Юный техник, 2000 № 03
Шрифт:
Схема временных масштабов, иллюстрирующая продолжительность различных процессов.
Так выглядит ячейка фемтоспектроскопа, в которой проводились
Зевайл пошел тем же путем, но только в другой стезе — он решил «наблюдать молекулы в полете».
Созданный им так называемый фемтоспектроскоп — лазерное устройство, способное посылать очень короткие световые импульсы. Вспышка одного лазера запускает реакцию, второй лазер регистрирует изменения с интервалами в 10 фемтосекунд. В результате спектограф фиксирует возникновение и распад химических связей в каждый последующий момент…
Такой прием позволил ученому сразу на много порядков увеличить разрешающую способность современной аппаратуры и наблюдать за движением атомов в молекулах во время химических реакций.
Вид скоротечной химической реакции в свете лазерной вспышки.
Фемтоспектроскопия с ее стробоскопическим освещением химических процессов и стала основой фемтохимии — науки, открывающей возможность целенаправленного управления даже самыми быстротекущими реакциями, подобными взрыву…
Как известно, скорости химических реакций разнятся значительно: сравните, например, время, за которое гвоздь покрывается ржавчиной, и время, за которое взрывается динамит. Но у всех есть нечто общее — скорость их, как правило, возрастает с повышением температуры (по мере того, как движение молекул становится все более интенсивным).
При обычном столкновении двух молекул чаще всего ничего не происходит — они просто отскакивают друг от друга. Но когда температура повышается настолько, что столкновения становятся достаточно сильными, молекулы вступают в реакцию друг с другом, поскольку существовавшие прежде химические связи рвутся и образуются новые.
Специалисты долгое время полагали, что претендующая на участие в реакции молекула прежде всего должна быть активирована. Иными словами, она должна быть переведена в некоторое возбужденное состояние, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Величина его определяется силами, которые удерживают атомы в составе молекулы. Потенциальный барьер химической реакции — по существу аналогичен силе гравитации, которую должна преодолеть запущенная с Земли ракета, прежде чем она будет захвачена полем тяготения Луны.
Профиль распределения энергии на внутриатомных расстояниях в соединении NaI при распадении его на составные атомы. Выявить особенности процесса удалось лишь при рассмотрении фемтомолекулярных интервалов времени.
График
Однако до недавнего времени о движении молекул непосредственно «над» барьером не было известно почти ничего. Равно и о том, что представляет собой молекула в процессе такого перехода.
Правда, известный норвежский исследователь Сванте Аррениус (лауреат Нобелевской премии по химии 1903 года), в свою очередь вдохновленный идеями голландца Вант-Гоффа, удостоенного первой в истории Нобелевской премии по химии в 1901 году, предложил простую формулу, где выражена зависимость скорости химической реакции от температуры. Формула была справедлива для макроскопических систем из множества молекул и длительных промежутков времени.
На смену этим феноменологическим представлениям в 1930-е годы пришла первая микроскопическая теория химических реакций.
Американцы Г.Эйринг и М.Полани сформулировали ее для отдельных молекул.
Исследователи в ту пору не могли и мечтать о том, чтобы провести эксперименты за столь ничтожные промежутки времени. И вот спустя полвека Зевайл все-таки провел их. В конце 1980-х годов ему удалось с помощью сверхбыстрой съемочной камеры получить снимки молекул в процессе химических реакций и зарегистрировать их изображения непосредственно в переходных состояниях.
Виктор ЧЕТВЕРГОВ
Бог или природа придумали свой конструктор «Лего»
Многие миллионы долларов вложены в расшифровку человеческого генома. Закончив ее, полагают исследователи, мы будем знать о природе человека практически все. Однако проблема оказалась не такой уж простой, как предполагалось поначалу. Работы ведутся уже добрый десяток лет, а сделана едва ли треть.
< image l:href="#"/>Но из теории военного искусства известно: если атака в лоб не удается, надо идти в обход. Вот и многие молекулярные биологи ныне считают, что для скорейшего достижения генеральной цели следует сначала изучать более простые организмы — такие, как бактерии, черви, плодовые мушки — дрозофилы. И первые успехи уже сделаны: международному коллективу молекулярных биологов удалось расшифровать ген фруктовой мушки.
Исследователи обнаружили, что природа предусмотрела существование нескольких поразительных механизмов, которые практически идентичны во всем живом царстве, начиная с червей и кончая человеком.
Группа исследователей во главе с доктором Леоном Эвери (Юго-Западный медицинский центр, г. Даллас, США), занимаясь изучением генетических мутаций крохотного прозрачного червячка нематоды, обнаружила, что перестройка гена ехр-2 вызывает у него нарушения работы так называемых калиевых каналов, через которые внутрь клетки поступают те или иные необходимые вещества. Это, в свою очередь, приводит к расслаблению мышц, и настолько, что червячок в конце концов перестает питаться как следует.