Vandens molekulėje pagrindinis veikėjas yra deguonies atomas.

Kadangi vandenilio atomai pastebimai atstumia vienas kitą, kampas tarp cheminių jungčių (linijų, jungiančių atomų branduolius) vandenilis - deguonis nėra tiesus (90 °), bet šiek tiek daugiau - 104,5 °.

Cheminiai ryšiai vandens molekulėje yra poliniai, nes deguonis traukia neigiamai įkrautus elektronus, o vandenilis - teigiamai įkrautus elektronus. Dėl to šalia deguonies atomo kaupiasi neigiamas krūvis, o vandenilio atomai - teigiamas.

Todėl visa vandens molekulė yra dipolis, tai yra molekulė, turinti du priešingus polius. Vandens molekulės dipolio struktūra iš esmės lemia jos neįprastas savybes.

Vandens molekulė yra diamagnetinė.

Jei teigiamų ir neigiamų krūvių epicentrus sujungsime tiesiomis linijomis, gausime trimatę geometrinę figūrą - tetraedrą. Tai yra pačios vandens molekulės struktūra.

Pasikeitus vandens molekulės būklei, tetraedre keičiasi šonų ilgis ir kampas tarp jų.

Pavyzdžiui, jei vandens molekulė yra garų būsenos, tada jos šonų suformuotas kampas yra 104 ° 27 ". Vandens būsenoje kampas yra 105 ° 03". O ledo būsenoje kampas yra 109,5 °.

Vandens molekulės geometrija ir dydis įvairioms būsenoms
a - garinei būsenai
b - žemiausiam vibracijos lygiui
c - lygiui, artimam ledo kristalų susidarymui, kai vandens molekulės geometrija atitinka dviejų Egipto trikampių, kurių kraštinių santykis yra 3: 4: 5, geometriją
d - ledo būsenai.

Jei padalinsime šiuos kampus per pusę, gausime kampus:
104 ° 27 ": 2 = 52 ° 13",
105 ° 03 ": 2 = 52 ° 31",
106 ° 16 ": 2 = 53 ° 08",
109,5 °: 2 = 54 ° 32 ".

Tai reiškia, kad tarp vandens ir ledo molekulės geometrinių modelių yra garsusis Egipto trikampis, pagrįstas auksiniu santykiu - šonų ilgis yra 3: 4: 5, o kampas 53 ° 08 ".

Auksinės proporcijos struktūrą vandens molekulė įgauna pakeliui, kai vanduo virsta ledu, ir atvirkščiai, kai ledas ištirpsta. Akivaizdu, kad lydymosi vanduo vertinamas pagal šią sąlygą, kai jo struktūra struktūroje turi aukso pjūvio proporcijas.

Dabar tampa aišku, kad garsusis Egipto trikampis, kurio kraštinių santykis yra 3: 4: 5, yra „paimtas“ iš vienos iš vandens molekulės būsenų. Tą pačią vandens molekulės geometriją sudaro du Egipto stačiakampiai trikampiai, kurių bendra koja lygi 3.

Vandens molekulė, pagrįsta auksiniu santykiu, yra fizinė Dieviškosios prigimties, dalyvaujančios kuriant gyvybę, apraiška. Štai kodėl žemiškoje gamtoje yra harmonija, būdinga visam kosmosui.

Ir todėl senovės egiptiečiai dievino skaičius 3, 4, 5, o pats trikampis buvo laikomas šventu ir bandė išdėstyti savo savybes, harmoniją bet kokioje struktūroje, namuose, piramidėse ir net ženklinant laukus. Beje, Ukrainos nameliai taip pat buvo statomi naudojant auksinį santykį.

Erdvėje vandens molekulė užima tam tikrą tūrį ir yra padengta elektronų apvalkalu, uždengto šydo pavidalu. Jei įsivaizduojame hipotetinio molekulės modelio formą plokštumoje, tai atrodo kaip drugelio sparnai, kaip X formos chromosoma, kurioje užfiksuota gyvos būtybės gyvenimo programa. Ir tai yra orientacinis faktas, kad pats vanduo yra nepakeičiamas visų gyvų būtybių elementas.

