Супрамолекулярная термодинамика

Определение понятия

Citation
, XML
Authors

Abstract


Супрамолекулярная термодинамика» или «термодинамика межмолекулярных взаимодействий» – феноменологическая термодинамика, изучающая квазизакрытые квазиравновесные системы


«Супрамолекулярная  термодинамика» - феноменологическая термодинамика. Она  изучает гомогенные и гетерогенные химические и биологические системы, в том числе открытые (квазизакрытые) квазиравновесные системы с использованием методов равновесной термодинамики (термостатики) и квазиравновесной кинетической термодинамики. Супрамолекулярная  термодинамика исследует образование  мерцающих и долгоживущих кластеров, ансамблей, супрамолекулярных агрегатов, органелл, клеток, биотканей, а также  других биологических структур высших иерархий, взаимодействующих посредством  химических веществ (например, запахов), физических полей и сил. В отличие  от химической термодинамики и супрамолекулярной  химии, изучающих взаимодействия индивидуальных молекул или частиц и вычисляющих  термодинамические параметры, отнесенные к  молю веществ, супрамолекулярная  термодинамика оперирует усредненными (удельными) параметрами, отнесенными  к единицам объема или массы.
 

 

Супрамолекулярная термодинамика – феноменологическая термодинамика  простых, сложных, гомогенных или гетерогенных систем, исследующая системы на интегральном уровне [4]. Взаимодействия в сложных гетерогенных системах, вследствие межмолекулярных взаимодействий различной природы в термодинамической системе, не могут быть результативно исследованы методами статистической термодинамики.

Размер  выделенного исследуемого микрообъема системы должен существенно превосходить объем «среднестатистического» мерцающего или долгоживущего кластера. Другими словами, должен выполняться критерий:

                                                     V микрообъем  >> V кластер                        (1) .

Заметим, что критерий (1) может быть представлен  в терминах несоизмеримости средних  молекулярных масс вещества (находящегося в микрообъеме) и кластера.

Для ясности  можно сделать следующее пояснение. С точки зрения представлений о полижидкокристаллической структуре биологических систем, «биологическим мерцающим кластером» следует считать объединение сравнительно небольшого количества молекул и их фрагментов, а также ионов, которое (объединение) на малых временах может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами.

Использование критерия (1) снимает вопросы относительно определения границ исследуемого микрообъема  живой (биологической) системы, как  термодинамической системы. Любой  исследуемый микрообъем (или «микромасса»)  биосистемы, удовлетворяющий представленному  критерию, может быть охарактеризован  усредненной величиной термодинамической  функции, в частности, усредненной  величиной функции Гиббса.

Супрамолекулярная термодинамика утверждает, что в  процессе онтогенеза (а также филогенеза и эволюции в целом) удельная функция  Гиббса образования супрамолекулярных  структур тканей организмов, C:UsersЗаретаPicturesimage17.gif    стремится к минимуму:

C:UsersЗаретаPicturesimage113.gif

                                                                             (2)

где V – объем исследуемой системы, m – микромасса выделяемых «кластерных» микрообъемов, соответствующих критерию (1); x, y, z координаты; символ «» означает, что величина

является удельной (отнесенной к макрообъему); символ «~» подчеркивает гетерогенный характер системы. Заметим, что соотношение (2) иногда записывается в другой форме [5], в нем вместо m может фигурировать микрообъем – v, а C:UsersЗаретаPicturesimage17.gif

C:UsersЗаретаPicturesimage2.gifобозначается как

Подобное  равенство, записанное для сложных  биологических [1, 2, 4] и полимерных [6] систем, предполагает учет межмолекулярных (супрамолекулярных) и других физических взаимодействий (например, электромагнитных и гравитационных) во всех иерархических структурах живого мира.

Представление о супрамолекулярной (межмолекулярной) термодинамике, как самостоятельной области знания, введено автором в 1977 году [7]. 

