非平衡態化學

按照經典熱力學的觀點，非平衡只是一種暫時的現象，不可逆過程總是起一種耗散能量和破壞有序結構的作用。為了描述實際體系和實際過程必須拋棄熱力學方法而採用動力學的方法。在某些條件下，體系通過和外界環境不斷交換物質和能量以及通過內部的不可逆過程（能量耗散），無序態有可能失去穩定性，某些漲落可被放大而體系達到某種有序的狀態，這種有序狀態被稱為耗散結構（Dissipative Structure），因為他們的形成需要能量的耗散。

基本介紹

• 中文名：非平衡態化學
• 類型：一種暫時的現象
• 屬於：化學
• 屬性：破壞有序結構的作用

簡介

長期以來，物理學家認為自發過程總是使體系趨於平衡。有序原理是唯一的支配從無序列到有序的物理學原理，但當用這個有序原理來解釋生物學現象時卻碰到了很大麻煩。按照幾率觀點，生物有序狀態的形成是一種高度不可幾的事件。大家都知道，自然界中約有20種不同的胺基酸，一個蛋白質分子可以包括成千上萬個胺基酸，這成千上萬個胺基酸分子可以有許多種不同的排列方式，假定各種排列方式的出現幾率是相等的，那么形成某種特定胺基酸排列方式的蛋白質分子的幾率是極小的。假如蛋白質分子中的胺基酸排列方式可以自動調整，若要得到一個具有特定結構的蛋白質分子，需要等待的時間長得不可想像。比方說一個具有100個胺基酸的蛋白質分子，這些胺基酸分子中包括20個不同的種類，那么這100個胺基酸分子可有多達約10130種不同的排列方式。假定蛋白質分子每秒可變換其胺基酸分子的排列方式有100萬次（實際上顯然不可能這么快）， 那么要形成一個特定結構的蛋白質分子， 需要等待長達10的124次方秒，而根據目前資料表明地球的年齡才只有10的17次方秒，因此上面的推理顯然不正確。這清楚地說明根本不可能用有序原理的幾率概念來解釋生物有序的現象。實際上即使在無生命界也能發現許多自發形成的有序結構現象，比如天空中時而形成的魚鱗狀白雲，一些岩石的規則花紋，松花蛋中的漂亮“松花”等等。這些自組織現象顯然是一種高度不可幾事件，只能用非平衡原理來解釋。

結構

耗散結構這一新概念的確立，使得人們對自然界的發展規律有了更完整的認識，它第一次使人們認識到非平衡態和不可逆過程也可以在建立有序方面起到積極的作用。這不僅有利於人們認識自然界中的各種有序現象，也有利於去利用這些有序現象，因而它展示了廣闊的套用前景。