Почему жизнь концентрируется при 37°С
В химическом мире можно выделить два противоположных процесса. При сравнительно низких температурах происходит синтез веществ с выделением энергии и повышением температуры. При высоких температурах имеет место распад веществ с поглощением энергии и понижением температуры. Оба процесса не имеют четких температурных границ и перекрываются при средних температурах. Таким образом должна существовать некая глобальная средняя температура, при которой процессы синтеза и распада в открытой химической системе со случайным, произвольным составом равновероятны. При этой температуре должна быть максимальна вероятность превращений веществ, а значит, должен наиболее легко протекать обмен веществ живых организмов, сочетающий, как известно, распад и синтез. Какова же эта температура?
Сегодня не существует теории для описания сложных открытых химических систем произвольного состава. Признанный специалист в области неравновесной химической термодинамики И.Пригожин считает, что такая общая теория в принципе невозможна. Автор этих строк, занимаясь этой проблематикой с 1977 года, разработал для этих целей «статистическую химию». Ее суть заключается в переходе с позиций обычной химии, т.е. описания конкретных индивидуальных химических превращений, к статистическому анализу спектров энергий межатомных связей.
Вначале пришлось разработать довольно простую «химическую» модель атома, так как применение существующей квантово-химической модели, основанной на уравнении Шредингера, для сложных открытых систем «не по зубам» даже современным компьютерам. Упрощенные модели типа Томаса-Ферми или Китайгородского (молекулярная механика) тоже не годятся. В чем суть этой модели?
Известно, что атомы щелочных металлов имеют большие размеры, их внешние электроны расположены далеко от ядра и для их удаления (т.е. ионизации атома) требуется мало энергии (около 4эВ). Щелочные металлы плавятся при низких температурах, т.е. их атомы образуют слабые связи. Атомы благородных газов, наоборот, маленькие и требуют для ионизации в несколько раз больше энергии. Они химически инертны и также образуют слабые связи.
Наиболее прочные межатомные связи образуют атомы средних размеров со средними энергиями ионизации. Среднее арифметическое энергий ионизации всех атомов Периодической системы равно 8,26±0,10эВ. Можно показать (не будем утомлять читателя, это опубликовано), что средняя энергия межатомных связей равна половине этой величины, т.е. 4,13эВ.
Основным уравнением химической кинетики является уравнение Аррениуса Na = No exp(Ea/kT), описывающее, какая доля частиц преодолевает барьер активации при образовании или разрыве межатомных связей. Однако оно не описывает, «остаются» ли эти активные частицы за барьером или они возвращаются назад, т.е. обратим или необратим процесс перехода. Степень необратимости зависит от температуры: при относительно низких температурах вновь образовавшиеся связи обычно сохраняются, при высоких же температурах они вновь распадаются. Решение соответствующего уравнения совместно с уравнением Аррениуса позволяет получить следующее значение температуры максимальной вероятности превращений:
Tmax = [(8,26 ± 0,10)/pk)]1/2 = 309,7 ± 1,9 K = 36,5 ± 1,9°C.
Немного больше о технологиях >>>
Технологические основы электроники
1. Изобразить и описать последовательность формирования
изолированных областей в структуре с диэлектрической изоляцией
Рис. 1. Последовательность формирования изолированных
областей в структуре с диэлектрической изоляцией:
а — исходная пластина; б — избирательно ...
Наш дом — Вселенная
Вот дом, который построил Джек.
Англ. народная песенка. Пер. С.Маршака
Как точно написать свой адрес?
Сначало просто: квартира, дом, улица, город,
страна. Потом, чуть подумав: планета Земля, звезда Солнце, галактика Млечный
Путь. Далее (по мере укрупнения масштаба и фан ...
