წყლის მოლეკულაში მთავარი გმირი არის ჟანგბადის ატომი.

მას შემდეგ, რაც წყალბადის ატომები შესამჩნევად მოგერიებენ ერთმანეთს, ქიმიური ობლიგაციების (ატომების ბირთვების დამაკავშირებელი ხაზები) წყალბადი - ჟანგბადი არ არის სწორი (90 °), მაგრამ ცოტა მეტი - 104.5 °.

წყლის მოლეკულაში ქიმიური ობლიგაციები პოლარულია, რადგან ჟანგბადი უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს თავისკენ იზიდავს, წყალბადი კი - დადებითად დამუხტულ ელექტრონებს. შედეგად, ზედმეტი უარყოფითი მუხტი გროვდება ჟანგბადის ატომთან ახლოს და დადებითი მუხტი წყალბადის ატომებზე.

ამრიგად, წყლის მთელი მოლეკულა არის დიპოლი, ანუ მოლეკულა ორი საპირისპირო პოლუსით. წყლის მოლეკულის დიპოლური სტრუქტურა დიდწილად განსაზღვრავს მის უჩვეულო თვისებებს.

წყლის მოლეკულა არის დიამაგნიტური.

თუ პოზიტიური და უარყოფითი მუხტების ეპიცენტრებს პირდაპირ ხაზებთან ვაკავშირებთ, მივიღებთ სამგანზომილებიან გეომეტრიულ ფიგურას - ტეტრაედრონს. ეს არის თავად წყლის მოლეკულის სტრუქტურა.

როდესაც წყლის მოლეკულის მდგომარეობა იცვლება, გვერდების სიგრძე და მათ შორის კუთხე იცვლება ტეტრაედრონში.

მაგალითად, თუ წყლის მოლეკულა ორთქლის მდგომარეობაშია, მაშინ მისი გვერდების მიერ წარმოქმნილი კუთხე არის 104 ° 27 ". წყლის მდგომარეობაში კუთხე არის 105 ° 03". და ყინულის მდგომარეობაში, კუთხე არის 109.5 °.

წყლის მოლეკულის გეომეტრია და ზომა სხვადასხვა მდგომარეობისათვის
ა - ორთქლის მდგომარეობისთვის
ბ - ვიბრაციის ყველაზე დაბალი დონისთვის
გ - ყინულის ბროლის წარმოქმნასთან ახლოს დონისთვის, როდესაც წყლის მოლეკულის გეომეტრია შეესაბამება ორი ეგვიპტური სამკუთხედის გეომეტრიას, ასპექტის თანაფარდობით 3: 4: 5
დ - ყინულის მდგომარეობისთვის.

თუ ამ კუთხეებს გავყოფთ შუაზე, მივიღებთ კუთხეებს:
104 ° 27 ": 2 = 52 ° 13",
105 ° 03 ": 2 = 52 ° 31",
106 ° 16 ": 2 = 53 ° 08",
109.5 °: 2 = 54 ° 32 ".

ეს ნიშნავს, რომ წყლისა და ყინულის მოლეკულის გეომეტრიულ შაბლონებს შორის არის ცნობილი ეგვიპტური სამკუთხედი, რომელიც დაფუძნებულია ოქროს თანაფარდობაზე - გვერდების სიგრძეა 3: 4: 5 კუთხე 53 ° 08 ".

წყლის მოლეკულა იძენს ოქროს პროპორციის სტრუქტურას გზაზე, როდესაც წყალი ყინულში გადაიქცევა და პირიქით, როდესაც ყინული დნება. ცხადია, დნობის წყალი ფასდება ამ მდგომარეობისთვის, როდესაც მის სტრუქტურას სტრუქტურაში აქვს ოქროს მონაკვეთის პროპორციები.

ახლა ცხადი ხდება, რომ ცნობილი ეგვიპტური სამკუთხედი ასპექტის თანაფარდობით 3: 4: 5 "აღებულია" წყლის მოლეკულის ერთ -ერთი მდგომარეობიდან. წყლის მოლეკულის იგივე გეომეტრია იქმნება ორი ეგვიპტური მართკუთხა სამკუთხედის მიერ, რომლის საერთო ფეხი 3-ის ტოლია.

წყლის მოლეკულა, ოქროს თანაფარდობაზე დაყრდნობით, არის ღვთაებრივი ბუნების ფიზიკური გამოვლინება, რომელიც მონაწილეობს სიცოცხლის შექმნაში. ამიტომ მიწიერი ბუნება შეიცავს ჰარმონიას, რომელიც თანდაყოლილია მთელ კოსმოსში.

ამრიგად, ძველმა ეგვიპტელებმა გააღმერთეს რიცხვები 3, 4, 5 და თავად სამკუთხედი წმინდად ითვლებოდა და ცდილობდნენ მისი თვისებები, მისი ჰარმონია განესაზღვრათ ნებისმიერ სტრუქტურაში, სახლებში, პირამიდებში და ველების მარკირებაშიც კი. სხვათა შორის, უკრაინული ქოხები ასევე აშენდა ოქროს თანაფარდობის გამოყენებით.

სივრცეში, წყლის მოლეკულა იკავებს გარკვეულ მოცულობას და დაფარულია ელექტრონის გარსით, ფარდის სახით. თუ ჩვენ წარმოვიდგენთ მოლეკულის ჰიპოთეტური მოდელის ფორმას თვითმფრინავში, მაშინ ის პეპლის ფრთებს ჰგავს, X ფორმის ქრომოსომას, რომელშიც ცოცხალი არსების სიცოცხლის პროგრამაა ჩაწერილი. და ეს არის საჩვენებელი ფაქტი, რომ წყალი თავად არის ყველა ცოცხალი არსების შეუცვლელი ელემენტი.

