Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Ичас М. -> "О природе живого: механизмы и смысл " -> 20

О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.

Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл — М.: Мир, 1994. — 496 c.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка): oprirodejivogo1994.djvu
Предыдущая << 1 .. 14 15 16 17 18 19 < 20 > 21 22 23 24 25 26 .. 175 >> Следующая

этил ацетата начнет постепенно уменьшаться, а кислоты и спирта — увеличиваться. По мере накопления последних двух веществ возрастает скорость образования из них этилацетата. Поскольку скорость одного процесса растет, а другого — падает, в какой-то момент их скорости должны уравняться, и тогда наступает химическое равновесие.
: Хотя равенство скоростей прямой и обратной реакций, т. е. равновесие, будет достигнуто независимо от соотношения концентраций в исходной смеси, состав конечной равновесной смеси будет зависеть от начальной концентрации реагентов и от температуры и давления, так как эти факторы влияют на скорости реакций. Если мы начнем с одного лишь этилацетата, без воды, то, поскольку для его расщепления нужна вода, реакция не пойдет и в равновесной “смеси” так и останется один этилацетат. Если количество добавленной воды очень мало, то равновесная смесь будет содержать в основном этилацетат и лишь ничтожные количества этилового спирта и уксусной кислоты.
Работа, производимая химической системой
Когда говорят, что реакции в системе могут только приближать ее к равновесию, это аналогично утверждению, что вода всегда течет под уклон. Из этого, однако, не следует, что вода в принципе не
может течь в гору. Все, что нужно сделать, чтобы добиться этого — это поставить насос. Если наверху водохранилище, то воду из него можно направить в турбину, и она будет вырабатывать электричество. Электроэнергия может вращать мотор и качать воду наверх. Заметим, однако, что хотя часть воды и пойдет в гору, для системы в целом утверждение, что вода течет под уклон, не опровергается. Потенциальная энергия накачиваемой воды (произведение ее массы на высоту подъема) никогда не превышает (а на практике всегда меньше) потенциальной энергии находившейся вверху воды, которая будет проходить через турбину.
Точно так же при “движении” химической системы “под уклон” в ней могут образовываться вещества с большим запасом энергии за счет расщепления других веществ на продукты с малым ее запасом. Некоторые биохимические реакции, идущие “вниз”, отдают свою энергию процессам, идущим “вверх”. Такие “реакции-насосы” сложны и разнообразны, но всегда соблюдается один принцип: если в системе протекают реакции, доставляющие энергию для других реакций, то все это происходит на фоне общего уменьшения доступной энергии системы. Эффект “насоса” достигается за счет того, что энергия распределяется неравномерно: одни вещества получают ее больше, а другие меньше:
R - Ri + Е2 .
(высокая (низкая энергия) энергия)
Таким образом, хотя система в целом идет “под гору”, она может совершать химическую работу, синтезируя высокоэиергетиче-ские соединения. Главное отличие живого организма от колбы со смесью веществ состоит в том, что в нем могут работать такие “насосы” .
Метастабильное состояние
Если в систему не поступают и из нее не выходят ни вещества, ни энергия, то она всегда будет двигаться к состоянию равновесия, к самому низкому энергетическому уровню. Впрочем, можно привести немало примеров, на первый взгляд противоречащих этому. Древесина, саха?, бумага и даже алмаз, представляющий собой чистый углерод, в обычных условиях находятся далеко от равновесия с СО2 и водой и являются весьма стабильными веществами.
Химические системы действительно всегда движутся к равновесию и никогда — в обратном направлении, но в этом утверждении умалчивается, насколько быстро они это делают. Скорость эта
Рис, 5-3. Схема, поясняющая, что такое энергия активации. Движущиеся объекты попадают в “ловушку” — в локальный энергетический минимум. Чтобы упасть еще ниже, им надо перепрыгнуть через барьер. Двигаясь случайным образом, некоторые из них приобретают достаточно энергии, чтобы это сделать (это и будет энергия активации). Чем выше барьер, тем меньше объектов перескакивает через него за единицу времени.
может быть значительной, ничтожной или нулевой. Если система не находится в равновесии, но изменяется очень медленно (или практически остается неизменной), это называют метастабиль-ным состоянием. Жизнь возможна лишь благодаря такого рода состоянию и возможностям обходить его.
Аналогия поможет нам понять, что такое метастабильное состояние. Представим себе, что в горах есть ложбины, занятые озерами. Понятно, что вода в них далека от состояния равновесия, она обладает значительной энергией и могла бы производить работу, стекая вниз к морю. Но это возможно только в том случае, если из озера есть сток. Если же стока нет, вода остается в озере.
Для того чтобы течь к морю, вода должна сначала подняться и перелиться через окаймляющий озеро берег. Но для этого необходима добавочная энергия — как говорят, воде нужно преодолеть “энергетический барьер”. Точно так же вещество в мета-
стабильном состоянии (сахар, бумага и т. п.) находится в “локальном энергетическом минимуме”; но если вы поднесете к бумаге зажженную спичку, она получит достаточно энергии (благодаря сильному нагреву), чтобы “перепрыгнуть” энергетический барьер и начать гореть (рис. 5-3). Начнется движение к равновесию, в данном случае — образование углекислого газа и воды, в принципе сходное с движением воды через сифон.
Предыдущая << 1 .. 14 15 16 17 18 19 < 20 > 21 22 23 24 25 26 .. 175 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed