Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
1Biotermodynamika
I
II
produktówprzemianymateriizkrwiobieguprzeznerkę
wrozbudowanychbłonachwciałkachMalpighiego.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1.5.
ELEMENTYTERMODYNAMIKI
NIERÓWNOWAGOWEJ
LeszekKubisz,FeliksJaroszyk,AndrzejPilawski
+x)
Organizmyżywewsensietermodynamicznymsąukła-
damiotwartymiizachodząwnichprocesynieodwra-
calne,wstanienierównowagi.Towarzysząimtransporty
substancji,energii,ładunkuelektrycznego,stanowią-
cepodstawężycia.Wukładachzłożonych,adotakich
należąorganizmyżywe,transportysąrówniezłożone.
Przepływysubstancji,energii,ładunkuniesąniezależne.
Zprzepływemsubstancjimożebyćsprzężonyzarówno
transportenergii,jakiładunkuelektrycznego.Powstają
nowebodźcetermodynamicznezmniejszająceentropię
idlategoukładotwartymożeuniknąćznalezieniasię
woznaczającymśmierćstanierównowagi,aznaleźćsię
wstaniestacjonarnym,sprzyjającymżyciu.
Rycina1.6.GraficzneprzedstawienierównowagiDonnana.
P
K
0
+
RT
ln
(
c
1
+
x
)
+
M
I
F
+
P
Cl
0
+
+
RT
ln
()
x
-
M
I
F
1
P
0
K
+
RT
ln
(
c
2
-
x
)
+
M
II
F
+
+
P
Cl
0
+
RT
ln
(
c
2
-
x
)
-
M
Ii
F
(1.62)
dochodzimydowarunkurównowagi,wyrażającegosię
zależnością:
x(c
1+x)=(c
2-x)∙(c
2-x)
(1.63)
1.5.1.
STANSTACJONARNY
Wdrugimpunkciepodrozdziału1.3.1wspomniano
ospecyficznejsytuacji,gdyentropiaotwartegoukładu
termodynamicznegonieulegazmianie,tj.dS=0.Ozna-
czato,żeentropiadS
ewymienionazotoczeniemoraz
entropiadS
iwytworzonawukładzietermodynamicz-
nym(organizmie)wwynikuzachodzącychprocesów
nieodwracalnychspełniająwarunek:
lubjeszczeinaczej:
ª
¬
ª
¬
Cl
Cl
-
-
º
¼
º
¼
II
I
1
ª
¬
ª
¬
K
K
+
+
º
¼
º
¼
II
I
(1.64)
dS
i=-dS
e
Oznaczato,żeentropiaukładujestzachowanaijest
onwstaniestacjonarnym.
Doopisaniakinetykiprocesuwykorzystujesiępo-
jęcieszybkościzmianyentropii
onazszybkości
zotoczeniem,orazszybkości
dS
dt
e,zjakąentropiajestwymieniana
dS
dt
i,zjakąentropiajest
dS
dt
układu.Składasię
tworzonaprzezzachodzącewukładzieprocesynieod-
wracalne:
dS
dt
1
dS
dt
e
+
dS
dt
i
(1.66)
ponadto:
dS
dt
i>0
WielkościtesąnazywaneilorazemDonnana,apo-
tencjałbłonowyzgodniezrównaniem1.60wyrazisię
wzorem:
'V
1
RT
F
ln
ª
¬
ª
¬
Cl
Cl
-
-
º
¼
º
¼
II
I
1
RT
F
ln
ª
¬
ª
¬
K
K
+
+
º
¼
º
¼
II
I
(1.65)
Wzórtenodpowiadastanowirównowagi,zatemnie
pozwalauzyskaćpoprawnychwyników,koniecznych
dowytłumaczeniapowstawaniapotencjałówbioelek-
trycznych.TeoriaDonnananieuwzględniabowiem
transportuaktywnego,odgrywającegodecydującąrolę
wpowstawaniupotencjałuspoczynkowegobłonyko-
mórkowej.MimotozjawiskoDonnanaodgrywaistotną
rolęwprocesachzachodzącychworganizmachżywych.
Obecnośćcząstekkoloidalnychwytwarzajednokie-
runkowyprzepływszkodliwychproduktówprzemiany
materii.Zjawiskototłumaczywydalanieszkodliwych
możebyćujemna:jestzeremdlaprocesówodwracal-
Szybkośćtworzeniasięentropii
dS
dt
iwukładzienie
nych,adodatniadlanieodwracalnych.
17
