кинетической энергии электрическим полем. Масса

частиц может быть определена двумя способами:

измерением радиуса кривизны траектории иона и

измepeниeм времени пролета им заданного расстояния.

Масс-спектрометры отличаются высокой

чувствительностью и могут обнаружить, например, три

атома изотопа 14С среди 1016 атомов 12С. Такое

содержание изотопа 14С соответствует, coгласно

радиоизотопному методу определения возраста пород

возрасту в 70000 лет. Масс-спектрометрия широко

применяется для анализа элементов, определения

изотопного состава 1 строения молекулы в таких

областях, как производство интеа гральных схем,

металлургия, ядерная, нефтяная, фармацевтическая и

атомная промышленность.

Комбинированные приборы — хромато-масс-

спектрометры позволяют обнаружить в питьевой воде

галогеноуглеводороды и нитрозамины, а также

определить небольшие концентрации од ного из самых

ядовитых веществ — изомеров диоксина.

Сочетание газового хроматографа с масс-

спектрометром - лучший аналитический прибор для

работы со сложными смеся ми, позволяющий решать

разнообразные задачи химии, биола гаи, геохимии,

экологии, криминалистики и других наук. Однако вплоть

до недавнего времени применение такого прибора

orpaничивалось лишь легко испаряемыми веществами. С

разработкой способов десорбции ионов из твердых

образцов путем бомбардировки их ионами, фотонами или

нейтральными частицами границы применения масс-

спекгроскопии значительно pacширились. Существенно

увеличились предельные молекулярны массы соединений,

исследуемых методом масс-спектроскопив Например,

плазменная десорбция с применением бомбарди ровки

продуктами деления радиоактивного калифорния-252

позволила получить ионы с молекулярной массой 23000 и

про извести их масс-спектральный анализ. С помощью

полевой и лазерной десорбции можно получить масс-

спектральные харак теристики фрагментов ДНК. Для

идентификации неизвестног вещества методом масс-

спекгроскопии достаточно всего 10-10 соединения. В

плазме крови масс-спектрометр регистрирует ак тивное

вещество марихуаны в концентрации 0,1 мг на кило

грамм массы тела.

Современные электрохимические методы в

сочетании с вы сокочувствительной аппаратурой

открывают новые возможнос-п исследования структуры и

функций живой клетки: с помощы электродов, площадь

которых составляет всего лишь нескольк микрометров,

можно регистрировать процессы, происходяцпя внутри

клетки.

Для определения строения молекул необходимо

знать пространственное расположение атомов. Зная

молекулярную структуру, легче понять физические и

химические свойства соединения, механизмы химических

реакций и идентифицировать новые соединения. Один из

наиболее распространенных методов исследования

молекулярных структур — рентгеноструктурный анализ,

основанный на явлении дифракции, позволяет изучать

все те соединения, которые удается получить в

кристаллическом состоянии. Современные компьютеры

расшифровывают рентгенограмму довольно сложной

молекулярной структуры. Рентгеноструктурный анализ

способствовал получению феромонов насекомых,

применяемых для борьбы с вредителями в сельском

хозяйстве, и изучению гормонов роста, необходимых для

увеличения производства пищи и биомассы.

Рентгеноструктурный анализ дополняет

нейтронография, основанная на дифракции нейтронов.

Для нейтронографии необходимы потоки нейтронов,

которые получаются в ядерных реакторах, что несколько

ограничивает применение данного метода. Отличительная

особенность нейтронографии — высокая точность

определения расстояния между атомами. Нейтронография

успешно применяется при определении структур

сверхпроводников, рибосомы и других сложных

молекулярных образований, а также расположения

протонов, участвующих в образовании водородных

связей, определяющих строение белков.

Важнейшие достижения современного

естествознания

Несмотря на отставание экспериментальных

исследований от теоретических, в естествознании

второй половины XX столетия благодаря развитию

экспериментальной базы достигнуты значительные

успехи. Невозможно перечислить все достижения во всех

отраслях естествознания, но можно однозначно

утверждать, что большинство из них воплотилось в

современных наукоемких технологиях.

Высокотемпературная сверхпроводимость, молекулярные

пучки, химические лазеры, достижения ядерной химии,

химический синтез ДНК, клонирование и т.п. — вот

некоторые °чень важные достижения современного

естествознания.