Примечание

Четкое разделение термодинамической стабильности молекулярных (химических) и супрамолекулярных структур (как и структур высших иерархий) в живых системах в настоящее время не представляется возможным. В идеализированном случае следовало бы определять усредненную (отнесенную, например, к единице объема) стабильность молекул (химических связей), образующих ткань живого объекта. Аналогично этому, необходимо было бы определять супрамолекулярную (межмолекулярную) стабильность структур с участием молекул и ионов живой ткани, – структур, образующихся при переходе этих молекул и других компонентов живой системы из гипотетического состояния газа (молекул, находящихся в вакууме или инертном газе без существования межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий) в супрамолекулярные живые структуры.  Делать это невозможно. Однако есть выход из указанной ситуации.  Можно предположить, что существует корреляция между идеальной супрамолекулярной стабильностью структур ткани и изменением относительной супрамолекулярной стабильности этой ткани, которое (изменение) наблюдается при переходе живой биологической структуры при нагревании в  денатурированное (расплавленное) состояние в стандартных условиях в водной среде. Оказалось, что такое предположение (основанное на известных количественных данных, например, полученных методом ДСК) оправдано.  Сделанное предположение и используемые известные приближения позволили автору выявить термодинамическую направленность эволюции, филогенеза и онтогенеза. Удалось обосновать принцип стабильности вещества, применяемого к молекулярной и супрамолекулярной иерархиям, а также, впоследствии,- к высшим иерархиям живой материи.  Замечу, что в ранних работах автор не упоминал все, сделанные им, предположения и приближения. Это, по-видимому, затрудняло восприятие его работ и сделанных выводов. Можно утверждать, что первая публикация «О термодинамике биологической эволюции» была написана в 1976-1977 годах на интуитивной основе с использованием качественных физико-химических закономерностей. Успех применения методов термодинамики в науках о жизни, как я полагаю, связан с моим стремлением согласовывать закономерности, существующие в мире живого, с общими законами природы (законами сохранения и началами термодинамики) и выявлением возможности использования аппарата полных дифференциалов при исследовании квазиравновесных полииерархических динамических систем.

 
 Литература
 

1. Гладышев  Г.П. Супрамолекулярная термодинамика  – Ключ к осознанию явления  жизни. Издание второе – М – Ижевск. ISBN: 59397-21982. 2003.

2. Gladyshev Georgi P. Thermodynamics Theory of the Evolution of Living Beings.- Commack, New York: Nova Science Publishers, Inc.- 1997.- 142 P.

3. Гладышев Г.П. Термодинамическая теория эволюции материи. Биологическая эволюция, развитие и старение живых существ. http://knol.google.com/k/georgi-p/thermodynamic-theory-of-evolution-of/169m15f5ytneq/3#

4. Some notions and terms used in the theory http://creatacad.org/?id=58&lng=eng  http://creatacad.org/?id=57&lng=eng

5. Гладышев Г.П. Живые системы и мерцающие кластеры. http://knol.google.com/k/georgi-p/живые-системы-и-мерцающие-кластеры/169m15f5ytneq/19#

6. Kozlov G.V., Novikov B.U. A cluster model for the polymer amorphous state // Physica-Uspekhi. – 2001. – V. 44, № 7.- P. 681-724.

7. Gladyshev, Georgi, P. (1978).On the Thermodynamics of Biological Evolution“, Journal of Theoretical Biology, Vol. 75, Issue 4, Dec 21, pp. 425-441 (Preprint, Chernogolovka, Institute of Chem. Phys. Academy of Science of USSR, May, 1977, p. 46).

23.02.20011

  1. The principle of substance stability reveals the direction of development of chemical and biological evolution
  2. On the development of physical and chemical bases of Darwinism
  3. Physicochemical stages of evolution: the ring structures in the universe
  4. Thermodynamics – the driving force behind the origin of life
  5. Popularly about the life and the cycle of exchange of substance and energy
  6. Life as a self-defending process
  7. A model of life: the metabolism in abiogenic structures
  8. On the principle of substance stability
  9. Thermodynamics of origin of life
  10. Hierarchical thermodynamics solves the puzzle of life
  11. Термодинамика и возникновения жизни
  12. Иерархическая термодинамика и дизайн природы
  13. Математическая физика и эволюция живой материи
  14. Love – the state of living organisms
  15. Thermodynamics optimizes the physiology of life
  16. Достижения наук о жизни с позиции термодинамики
  17. Супрамолекулярная термодинамика
  18. Супрамолекулярные связи в живом мире
  19. Science, evolution and reality
  20. Принцип стабильности вещества и живые системы
  21. Живые системы
  22. Планетные системы и закон Тициуса-Боде
  23. Planets and the law of Titius – Bode
  24. Душа и сознание
  25. Life does not require the hypothesis about God
  26. Джабоев Серго Хаджиевич
  27. Thermodynamic theory of evolution of universe
  28. Экологическая термодинамика
  29. Многообразие живых объектов и термодинамика
  30. Жизнь как явление
  31. Феномен Али Газаева
  32. Термодинамика открытых систем
  33. Natural Hierarchic Processes
  34. Asymmetry in Bioworld
  35. Open and closed systems
  36. Модели живой системы
  37. Living systems are quasi-equilibrium structures
  38. Thermodynamics optimizes life
  39. Life and mathematician
  40. Тропизм
  41. Живые системы и мерцающие кластеры
  42. New Views – New problems of science
  43. История создания иерархической термодинамики
  44. Искусство управления обществом
  45. Термодинамика возникновения жизни
  46. Hierarchical thermodynamics and Homeokinetics
  47. On the Principle of Substance Stability
  48. Ilya Prigogine and Georgi Gladyshev
  49. Our world and methods of classical thermodynamics
  50. Термодинамические силы формируют организмы
  51. О законах нашего существования
  52. Temporal hierarchies
  53. В мире все подвластно термодинамике