თუ წარმოვიდგენთ წყლის მოლეკულის ჰიპოთეტური მოდელის ფორმას მოცულობით, მაშინ ის გადმოგვცემს სამკუთხა პირამიდის ფორმას, რომელსაც აქვს 4 სახე, ხოლო თითოეულ სახეს 3 კიდე. გეომეტრიაში სამკუთხა პირამიდას ეწოდება ტეტრაედრონი. ეს სტრუქტურა დამახასიათებელია კრისტალებისთვის.

ამრიგად, წყლის მოლეკულა ქმნის ძლიერ კუთხის სტრუქტურას, რომელსაც იგი ინარჩუნებს მაშინაც კი, როდესაც ის ორთქლის მდგომარეობაშია, ყინულში გადაქცევის პირას და როდესაც ის ყინულად იქცევა.

თუ წყლის მოლეკულის "ჩონჩხი" იმდენად სტაბილურია, მაშინ მისი ენერგეტიკული "პირამიდა" - ტეტრაედრონიც ურყევია.

წყლის მოლეკულის ასეთი სტრუქტურული თვისებები სხვადასხვა პირობებში აიხსნება ორი წყალბადის ატომსა და ჟანგბადის ერთ ატომს შორის ძლიერი კავშირებით. ეს კავშირი დაახლოებით 25 -ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე წყლის მოლეკულებს შორის არსებული კავშირი. აქედან გამომდინარე, უფრო ადვილია წყლის ერთი მოლეკულის გამოყოფა მეორისგან, მაგალითად, გაცხელებისას, ვიდრე თავად წყლის მოლეკულის განადგურება.

ორიენტაციის, ინდუქციის, დისპერსიული ურთიერთქმედების (ვან დერ ვაალის ძალები) და წყალბადის კავშირები მეზობელი მოლეკულების წყალბადის და ჟანგბადის ატომებს შორის, წყლის მოლეკულებს შეუძლიათ შექმნან შემთხვევითი ასოციაციები, ე.ი. არ აქვს მოწესრიგებული სტრუქტურა და მტევანი - ასოცირდება გარკვეულ სტრუქტურასთან.

სტატისტიკური მონაცემების თანახმად, ჩვეულებრივ წყალში არის შემთხვევითი თანამოაზრეები - 60% (დესტრუქციული წყალი) და მტევანი - 40% (სტრუქტურირებული წყალი).

რუსი მეცნიერის ს.ვ.ზენინის მიერ ჩატარებული კვლევების შედეგად, სტაბილური გრძელვადიანი წყლის მტევანი აღმოაჩინეს.

ზენინმა აღმოაჩინა, რომ წყლის მოლეკულები თავდაპირველად ქმნიან დოდეკაედრონს. ოთხი დოდეკედრონი გაერთიანებულია და ქმნის წყლის მთავარ სტრუქტურულ ელემენტს - წყლის 57 მოლეკულის კლასტერს.

მტევანში, დოდექედრონებს აქვთ საერთო სახეები და მათი ცენტრები ქმნიან რეგულარულ ოთხკუთხედს. ეს არის წყლის მოლეკულების ნაერთი, მათ შორის ჰექსამერები, რომელსაც აქვს დადებითი და უარყოფითი პოლუსები.

წყალბადის ხიდები საშუალებას იძლევა წყლის მოლეკულები გაერთიანდეს სხვადასხვა გზით. ამის გამო, წყალში არის უსასრულო მტევანი.

კლასტერებს შეუძლიათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება თავისუფალი წყალბადის ობლიგაციების გამო, რაც იწვევს მეორე რიგის სტრუქტურების გაჩენას ექვსკუთხედის სახით. ისინი შედგება 912 წყლის მოლეკულისგან, რომლებსაც პრაქტიკულად არ შეუძლიათ ურთიერთქმედება. ასეთი სტრუქტურის სიცოცხლე ძალიან გრძელია.

ეს სტრუქტურა, მსგავსია პატარა მკვეთრი ყინულის კრისტალი 6 რომბული სახეებით, S.V. ზენინმა მას "წყლის ძირითადი სტრუქტურული ელემენტი" უწოდა. მრავალმა ექსპერიმენტმა დაადასტურა, რომ წყალში უამრავი ასეთი კრისტალია.

ეს ყინულის კრისტალები თითქმის არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, ამიტომ ისინი არ ქმნიან უფრო რთულ სტაბილურ სტრუქტურებს და ადვილად სრიალებენ მათი კიდეებით ერთმანეთთან შედარებით, ქმნიან სითხეს. ამ გაგებით, წყალი წააგავს სუპერ გაცივებულ ხსნარს, რომელიც ვერანაირად ვერ კრისტალიზდება.

მოლეკულური ფიზიკის სხვა პრეზენტაციები

"ბირთვების შემაკავშირებელი ენერგია" - მაქსიმალური შემაკავშირებელი ენერგია (8.6 მევ / ნუკლეონი) ფლობს 50 -დან 60 -მდე მასის მქონე ელემენტებს. - მასის დეფექტი. კულონის ძალები ცდილობენ გაანადგურონ ბირთვი. ბირთვების შეკავშირების ენერგია ზედაპირზე ნაკლებია ბირთვში არსებული ბირთვების ენერგიაზე. Uchim.net. ატომური ბირთვების დამაკავშირებელი ენერგია. ბმის სპეციფიკური ენერგია. აინშტაინის განტოლება მასასა და ენერგიას შორის:

"ატომური ბირთვის სტრუქტურა" - გეიგერი კონტრ ვილსონის პალატა. რადიუმი (კაშკაშა). რადიოაქტიური გამოსხივების გამოყენება. მარია სქლოდოვსკა-კიური და პიერ კიური. ბეკერელ ანტუან ანრი - 1897 წ თერმობირთვული შერწყმა არის მსუბუქი ბირთვების შერწყმა. M -მასობრივი რიცხვი -ბირთვის მასა, ბირთვების რაოდენობა, ნეიტრონების რაოდენობა M -Z. პოლონიუმი. ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია.

