Ocena natężenia źródła S-entropii w układzie membranowym spolaryzowanym stężeniowo
 
Więcej
Ukryj
1
Instytut Nauk o Zdrowiu i Żywieniu, Zakład Procesów i Systemów Biomedycznych, Politechnika Częstochowska
2
Katedra i Zakład Biofizyki, Wydział Lekarski z Oddziałem Lekarsko-Dentystycznym w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach
AUTOR DO KORESPONDENCJI
Sławomir Marek Grzegorczyn   

Katedra i Zakład Biofizyki, Wydział Lekarski z Oddziałem Lekarsko-Dentystycznym w Zabrzu, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, ul. Jordana 19, 41-808 Zabrze
 
Ann. Acad. Med. Siles. 2017;71:46–54
 
SŁOWA KLUCZOWE
DZIEDZINY
STRESZCZENIE
Wstęp:
Termodynamiczny formalizm Kedem-Katchalsky’ego (K-K) i termodynamika sieciowa Peusnera (PNT) nale-żą do podstawowych narzędzi badawczych transportu membranowego. Produkcja S-entropii, określająca szybkość zmian entropii układu membranowego, jest jedną z podstawowych wielkości służących do oceny nieodwracalności procesów transportu masy, energii i pędu. Jej miarą jest natężenie źródła S-entropii.

Materiał i metody:
Przedmiotem badań była membrana z celulozy bakteryjnej (Biofill) o znanych parametrach transportowych (Lp, σ, ω) dla wodnych roztworów glukozy, a metodą badawczą – formalizmy K-K i PNT dla binar-nych roztworów nieelektrolitów.

Wyniki:
Na gruncie liniowej termodynamiki nierównowagowej Onsagera i termodynamiki sieciowej Peusnera opisano natężenie źródła S-entropii układu membranowego, w którym generowane są strumienie objętościowe (Jv*) i dyfuzyjne (Js*) roztworów nieelektrolitów przez siły osmotyczne (Δπ/ ) i hydrostatyczne (ΔP). Wyprowadzono formuły opisujące natężenia źródła S-entropii dla warunków polaryzacji stężeniowej, θ*(S), oraz dla warunków jednorodności roztworów – θ(S). Aby pokazać, jaki jest wpływ polaryzacji stężeniowej na wartość natężenia źródła S-entropii, obliczono współczynnik χ =θ*(S)/θ(S). Wyniki obliczeń numerycznych zależności θ*(S)=f(∆P,△π/Cśr), θ (S)=f(∆P,△π/Cśr) oraz χ = f(∆P,△π/Cśr), wykonane na podstawie otrzymanych zależności matematycznych za pomocą programu Mathcad Prime 3.0, zilustrowano graficznie w postaci różnego typu zakrzywionych powierzchni.

Wnioski:
Polaryzacja stężeniowa membrany w istotny sposób redukuje produkcję entropii w układzie membrano-wym, co egzemplifikuje zależność χ = f(∆P,△π/Cśr ). Dla membran o większych wartościach współczynników trans-portowych produkcja entropii w układzie jest większa, przy czym wpływ polaryzacji stężeniowej na działanie układu jest tym większy, im większa jest wartość bodźca ∆P.

 
REFERENCJE (32)
1.
De Groot S.R., Mazur P. Non-Equilibrium Thermodynamics. Dover, New York 1984.
 
2.
Kondepudi D., Prigogine I. Modern Thermodynamics: from heat engines to dissipative structures. J. Wiley & Sons, Chichester 1998.
 
3.
Kondepudi D. Introduction to Modern Thermodynamics. J. Wiley & Sons, Chichester 2008.
 
4.
Coveney P., Highfield R. The Arrow of Time: the quest to solve science’s setest mystery. W.H. Allen, London 1990.
 
5.
Demirel Y., Sandler S.I. Thermodynamics and bioenergetics. Biophys. Chem. 2002; 97(2–3): 87–111.
 
6.
Van Kampen N.G. Stochastic Processes in Physics and Chemistry. Elsevier, Amsterdam 1981.
 
7.
Katchalsky A., Curran P.F. Nonequilibrium Thermodynamics in Biophysics. Harvard University Press, Cambridge 1965.
 
8.
Klimek R., Kolenda Z. Karcinogenna entropia. Curr. Gynecol. Oncol. 2012; 10(3): 185–193.
 
9.
Demirel Y. Nonequilibrium Thermodynamics: transport and rate pro-cesses in physical and biological system. Elsevier, Amsterdam 2002.
 