Высокотемпературная сверхпроводимость. История

сверхпроводимости начинается с 1911 г, когда датский

ученый X. Камер-линг-Оннес, исследуя электрическое

сопротивление охлажденных металлов, обнаружил, что

при охлаждении ртути до температуры

жидкого гелия, составляющей около 4,2 К,

электрическое с противление этого металла скачком

уменьшается до нуля. А это означает, что металл при

данной температуре переходит сверхпроводящее

состояние. По мере синтеза новых материал

сверхпроводников температура перехода их в

сверхпроводяи) состояние неуклонно повышалась. В 1941

г. для бинарнс сплава NaN была установлена

температура сверхпроводящего перехода около 15 К, а в

1973 г. — примерно 23 К для другого бинарного сплава

— NвGe.

С 1986 г. начинается новый этап исследования

сверхпроводимости, положивший начало

высокотемпературной сверхпроводимости: был

синтезирован четырехкомпонентный материал на основе

оксидов меди, температура перехода которых соста ляла

приблизительно 37 К. Затем через непродолжительное

время температуру перехода удалось поднять до 40, 52,

70, 92 и д же выше 100 К. В результате многочисленных

эксперимент было установлено, что четырехкомпонентные

оксиды меди, обладающие сложной кристаллической

структурой, переходят в сверхпроводящее состояние

примерно при 94 К.

В 1992 г. синтезирован материал, переходящий в

сверхпроводящее состояние уже при 170 К. Такое

сверхпроводящее состояние можно реализовать при

охлаждении не жидким азоте а более дешёвым

охладителем — жидким ксеноном. Этот сверхпроводящий

материал состоит из оксида меди, стронция кальция;

структура его относительно проста.

Широкое применение сверхпроводников позволит

существенно сократить рассеяние энергии в различного

рода электрических цепях, и особенно при

электропередаче, потери которой составляют около 20%

при использовании обычных проводников.

Химические

лазеры.

Экспериментальное исследование смешивания двух

газообразных соединений, проведенное более 10 л

назад, позволило установить распределение энергии

между м лекулами. Например, в результате реакции

атомного водорода молекулярным хлором в газовой форме

образуется хлороводород и атомарный хлор, которые

излучают инфракрасный свет. Анал спектра излучения

показывает, что существенная часть энерп (около 40%)

представляет собой энергию колебательного движения

молекулы НС1. За открытие такого рода явлений Джону

Поляни (Университет Торонто) присуждена Нобелевская

прем! по химии. Данные исследования привели к

созданию перво химического лазера — лазера,

получающего энергию от взрыва смеси водорода с

хлором. Химические лазеры отличаются от обычных тем,

что превращают в когерентное излучение не энергию

электрического источника, а энергию химической

реакции. Открыты десятки химических лазеров, в том

числе и достаточно мощные для инициирования

термоядерного синтеза (йодный тазер) и для военных

целей (водородно-фторидный лазер).

Молекулярные пучки.

Молекулярный пучок представляет собой струю

молекул, образующуюся при испарении вещества в

специальной печи и пропускании его через узкое сопло,

формирующее пучок в камере, в которой поддерживается

сверхвысокий вакуум, исключающий межмолекулярные

столкновения. При направлении молекулярного пучка на

реагенты — соединения, вступающие в реакцию, — при

низком давлении (10-10 атм) каждая молекула может

участвовать не более чем в одном столкновении,

приводящем к реакции. Для осуществления такого

сложного эксперимента требуется установка

сверхвысокого вакуума, источник интенсивных

сверхзвуковых пучков, высокочувствительный масс-

спектрометр и электронные определители времени

свободного пробега молекул. За проведение этих

экспериментов Юан-Чен Ли (Калифорнийский университет

Беркли) и Дадли Херм-баху (Гарвардский университет)

присуждена Нобелевская премия по химии. Опыты с

молекулярными пучками позволили определить, например,

ключевые реакции при горении этилена, при котором в

реакции этилена с кислородом образуется корот-

коживущая молекула.

Достижения ядерной химии. Химия играет важную

роль в исследовании свойств радиоактивных веществ и в

разработке радиоактивных методов анализа, применяемых

в различных отраслях естествознания. Одна из первых

Нобелевских премий в области ядерных процессов была

присуждена химику Отто Гану в 1944 г. за открытие

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8