Jei įsivaizduojame hipotetinio tūrio vandens molekulės modelio formą, tada ji perteikia trikampės piramidės formą, kuri turi 4 veidus, o kiekvienas paviršius turi 3 kraštus. Geometrijoje trikampė piramidė vadinama tetraedru. Ši struktūra būdinga kristalams.

Taigi vandens molekulė sudaro stiprią kampinę struktūrą, kurią ji išlaiko net esant garų būsenai, atsidūrusi ant ledo ir kai virsta ledu.

Jei vandens molekulės „skeletas“ yra toks stabilus, tai jo energijos „piramidė“ - tetraedras - taip pat nepajudinama.

Tokios vandens molekulės struktūrinės savybės įvairiomis sąlygomis paaiškinamos stipriomis jungtimis tarp dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies atomo. Šis ryšys yra maždaug 25 kartus stipresnis už ryšį tarp gretimų vandens molekulių. Todėl lengviau atskirti vieną vandens molekulę nuo kitos, pavyzdžiui, kaitinant, nei sunaikinti pačią vandens molekulę.

Dėl orientacijos, indukcijos, dispersijos sąveikos (van der Waals jėgos) ir vandenilio jungčių tarp kaimyninių molekulių vandenilio ir deguonies atomų, vandens molekulės sugeba formuotis kaip atsitiktiniai asocijuotieji, t.y. neturintys užsakytos struktūros, o klasteriai - asocijuojasi su tam tikra struktūra.

Remiantis statistiniais duomenimis, paprastame vandenyje yra atsitiktinių asociacijų - 60% (destruktyvus vanduo) ir klasteriai - 40% (struktūrizuotas vanduo).

Remiantis rusų mokslininko S. V. Zenino atliktais tyrimais, buvo atrastos stabilios ilgaamžės vandens sankaupos.

Zeninas nustatė, kad vandens molekulės iš pradžių sudaro dodekaedrą. Keturi dodekaedrai susijungia ir sudaro pagrindinį vandens struktūrinį elementą - 57 vandens molekulių grupę.

Klasteryje dodekaedrai turi bendrus veidus, o jų centrai sudaro taisyklingą tetraedrą. Tai masinis vandens molekulių, įskaitant heksameres, junginys, turintis teigiamų ir neigiamų polių.

Vandenilio tiltai leidžia vandens molekulėms sujungti įvairiais būdais. Dėl šios priežasties vandenyje yra be galo daug grupių.

Klasteriai gali sąveikauti tarpusavyje dėl laisvų vandenilio jungčių, todėl atsiranda antros eilės struktūrų šešiakampių pavidalu. Juos sudaro 912 vandens molekulių, kurios praktiškai negali sąveikauti. Tokios konstrukcijos tarnavimo laikas yra labai ilgas.

Ši struktūra, panaši į mažą aštrų ledo kristalą iš 6 rombinių veidų, S.V. Zeninas jį pavadino „pagrindiniu vandens struktūriniu elementu“. Daugybė eksperimentų patvirtino, kad vandenyje yra daugybė tokių kristalų.

Šie ledo kristalai beveik nesikeičia tarpusavyje, todėl nesudaro sudėtingesnių stabilių struktūrų ir lengvai slysta kraštais vienas kito atžvilgiu, sukurdami sklandumą. Šia prasme vanduo primena peršaldytą tirpalą, kuris niekaip negali kristalizuotis.

kiti pristatymai apie molekulinę fiziką

„Branduolio surišimo energija“ - didžiausią surišimo energiją (8,6 MeV / nukleonas) turi elementai, kurių masės skaičius yra nuo 50 iki 60. - Masės defektas. Kulono jėgos siekia atplėšti šerdį. Nukleonų surišimo energija paviršiuje yra mažesnė nei branduolio viduje esančių nukleonų. Uchim.net. Atomų branduolių rišamoji energija. Specifinė ryšių energija. Einšteino lygtis tarp masės ir energijos:

„Atominio branduolio struktūra“ - Geigerio skaitiklio Wilsono kamera. Radis (spinduliuojantis). Radioaktyviosios spinduliuotės naudojimas. Maria Sklodowska-Curie ir Pierre Curie. Bekerelis Antuanas Henris - 1897 m Termobranduolinė sintezė yra šviesos branduolių sintezė. M -masės skaičius -branduolio masė, nukleonų skaičius, neutronų skaičius M -Z. Polonis. Branduolinė grandininė reakcija.

