Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (МО)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 25 (всего у книги 108 страниц)
Молекулярная дистилляция
Молекуля'рная дистилля'ция, способ разделения жидких смесей в высоком вакууме. См. Дистилляция .
Молекулярная масса
Молекуля'рная ма'сса, молекулярный вес, значение массы молекулы, выраженное в атомных единицах массы . Практически М. м. равна сумме масс всех атомов, входящих в состав молекулы; умножение М. м. на принятую величину атомной единицы массы (1,66043 ± 0,00031) ×10-24г даёт массу молекулы в граммах.
Понятие М. м. прочно вошло в науку после того, как в результате работ С. Канниццаро , развившего взгляды А. Авогадро , были четко сформулированы различия между атомом и молекулой; уточнению понятия М. м. способствовали открытие Ф. Содди явления изотопии (см. Изотопы ) и разработка Ф. Астоном масс-спектрометрического метода определения масс.
Понятие М. м. тесно связано с определением молекулы ; однако оно приложимо не только к веществам, в которых молекулы существуют раздельно (газы, пары, некоторые жидкости и растворы, молекулярные кристаллы ), но и к остальным случаям (ионные кристаллы и др.).
За М. м. часто принимают среднюю массу молекул данного вещества, найденную с учётом относительного содержания изотопов всех элементов, входящих в его состав. Иногда М. м. определяют не для индивидуального вещества, а для смеси различных веществ известного состава. Так, можно рассчитать, что «эффективная» М. м. воздуха равна 29.
М. м. – одна из важнейших констант, характеризующих индивидуальное вещество. М. м. разных веществ сильно различаются между собой. Так, например, величины М. м. водорода, двуокиси углерода, сахарозы, гормона инсулина соответственно составляют: 2,016; 44,01; 342,296; около 6000. М. м. некоторых биополимеров (белков, нуклеиновых кислот) достигают многих млн. и даже нескольких млрд. Величины М. м. широко используются при различных расчётах в химии, физике, технике. Знание М. м. автоматически даёт величину грамм-молекулы (моля), позволяет вычислить плотность газа (пара), рассчитать молярную концентрацию (молярность ) вещества в растворе, найти истинную формулу соединения по данным о его составе и т. д.
Экспериментальные методы определения М. м. разработаны главным образом для газов (паров) и растворов. В основе определения М. м. газов (паров), лежит Авогадро закон . Известно, что объём 1 моля газа (пара) при нормальных условиях (0 °С, 1 атм ) составляет около 22,4 л ; поэтому, определив плотность газа (пара), можно найти число его молей, а следовательно, найти и М. м. В случае растворов для определения М. м. чаще всего используют криоскопический и эбулиоскопический методы (см. Криоскопия и Эбулиоскопия ). Экспериментальные методы дают сведения о среднем значении М. м. вещества. Оценку М. м. отдельных молекул можно проводить методом масс-спектрометрии.
М. м. являются важной характеристикой высокомолекулярных соединений – полимеров , определяющей их физические (и технологические) свойства. Макромолекулы полимеров образуются повторением сравнительно простых звеньев (групп атомов); число мономерных звеньев, входящих в состав различных молекул одного и того же полимерного вещества, различно, вследствие чего М. м. макромолекул таких полимеров также неодинакова. Поэтому при характеристике полимеров обычно говорят о среднем значении М. м.; эта величина даёт представление о среднем числе звеньев в молекулах полимера (о степени полимеризации).
Полное описание размеров молекул полимера даёт функция распределения по М. м. (молекулярно-массовое распределение): эта функция позволяет найти долю молекул (определённого размера) данного полимерного вещества, М. м. которых лежат в заданном интервале масс (от М до М + DМ ).
