Химическая термодинамика, наряду с химической кинетикой, является теоретической основой химии. Она представляет собой математическую модель реальных систем, позволяющую решить вопрос о принципиальной возможности протекания различных процессов. Знание основ термодинамики позволяет уяснить закономерности процесса обмена организма с окружающей средой энергией и веществом, т.е. биоэнергетики и гомеостаза. Изложение материала во всех последующих главах основано на термодинамическом подходе.
8.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Одним из основных понятий химической термодинамики является термодинамическая система. Термодинамическая система - тело или группа тел, отделенных от окружающей среды реальной или воображаемой поверхностью раздела.
Выделение термодинамической системы из окружающей среды является относительным. Менее сложные системы могут быть составными частями более сложных систем, в этом случае они часто называются подсистемами. В порядке усложнения биологических систем их можно расположить в следующий иерархический ряд: органелла - клетка - ткань - орган - организм - популяция - биоценоз - биосфера. Если в качестве термодинамической системы рассматривать организм человека, то реальная физическая граница, отделяющая его от окружающей среды, представляет собой поверхность кожных покровов, слизистых оболочек пищеварительного тракта, альвеол легких, мембран нефронов.
Термодинамические системы можно разделять не только на подсистемы, но и на части. Если между частями системы не су-
ществует физических (т.е. реальных) границ раздела, то такие системы называются гомогенными (однородными). Свойства таких систем, находящихся в равновесии, либо одинаковы во всех ее точках, либо монотонно (нескачкообразно) изменяются. Для гетерогенных систем характерно наличие границ раздела, на которых свойства системы резко меняются. Часть гетерогенной системы, имеющая физические границы раздела, называется фазой. Таким образом, гомогенные системы являются однофазными, гетерогенные - двухфазными или многофазными. Водный раствор поваренной соли - пример гомогенной системы; вода с плавающими в ней кусочками льда - пример гетерогенной системы. Большинство биологических термодинамических систем относится к гетерогенным.