Гетерогенность — понятие и применение¶

Гетерогенный (от др.-греч. ἕτερος — «другой, иной» и γένος — «род, вид») — термин, обозначающий неоднородный, состоящий из элементов, фаз или компонентов, различающихся по составу, структуре или свойствам. Противоположное понятие — «гомогенный» (однородный). Термин применяется в химии, физике, биологии, материаловедении, экономике, социологии и других областях знания.

¶Химия и физика

В физической химии гетерогенными называют системы, состоящие из нескольких фаз, разделённых границами раздела. Гетерогенные реакции протекают на границе раздела фаз (например, между твёрдым телом и раствором, газом и жидкостью). Классический пример — взаимодействие мрамора (CaCO₃) с соляной кислотой: реакция идёт на поверхности твёрдого тела. Скорость таких реакций зависит от площади поверхности соприкосновения фаз, степени измельчения реагентов, перемешивания и температуры.

Гетерогенные катализаторы — твёрдые вещества, ускоряющие реакцию за счёт активных центров на своей поверхности. Промышленное значение имеют, например, железные катализаторы в синтезе аммиака по Габеру — Бошу. В отличие от гетерогенных, гомогенные катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты (обычно в растворе).

В физике гетерогенными называют среды с неоднородной структурой на некотором масштабе — например, композиционные материалы, сплавы с несколькими фазами, пористые тела. Свойства гетерогенной среды описываются усреднёнными (эффективными) параметрами, а поведение на границах раздела фаз — граничными условиями.

¶Биология

В биологии гетерогенность — неоднородность клеточных популяций, тканей, белковых препаратов или биологических молекул. Гетерогенность клеток означает, что клетки, формально принадлежащие к одному типу, различаются по морфологии, метаболической активности, набору рецепторов и другим признакам. Этот феномен имеет большое значение в онкологии: опухоль, как правило, гетерогенна, что затрудняет подбор терапии и может приводить к резистентности части клеток.

Гетерогенные ядра — понятие в биологии развития: так называют эмбриональные структуры, способные дать начало клеткам разных тканей. В иммунологии гетерогенность антигенов проявляется в том, что один и тот же белок у разных особей или штаммов может иметь вариативные участки.

¶Материаловедение и металлургия

Гетерогенные сплавы — металлические системы, в которых после затвердевания сосуществуют несколько фаз с разным химическим составом и кристаллической структурой. Пример — сталь, в которой наряду с ферритом присутствует цементит (Fe₃C). Свойства гетерогенного сплава определяются не только составом, но и распределением, размером и формой фаз. В российской металлургической традиции, связанной с именами Д. К. Чернова и А. А. Байкова, изучение фазового состава сплавов заложило основы металлографии.

К гетерогенным материалам относят также композиты (армированные пластмассы, стеклопластики, керметы), в которых матрица и наполнитель различаются по свойствам, а их сочетание даёт комплекс характеристик, недостижимый для компонентов по отдельности.

¶Экономика и социология

В экономике гетерогенность проявляется на разных уровнях. Гетерогенные агенты — модельный подход в макроэкономике, при котором экономические агенты (домохозяйства, фирмы) не идентичны, а различаются по доходам, предпочтениям, доступу к кредиту или технологиям. Такие модели (HANK — Heterogeneous Agent New Keynesian) позволяют анализировать неравенство и его влияние на макроэкономическую динамику.

Гетерогенность рынков труда означает разрывы в оплате, квалификации и доступе к занятости между группами работников. В социологии гетерогенность общества — сосуществование культурных, этнических, языковых или религиозных групп, различающихся по нормам и ценностям.

¶Информатика и теория систем

В информатике гетерогенные вычислительные системы — архитектуры, сочетающие процессоры разных типов (CPU, GPU, FPGA, ускорители ИИ). Такие системы получили широкое распространение в суперкомпьютерах; в частности, российские суперкомпьютеры «Ломоносов-2» и «Гибрид» построены на гетерогенной архитектуре с использованием графических ускорителей.

В теории систем и кибернетике гетерогенная система — система, элементы которой принципиально разнородны и взаимодействуют по разным правилам. Противоположность — гомогенная система, элементы которой идентичны или заменяемы.

¶Смежные понятия

• Гетерофазность — сосуществование нескольких фаз в системе.
• Гетерополимер — полимер, мономерные звенья которого различны.
• Гетерозиготность — наличие разных аллелей гена у диплоидного организма.
• Гетеротрофность — тип питания, при котором организм использует готовые органические вещества (противоположность автотрофности).

Источники:

• Глущенко Н. Н. Физическая химия. — М.: Высшая школа.
• Байков А. А. Металловедение. — М.: Металлургия.
• Хайнц К. Гетерогенный катализ. Практические основы. — М.: Мир.
• Абельман Л. Л., Суслов Н. В. Экономическая теория. — М.: ИНФРА-М.
• Герасимова И. А. и др. Информатика. — М.: Академия.