Системоведение: Теория. Методология. Практика.

Изучение молекулярных систем показало, что из взаимодействий одного какого-либо уровня могут рождаться новые качественные особенности, характерные для больших совокупностей. Так, из хаотического движения молекул возникают закономерности, наблюдаемые в поведении массы газа как целого. При этом мы имеем дело с особым типом формирования состояния системы. Здесь наличие беспорядка на некотором элементном уровне обуславливает равновозможность всех направлений движения молекул в пространстве, а также одинаковую плотность газа в разных частях его замкнутого объёма (показано Р. Клаузиусом). А учёт таких параметров становится отправной точкой для применения новых способов моделирования молекулярной системы. В отношении последней признается, что начальные координаты и скорости молекул неизвестны. Тем не менее, можно установить статистические переходы от микропараметров к макропараметрам системы и на этом основании формулировать достаточно строгие выводы о поведении газа в целом.

В этой области науки было показано, что статистическое описание молекулярных процессов позволяет получать вполне строгие выводы в отношении ряда явлений: выравнивание температуры за счёт усреднения скоростей молекул и их перемешивания, установление теплового равновесия и т.д. Новизна статистического моделирования заключается еще и в том, что в описание молекулярных систем и в анализ их функционирования вводится идея множества путей приобретения системой некоторого предпочтительного состояния. Статистический подход, применяемый в таком анализе, учитывает разнообразие этого множества и выявляет вероятность нахождения системы в некотором конечном состоянии. Для предпочтительного состояния вероятность должна иметь максимальное значение, во всех других случаях вероятность уменьшается. Существенно, что за мерой вероятности состояния системы стоит, как показал еще JI. Больцман, «мера распределяемости» (хаотичности) системы [7].

3.4. Системное моделирование химических реакций

Каковы системные характеристики химического взаимодействия, как проявляется системность в условиях химического реагирования? Поиск ответов на эти вопросы связан с разработкой методологии моделирования в рамках современной химической кинетики. Новые принципы системного моделирования опираются здесь на фундаментальный факт, что химические реакции обладают способностью переходить к состоянию равновесия, т. е. самопроизвольно достигать стадии, когда прямые и обратные реакции в массе своей (статистически) компенсируют друг друга. В этом случае суммарное изменение концентрации любого вещества, участвующего в реакции, прекращается. Здесь вступают в дело константы равновесия, проявляется закон сохраняемости, имеющий, впрочем, динамическую форму.

Следует отметить также, что специфика системного моделирования в химической кинетике связана с установлением факта существования термодинамического контроля, своеобразного термоограничителя, канализирующего, направляющего реакции в сторону устойчивого динамического равновесия исходных и конечных продуктов. Но одновременно здесь действует кинетический контроль реакций, который направляет систему не к равновесию, а к накоплению наиболее быстро образующихся веществ.

Несомненно, что в области химического реагирования мы имеем дело с системами нового уровня сложности. Здесь действуют уже механизмы регуляции и саморегуляции. Так, многие химические реакции регулируются каталитическими факторами, которые либо ускоряют, либо замедляют процесс, не нарушая положения равновесия.

В данной области нередко возникают автоматические реакции, когда образующееся новое вещество содействует возникновению подобных себе сложных молекул. При моделирующем описании подобных процессов важную роль играет принцип воспроизведения сложных макромолекул. Более общая его формулировка связана с идеей поддержания суперустойчивости химического процесса, обеспечивающего возникновение подобных молекул.

Переход к методам описания сложных реакций опирается в современной химической кинетике на представления о протекании реакций в открытых системах. Введение подобных представлений позволило установить, что протекание реакций зависит не от отдельных внешних факторов, влияние которых сказывается, конечно, на поведении открытой системы. Но главной детерминантой здесь выступает так называемая потоковая зависимость. Потоки имеют направление, определяемое действием какой-либо весьма обшей причины. В кинетике действие подобной причины обозначается понятием «сродство». На основе сродства втягиваются в реакцию вещества, необходимые для процесса замещения в химических превращениях. Если говорить в более общем плане, то сродство, как уже отмечалось в научной литературе, выявляет спонтанную продуктивную активность химической системы [8].