„Fotoelektrinio efekto taikymas“ - Valstybinė švietimo įstaiga NVO Profesinis licėjus Nr. Fotoelektrinio efekto atradimo ir tyrimo istorija. Užpildė: fizikos mokytoja Varlamova Marina Viktorovna. Einšteino lygtis fotoelektriniam efektui A. Einšteinas. Nuotraukų efekto stebėjimas. Stoletovas A.G. Prisotinimo srovė yra proporcinga katodo spinduliuotės intensyvumui.

„Atominio branduolio sandara“ - A. 10 -12. Atominių branduolių radioaktyvi transformacija. Taigi spinduliuotę sudaro teigiamų dalelių srautai, neigiami ir neutralūs. 1896 m. Henri Becquerel (prancūzas) atrado radioaktyvumo reiškinį. Ar jis žymimas -, turi masę? 1 val. ir krūvis, lygus elektrono krūviui. 5. Atomas yra neutralus, nes branduolio krūvis lygus bendram elektronų krūviui.

„Atominio branduolio sudėtis“ - masės skaičius. Branduolinės jėgos yra traukos jėgos, jungiančios protonus ir neutronus branduolyje. Branduolinės jėgos. Bendras šerdies žymėjimo vaizdas. Mokesčio numeris. Įkrovos skaičius yra lygus branduolio krūviui, išreikštam elementariais elektros krūviais. Įkrovos skaičius yra lygus cheminio elemento eilės skaičiui. Daug kartų daugiau Kulono jėgų.

"Plazmos sintezė" - Statybos laikotarpis yra 8-10 metų. Dėkoju už dėmesį. ITER statyba ir infrastruktūra. TOKAMAK kūrimas. ITER projektiniai parametrai. ITER (ITER) sukūrimas. 5. Apytikslė 5 milijardų eurų kaina. Termobranduoliniai ginklai. Rusijos indėlis į ITER reaktorių. 2. Termobranduolinės energijos pranašumas. Energijos reikalavimai.

Iki šiol mokslininkai galėjo tik manyti, kad yra molekulinės struktūros. Šiandien, naudojant atominės jėgos mikroskopiją, gana aiškiai matomos atskiros atominės jungtys (kiekvienos keliasdešimt milijonųjų milimetrų ilgio), jungiančios molekulę (26 anglies atomai ir 14 vandenilio atomų).

Iš pradžių komanda norėjo dirbti su konstrukcijomis, pagamintomis iš grafeno-vieno sluoksnio medžiagos, kurioje anglies atomai yra išdėstyti šešiakampiais. Formuodami anglies korį, atomai iš linijinės grandinės pertvarkomi į šešiakampius; Ši reakcija gali sukelti keletą skirtingų molekulių.

Felixas Fischeris, Kalifornijos universiteto Berkeley chemikas, ir jo kolegos norėjo vizualizuoti molekules, kad įsitikintų, jog tai padarė teisingai.

Žiedo formos, anglies turinti molekulė, parodyta prieš ir po reorganizavimo su dviem dažniausiai pasitaikančiais reakcijos produktais, esant aukštesnei nei 90 laipsnių Celsijaus temperatūrai. Dydis: 3 angstromai arba nuo trijų iki dešimties milijardinių metrų skersmens.

Norėdami dokumentuoti grafeno receptą, Fischeriui reikėjo galingo vaizdo gavimo prietaiso ir jis kreipėsi į atominės jėgos mikroskopą, kurį turėjo Michaelas Crommy iš Kalifornijos universiteto laboratorijos.

Nekontaktinė atominės jėgos mikroskopija (NC-AFM) naudoja labai ploną ir jautrų jutiklį, kad pajustų molekulių sukuriamą elektrinę jėgą. Antgalis juda netoli molekulės paviršiaus, nukreiptas skirtingų krūvių, sukuriant vaizdą, kaip juda atomai.