"ფოტოელექტრული ეფექტის გამოყენება" - სახელმწიფო საგანმანათლებლო დაწესებულება არასამთავრობო ორგანიზაცია პროფესიული ლიცეუმი No15. ფოტოელექტრული ეფექტის აღმოჩენისა და კვლევის ისტორია. დასრულებულია: ფიზიკის მასწავლებელი ვარლამოვა მარინა ვიქტოროვნა. აინშტაინის განტოლება ფოტოელექტრული ეფექტისთვის ა. აინშტაინი. ფოტოეფექტის დაკვირვება. სტოლეტოვი ა.გ. გაჯერების დენი პროპორციულია კათოდზე რადიაციული ინციდენტის ინტენსივობას.

"ატომური ბირთვის სტრუქტურა" - A. 10 -12. ატომური ბირთვების რადიოაქტიური გარდაქმნა. შესაბამისად, რადიაცია შედგება დადებითი ნაწილაკების ნაკადებისგან, უარყოფითი და ნეიტრალური. 13 - 15. 1896 ანრი ბეკერელმა (ფრანგ.) აღმოაჩინა რადიოაქტივობის ფენომენი. აღნიშნულია -, აქვს მასა? დილის 1 საათი და მუხტი, რომელიც უდრის ელექტრონის მუხტს. 5. ატომი ნეიტრალურია, რადგან ბირთვის მუხტი უდრის ელექტრონების საერთო მუხტს.

"ატომური ბირთვის შემადგენლობა" - მასის რიცხვი. ბირთვული ძალები არის მიზიდულობის ძალები, რომლებიც აკავშირებენ პროტონებსა და ნეიტრონებს ბირთვში. ბირთვული ძალები. ბირთვის აღნიშვნის ზოგადი ხედვა. დატენვის ნომერი. მუხტის რიცხვი უდრის ბირთვის მუხტს, გამოხატული ელემენტარული ელექტრული მუხტებით. მუხტის ნომერი უდრის ქიმიური ელემენტის რიგით რიცხვს. ბევრჯერ უფრო კულონური ძალები.

"პლაზმის სინთეზი" - მშენებლობის პერიოდი 8-10 წელია. მადლობა ყურადღებისთვის. ITER– ის მშენებლობა და ინფრასტრუქტურა. TOKAMAK– ის შექმნა. ITER დიზაინის პარამეტრები. ITER (ITER) შექმნა. 5. სავარაუდო ღირებულება 5 მილიარდი ევრო. თერმობირთვული იარაღი. რუსეთის წვლილი ITER რეაქტორში. 2. თერმობირთვული ენერგიის უპირატესობა. ენერგიის მოთხოვნები.

აქამდე მეცნიერებს შეეძლოთ მხოლოდ მოლეკულური სტრუქტურების არსებობა. დღეს, ატომური ძალის მიკროსკოპის გამოყენებით, ცალკეული ატომური ობლიგაციები (თითოეული რამდენიმე მილიონ მილიონ მილიმეტრამდე სიგრძის) აკავშირებს მოლეკულას (26 ნახშირბადის ატომი და 14 წყალბადის ატომი) აშკარად ჩანს.

თავდაპირველად, გუნდს სურდა გრაფენისგან დამზადებული სტრუქტურების მუშაობა, ერთ ფენის მასალა, რომელშიც ნახშირბადის ატომები განლაგებულია ექვსკუთხედში. წარმოქმნის ნახშირბადის თაფლს, ატომები გადაკეთებულია ხაზოვანი ჯაჭვიდან ექვსკუთხედებად; ამ რეაქციას შეუძლია წარმოქმნას რამდენიმე განსხვავებული მოლეკულა.

კალიფორნიის ბერკლის უნივერსიტეტის ქიმიკოს ფელიქს ფიშერს და მის კოლეგებს სურდათ მოლეკულების ვიზუალიზაცია დაემტკიცებინათ, რომ მათ ეს სწორად გააკეთეს.

ბეჭდის ფორმის, ნახშირბადის შემცველი მოლეკულა ნაჩვენებია რეორგანიზაციამდე და მის შემდეგ ორ ყველაზე გავრცელებულ რეაქციულ პროდუქტთან ერთად ტემპერატურაზე 90 გრადუსზე მაღლა. ზომა: 3 ანგსტრომი, ანუ მეტრის სამიდან ათი მილიარდი მეათედი.

გრაფენის რეცეპტის დასამტკიცებლად, ფიშერს სჭირდებოდა მძლავრი გამოსახულების მოწყობილობა და მან მიმართა ატომური ძალის მიკროსკოპს, რომელიც ჰქონდა კალიფორნიის უნივერსიტეტის ლაბორატორიის მაიკლ კრომის.

არაკონტაქტური ატომური ძალის მიკროსკოპია (NC-AFM) იყენებს ძალიან თხელ და მგრძნობიარე სენსორს მოლეკულების მიერ წარმოქმნილი ელექტრული ძალის შესაგრძნობად. წვერი მოძრაობს მოლეკულის ზედაპირთან ახლოს, გადახრილია სხვადასხვა მუხტით, რაც ქმნის გამოსახულებას, თუ როგორ მოძრაობს ატომები.

უკონტაქტო ატომური ძალის მიკროსკოპის მონატომიური წვერი ზედაპირს "იკვლევს" მკვეთრი ნემსით. ნემსი მოძრაობს შესასწავლი ობიექტის ზედაპირის გასწვრივ ისევე, როგორც ფონოგრაფის ნემსი გადის ფირფიტის ღარებით. ატომების გარდა, შესაძლებელია "გამოძიება" და ატომური ბმები

ასე რომ, გუნდმა მოახერხა არა მხოლოდ ნახშირბადის ატომების ვიზუალიზაცია, არამედ მათ შორის არსებული ობლიგაციები, რომლებიც შეიქმნა საერთო ელექტრონებით. მათ ვერცხლის ფირფიტაზე ნახშირბადის რგოლის ფორმის სტრუქტურები მოათავსეს და გაათბეს მოლეკულის რეორგანიზაციის მიზნით. გაცივებული რეაქციის პროდუქტები შეიცავდა სამ მოულოდნელ პროდუქტს და მხოლოდ ერთ მოლეკულას, რომელსაც მეცნიერები ელოდნენ.

