultimul - și un semn. În legătură cu această opțiune a fost introdusă în termodinamică sisteme, care a fost absent in termodinamica clasica (termodinamica sistemelor izolate) de acoperit. Este vorba despre timp. În termodinamica clasică consideră setat numai modul care va permite, nu este luată în considerare dependența parametrilor de proces termodinamic din când în când. Termodinamica sistemelor deschise este în mod opțional, du-te pentru a lua în considerare schimbarea continuă a energiei libere și entropia, datorită cuplării acestor sisteme cu schimbarea în mod constant mediul extern.
Prin urmare, formularea a doua lege a termodinamicii pentru sisteme deschise corespunzătoare pentru a introduce valoarea vitezei
ds / dt schimbă entropii- care este definit de expresia
Membru - di s / dt se numește producția entropie, și de s dt entropie / homo-com.
Acum putem formula a doua lege a termodinamice-ki pentru sisteme deschise: sisteme deschise de-Menen interne entropie este întotdeauna pozitiv, iar schimbarea a energiei interne libere este întotdeauna negativ. Acesta subliniază ireversibilitatea reală a proceselor termodinamice în sisteme deschise:
Într-un sistem izolat, de s / dt = 0 și ds / dt = di s / dt Din
ar trebui să fie formularea „clasic“ al doilea
Pentru a menține viața necesară va face un continuu-set în corpul energiei libere în mediu, care ar umple-neîncetate scădere a energiei libere a organismului va efectua în diferite specii, și pentru a menține constantă organismului entropie. Acest proces este numit uneori fluxul de entropie negativă în organism. Termenul „entropie negativă“ (sau „entropie negativă“) mulțumit, dar greu de înțeles și de multe ori confundă termo-nologie, astfel încât acestea au utilizat puțin în ultimii ani. Din moment ce implică, în special, o altă concepție greșită. În literatura de specialitate se poate găsi declarația dacă organismul devine cu entropia negativă cu punct de fierbere pi, deoarece produsele alimentare sunt proteine, acizi nucleici, polizaharide, grăsimi - ve există cu entropie joasă, deoarece molecula complex atomii de distribuție ordonată și termodinamic Env probabilitatea unui astfel de sistem este scăzut. Cu toate acestea, aceste declarații nu iau în considerare faptul că, în tractul digestiv toate moleculele complexe sunt descompuse în monomeri. Ei BCA ik- din intestin in sange si de acolo pentru a pătrunde în celule. Este derivat dintr-o energie liberă monomer în oxidare biologică. Prin urmare, Nick Coy „negativă“, și chiar și low-entropie a unei persoane care nu este o semi-chaet asimilarea alimentelor. ingestia de alimente oferă un punct de vedere termodinamic, o aprovizionare constantă a corpului de energie liberă. Peste 60 de ani de viață, o persoană care mănâncă aproximativ 14 de tone de carbohidrati, 2,5 tone de proteine și grăsimi. Dacă adăugăm 56 de tone de apă bei, este ușor de calculat că în corpul uman în timpul vieții trece în masă ve societăți, de o mie de ori mai mare decât propria sa greutate. Acest lucru confirmă în mod clar că un organism viu - un B tem deschis.
