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Punti Fissi delle Catene Catalitiche Aperte
HYC-1979Lesson 5: Selection, Species, Will
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Obiettivo di Apprendimento: Analizzare le catene catalitiche in condizioni di organizzazione costante e ricavare i sei (e in generale 2n) punti fissi dei sistemi a tre membri e a n membri.

Organizzazione Costante e il Simplesso delle Concentrazioni

In condizioni di organizzazione costante la concentrazione totale c0 è mantenuta fissa. È quindi naturale utilizzare le concentrazioni normalizzate per le n specie della catena. Queste coordinate soddisfano e . Lo spazio degli stati ammessi è quindi il simplesso delle concentrazioni : per è un triangolo; i lati e i vertici rappresentano stati in cui una o più specie sono assenti.

Punti Fissi di una Catena Catalitica ApertaCatena aperta A → B → C: i sei punti fissi si trovano sul bordo del simplesso delle concentrazioni S₃Organizzazione costante: Σ ξᵢ = 1, ξᵢ ≥ 0S₃traiettorie → bordoABCABBCCAstato internonon è un punto fissoCatena apertaABC✕ nessun collegamento di chiusura C → AStruttura dei punti fissiPunti fissi ai vertici · 3A, B, C — una specie ciascunoPunti fissi sui lati · 3AB, BC, CA — due specie ciascunoStato internotutte e tre le specie presenti —non è un punto fissoCatena generica a n membri2n punti fissi sul bordovertici + equilibri sui lati2n conta solo i punti fissi sul bordo —la stabilità è analizzata separatamente.

Perché le Catene Aperte Non Hanno Punti Fissi Interni

I punti fissi si trovano ponendo a zero le equazioni normalizzate delle velocità di reazione, imponendo al contempo . In una catena catalitica aperta l'ultimo membro non viene riconvertito nel primo: non esiste un collegamento di chiusura come C → A. Di conseguenza, la catena non può bilanciare simultaneamente tutte le specie con ogni . Lo stato interno con tutte le specie positive non è un punto fisso. I punti fissi si verificano solo quando almeno una specie è assente, cioè sul bordo di . Questa è la firma dei punti fissi di una catena aperta che non riesce a integrare i suoi membri in una funzione congiunta e chiusa.

Conteggio dei Punti Fissi: e n Generale

  • Per , ci sono sei punti fissi: tre stati puri ai vertici (A, B, C) e tre equilibri a due specie sui lati (AB, BC, CA).
  • Per n generico, il conteggio strutturale è di 2n punti fissi, corrispondenti a stati ai vertici e a stati misti sul bordo.
  • Il conteggio 2n è un risultato di enumerazione dei punti fissi. La stabilità e il carattere dinamico sono trattati separatamente; un punto fisso sul bordo non è necessariamente stabile.

Esempio Svolto: A → B → C

Si consideri una catena aperta a tre membri A → B → C senza chiusura C → A. Risolvendo le condizioni normalizzate dei punti fissi in condizioni di organizzazione costante si ottengono i sei punti fissi sul bordo: i tre vertici A, B e C, più i tre equilibri a due specie sui lati AB, BC e CA. Lo stato interno centrale con A, B e C tutte presenti non è un punto fisso per la catena aperta. Nella dinamica della catena, le traiettorie migrano verso il bordo e l'ultimo membro della catena può alla fine dominare in una selezione una volta per tutte.

Verifica di Portata
Il risultato 2n conta solo i punti fissi sul bordo. Non afferma che ogni punto fisso sul bordo sia stabile, né che il sistema non possa fluttuare prima di raggiungere il bordo.