წყალბადის ატომი იჭერს ელექტრონულ ღრუბლებს. და მიუხედავად იმისა, რომ თანამედროვე ფიზიკოსებს ამაჩქარებლების დახმარებით შეუძლიათ პროტონის ფორმის განსაზღვრაც კი, წყალბადის ატომი, როგორც ჩანს, დარჩება ყველაზე პატარა ობიექტი, რომლის გამოსახულებასაც აზრი აქვს ფოტოს დარეკვას. "Lenta.ru" წარმოადგენს მიკრო სამყაროს გადაღების თანამედროვე მეთოდების მიმოხილვას.

მკაცრად რომ ვთქვათ, ჩვეულებრივი ფოტოგრაფია ამ დღეებში თითქმის გაქრა. სურათები, რომლებსაც ჩვენ ჩვეულებისამებრ ვუწოდებთ ფოტომასალას და გვხვდება, მაგალითად, "Lenta.ru" - ს ნებისმიერ ფოტორეპორტაჟში, ფაქტობრივად, კომპიუტერის მოდელებია. ფოტომგრძნობიარე მატრიცა სპეციალურ მოწყობილობაში (ტრადიციულად მას კვლავ უწოდებენ "კამერას") განსაზღვრავს სინათლის ინტენსივობის სივრცით განაწილებას სხვადასხვა სპექტრულ დიაპაზონში, საკონტროლო ელექტრონიკა ინახავს ამ მონაცემებს ციფრულ ფორმაში და შემდეგ სხვა მონაცემებს ამ მონაცემებზე დაყრდნობით აძლევს ბრძანებას ტრანზისტორებს თხევადი ბროლის ეკრანზე ... ფილმი, ქაღალდი, სპეციალური გადაწყვეტილებები მათი დამუშავებისთვის - ეს ყველაფერი ეგზოტიკური გახდა. და თუ ჩვენ გვახსოვს სიტყვის პირდაპირი მნიშვნელობა, მაშინ ფოტოგრაფია არის "მსუბუქი ფერწერა". ასე რომ, რა უნდა ითქვას იმაზე, რაც მეცნიერებმა მიაღწიეს წარმატებას გადაღებაატომი, ეს შესაძლებელია მხოლოდ კონვენციის სამართლიანი ოდენობით.

ყველა ასტრონომიული სურათის ნახევარზე მეტი დიდი ხანია გადაღებულია ინფრაწითელი, ულტრაიისფერი და რენტგენის ტელესკოპებით. ელექტრონული მიკროსკოპები დასხივებულია არა სინათლით, არამედ ელექტრონული სხივით, ხოლო ატომური ძალის მიკროსკოპები ასხივებენ ნიმუშის რელიეფს ნემსით. არსებობს რენტგენის მიკროსკოპი და მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების აპარატები. ყველა ეს მოწყობილობა გვაწვდის სხვადასხვა ობიექტის ზუსტ გამოსახულებებს და იმისდა მიუხედავად, რომ აქ არ არის საჭირო საუბარი "სინათლის მხატვრობაზე", რა თქმა უნდა, ჩვენ მაინც გავბედავთ ასეთ სურათებს ფოტოს ვუწოდოთ.

ფიზიკოსების ექსპერიმენტები პროტონის ფორმის დადგენის ან ნაწილაკების შიგნით კვარკების განაწილების შესახებ დარჩება კულისებში; ჩვენი ისტორია შემოიფარგლება ატომების მასშტაბით.

ოპტიკა არასოდეს ბერდება

როგორც აღმოჩნდა მე -20 საუკუნის მეორე ნახევარში, ოპტიკურ მიკროსკოპებს ჯერ კიდევ ბევრი აქვთ განვითარებული. ბიოლოგიურ და სამედიცინო კვლევებში გადამწყვეტი მომენტი იყო ფლუორესცენტური საღებავების გაჩენა და გარკვეული ნივთიერებების შერჩევითი მარკირების მეთოდები. ეს არ იყო მხოლოდ ახალი საღებავი, ეს იყო ნამდვილი რევოლუცია.

პოპულარული რწმენის საწინააღმდეგოდ, ფლუორესცენცია საერთოდ არ არის სიბნელეში ბრწყინვალება (ამ უკანასკნელს ეწოდება ლუმინესცენცია). ეს არის გარკვეული ენერგიის კვანტების (ვთქვათ, ლურჯი შუქის) შთანთქმის ფენომენი, რასაც მოჰყვება სხვა ენერგიის ქვედა კვანტების ემისია და, შესაბამისად, განსხვავებული შუქი (როდესაც ლურჯი შეიწოვება, მწვანე გამოიყოფა). თუ თქვენ ჩადებთ ფილტრს, რომელიც მხოლოდ საღებავის მიერ გამოშვებულ კვანტებს გადის და იჭერს შუქს, რომელიც იწვევს ფლუორესცენციას, თქვენ ხედავთ მუქ ფონს საღებავების ნათელ ლაქებზე, ხოლო საღებავებს, თავის მხრივ, შეუძლიათ ექსპერიმენტულად შეღებონ ნიმუში შერჩევითად.