На практике обычно определяют среднюю М. м. полимера, исследуя тем или иным методом его раствор. Свойства растворов могут зависеть от числа молекул, находящихся в растворе (при этом разные по массе молекулы ведут себя совершенно одинаково), от массовой (весовой) концентрации раствора (в этом случае одна большая молекула производит такой же регистрируемый эффект, как и несколько малых) и от других факторов. Если полимер состоит из неодинаковых молекул, то средние значения М. м., измеренные разными способами, будут различны. Так, понижение температуры замерзания (повышение температуры кипения) разбавленного раствора зависит только от числа содержащихся в нём молекул, а не от их размеров, поэтому криоскопический и эбулиоскопический методы позволяют находить среднечисленную М. м. полимера («простое» среднее). Интенсивность света, рассеянного раствором полимера, зависит от массы вещества, находящегося в растворе, а не от числа молекул: поэтому метод, основанный на измерении интенсивности рассеянного света, используется для определения величины М. м. полимера, усреднённой по массе. Другие методы (седиментационного равновесия, вискозиметрический и т. д.) позволяют найти иные средние значения М. м. полимеров. Сравнивая средние величины М. м., определённые разными методами, можно сделать вывод о молекулярно-массовом распределении. В простейшем случае, когда среднечисленная М. м. полимера совпадает со значением М. м., усреднённой по массе, можно сделать вывод, что полимер состоит из одинаковых молекул (т. е. монодисперсен).
Лит.: Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1973; Гуггенгейм Э. А. и Пру Дж., Физико-химические расчёты, пер. с англ., М., 1958; Губен-Вейль, Методы органической химии, т. 2, М., 1967. См. также лит. при ст. Макромолекула .
С. С. Бердоносов.
Молекулярная оптика
Молекуля'рная о'птика, раздел оптики, в котором изучаются процессы взаимодействия оптического излучения с веществом, существенно зависящие от атомно-молекулярной структуры вещества. М. о. устанавливает связь между характером единичных актов взаимодействия световой волны с частицами (молекулами, атомами, ионами) и макроскопическими параметрами состоящей из этих частиц среды (например, её показателем преломления). С этой точки зрения в М. о. рассматриваются дисперсия света , преломление света и – наиболее широко – рассеяние света . Изучение распространения света в кристаллах, обладающих естественной оптической анизотропией , составляет предмет кристаллооптики . Оптическая анизотропия в изотропных от природы средах может вызываться действием на них различных внешних полей: электрического (см. Керра эффект , Поккельса эффект ), магнитного (см. Коттона – Мутона эффект ), поля механических или гидродинамических сил (явления фотоупругости и двойного лучепреломления в потоке жидкости). В средах, для которых характерна оптическая активность (как естественная, так и возникающая при наложении внешнего магнитного поля, см. Фарадея эффект ), происходит вращение плоскости поляризации света. Все эти явления, рассматриваемые в М. о., дают ценную информацию о свойствах веществ и строении составляющих их частиц.
Процесс взаимодействия световой волны с частицами вещества определяется главным образом поляризуемостью этих частиц (см. Поляризуемость атомов, ионов и молекул). Объяснение большинства молекулярно-оптических (МО) явлений дала уже классическая электронная теория, однако для их полного теоретического истолкования необходима квантовая механика, которая позволяет связать МО постоянные со значениями уровней энергии молекул и вероятностями квантовых переходов между этими уровнями (см. Молекула , Молекулярные спектры ).
Приложения М. о. разнообразны и расширились с появлением источников мощного когерентного излучения – лазеров , Наиболее широко методы М. о. применяются для исследования структуры и характеристик отдельных молекул. Изучение света, рассеиваемого различными средами, даёт сведения (часто уникальные) о строении этих сред – жидкостей, кристаллов, высокомолекулярных соединений , атмосферных образований (облаков, туманов и пр.), а также об особенностях теплового движения частиц в средах. М. о. тесно связана с молекулярной спектроскопией . Разрабатываются перспективные МО методы исследования космических тел и сред.
Лит.: Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М. – Л., 1951; Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Волькенштейн М. В., Строение и физические свойства молекул, М. – Л., 1955.
В. А. Замков.
Молекулярная рефракция
Молекуля'рная рефра'кция, см. Рефракция молекулярная .
Молекулярная физика
Молекуля'рная фи'зика, раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе рассмотрения их микроскопического (молекулярного) строения. Задачи М. ф. решаются методами физической статистики, термодинамики и физической кинетики, они связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов), составляющих физические тела. Атомистические представления о строении вещества, высказанные ещё философами древности (см. Атомизм ), в начале 19 в. были с успехом применены в химии (Дж. Дальтон , 1801), что в значительной мере содействовало развитию М. ф. Первым сформировавшимся разделом М. ф. была кинетическая теория газов . В результате работ Дж. Максвелла (1858—60), Л. Больцмана (1868) и Дж. Гиббса (1871—1902), развивавших молекулярно-кинетическую теорию газов, была создана классическая статистическая физика .