Monatominis nekontaktinio atominės jėgos mikroskopo antgalis „zonduoja“ paviršių aštria adata. Adata juda išilgai tiriamo objekto paviršiaus taip pat, kaip fonografo adata eina išilgai plokštelės griovelių. Be atomų, galima „zonduoti“ ir atomines jungtis

Taigi komandai pavyko ne tik vizualizuoti anglies atomus, bet ir ryšius tarp jų, kuriuos sukūrė bendri elektronai. Jie sudėjo žiedo formos anglies struktūras ant sidabrinės plokštės ir kaitino, kad pertvarkytų molekulę. Atauštuose reakcijos produktuose buvo trys netikėti produktai ir tik viena molekulė, kurios tikėjosi mokslininkai.

Vandenilio atomas, fiksuojantis elektronų debesis. Ir nors šiuolaikiniai fizikai, pasitelkę greitintuvus, netgi gali nustatyti protono formą, vandenilio atomas, matyt, išliks mažiausias objektas, kurio atvaizdą prasminga pavadinti fotografija. „Lenta.ru“ pristato šiuolaikinių mikropasaulio fotografavimo metodų apžvalgą.

Griežtai tariant, šiais laikais įprastos fotografijos beveik nebeliko. Vaizdai, kuriuos mes įprastai vadiname nuotraukomis ir kuriuos, pavyzdžiui, galime rasti bet kuriame „Lenta.ru“ fotoreportaže, iš tikrųjų yra kompiuteriniai modeliai. Šviesai jautri matrica specialiame įrenginyje (tradiciškai ji vis dar vadinama „fotoaparatu“) nustato šviesos intensyvumo erdvinį pasiskirstymą keliuose skirtinguose spektriniuose diapazonuose, valdymo elektronika saugo šiuos duomenis skaitmenine forma, o po to - kitą elektroninę grandinę, pagrįstą šiais duomenimis duoda komandą tranzistoriams skystųjų kristalų ekrane ... Filmas, popierius, specialūs jų apdorojimo sprendimai - visa tai tapo egzotiška. O jei prisimename pažodinę šio žodžio reikšmę, tai fotografija yra „šviesi tapyba“. Taigi, ką pasakyti apie tai, kas mokslininkams pavyko fotografuoti atomas, tai įmanoma tik turint nemažai susitarimų.

Daugiau nei pusė visų astronominių vaizdų jau seniai buvo nufotografuoti infraraudonųjų spindulių, ultravioletinių ir rentgeno spindulių teleskopais. Elektroniniai mikroskopai yra apšvitinami ne šviesa, o elektronų pluoštu, o atominės jėgos mikroskopai tikrai nuskaito mėginio reljefą adata. Yra rentgeno mikroskopai ir magnetinio rezonanso tomografai. Visi šie prietaisai mums suteikia tikslius įvairių objektų vaizdus ir, nepaisant to, kad čia nereikia kalbėti apie „šviesų tapybą“, žinoma, tokius vaizdus vis tiek išdrįstame pavadinti fotografijomis.

Fizikų eksperimentai, skirti protono formai nustatyti arba kvarkų pasiskirstymui dalelėse, liks už kadro; mūsų istorija apsiribos atomų mastu.

Optika niekada nesensta

Kaip paaiškėjo XX amžiaus antroje pusėje, optiniai mikroskopai dar turi daug ką tobulinti. Svarbus momentas atliekant biologinius ir medicininius tyrimus buvo fluorescencinių dažų atsiradimas ir tam tikrų medžiagų selektyvaus ženklinimo metodai. Tai nebuvo tik nauji dažai, tai buvo tikra revoliucija.

Priešingai populiariam įsitikinimui, fluorescencija visai nėra švytėjimas tamsoje (pastaroji vadinama liuminescencija). Tai yra tam tikros energijos (tarkime, mėlynos šviesos) kvantų absorbcijos reiškinys, po kurio skleidžiami kiti mažesnės energijos kvantai ir atitinkamai kitokia šviesa (kai mėlyna absorbuojama, bus skleidžiama žalia). Jei įdėsite filtrą, kuris praleistų tik dažų skleidžiamus kvantus ir sulaikytų fluorescenciją sukeliančią šviesą, galite pamatyti tamsų foną su ryškiomis dažų dėmėmis, o dažai, savo ruožtu, gali labai nuspalvinti mėginį pasirinktinai.

