 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
52
Современные электрохимические методы в сочетании с высокочувствительной аппаратурой
открывают новые возможности исследования структуры и функций живой клетки: с помощью
электродов, площадь которых составляет всего лишь несколько микрометров, можно
регистрировать процессы, происходящие 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 –
рентгено-структурный
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, рибосом и других сложных
молекулярных образований, а также расположения протонов, участвующих в образовании
водородных связей, определяющих строение белков.
2.7. 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 очень важные достижения современного естествознания...
Высокотемпературная сверхпроводимость
История сверхпроводимости начинается с 1911г., когда датский ученый X. Камерлинг-Оннес,
исследуя электрическое сопротивление охлажденных металлов, обнаружил, что при охлаждении
ртути до температуры жидкого гелия, составляющей около 4,2 К, электрическое сопротивление
этого металла скачком уменьшается до нуля. А это означает, что металл при данной температуре
переходит в сверхпроводящее состояние. По мере синтеза новых материалов сверхпроводников
температура перехода их в сверхпроводящее состояние неуклонно повышалась. В 1941 г. для
бинарного сплава NвN была установлена температура сверхпроводящего перехода около 15 К, а в
1973 г. – примерно 23 К для другого бинарного сплава – NвGe.
С 1986г. начинается новый этап исследования сверхпроводимости, положивший начало
высокотемпературной сверхпроводимости: был синтезирован четырехкомпонентный материал на
основе оксидов меди, температура перехода которых составляла приблизительно 37 К. Затем через
непродолжительное время температуру перехода удалось поднять до 40, 52, 70, 92 и даже выше
100 К. В результате многочисленных экспериментов было установлено, что четырехкомпонентные
оксиды меди, обладающие сложной кристаллической структурой, переходят в сверхпроводящее
состояние примерно при 94 К.
В 1992г. синтезирован материал, переходящий в сверхпроводящее состояние уже при 170 К.
Такое сверхпроводящее состояние можно реализовать при охлаждении не жидким азотом, а более
дешевым охладителем – жидким ксеноном. Этот сверхпроводящий материал состоит из оксида
меди, стронция и кальция; структура его относительно проста.
Широкое применение сверхпроводников позволит существенно сократить рассеяние энергии в
различного рода электрических цепях, и особенно при электропередаче, потери в которой
составляют около 20% при использовании обычных проводников.