მაგალითად, თქვენ შეგიძლიათ შეღებოთ ნერვული უჯრედის ციტოკონცენტი, მონიშნოთ სინაფსები მწვანე და ბირთვი ლურჯად. თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ ფლუორესცენტური ეტიკეტი, რომელიც საშუალებას მოგცემთ აღმოაჩინოთ ცილის რეცეპტორები მემბრანაზე ან უჯრედის მიერ სინთეზირებული მოლეკულები გარკვეულ პირობებში. იმუნოჰისტოქიმიურმა შეღებვამ რევოლუცია მოახდინა ბიოლოგიურ მეცნიერებაში. და როდესაც გენეტიკურმა ინჟინრებმა ისწავლეს ტრანსგენური ცხოველების შექმნა ფლუორესცენტური ცილებით, ამ მეთოდმა ხელახალი დაბადება განიცადა: მაგალითად, სხვადასხვა ფერებში შეღებილი ნეირონების მქონე თაგვები რეალობად იქცა.

გარდა ამისა, ინჟინრებმა შეიმუშავეს (და შეიმუშავეს პრაქტიკაში) ეგრეთ წოდებული კონფოკალური მიკროსკოპის მეთოდი. მისი არსი იმაში მდგომარეობს იმაში, რომ მიკროსკოპი აქცენტს აკეთებს ძალიან თხელ ფენაზე და სპეციალური დიაფრაგმა წყვეტს ამ ფენის გარეთ მდებარე საგნების მიერ შექმნილ განათებას. ასეთ მიკროსკოპს შეუძლია თანმიმდევრულად დაასკანიროს ნიმუში ზემოდან ქვემოდან და მიიღოს სურათების დასტა, რაც სამგანზომილებიანი მოდელის მზა საფუძველია.

ლაზერებისა და დახვეწილი ოპტიკური სხივების კონტროლის სისტემების გადაჭრით გამოწვეულია საღებავის დაწვისა და დელიკატური ბიოლოგიური ნიმუშების გაშრობის პრობლემა ნათელი შუქის ქვეშ: ლაზერული სხივი ახდენს ნიმუშის სკანირებას მხოლოდ მაშინ, როდესაც ეს გადასაღებად არის საჭირო. და იმისათვის, რომ არ დავკარგოთ დრო და ძალისხმევა ვიწრო ხედვის მქონე თვალის საშუალებით დიდი ნიმუშის შესამოწმებლად, ინჟინრებმა შესთავაზეს ავტომატური სკანირების სისტემა: თქვენ შეგიძლიათ განათავსოთ ჭიქა ნიმუშით თანამედროვე მიკროსკოპის სცენაზე და მოწყობილობა დამოუკიდებლად გადაიღებს მთლიანი ნიმუშის მასშტაბურ პანორამას. ამავე დროს, სწორ ადგილებში, ის ყურადღებას გაამახვილებს, შემდეგ კი ბევრ ჩარჩოს ერთმანეთთან წებოვებას.

ზოგიერთ მიკროსკოპს შეუძლია მოირგოს ცოცხალი თაგვები, ვირთხები, ან თუნდაც მცირე უხერხემლოები. სხვები უმნიშვნელო ზრდას იძლევიან, მაგრამ შერწყმულია რენტგენის აპარატთან. ბევრი დამონტაჟებულია სპეციალურ მაგიდაზე, რომლის მასაც რამდენიმე ტონაა, ვიბრაციის დარღვევების აღმოსაფხვრელად, შენობაში ფრთხილად კონტროლირებადი მიკროკლიმატით. ასეთი სისტემების ღირებულება აღემატება სხვა ელექტრონული მიკროსკოპის ღირებულებას, ხოლო კონკურსები ყველაზე ლამაზი ჩარჩოსთვის უკვე დიდი ხანია ტრადიციად იქცა. გარდა ამისა, ოპტიკის გაუმჯობესება გრძელდება: საუკეთესო ტიპის შუშის ძიებიდან და ლინზების საუკეთესო კომბინაციების არჩევიდან, ინჟინრები გადავიდნენ სინათლის ფოკუსირების მეთოდებზე.

ჩვენ სპეციალურად ჩამოვთვალეთ მთელი რიგი ტექნიკური დეტალები, რათა ვაჩვენოთ, რომ ბიოლოგიურ კვლევაში პროგრესი დიდი ხანია ასოცირდება სხვა სფეროებში პროგრესთან. რომ არ არსებობდეს კომპიუტერი, რომელსაც შეუძლია ავტომატურად დათვალოს შეღებილი უჯრედების რაოდენობა რამდენიმე ასეულ ფოტოსურათში, სუპერმიკროსკოპებისთვის მცირე გამოყენება იქნებოდა. ფლუორესცენტური საღებავების გარეშე, ყველა მილიონი უჯრედი ერთმანეთისგან განასხვავებელი იქნებოდა, ამიტომ ახლის წარმოქმნის ან ძველთა გარდაცვალების კვალი თითქმის შეუძლებელი იქნებოდა.

სინამდვილეში, პირველი მიკროსკოპი იყო დამჭერი, რომელსაც სფერული ლინზა ჰქონდა მიმაგრებული. ასეთი მიკროსკოპის ანალოგი შეიძლება იყოს მარტივი სათამაშო ბარათი, მასში გაკეთებული ხვრელით და წყლის წვეთით. ზოგიერთი ანგარიშის თანახმად, ასეთი მოწყობილობები გამოიყენეს ოქროს მაღაროელებმა კოლიმაში გასულ საუკუნეში.

დიფრაქციის ზღვარს მიღმა

ოპტიკურ მიკროსკოპებს აქვთ ფუნდამენტური ნაკლი. ფაქტია, რომ შეუძლებელია იმ ობიექტების ფორმის აღდგენა, რომლებიც ტალღის სიგრძეზე გაცილებით მცირე იყო სინათლის ტალღების ფორმისგან: თქვენ ასევე შეგიძლიათ ეცადოთ გამოიკვლიოთ მასალის მშვენიერი ტექსტურა თქვენი ხელით სქელი ხელთათმანი შედუღებისთვის.