Staționare numit-o stare de sisteme deschise pe care le avem, în care principalii parametri ai sistemului macroscopice, vom rămâne constantă. Este necesar să se sublinieze diferența fundamentală între o stare de echilibru și de stare staționară
Caracteristicile și starea de echilibru staționar
(Gubanov, Utepbergenov, 1978)
Energia liberă și entropia sistemului funcționează în sistemul obține absența maximă a gradienților în sistem
Energia liberă a sistemului și rabotosposo-- NOSTA constantă, dar nu și entropia minimă în sistem este constantă, datorită egalității de produse și de entropie prezența permanentă a fluxului gradientilor în sistem
Într-o stare de echilibru în sistemul oprit toate pro-procese, în plus față de mișcarea termică a moleculelor; în consecință, vă-se traduce pante de estimare. În starea de echilibru sunt de reacție chimică, de difuzie, de transport de ioni și alte protses-SY, dar ele sunt echilibrate, astfel încât starea sistemului în ansamblul său nu se schimbă. La starea de echilibru, de acolo Grad-cients între părțile individuale ale sistemului, dar acestea rămân constante. Acest lucru este posibil numai în condițiile în care mediul sistemului primește agentul și energia liberă, și oferă produsele de reacție și căldura. criteriul termodinamică (condiție) cu staționare nefixata egalitatea între producția de entropie ORGA-NISM și fluxul de entropie din ea în mediu:
iar modificarea totală a entropiei este zero:
Este clar că, caracteristic echilibrului termodinamic al nici un flux de substanțe dintre sistem și mediul înconjurător, în timp ce starea de echilibru a unui sistem deschis menținut metabolismul bla Godard și energie cu mediul înconjurător. Este în mediul de aproximativ Rouge sistem deschis atrage liber Ener Gia necesară pentru a menține o stare de echilibru. Pentru a salva echilibrul termodinamic consuma energia liberă nu este necesară,
Într-un sistem biologic, echilibrul termodinamic mustață-tanavlivaetsya numai la apariția morții. În organism convențional viu whiskers-loviyah menține o stare staționară, care se caracterizează nu prin absența proceselor, și, astfel, cursul lor (de obicei, un foarte activ și ocupat), cu co-torus ele sunt echilibrate, astfel încât parametrii principali ai sistemului rămân neschimbate, creând externe Imprint-Lenie ' odihnă. "
Naturaliștii au observat mult timp dorința de sisteme biologice, organisme mai ales foarte bine organizate, dar să mențină de bază-riența vieții la un nivel constant pe tot parcursul vieții. Lo-Redin secolului trecut fiziolog remarcabile reprezentări ale constanța „mediului intern“, care se referă la sângele, limfa și intercelulară lichidul (interstițială) C. Bernard-a creat. Acesta „este gruzheny-“ celulele tuturor țesuturilor și organelor. Mediul intern al superior fire-votnyh caracterizate printr-un proprietăți fiziologice relativ constante fizico-chimice și: temperatura, pH-ul, conținutul de oxigen și uglekis logo-gaz, apa, ioni, zaharuri si alte materiale, scăderea tensiunii arteriale relativ stabile-Ness, compoziția celulelor sanguine și alte așa Du--numite constante fiziologice.
Bernard K. atribuit valoarea mediului intern de un fel de „efect de seră.“ Cell. El a susținut că „constanța mediului intern este o condiție necesară pentru viață liberă la animale mai mari.“ Disponibilitatea integrat pe suportul interior ale cărui proprietăți sunt menținute constante chiar și cu schimbări semnificative în condițiile de mediu, permite persoanei păstrează nyat-viață cu fluctuații semnificative ale parametrilor fizico-chimice ale lumii exterioare.
Deoarece 1939 înrădăcinate în știință, termenul „homeostazia“ (iCal cuvinte Gre-derivate: # 947; # 969; # 956; # 969; # 953; # 969; # 963; -odinakovy, # 963; # 964; # 945; # 963; # 953; # 963; stare). Această stare a sistemului biologic este asigurată de interacțiunea mediului intern cu lumea exterioară. Din mediul extern o persoană devine tot ce are nevoie pentru viață. Corpul ei dă sale „toxine“. consumatorii majore de tot ce are sistem biologic de bame kg Ambient și producătorii „zguri“ sunt celule. Cu toate acestea, în corpul animalelor superioare predominante parte a celulelor nu vin în contact direct cu mediul extern. Celulele sunt puse în contact cu corpul mediu ADNurile TREN, și că, la rândul ei, este conectată cu mediul extern prin circulator, respirator, digestiv, separare.
Din aceasta putem înțelege că homeostazia este tocmai starea de echilibru a unui organism al animalelor superioare.
Termodinamica sisteme deschise vă permite să deschideți mai multe ode, bine motivul de fezabilitate a stării de echilibru pentru sistemele de bio-logic, care este afișat în teorema Prigogine.