Pavyzdžiui, galite nudažyti nervų ląstelių citoskeletą raudonai, paryškinti sinapses žalia spalva, o branduolį - mėlynai. Galite padaryti fluorescencinę etiketę, kuri tam tikromis sąlygomis leis aptikti membranos baltymų receptorius arba ląstelės sintezuotas molekules. Imunohistocheminis dažymas sukėlė revoliuciją biologijos moksle. O kai genetikos inžinieriai išmoko gaminti transgeninius gyvūnus fluorescenciniais baltymais, šis metodas patyrė atgimimą: pavyzdžiui, pelės su skirtingomis spalvomis nudažytais neuronais tapo realybe.

Be to, inžinieriai sugalvojo (ir praktiškai parengė) vadinamosios konfokalinės mikroskopijos metodą. Jo esmė slypi tame, kad mikroskopas orientuojasi į labai ploną sluoksnį, o speciali diafragma nutraukia apšvietimą, kurį sukuria objektai, esantys už šio sluoksnio ribų. Toks mikroskopas gali nuosekliai nuskaityti mėginį iš viršaus į apačią ir gauti krūvą vaizdų, kurie yra paruoštas pagrindas trimatiam modeliui.

Lazerių ir sudėtingų optinių spindulių valdymo sistemų naudojimas išsprendė dažų perdegimo ir subtilių biologinių mėginių džiovinimo ryškioje šviesoje problemą: lazerio spindulys mėginį nuskaito tik tada, kai to reikia fotografuojant. O kad negaištumėte laiko ir pastangų tiriant didelį mėginį per okuliarą su siauru matymo lauku, inžinieriai pasiūlė automatinę nuskaitymo sistemą: ant šiuolaikinio mikroskopo scenos galite pastatyti stiklinę su pavyzdžiu, prietaisas savarankiškai fotografuos didelio masto viso mėginio panoramą. Tuo pačiu metu, tinkamose vietose, jis sutelks dėmesį ir tada klijuos daug rėmelių.

Kai kurie mikroskopai tinka gyvoms pelėms, žiurkėms ar bent mažiems bestuburiams. Kiti šiek tiek padidina, tačiau yra derinami su rentgeno aparatu. Daugelis jų montuojami ant specialių kelių tonų masės stalų, siekiant pašalinti vibracijos sutrikimus, patalpose, kuriose yra kruopščiai kontroliuojamas mikroklimatas. Tokių sistemų kaina viršija kitų elektroninių mikroskopų kainą, o gražiausio kadro konkursai jau seniai tapo tradicija. Be to, optika toliau tobulinama: nuo geriausių stiklo rūšių paieškos ir geriausių lęšių derinių pasirinkimo inžinieriai perėjo prie šviesos fokusavimo metodų.

Mes konkrečiai išvardinome keletą techninių detalių, kad parodytume, jog biologinių tyrimų pažanga jau seniai siejama su pažanga kitose srityse. Jei nebūtų kompiuterių, galinčių automatiškai suskaičiuoti dažytų ląstelių skaičių keliuose šimtuose nuotraukų, supermikroskopams būtų mažai naudos. Ir be fluorescencinių dažų visi milijonai ląstelių būtų niekuo nesiskiriantys, todėl būtų beveik neįmanoma atsekti naujų susidarymo ar senų mirčių.

Tiesą sakant, pirmasis mikroskopas buvo spaustukas su sferiniu lęšiu. Tokio mikroskopo analogas gali būti paprasta žaidimo kortelė, kurioje yra padaryta skylė ir vandens lašas. Remiantis kai kuriomis ataskaitomis, tokius prietaisus aukso kalnakasiai Kolymoje naudojo jau praėjusiame amžiuje.

Virš difrakcijos ribos

Optiniai mikroskopai turi esminį trūkumą. Faktas yra tas, kad iš šviesos bangų formos neįmanoma atkurti tų objektų, kurie pasirodė daug mažesni už bangos ilgį, formos: lygiai taip pat galite pabandyti ranka ištirti gražią medžiagos tekstūrą. stora pirštinė suvirinimui.