დიფრაქციით შექმნილი შეზღუდვები ნაწილობრივ გადალახეს და ფიზიკის კანონების დარღვევის გარეშე. ორი გარემოება ეხმარება ოპტიკურ მიკროსკოპებს დიფრაქციული ბარიერის ქვეშ ჩაძირვაში: ის ფაქტი, რომ ფლუორესცენციის დროს კვანტები გამოიყოფა ცალკეული საღებავის მოლეკულების მიერ (რომლებიც ერთმანეთისგან საკმაოდ შორსაა) და ის ფაქტი, რომ სინათლის ტალღების სუპერპოზიციის გამო , შესაძლებელია ნათელი წერტილის მიღება ტალღის სიგრძეზე მცირე დიამეტრით.

ერთმანეთზე გადაბმისას, სინათლის ტალღებს შეუძლიათ ერთმანეთის ჩაქრობა, შესაბამისად, ნიმუშის განათების პარამეტრები ისე, რომ რაც შეიძლება მცირე ფართობი მოხვდეს ნათელ უბანში. მათემატიკურ ალგორითმებთან კომბინაციაში, რომელიც საშუალებას იძლევა, მაგალითად, ამოიღონ მოჩვენებები გამოსახულებაში, ასეთი მიმართულების განათება იძლევა მკვეთრ ზრდას სროლის ხარისხში. მაგალითად, შესაძლებელი ხდება უჯრედული სტრუქტურების შემოწმება ოპტიკური მიკროსკოპით და თუნდაც (აღწერილი მეთოდის შერწყმით კონფოკალური მიკროსკოპით) მათი სამგანზომილებიანი სურათების მიღება.

ელექტრონული მიკროსკოპი ელექტრონულ მოწყობილობებზე

ატომებისა და მოლეკულების აღმოსაჩენად, მეცნიერებს არ უნდა შეხედონ მათ - მოლეკულურ თეორიას არ სჭირდება ობიექტის დანახვა. მაგრამ მიკრობიოლოგია შესაძლებელი გახდა მხოლოდ მიკროსკოპის გამოგონების შემდეგ. ამიტომ, თავდაპირველად, მიკროსკოპები ასოცირდებოდა ზუსტად მედიცინასთან და ბიოლოგიასთან: ფიზიკოსები და ქიმიკოსები, რომლებიც სწავლობდნენ ბევრად უფრო მცირე ზომის ობიექტებს, რომლებიც სხვა საშუალებებით იმართებოდა. როდესაც მათ ასევე სურდათ მიკროსამყაროს დანახვა, დიფრაქციული შეზღუდვები გახდა სერიოზული პრობლემა, მით უმეტეს, რომ ზემოთ აღწერილი ფლუორესცენციული მიკროსკოპის მეთოდები ჯერ კიდევ უცნობი იყო. და მცირე აზრი აქვს რეზოლუციის 500 -დან 100 ნანომეტრამდე გაზრდას, თუ შესასწავლი ობიექტი კიდევ უფრო პატარაა!

იმის ცოდნა, რომ ელექტრონებს შეუძლიათ მოიქცნენ როგორც ტალღა, ასევე ნაწილაკი, 1926 წელს გერმანიიდან ჩამოსულმა ფიზიკოსებმა შექმნეს ელექტრონული ლინზა. იდეა, რომლის საფუძველიც ის იყო, ძალიან მარტივი და გასაგები იყო ნებისმიერი სკოლის მოსწავლისთვის: ვინაიდან ელექტრომაგნიტური ველი გადახრის ელექტრონებს, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამ ნაწილაკების სხივის ფორმის შესაცვლელად მათ დაშორებით, ან პირიქით, სხივის დიამეტრის შესამცირებლად. ხუთი წლის შემდეგ, 1931 წელს, ერნსტ რუსკამ და მაქს ნოლმა ააგეს მსოფლიოში პირველი ელექტრონული მიკროსკოპი. მოწყობილობაში, ნიმუში ჯერ განათდა ელექტრონული სხივით, შემდეგ კი ელექტრონულმა ლინზამ გააფართოვა ის სხივი, რომელიც გაიარა მანამდე, სანამ ის დაეცემა სპეციალურ ლუმინესცენტურ ეკრანზე. პირველმა მიკროსკოპმა გაზარდა მხოლოდ 400 -ჯერ, მაგრამ ელექტრონებით შუქის შეცვლამ გზა გაუხსნა ფოტოგრაფიას ასობით ათასჯერ გადიდებით: დიზაინერებს მხოლოდ რამდენიმე ტექნიკური დაბრკოლების გადალახვა მოუხდათ.

ელექტრონულმა მიკროსკოპმა შესაძლებელი გახადა უჯრედების სტრუქტურის გამოკვლევა მანამდე მიუწვდომელ ხარისხში. მაგრამ ამ სურათიდან შეუძლებელია გავიგოთ უჯრედების ასაკი და მათში გარკვეული ცილების არსებობა და ეს ინფორმაცია ძალიან აუცილებელია მეცნიერებისთვის.

ელექტრონული მიკროსკოპები ახლა ვირუსების ახლოდან გადაღების საშუალებას იძლევა. არსებობს მოწყობილობების სხვადასხვა მოდიფიკაცია, რომელიც საშუალებას იძლევა არა მხოლოდ დაინახოს თხელი მონაკვეთები, არამედ დაათვალიეროს ისინი "არეკლილ სინათლეში" (რა თქმა უნდა, ასახულ ელექტრონებში). ჩვენ დეტალურად არ ვისაუბრებთ მიკროსკოპის ყველა ვერსიაზე, მაგრამ აღვნიშნავთ, რომ ცოტა ხნის წინ მკვლევარებმა ისწავლეს თუ როგორ უნდა აღადგინონ გამოსახულება დიფრაქციული ნიმუშიდან.

