В химията има два противоположни процеса:

• синтез на вещества при ниски температури с освобождаване на енергия и повишаване на температурата.
• разпадане на веществата при високи температури с поглъщането на енергия и температурата се понижава.

И двата процеса нямат ясни граници и необходимите за извършването им температури се припокриват при средни температури. В такъв случай би трябва да съществува някаква средна глобална температура, при която процесите на синтез и разпад в една отворена система с произволен състав са еднакво вероятни. Тази температура би трябвало да е максимално подходяща за трансформации на веществата. Метаболизмът на живите организми, който съчетава разпад и синтез най-лесно би протичал при тази температура.Каква е тази температура?

Илюстрация: Picalls

С този въпрос се занимава статистическата химия, разработена от Ото Естерле. Прадедите на Ото Естерле са се преселили от княжество Вюртемберг в Азербайджан по покана на Руската империя, но по времето на Сталин са жестоко репресирани. Ото Естерле се оказва сред множеството немски учени дали значителен принос в руската и съветска наука. Умира 2002г. като емигрант в своята прародина, Германия, но уви забравен и непризнат. Интересите му са многостранни: геология, химия, физикохимия, биохимия, а с някои от оригиналните му идеи може да се запознаете в сайта му.

Същността на статистическата химия е в статистическия анализ на енергийните спектри на атомните връзки, за разлика от обикновената химия, която се занимава с описание само на отделни химични реакции. Ото Естерле доразвива учението на Пригожин за неравновесните системи в областта на химията като неравновесна химическа термодинамика, изследвайки сложните отворени химични системи с произволeн химичен състав.

На първо място той развива сравнително прост “химичен” модел на атом. Известно е, че атомите на алкалните метали са големи, техните външни електрони са разположени далече от ядрото и тяхното отделяне (т.е. йонизация), изисква малко енергия (около 4 eV или kJ/mol). Алкалните метали се топят при ниски температури, т.е. техните атоми образуват слаби връзки. Атомите на благородните газове, за разлика от тях, са малки и се нуждаят за йонизация от няколко пъти повече енергия. Те са химически инертни и също образуват слаби връзки.

Най-силните междуатомни връзки имат атомите със средни размери със средни енергии на йонизация. Средната стойност на йонизация на енергиите на всички атоми от периодичната система е равен на 8,26 ± 0,10 eV. Може да се докаже, че средната енергия на междуатомните връзки е равна на половината от тази стойност, т.е. 4.13 eV.

Основното уравнение на химичната кинетика е уравнението на Арениус:

където: А – константа, характеризираща честотата на сблъскване на реагиращите молекули, Еa – активиращата енергия, R – универсалната газова константа, Т – абсолютната температура.

Това уравнение описва каква част от частиците преодолява бариерата на активация при образуване или разрив на междуатомните връзки. Въпреки това, то не описва обратим или необратим е процеса на преход. Степента на необратимост зависи от температурата:

• при сравнително ниски температури, новосформираните връзки обикновено се съхраняват,
• при високи температури, те отново се разделят.

Решението на съответното уравнение заедно с уравнението на Арениус позволява да се получи следната стойност на температурата, при която е максимална вероятността за превръщания:

T_max = [(8,26 ± 0,10)/pk)]^1/2 = 309,7 ± 1,9 K = 36,5 ± 1,9°C.

където

p – реципрочната стойност на градус по Келвин 1/К.

k – константа на Болцман, равна на 8,6157·10^–5 eV/К.

Резултатът е удивителен – температурата, която се получава: около 310 К или 37 ° C е равна на температурата на нашето тяло. Едва ли това съвпадение е случайно. Всички отворени еволюиращи системи трябва да съчетават: консервативност (да могат да стабилизират и запазват своите свойства) и изменчивост ( способност за адаптация към променящата се среда).

Снимка: CIG UNIL

Пример на абсолютно консервативна система е идеалния кристал, в който всички връзки между елементите са стабилни и неизменни. Абсолютно изменчива система е идеалната течност, в която всички връзки между елементите се късат и никакви следи от минали взаимодействия не се запазват. Може да се докаже, че скоростта на еволюцията на системата е максимална, когато половината от връзките й се късат, а другата половина се съхраняват.

Температурата 310 К е оптималната еволюционна температура .

На същата причината се дължи на химическия състав на човешкото тяло. Въглеродът е най-близък по свойства до “средното химическо вещество”, а водата най-добрия разтворител. Траекторията на еволюцията или самоорганизацията на всяка отворена химическа система неминуемо довежда до “глобалния атрактор” – човека.

Какви практически изводи можем да извлечем от това в:

• Медицината – ако се знаят оптималните характеристики на здравия човешки организъм, ще може по-ефективно да се лекува.
• Космическата биология – форми на живот, много по-различни от земните са малко вероятни.
• Кибернетиката - усъвършенстването на компютрите може по-ефективно да върви по пътя на биониката като се копират “хардуерните компоненти” на човешкия мозък.
• Еволюционната теория. Идеите на Естерле дават един по-различен поглед за еволюцията като единство на консервативни фактори (изолация) и активни – миграция, изменчивост. Един от аспектите на биологичната еволюция е все по-добрата стабилизация на наследствения материал чрез изолация от околната среда с нови химически и термични обвивки: клетъчни мембрани, кожа, пера, коса, топлокръвност, огън, дрехи, жилище, климатик, и др.

Снимка: National Geographic:

Източник:

Отто Вильгельмович ЭСТЕРЛЕ
Почему жизнь концентрируется при 37°С?, Отто ЭСТЕРЛЕ
Уравнение Аррениуса, wikipedia
ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА.Новый диалог человека с природой, Илья Пригожин, Изабелла Стенгерс