Количественные представления о взаимодействии молекул (молекулярных силах) начали развиваться в теории капиллярных явлений . Классические работы в этой области А. Клеро (1743), П. Лапласа (1806), Т. Юнга (1805), С. Пуассона , К. Гаусса (1830—31), Дж. Гиббса (1874—1878), И. С. Громеки (1879, 1886) и др. положили начало теории поверхностных явлений . Межмолекулярные взаимодействия были учтены Я. ван дер Ваальсом (1873) при объяснении физических свойств реальных газов и жидкостей.
В начале 20 в. М. ф. вступает в новый период своего развития, характеризующийся доказательствами реального строения тел из молекул в работах Ж. Перрена и Т. Сведберга (1906), М. Смолуховского и А. Эйнштейна (1904—06), касающихся броуновского движения микрочастиц, и исследованиями молекулярной структуры веществ. Применение для этих целей дифракции рентгеновских лучей в работах М. Лауэ (1912), У. Г. Брэгга и У. Л. Брэгга (1913), Г. В. Вульфа (1913), А. Ф. Иоффе (1924), В. Стюарда (1927—31), Дж. Бернала (1933), В. И. Данилова (1936) и др., а в дальнейшем и дифракции электронов и нейтронов дало возможность получить точные данные о строении кристаллических твёрдых тел и жидкостей. Учение о межмолекулярных взаимодействиях на основании представлений квантовой механики получило развитие в работах М. Борна (1937—39), П. Дебая (30-е гг. 20 в.), Ф. Лондона (1927) и В. Гейтлера (1927). Теория переходов из одного агрегатного состояния в другое, намеченная в 19 в. Я. ван дер Ваальсом и У. Томсоном (Кельвином) и развитая в работах Дж. Гиббса, Л. Ландау (1937), М. Фольмера (30-е гг. 20 в.) и их последователей, превратилась в современную теорию образования новой фазы – важный самостоятельный раздел М. ф. Объединение статистических методов с современными представлениями о структуре веществ в работах Я. И. Френкеля (1926 и др.), Г. Эйринга (1935—36), Дж. Бернала и др. привело к М. ф. жидких и твёрдых тел.
Круг вопросов, охватываемых М. ф., очень широк. В ней рассматриваются строение газов, жидкостей и твёрдых тел, их изменение под влиянием внешних условий (давления, температуры, электрического и магнитного полей), явления переноса (диффузия, теплопроводность, внутреннее трение), фазовое равновесие и процессы фазовых переходов (кристаллизация и плавление, испарение и конденсация и др.), критическое состояние вещества, поверхностные явления на границах раздела различных фаз.
Интенсивное развитие М. ф. привело к выделению из неё ряда крупных самостоятельных разделов, таких, например, как статистическая физика, кинетика физическая, физика твёрдого тела, физическая химия, молекулярная биология.
Современная наука и техника используют всё большее число новых веществ и материалов. Выявившиеся особенности строения этих тел привели к развитию различных научных подходов к их исследованию. Так, на основе общих теоретических представлений М. ф. получили развитие такие специальные области науки, как физика металлов, физика полимеров, физика плазмы, кристаллофизика, физико-химия дисперсных систем и поверхностных явлений, теория тепло– и массопереноса. Сюда же можно отнести также новую область науки – физико-химическую механику , которая составляет теоретическую основу современного материаловедения, указывая пути создания технически важных материалов с требуемыми физическими свойствами. При всём различии объектов и методов исследования здесь сохраняется, однако, основная идея М. ф.: описание макроскопических свойств вещества, исходя из особенностей микроскопической (молекулярной) картины его строения.
Лит.: Кикоин И. К. и Кикоин А. К., Молекулярная физика, М., 1963; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч. и Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, пер. с англ., М., 1961; Френкель Я. И., Собр. избр. трудов, т. 3. – Кинетическая теория жидкостей, М. – Л., 1959; Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, 2 изд., М., 1967; Киттель Ч., Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ., М., 1957; Лихтман В. И., Щукин Е. Д., Ребиндер П. А., Физико-химическая механика металлов, М., 1962.
П. А. Ребиндер, Б. В. Дерягин, Н. В. Чираев.