შეეხეთ, არ გაითვალისწინოთ

კიდევ ერთი რევოლუცია მოხდა "შუქისა და ხედვის" პრინციპის შემდგომი დაშორებიდან. ატომური ძალის მიკროსკოპი, ისევე როგორც სკანირების გვირაბის მიკროსკოპი, აღარ ანათებს ნიმუშების ზედაპირს. სამაგიეროდ, ზედაპირზე გადადის განსაკუთრებით თხელი ნემსი, რომელიც ფაქტიურად ბრუნდება ცალკეული ატომის ზომის დარღვევებზეც კი.

ყველა ამ მეთოდის დეტალების შესწავლის გარეშე, ჩვენ აღვნიშნავთ მთავარს: გვირაბის მიკროსკოპის წვერი შეიძლება არა მხოლოდ ზედაპირის გასწვრივ გადაადგილდეს, არამედ გამოყენებულ იქნას ატომების ადგილიდან ადგილზე გადასაადგილებლად. ასე ქმნიან მეცნიერები წარწერებს, ნახატებს და თუნდაც მულტფილმებს, რომლებშიც დახატული ბიჭი თამაშობს ატომთან. ნამდვილი ქსენონის ატომი, გამოყვანილი გვირაბის სკანირების მიკროსკოპის წვერით.

გვირაბის მიკროსკოპს უწოდებენ, რადგან ის იყენებს გვირაბის დენის ეფექტს, რომელიც მიედინება წვეროში: ელექტრონები გადიან წვერსა და ზედაპირს შორის უფსკრული კვანტური მექანიკის მიერ პროგნოზირებული გვირაბის ეფექტის გამო. ასეთი მოწყობილობა მოითხოვს ვაკუუმს.

ატომური ძალის მიკროსკოპი (AFM) გაცილებით ნაკლებად მოითხოვს გარემო პირობებს - მას შეუძლია (რიგი შეზღუდვებით) იმუშაოს ჰაერის ევაკუაციის გარეშე. გარკვეული გაგებით, AFM არის გრამოფონის ნანოტექნოლოგიური მემკვიდრე. ნემსი, რომელიც დამონტაჟებულია თხელი და მოქნილი კონსოლის მკლავზე ( კონსოლიდა არის "ფრჩხილი"), მოძრაობს ზედაპირის გასწვრივ მასზე ძაბვის გამოყენების გარეშე და მიჰყვება ნიმუშის რელიეფს ისევე, როგორც გრამოფონის ნემსი მიჰყვება გრამაფონის ჩანაწერის ღერებს. კონსოლის მოხრა იწვევს მასზე მიმაგრებული სარკის გადახრას, სარკე ლაზერის სხივის გადახრას და ეს იძლევა შესწავლის ნიმუშის ფორმის ძალიან ზუსტ განსაზღვრას. მთავარია მხოლოდ გვქონდეს საკმარისად ზუსტი სისტემა ნემსის გადასატანად, ასევე ნემსების მარაგი, რომელიც უნდა იყოს სრულყოფილად მკვეთრი. მრუდის რადიუსი ასეთი ნემსების წვერებზე არ შეიძლება აღემატებოდეს ერთ ნანომეტრს.

AFM საშუალებას გაძლევთ ნახოთ ცალკეული ატომები და მოლეკულები, თუმცა გვირაბის მიკროსკოპის მსგავსად, ეს არ გაძლევთ საშუალებას შეხედოთ ნიმუშის ზედაპირს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეცნიერებმა უნდა აირჩიონ ატომების ხილვის უნარი და მთელი ობიექტის მთლიანად შესწავლის უნარი. თუმცა, ოპტიკური მიკროსკოპებისთვისაც კი, შესასწავლი ნიმუშების შიდა მხარე ყოველთვის არ არის ხელმისაწვდომი, რადგან მინერალები ან ლითონები ჩვეულებრივ ცუდად გადასცემენ სინათლეს. გარდა ამისა, სირთულეები ჯერ კიდევ წარმოიქმნება ატომების გადაღებასთან დაკავშირებით - ეს ობიექტები გამოჩნდება მარტივი ბურთების სახით, ელექტრონულ ღრუბელთა ფორმა არ ჩანს ასეთ ფოტოებში.

დამაჩქარებლებით დაჩქარებული დამუხტული ნაწილაკების შენელებით წარმოქმნილი სინქროტრონული გამოსხივება შესაძლებელს ხდის პრეისტორიული ცხოველების გაქვავებული ნაშთების შესწავლას. რენტგენის სხივების ქვეშ ნიმუშის ბრუნვით, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ სამგანზომილებიანი ტომოგრამა-ასე აღმოაჩინეს, მაგალითად, ტვინი 300 მილიონი წლის წინ გადაშენებული თევზის თავის ქალაში. ბრუნვა ასევე შეიძლება გაუქმდეს, თუ გადაცემული გამოსხივება ფიქსირდება დიფრაქციით გაფანტული რენტგენის სხივების ფიქსაციით.

და ეს არ არის ყველა შესაძლებლობა, რომ გაიხსნას რენტგენის გამოსხივება. მისი დასხივებისას ბევრი მასალა ფლუორესცენტდება და ფლუორესცენციის ბუნებით შესაძლებელია ნივთიერების ქიმიური შემადგენლობის დადგენა: ამ გზით მეცნიერები ხატავენ უძველეს არტეფაქტებს, შუა საუკუნეებში წაშლილ არქიმედეს ნაწარმოებებს ან ფერს დიდი ხნის გადაშენებული ფრინველების ბუმბულით.