Difrakcijos sukurti apribojimai buvo iš dalies įveikti ir nepažeidžiant fizikos įstatymų. Dvi aplinkybės padeda optiniams mikroskopams pasinerti po difrakcijos barjeru: tai, kad fluorescencijos metu kvantus išskiria atskiros dažų molekulės (kurios gali būti gana toli viena nuo kitos), ir tai, kad dėl šviesos bangų sutapimo , galima gauti šviesią dėmę, kurios skersmuo mažesnis už bangos ilgį.

Kai šviesos bangos yra viena ant kitos, jos gali viena kitą užgesinti, todėl mėginio apšvietimo parametrai taip, kad kuo mažesnis plotas patektų į šviesią sritį. Kartu su matematiniais algoritmais, leidžiančiais, pavyzdžiui, pašalinti vaizdus, ​​kuriuose yra veidrodžių, toks kryptinis apšvietimas žymiai padidina fotografavimo kokybę. Pavyzdžiui, tampa įmanoma ištirti tarpląstelines struktūras optiniu mikroskopu ir netgi (derinant aprašytą metodą su konfokaline mikroskopija) gauti jų trimatį vaizdą.

Elektroninis mikroskopas elektroniniams prietaisams

Norint atrasti atomus ir molekules, mokslininkams nereikėjo į juos žiūrėti - molekulinei teorijai nereikėjo matyti objekto. Tačiau mikrobiologija tapo įmanoma tik išradus mikroskopą. Todėl iš pradžių mikroskopai buvo siejami būtent su medicina ir biologija: fizikai ir chemikai, tyrę daug mažesnius objektus, valdomus kitomis priemonėmis. Kai jie taip pat norėjo pažvelgti į mikrokosmosą, difrakcijos apribojimai tapo rimta problema, ypač todėl, kad aukščiau aprašyti fluorescencinės mikroskopijos metodai vis dar nebuvo žinomi. Ir nėra prasmės padidinti skiriamąją gebą nuo 500 iki 100 nanometrų, jei tiriamas objektas yra dar mažesnis!

Žinodami, kad elektronai gali elgtis ir kaip banga, ir kaip dalelė, fizikai iš Vokietijos 1926 metais sukūrė elektroninį lęšį. Pagrindinė idėja buvo labai paprasta ir suprantama bet kuriam moksleiviui: kadangi elektromagnetinis laukas nukreipia elektronus, jis gali būti naudojamas šių dalelių pluošto formai pakeisti, atitraukiant jas, arba, atvirkščiai, sumažinti spindulio skersmenį. Po penkerių metų, 1931 m., Ernstas Ruska ir Maksas Knollas pastatė pirmąjį pasaulyje elektroninį mikroskopą. Įrenginyje mėginys pirmiausia buvo apšviestas elektronų pluoštu, o tada elektroninis lęšis išplėtė spindulį, kuris buvo praėjęs prieš nukritus ant specialaus liuminescencinio ekrano. Pirmasis mikroskopas padidino tik 400 kartų, tačiau šviesos pakeitimas elektronais atvėrė kelią fotografijai, padidinus šimtus tūkstančių kartų: dizaineriams beliko įveikti keletą techninių kliūčių.

Elektroninis mikroskopas leido ištirti ląstelių struktūrą anksčiau nepasiekiama kokybe. Tačiau iš šio paveikslėlio neįmanoma suprasti ląstelių amžiaus ir tam tikrų baltymų buvimo juose, o ši informacija yra labai reikalinga mokslininkams.

Elektroniniai mikroskopai dabar leidžia iš arti fotografuoti virusus. Yra įvairių prietaisų modifikacijų, leidžiančių ne tik matyti per plonas dalis, bet ir matyti jas „atsispindėjusioje šviesoje“ (žinoma, atsispindinčiuose elektronuose). Mes išsamiai nekalbėsime apie visas mikroskopų versijas, tačiau atkreipkite dėmesį, kad neseniai tyrėjai išmoko rekonstruoti vaizdą pagal difrakcijos modelį.

