Under ganska l?ng tid har forskare skapat teorier och modeller som skulle hj?lpa till att f?rklara de grundl?ggande egenskaperna hos ?mnen och materia som utg?r v?rlden omkring oss.

Under historiens g?ng har m?nga experiment, experiment utf?rts; nya lagar och fysikaliska och kemiska egenskaper hos material uppt?cktes. Detta berodde till stor del p? uppt?ckten av begreppen "molekyl" och "materias atom-molekyl?ra struktur". L?t oss prata om dem mer i detalj i den h?r artikeln.

Framv?xten av begreppet "atom?r-molekyl?r struktur av materia"

Redan under antikens Greklands dagar d?k tanken upp att allt i v?rlden best?r av de minsta delarna. Grekerna kallade dessa partiklar f?r molekyler och atomer. F?rfattaren till denna hypotes var Demokritos, som senare blev grundaren av den atomistiska teorin. Men denna kunskap p? den tiden utvecklades inte mycket f?rr?n p? 1600-talet. Alla studier av material ledde ?terigen till det faktum att m?nga ?mnen ?r sammansatta av molekyler, vars strukturella enhet ?r atomer.

Senare b?rjade forskare komma till slutsatsen att en typ av mineral best?r till exempel av 38% j?rn och 62% syre, och vart och ett av proverna kommer att visa en s?dan kemisk sammans?ttning. Men om vi tar en annan kropp med utm?rkta egenskaper, kommer en analys av ?mnets atom?ra och molekyl?ra struktur att visa att den best?r av 60% j?rn och 40% syre.

S? trots det faktum att det fortfarande inte fanns n?got best?mt koncept, b?rjade teorin under forskningens g?ng dyka upp att varje ?mne ?r en annan upps?ttning molekyler och atomer som best?mmer dess grundl?ggande egenskaper.

Utvecklingen av begreppet "materias molekyl?ra struktur"

Termen "molekyl" introducerades f?rst 1811 av den italienske fysikaliska kemisten Amadeo Avogadro. Det var han som blev grundaren av teorin om atom?r och molekyl?r struktur.

Bekr?ftelse av denna teori d?k upp f?rst p? 1860-talet, n?r den ryska kemisten A. M. Butlerov bildades och lyckades f?rklara den molekyl?ra teorin om materiens struktur. I enlighet med hans verk best?ms egenskaperna hos varje ?mne av hur atomerna i molekylerna ?r sammankopplade, av deras interaktion. Forskaren lade fram en hypotes att en molekyl ?r en mikropartikel av material, best?ende av atomer, som kan existera oberoende.

Konceptet med en molekyl etablerades tack vare en annan rysk forskares arbete. Vi pratar om M. V. Lomonosov.

M?nga vetenskapsm?n fr?n hela v?rlden deltog i utvecklingen av den atomistiska doktrinen: J. Maxwell, L. Boltzmann, J. Gibbs, R. Clausius, J. Dalton, D. I. Mendeleev, V. Roentgen, A. Becquerel, J. Thomson , M .Planck och m?nga andra. Dessa m?nniskors bidrag till molekyl?r fysik och kemi ?r ov?rderligt.

K?rnan i den molekyl?ra teorin om materiens struktur

Baserat p? en upps?ttning ?vningar genom ?ren har en molekyl?r teori om materiens struktur tagits fram. Det finns flera huvudbest?mmelser i denna teori, n?mligen tre grundl?ggande p?st?enden som har bevisats upprepade g?nger genom laboratorieforskning:

1. Varje kropp best?r av de minsta partiklarna - molekyler och atomer, som ocks? best?r av mindre element. Strukturen av alla ?mnen ?r diskontinuerlig.
2. Atomer och molekyler ?r i konstant r?relse av kaotisk natur.
3. Alla ?mnen interagerar med varandra p? basis av elektromagnetiska krafter av attraktion och repulsion.

Underbyggande av teserna inom den molekyl?ra kinetiska teorin

Den f?rsta bekr?ftelsen p? best?mmelserna i teorin ?r Brownsk r?relse, som uppt?cktes 1827 av den ber?mda botanikern R. Brown. Anledningen till detta fenomen ?r den kaotiska r?relsen av molekyler i olika riktningar, som uppst?r som ett resultat av deras kollisioner med varandra.