ატომები უქმნიან

რენტგენის ან ოპტიკურ-ფლუორესცენტული მეთოდების მიერ შემოთავაზებული ყველა შესაძლებლობის ფონზე, ცალკეული ატომების გადაღების ახალი მეთოდი არ არის ისეთი დიდი მიღწევა მეცნიერებაში. მეთოდის არსი, რამაც შესაძლებელი გახადა ამ კვირაში წარმოდგენილი სურათების მიღება, ასეთია: ელექტრონები იშიშვლებენ იონიზირებულ ატომებს და უგზავნიან სპეციალურ დეტექტორს. თითოეული იონიზაციის აქტი აცილებს ელექტრონს გარკვეული პოზიციიდან და აძლევს ერთ წერტილს "ფოტოს". რამდენიმე ათასი ასეთი წერტილის დაგროვების შემდეგ, მეცნიერებმა შექმნეს სურათი, რომელიც აჩვენებს ატომის ბირთვის ირგვლივ ელექტრონის გამოვლენის ყველაზე სავარაუდო ადგილებს და ეს, განმარტებით, არის ელექტრონული ღრუბელი.

დასასრულს, მოდით ვთქვათ, რომ ცალკეული ატომების მათი ელექტრონული ღრუბლებით დანახვის შესაძლებლობა უფრო თანამედროვე მიკროსკოპის ტორტზეა. მეცნიერებისთვის მნიშვნელოვანი იყო მასალების სტრუქტურის შესწავლა, უჯრედების და კრისტალების შესწავლა და ტექნოლოგიის შედეგად განვითარებამ შესაძლებელი გახადა წყალბადის ატომის მიღწევა. არაფერი ნაკლები უკვე არის ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის სპეციალისტების ინტერესის სფერო. ბიოლოგებს, მასალების მეცნიერებსა და გეოლოგებს ჯერ კიდევ აქვთ ადგილი მიკროსკოპის გასაუმჯობესებლად, თუნდაც საკმაოდ მოკრძალებული გადიდებით ატომების ფონზე. მაგალითად, ნეიროფიზიოლოგიის სპეციალისტებს დიდი ხანია სურთ ჰქონდეთ მოწყობილობა, რომელიც ცოცხალ ტვინში ხედავს ცალკეულ უჯრედებს, ხოლო როვერების შემქმნელები თავიანთ სულებს ყიდიან ელექტრონულ მიკროსკოპზე, რომელიც კოსმოსურ ხომალდზე ავა და მარსზე იმუშავებს.

გეპატიჟებით შეაფასოთ ფინალისტების ფოტოები, რომლებიც მიმართავენ სამეფო ფოტოგრაფიული საზოგადოების "წლის ფოტოგრაფის" ტიტულს. გამარჯვებული გამოცხადდება 7 ოქტომბერს, ხოლო საუკეთესო ნამუშევრების გამოფენა გაიმართება 7 ოქტომბრიდან 5 იანვრამდე ლონდონის მეცნიერების მუზეუმში.

პრემიერის გადასინჯვა

ბუშტის სტრუქტურა კიმ კოქსის მიერ

საპნის ბუშტები ოპტიმიზირებენ სივრცეს საკუთარ თავში და ამცირებენ მათ ზედაპირს ჰაერის მოცემული მოცულობისთვის. ეს ხდის მათ კვლევის სასარგებლო ობიექტს მრავალ სფეროში, კერძოდ, მასალების მეცნიერების სფეროში. ბუშტების კედლები, როგორც ჩანს, მიედინება ქვემოთ გრავიტაციის გავლენის ქვეშ: ისინი თხელია ზემოდან და სქელი ქვედადან.

იასმინ კროუფორდის "ჟანგბადის მოლეკულებზე მარკირება"

ფოტოსურათი არის ავტორის უახლესი ძირითადი პროექტის ფოტოგრაფია ფალმუთის უნივერსიტეტში, რომელიც ფოკუსირებულია მიალგიური ენცეფალომიელიტის შესწავლაზე. კროუფორდი ამბობს, რომ ის ქმნის სურათებს, რომლებიც გვაკავშირებს ორაზროვანსა და უცნობთან.

ევგენი სამუჩენკოს "მარადისობის მშვიდობა"

სურათი გადაღებულია ჰიმალაებზე გოსაიკუნდას ტბაზე 4400 მეტრის სიმაღლეზე. ირმის ნახტომი არის გალაქტიკა, რომელიც მოიცავს ჩვენს მზის სისტემას: სინათლის მკრთალი ზოლი ღამის ცაზე.

დაბნეული კვება ხოჭო დავით სპირსი

ეს პატარა მავნებლის ხოჭო გვხვდება მარცვლეულსა და ფქვილის პროდუქტებში. სურათი გადაღებულია სკანირების ელექტრონული მიკროგრაფიის გამოყენებით და შემდეგ შეღებილია Photoshop– ში.

ჩრდილოეთ ამერიკის ნისლეული დეივ უოტსონი

ჩრდილოეთ ამერიკის ნისლეული NGC7000 არის ემისიის ნისლეული თანავარსკვლავედში Cygnus. ნისლეულის ფორმა წააგავს ჩრდილოეთ ამერიკის ფორმას - თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ მექსიკის ყურეც კი.

ვიქტორ სიკორას "ეტლის ხოჭო"

ფოტოგრაფმა გამოიყენა სინათლის მიკროსკოპი ხუთჯერ გადიდებით.

ლოველის ტელესკოპი, მარჯ ბრედშოუ

"მე მოხიბლული ვარ ლოველის ტელესკოპით ჯოდრელის ბანკში მას შემდეგ რაც დავინახე ის სასკოლო მოგზაურობაში", - ამბობს ბრედშოუ. მას სურდა უფრო დეტალური ფოტოსურათების გადაღება, რათა ეჩვენებინა მისი ცვეთა და ცრემლი.

თავდაყირა მედუზა მერი ენ ჩილტონის მიერ

ცურვის ნაცვლად, ეს სახეობა წყალში პულსირებას ატარებს. მედუზის ფერი წყალმცენარეების ჭამის შედეგია.