Palieskite, nesvarstykite

Dar viena revoliucija atsirado dėl tolesnio nukrypimo nuo principo „šviesa ir matai“. Atominės jėgos mikroskopas, taip pat nuskaitymo tunelinis mikroskopas, nebespindi mėginių paviršiuje. Vietoj to, paviršiuje juda ypač plona adata, kuri tiesiogine prasme atšoka net dėl ​​atskiro atomo dydžio nelygumų.

Nesigilindami į visų tokių metodų detales, atkreipiame dėmesį į pagrindinį dalyką: tunelinio mikroskopo galiuką galima ne tik perkelti išilgai paviršiaus, bet ir panaudoti atomų pertvarkymui iš vienos vietos į kitą. Taip mokslininkai kuria užrašus, piešinius ir net animacinius filmukus, kuriuose nupieštas berniukas žaidžia su atomu. Tikras ksenono atomas, tempiamas nuskaitymo tunelinio mikroskopo galiuku.

Tunelinis mikroskopas vadinamas, nes jame naudojamas tunelio srovės, tekančios galiuku, poveikis: elektronai praeina pro tarpą tarp galiuko ir paviršiaus dėl tunelinio efekto, numatomo kvantinės mechanikos. Tokio prietaiso veikimui reikalingas vakuumas.

Atominės jėgos mikroskopas (AFM) yra daug mažiau reiklus aplinkinėms sąlygoms - jis gali (su tam tikrais apribojimais) veikti be oro evakuacijos. Tam tikra prasme AFM yra gramofono nanotechnologinis įpėdinis. Adata, sumontuota ant plonos ir lanksčios konsolės rankos ( konsolinis ir yra „laikiklis“), juda išilgai paviršiaus, netaikydamas jam įtampos, ir seka mėginio reljefą taip pat, kaip gramofono adata seka išilgai gramofono įrašo griovelių. Dėl konsolės lenkimo prie jo pritvirtintas veidrodis nukrypsta, veidrodis nukreipia lazerio spindulį ir tai leidžia labai tiksliai nustatyti tiriamo mėginio formą. Svarbiausia tik turėti pakankamai tikslią adatos perkėlimo sistemą ir adatų, kurios turi būti visiškai aštrios, tiekimą. Kreivių spindulys tokių adatų galuose negali viršyti vieno nanometro.

AFM leidžia matyti atskirus atomus ir molekules, tačiau, kaip ir tunelio mikroskopas, neleidžia žiūrėti po mėginio paviršiumi. Kitaip tariant, mokslininkai turi pasirinkti tarp gebėjimo matyti atomus ir galimybės ištirti visą objektą kaip visumą. Tačiau net ir naudojant optinius mikroskopus, tiriamų mėginių vidus ne visada yra prieinamas, nes mineralai ar metalai paprastai prastai praleidžia šviesą. Be to, vis dar kyla sunkumų fotografuojant atomus - šie objektai atrodo kaip paprasti rutuliai, elektroninių debesų formos tokiose nuotraukose nematyti.

Sinchrotroninė spinduliuotė, susidaranti sulėtėjus įkrautoms dalelėms, pagreitinama greitintuvais, leidžia tirti suakmenėjusias priešistorinių gyvūnų liekanas. Sukdami mėginį rentgeno spinduliais, galime gauti trimatę tomogramą-taip buvo rastos, pavyzdžiui, prieš 300 milijonų metų išnykusios žuvų kaukolės smegenys. Sukimosi taip pat galima atsisakyti, jei perduodama spinduliuotė fiksuojama fiksuojant rentgeno spindulius, išsklaidytus difrakcijos būdu.

Ir tai dar ne visos rentgeno spinduliuotės galimybės. Švitinant jį, daugelis medžiagų fluorescuoja, o pagal fluorescencijos pobūdį galima nustatyti cheminę medžiagos sudėtį: taip mokslininkai nuspalvina senovinius artefaktus, viduramžiais ištrintus Archimedo kūrinius ar spalvą. seniai išnykusių paukščių plunksnų.