Молекулярная электроника
Молекуля'рная электро'ника, первоначальное название одного из направлений микроэлектроники. Вместо термина «М. э.», получившего некоторое распространение в 60-е гг. 20 в., с начала 70-х гг. применяют другой термин – функциональная электроника .
Молекулярное течение
Молекуля'рное тече'ние, течение разреженного газа (молекул, атомов, ионов или электронов), при котором свойства потока существенно зависят от беспорядочного движения молекул, в отличие от течений, где газ рассматривается как сплошная среда. М. т. имеет место при полёте тел в верхних слоях атмосферы, в вакуумных системах и т. д. При М. т. молекулы (или другие частицы) газа участвуют, с одной стороны, в поступательном движении всего газа в целом, а с другой – двигаются хаотически и независимо друг от друга. Причём в любом рассматриваемом объёме молекулы газа могут иметь самые различные скорости. Поэтому основой теоретического рассмотрения М. т. является кинетическая теория газов . Макроскопические свойства невязкого, сжимаемого, изоэнтропического течения удовлетворительно описываются простейшей моделью молекул в виде упругих гладких шаров, которые подчиняются максвелловскому закону распределения скоростей (см. Максвелла распределение ). Для описания вязкого, неизоэнтропического М. т. необходимо пользоваться более сложной моделью молекул и функцией распределения, которая несколько отличается от функции распределения Максвелла.
М. т. исследуются в аэродинамике разреженных газов .
Лит.: Паттерсон Г. Н., Молекулярное течение газов, пер. с англ., М., 1960; Чепмен С., Каулинг Т., Математическая теория неоднородных газов, пер. с англ., М., 1960; Аэродинамика разреженных газов. Сб., под ред. С. В. Валландера, Л., 1963; Коган М. Н., Динамика разреженного газа, М., 1967.
Л. В. Козлов.
Молекулярной биологии институт
Молекуля'рной биоло'гии институ'т АН СССР, головное научно-исследовательское учреждение в области молекулярной биологии . Организован в 1957 (до 1965 – институт радиационной и физико-химической биологии). Основатель и директор института – В. А. Энгельгардт . Основные направления научно-исследовательских работ: передача и реализация наследственной информации, молекулярные механизмы биосинтеза белка, химические и физические основы действия ферментов, связь структуры нуклеиновых кислот и белков с их функциями в клетке, макромолекулярная организация хромосом, разработка физических методов исследования макромолекул. В М. б. и. расшифрована первичная структура двух транспортных рибонуклеиновых кислот (т-РНК); экспериментально обоснована и сформулирована теория регуляции функционирования генома у высших организмов; впервые в СССР определена последовательность аминокислот в крупной молекуле белка-фермента – аспартатаминотрансферазы (совместно с институтом биоорганической химии им. М. М. Шемякина АН СССР); предложены новые подходы к изучению строения активных центров ферментов (ингибиторный анализ) и функциональных участков РНК (метод «разрезанных молекул»); разработаны новые методы структурных исследований белков и нуклеиновых кислот. К началу 1973 в М. б. и. было 13 лабораторий. Совместно с Советом по проблемам молекулярной биологии АН СССР институт организует международные совещания и симпозиумы. Труды сотрудников М. б. и. публикуются в журналах: «Молекулярная биология» (с 1967), «Биохимия» (с 1936), «Цитология» (с 1959), «Доклады АН СССР» (с 1933), «Биофизика» (с 1956), «Biochimica et Biophysica Acta» (N. Y. – Amst., с 1947), «FEBS Letters» (Amst., с 1968), «European Journal of Biochemistry» (В., с 1967), в сборниках и в виде монографий.
Лит.: Институт молекулярной биологии, М., 1971.
М. Я. Тимофеева.
