Aguiéev Ie.P. Termodinámica fuera del equilibrio en preguntas y respuestas

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Prólogo

La idea de que "el noÍequilibrio puede servir como fuente del orden", formulada en la tesis doctoral de I.R.Prigogine (1945), se convirtió en la idea central de una gran cantidad de publicaciones posteriores. Entre ellas se destacaron los trabajos de los investigadores de la escuela de Bruselas. Se mostró que la transición a condiciones muy lejanas del equilibrio, bajo las cuales se manifiestan las propiedades no-lineales de los sistemas, conduce a tipos cualitativamente nuevos de soluciones de las ecuaciones diferenciales que describen los procesos de nacimiento y evolución de una clase especial de estructuras, llamadas por I.R.Prigogine "estructuras disipativas". Estas estructuras espaciotemporales surgen en los sistemas termodinámicos abiertos y se mantienen a costa de los flujos de energía y de materia.

De este modo, la fisicoquímica de los procesos y los estados de no-equilibrio, así como la teoría de los sistemas dinámicos no-lineales, cambiaron radicalmente nuestras ideas del cuadro físico del mundo, sentando las bases de "la física de lo emergente" (según la terminología de I.R.Prigogine). Se descubrió que el noÍequilibrio, la noÍlinealidad y la cooperación, acompañadas de inestabilidades y fluctuaciones, son, a fin de cuentas, los responsables de la existencia de la asombrosa variedad de formas y estructuras de la naturaleza que nos rodea.

La asimilación de este nuevo campo atractivo y entretenido de las ciencias naturales, debe comenzar con el estudio de la termodinámica lineal de los procesos de noÍequilibrio, que es precisamente a lo que está dedicado este libro. En el campo de la termodinámica lineal no surgen estructuras disipativas, allí se consideran estructuras de noÍequilibrio global, pero localmente en equilibrio, modificadas por acciones externas. Se debe subrayar que la termodinámica lineal de los procesos de noÍequilibrio no es sólo una introducción lógicamente justificada a la termodinámica no-lineal, sino que también resuelve problemas importantes independientes, en particular, de análisis de los fenómenos conjugados y de búsqueda de las relaciones entre diversos procesos.

Al escribir este manual, el autor, colaborador en ese entonces del departamento de fisicoquímica de la facultad de química de la Universidad Estatal de Moscú, tuvo en cuenta, esencialmente, los intereses y el nivel de preparación de los estudiantes, posgraduandos y profesores jóvenes de las especialidades químicas. En este libro, el volumen del material y el círculo de preguntas analizadas es considerablemente más amplio que el de la sección del curso de fisicoquímica dedicada a la termodinámica del noÍequilibrio.

En el libro se consideran las preguntas tradicionales relacionadas con las definiciones de los conceptos básicos, la formulación de los postulados y el análisis de las regularidades del desarrollo de los procesos en sistemas termodinámicos homogéneos, continuos y discontinuos. Además, se muestra cómo, a partir de las fórmulas de la termodinámica del noÍequilibrio, se pueden obtener las relaciones de equilibrio tanto en ausencia como en presencia de campos externos; se examinan los fenómenos de transporte en disoluciones electrolíticas, así como los fenómenos electrocinéticos que hacen parte del programa del curso de química coloidal. Para que la exposición sea más accesible a los lectores que no están bien preparados en el tema, en el libro se plantean y responden algunas preguntas no relacionadas directamente con la termodinámica del noÍequilibrio, pero necesarias para comprender el material. Se puede decir que el contenido de este libro ha sido expuesto detalladamente y de manera sencilla, y que, en esencia, es una introducción elemental a este campo. En todo caso, el objetivo del autor consiste en que el lector de nivel de preparación medio interesado en este campo del conocimiento, asimile fácilmente "en la primera lectura" la mayoría de los temas expuestos.

El estilo de exposición del material, en forma de preguntas y respuestas, brinda al lector la posibilidad de seleccionar las preguntas que le interesan, regular el nivel de complejidad y llevar un autocontrol de los conocimientos adquiridos. Esta forma de presentación del material, junto con sus evidentes ventajas, tiene también deficiencias, relacionadas con el hecho de que no puede reemplazar la exposición ordenada de las monografías y libros de texto, los cuales proporcionan un cuadro global del estado de este campo de la ciencia.

El autor expresa su profundo agradecimiento a E.M.Kuznetsova, M.A.Gólub y B.B.Damaskin, quienes leyeron el manuscrito e hicieron toda una serie de observaciones y comentarios importantes.