13

Тема 9 Науки о сложных системах: синергетика

I/ Сложные системы в химии

2/ Неравновесные системы

З/ Эволюция и ее особенности

4/ От термодинамики закрытых систем к синергетике

5/ Гипотеза рождения материи

1. Сложные системы в химии

На химию в XX веке возлагалось много надежд, вплоть до провозгла­шения в СССР лозунга: «Коммунизм — это советская власть плюс электрификация всей страны и химизация народного хозяйства».

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур благода­ря применению минеральных удобрений и ядохимикатов дало воз­можность говорить о «зеленой революции», но это же привело к за­грязнению почв и самих производимых продуктов, так что в большей цене оказались продукты, выращенные «без химии».

В промышлен­ности новые химические вещества дали возможность существенно обогатить производственный потенциал, но и это повлекло за собой отрицательные экологические последствия, так как большинство новых химических веществ не усваивалось природной средой и та­ким образом тоже становилось ее загрязнителями.

Химия нашла широкое применение в быту, в частности, в косметике (появилось выражение «сделать химию»), что также имело свою обратную эко­логическую сторону.

Но в данном разделе нас интересует то, как химия со своей стороны подошла к изучению сложных систем.

Выдающимся до­стижением химии явилось то, что она открыла так называемые цепные реакции еще до того, как в физике был обнаружен радиоак­тивный распад.

Суть цепной реакции Н. Н. Семенов описывает так: «Энергии кванта достаточно для того, чтобы двухатомная молекула хлора рас­палась на отдельные атомы. Каждый из них активнее первоначаль­ной молекулы и потому легко вступает в реакцию с молекулой водо­рода. Она также двухатомна. Один из ее атомов вместе с атомом хло­ра дает молекулу продукта — хлористого водорода, а другой атом водорода остается свободен. Теперь он легко вступает в реакцию с ближайшей молекулой хлора, образуя вторую молекулу хлористого водорода и отдельный атом хлора... Это повторяется много-много раз, возникает как бы длинная цепь реакций» (И. Пригожин. Краткий миг торжества,- М., 1989.- С. 13).

Советскому ученому Н. Н. Семенову предстояло открыть раз­ветвленные цепные реакции. «Я уже сейчас не помню хорошо, когда у меня мелькнула догадка, что реакция окисления фосфора отлича­ется от реакции хлора с водородом... Не помню, как мне пришла в го­лову главная мысль, что в ходе этой реакции образуются не обычные молекулы пятиокиси фосфора, а молекулы возбужденные — имею­щие избыточную энергию, что и является причиной испускания све­та присоединении фосфора с кислородом. Но иногда возбужденная молекула пятиокиси фосфора может столкнуться с неактивной мо­лекулой кислорода, еще не успев испустить свет. Тогда эта избыточ­ная энергия вызывает расщепление кислородной молекулы на ак­тивные атомы, каждый из которых, в свою очередь, начинает боден-штейновскую прямую цепь реакции окисления фосфорных паров» (Там же.-С. 13-14).

Теория разветвленных цепных реакций дала начало новому направлению исследований —- химической физике, дисциплине, промежуточной между физикой и химией.