10.
Reguera D., Rubi J.M., Vilar J.M.G. The mesoscopic dynamics of thermodynamic systems. J. Phys. Chem. B 2005; 109(46): 21502–21515.
 
11.
Downarowicz T. Entropy in Dynamical Systems. Cambridge Univ. Press. Cambridge 2011.
 
12.
Gray R.M. Entropy and Information Theory. Springer-Verlag, New York 2007.
 
13.
Martyushev L.M., Seleznev V.D. Maximum entropy production principle in physics, chemistry and biology. Physics. Reports 2006; 426(1): 1–45.
 
14.
Onsager L. Reciprocal Relations in Irreversible Processes I. Phys. Rev. 1931; 37: 405–426.
 
15.
Nicolis G., Prigogine I. Self-Organization in Nonequilibrium Systems: from dissipative structures to order through fluctuactions. Wiley-Interscience, New York 1977.
 
16.
Baker R.W. Membrane technology and applications. John Wiley & Sons, New York 2004.
 
17.
Peusner L. Studies in Network Thermodynamics. Elsevier, Amsterdam 1986.
 
18.
Ślęzak A. Termodynamical evaluation of the entropy source in a system containing the two-component membrane dressing. Polim. Med. 2009(4); 39: 69–75.
 
19.
Ślęzak A., Grzegorczyn S., Prochazka B. Osmo-diffusive transport through microbial cellulose membrane: the computer model simulation in 3D graphic of the dissipation energy for various values of membrane permeability parameters. Polim. Med. 2007; 37(3): 47–57.
 
20.
Ślęzak A. Entropy source in the system contained the double-layer polymeric membrane and binary electrolytic solutions. Ann. Acad. Med. Siles. 2008; 62: 21–28.
 
21.
Jasik-Ślęzak J., Bilewicz-Wyrozumska T., Ślęzak A. Practical forms of entropy production for single-membrane system and binary non-electrolyte solutions. Polim. Med. 2006; 36(4): 53–59.
 
22.
Ślęzak A., Ślęzak- Prochazka I., Grzegorczyn S., Jasik-Ślęzak J. Evaluation of S-entropy production in a single-membrane system in concentration polarization conditions. Transp. Porous Media 2017; 116: 941–957.
 
23.
Kucharzewski M., Ślęzak A., Franek A. Topical treatment of non-healing venous leg ulcers by cellulose membrane. Phlebologie 2003; 32: 147–151.
 
24.
Ślęzak A., Grzegorczyn S., Batko K. Resistance coefficients of polimer membrane with concentration polarization. Transp. Porous Med. 2012; 95(1): 151–170.
 
25.
Batko K., Ślęzak-Prochazka I., Grzegorczyn S., Ślęzak A. Membrane transport in concentration polarization conditions: network thermodynamics model equations. J. Porous Media 2014; 17: 573–586.
 
26.
Batko K.M., Ślęzak-Prochazka I., Ślęzak A. Network hybrid form of the Kedem-Katchalsky equations for non-homogenous binary non-electrolyte solutions: evaluation of Pij* Peusner’s tensor coefficients. Transp. Porous Med. 2015; 106: 1–20.
 
27.
Ślęzak-Prochazka I., Batko K.M., Wąsik S., Ślęzak A.H. Peusner’s form of the Kedem-Katchalsky equations for non-homogeneous non-electrolyte binary solutions. Transp. Porous Med. 2016; 111: 457–477.
 
28.
Delmotte M., Chanu J. Non-equilibrium thermodynamics and membrane potential measurement in biology. W: Topics bioelectrochemistry and bioenergetics, G. Millazzo red., John Wiley Publising & Sons, Chichester 1979, s. 307–359.
 
29.
Dworecki K., Wąsik S., Ślęzak A. Temporal and spatial structure of the concentration boundary layers in membrane system. Physica A 2003; 326: 360–369.
 
30.
Dworecki K., Ślęzak A., Ornal-Wąsik B., Wąsik S. Effect of hydrodynamic instabilities on solute transport in a membrane system. J. Membr. Sci. 2005; 265: 94–100.
 
31.
Jasik-Ślęzak J., Olszówka K., Ślęzak A. Estimation of thickness of concentration boundary layers by osmotic volume flux determinantion. Gen. Physiol. Biophys. 2011; 30: 186–195.
 
32.
Ślęzak A., Grzegorczyn S., Jasik-Ślęzak J., Michalska-Małecka K. Natural convection as an asymmetrical factor of the transport through porous membrane. Transp. Porous Med. 2010; 84: 685–698.
 
eISSN:1734-025X