«Молекулярные болезни»
«Молекуля'рные боле'зни», врождённые ошибки метаболизма, заболевания, обусловленные наследственными нарушениями обмена веществ. Термин «М. б.» предложен американским химиком Л. Полингом . В начале 20 в. английский врач Л. Э. Гаррод, изучая ряд наследственных заболеваний , предположил, что они возникают в результате пониженной активности или полного отсутствия фермента, контролирующего определённый этап обмена веществ. Так, появление гомогентизиновой кислоты в моче больных алькаптонурией обусловлено отсутствием окисляющего её фермента (впоследствии выяснилось, что в этом случае образуется неактивная форма фермента); альбинизм вызван блокадой образования пигментов меланинов вследствие недостаточности одного из необходимых ферментов – тирозиназы и т. д. Идеи Гаррода получили всеобщее признание и конкретную химическую интерпретацию спустя несколько десятилетий. Решающими для понимания механизмов возникновения «М. б.» оказались исследования изменений биосинтеза у микроорганизмов, возникающих при замене нормального гена мутантным. Каждый нормальный ген определяет (кодирует) синтез, как правило, строго определённого фермента, т. е. нормального белка (см. Белки , Генетический код ). Изучение биохимических мутантов (работы главным образом американских генетиков Дж. Бидла и Э. Тейтема , 1941) показало, что мутация гена приводит к отсутствию фермента или изменению его активности, т. е. белок либо не синтезируется вообще, либо синтезируется с измененной первичной структурой (иной последовательностью аминокислот в полипептидной цепи). Изменение первичной структуры белка (ферментного, структурного, плазмы крови), по-видимому, не влияет на его свойства («молчащие» мутации). Однако в ряде случаев (например, при изменении активного центра фермента) происходит изменение свойств, а следовательно, и функций белка. Т. о., все «М. б.» связаны либо с утратой какого-либо нормального белка, либо с изменением его ферментативных или физико-химических свойств.
Поскольку каждый фермент контролирует определённую реакцию обмена веществ, его отсутствие или неспособность осуществлять свою функцию приводят к остановке нормального пути метаболизма на стадии биосинтеза вещества, являющегося субстратом этого фермента. Заболевание развивается в результате недостатка в организме конечного продукта, синтез которого блокирован, либо в результате накопления предшественника блокированной реакции, избыток которого нарушает обменные процессы.
«М. б.» включают расстройства обмена аминокислот (аминоацидурии), углеводов (гликозурии), липидов (липидозы и лейкодистрофии), пуринов, пиримидинов. Всего известно свыше 1000 «М. б.». Частота каждой из «М. б.» относительно невелика: одна из самых распространённых «М. б.» – фенилкетонурия – встречается со средней частотой 1:10 000. Некоторые из наследственных нарушений обмена не влекут за собой клинические последствий (например, неспособность ощущать вкус или запах определённых веществ), другие же протекают очень тяжело. Ряд «М. б.» проявляется лишь при воздействии провоцирующих факторов внешней среды. При своевременном диагнозе некоторые «М. б.» поддаются эффективному предупреждению и лечению. Поскольку эффект мутантного гена осуществляется преимущественно в форме изменения строго определённого биосинтеза, установление наследственного характера болезни (с помощью различных методов биохимического анализа) открывает возможность воздействия на всю цепь реакций, ведущих к биохимическим и физиологическим аномалиям. Заместительная терапия применяется при гормональных заболеваниях (сахарный диабет лечат инсулином, наследственные формы гипотиреоза – гормоном щитовидной железы). Для лечения ряда «М. б.» эффективно применение ограничительных диет, из которых изъято вещество (аминокислота, углевод), накапливающееся в организме. Предупреждение «М. б.» осуществляется путём медико-генетического консультирования семей, в которых выявлены носители «М. б.». Для ряда «М. б.» разработаны методы ранней (в т. ч. внутриутробной) диагностики. Некоторые«М. б.», например т. н. эритроцитопатии, широко распространились в Африке и странах Средиземноморья, т. к. превращают аномальный эритроцит в среду, неблагоприятную для развития малярийного плазмодия (см. Гемоглобинопатии , Малярия ). См. также Генетика медицинская , Генетика человека , Медико-генетическая консультация .
Лит.: Цукеркандль Э., Полинг Л., Молекулярные болезни, эволюция и генная разнородность, в сборнике: Горизонты биохимии, пер. с англ., М., 1964; Эфроимсон В. П., Введение в медицинскую генетику, 2 изд., М., 1968; «Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева», 1970, т. 15, № 6 (посвящен биохимии наследственных болезней человека); Проблемы медицинской генетики, М., 1970; Gaгrod А. Е., Inborn errors of metabolism, L., 1963; The metabolic basis of inherited disease 2 ed., N. Y. – [a. o.], 1966.
К. Д. Краснопольская.