Atomai pozuoja

Atsižvelgiant į visas rentgeno ar optinės fluorescencijos metodų teikiamas galimybes, naujas atskirų atomų fotografavimo būdas neatrodo toks didelis mokslo laimėjimas. Metodo, kuris leido gauti šią savaitę pateiktus vaizdus, ​​esmė tokia: elektronai pašalinami iš jonizuotų atomų ir siunčiami į specialų detektorių. Kiekvienas jonizacijos veiksmas pašalina elektroną iš tam tikros padėties ir suteikia vieną tašką „nuotraukoje“. Sukaupę kelis tūkstančius tokių taškų, mokslininkai suformavo paveikslėlį, kuriame rodomos labiausiai tikėtinos elektronų aptikimo vietos aplink atomo branduolį, ir tai pagal apibrėžimą yra elektronų debesis.

Pabaigoje sakykime, kad galimybė pamatyti atskirus atomus su savo elektronų debesimis yra šiuolaikinės mikroskopijos pyragas. Mokslininkams buvo svarbu ištirti medžiagų struktūrą, ištirti ląsteles ir kristalus, o dėl to atsiradusi technologija leido pasiekti vandenilio atomą. Viskas, kas mažiau, jau yra elementariųjų dalelių fizikos specialistų interesų sritis. Biologai, medžiagų mokslininkai ir geologai vis dar turi galimybių tobulinti mikroskopus, net ir gana kukliu padidinimu atomų fone. Pavyzdžiui, neurofiziologijos specialistai jau seniai norėjo turėti prietaisą, galintį pamatyti atskiras ląsteles gyvų smegenų viduje, o roverių kūrėjai savo sielas parduotų už elektroninį mikroskopą, kuris pakiltų į erdvėlaivį ir galėtų dirbti Marse.

Kviečiame įvertinti finalininkų, pretenduojančių į Karališkosios fotografijos draugijos „Metų fotografo“ titulą, nuotraukas. Laimėtojas bus paskelbtas spalio 7 dieną, o geriausių darbų paroda vyks spalio 7 - sausio 5 dienomis Londono mokslo muziejuje.

PM peržiūra

Kim Cox burbulų struktūra

Muilo burbuliukai optimizuoja erdvę savyje ir sumažina jų paviršiaus plotą tam tikram oro kiekiui. Tai daro juos naudingu tyrimų objektu daugelyje sričių, ypač medžiagų mokslo srityje. Atrodo, kad burbuliukų sienos teka žemyn veikiamos gravitacijos: jos yra plonos viršuje ir storos apačioje.

Yasmin Crawford „Deguonies molekulių žymėjimas“

Nuotrauka yra naujausio autoriaus didelio Falmouth universiteto fotografijos projekto dalis, kurios pagrindinis tikslas buvo mialginio encefalomielito tyrimas. Crawfordas sako, kad sukuria vaizdus, ​​jungiančius mus su dviprasmišku ir nežinomu.

Jevgenijaus Samučenko „Amžinybės taika“

Nuotrauka daryta Himalajuose ant Gosaikundos ežero 4400 metrų aukštyje. Paukščių takas yra galaktika, apimanti mūsų Saulės sistemą: silpnas šviesos ruožas naktiniame danguje.

Davidas Spearsas „Sumišęs valgio vabalas“

Šis mažas kenkėjų vabalas randamas grūduose ir miltų produktuose. Vaizdas buvo užfiksuotas naudojant nuskaitymo elektronų mikrografą, o tada nuspalvintas „Photoshop“.

Dave'o Watsono „Šiaurės Amerikos ūkas“

Šiaurės Amerikos ūkas NGC7000 yra emisijos ūkas, esantis Cygnus žvaigždyne. Ūko forma primena Šiaurės Amerikos formą - netgi galite pamatyti Meksikos įlanką.

Viktoro Sikora „Elnias vabalas“

Fotografas naudojo šviesos mikroskopiją, kurios padidinimas buvo penkis kartus.

Lovelio teleskopas, autorius Marge Bradshaw

„Mane sužavėjo Lovello teleskopas Jodrello banke nuo tada, kai pamačiau ją mokykloje“, - sako Bradshaw. Ji norėjo padaryti išsamesnių nuotraukų, kad parodytų jo nusidėvėjimą.

Apverstos medūzos Mary Ann Chilton

Vietoj plaukimo ši rūšis laiką leidžia pulsuodama vandenyje. Medūzos spalva yra dumblių valgymo rezultatas.