Den andra bekr?ftelsen av denna teori kommer att vara otaliga experiment med diffusionsprocessen, det vill s?ga f?rm?gan hos ett ?mne att tr?nga in i det andra. Ett utm?rkt exempel p? en s?dan upplevelse fr?n vardagen ?r parfym eller n?got aromatiskt ?mne. Om ett s?dant ?mne placeras i ett rum kommer aromen efter en viss tid att f?rsvinna ?ver hela dess omr?de.

Atom och molekyl

Idag har dessa termer redan underbyggts och h?rletts korrekt och rimligt. Enkelt uttryckt ?r en atom en kemiskt odelbar partikel av n?got ?mne eller material som utg?r en molekyl. Och en molekyl ?r ocks? den minsta partikeln av n?got, men det viktiga ?r att det ?r den som s?tter kroppens grundl?ggande egenskaper. Den molekyl?ra strukturen hos ett ?mne ?r ramverket f?r ett visst material, i vilka f?reningar det finns molekyler.

Om materialet k?nnetecknas av ett molekyl?rt kristallgitter, har det som regel en l?g h?rdhet, det ?r l?tt att sm?lta; ett s?dant ?mne kommer att vara flyktigt eller l?sligt i vatten, elektricitet leder inte.

Vetenskapen som studerar kraften i samverkan mellan dessa partiklar och kropparnas molekyl?ra struktur kallas molekyl?r fysik. H?r studeras de olika egenskaperna hos kroppar i olika aggregationstillst?nd.

Vilka ?mnen har en molekyl?r struktur?

Molekyl?r bindning ?r i allm?nhet svag och dominerar i organiska ?mnen. M?nga ?mnen som vi k?nner till har en molekylstruktur. Till exempel vatten (H 2 O), v?te (H 2), klor (Cl 2), koldioxid (CO 2), syre (O 2), etanol eller etylalkohol (C 2 H 5 OH), organiska polymerer och m?nga andra.

Med andra ord ?r ?mnen som har en molekylstruktur mestadels gaser. I dem ?r molekylerna l?ngt ifr?n varandra och interagerar svagt. Den n?ra kopplingen mellan partiklarna i ett ?mne bildar fasta ?mnen. Den enda v?tskan som har en molekylstruktur ?r Br 2 . Detta ?mne ?r mycket flyktigt.

Icke-metaller med molekylstruktur inkluderar fasta ?mnen som I 2, P 4, S 8. Dessa material ?r sm?ltbara och kan sublimeras.

Molekylstruktur, d.v.s. den kemiska sammans?ttningen och metoden f?r att koppla atomer till en molekyl best?mmer inte entydigt beteendet hos ett polymermaterial byggt av makromolekyler. Polymerers egenskaper, s?rskilt i kristallin fas, beror p? deras supramolekyl?ra struktur, dvs. metoden att packa makromolekyler i rumsligt ?tskilda element, storleken och formen p? s?dana element och deras relativa position i rymden. Med andra ord, den supramolekyl?ra strukturen f?rst?s som komplexa aggregat av ett stort antal makromolekyler, som bildas som ett resultat av verkan av intermolekyl?ra krafter.

Fasta och flytande aggregationstillst?nd ?r typiska f?r polymerer, k?nnetecknade av oscillerande och roterande r?relse av partiklar och sm? avst?nd mellan partiklar. Polymerer existerar inte i gasform, eftersom F?r att flytta is?r makromolekyler ?ver l?nga avst?nd ?r det n?dv?ndigt att ?vervinna starka intermolekyl?ra interaktioner av kedjemakromolekyler, som kr?ver energier j?mf?rbara med energierna f?r kemiska bindningar i en polymerkedja, d.v.s. nedbrytning av polymeren sker.

Fastillst?ndet best?ms av ordningen i arrangemanget av molekyler. Det finns tv? typer av fastillst?nd: amorft och kristallint. Det amorfa fastillst?ndet k?nnetecknas av kortdistansordning p? avst?nd av 10-15?. Det termodynamiskt stabila tillst?ndet ?r isotropiskt, ?ven om lokala ordnade formationer av fluktuationskarakt?r ?r m?jliga i amorfa polymerer. En av de f?rsta modellerna av strukturen hos polymerernas amorfa tillst?nd ?r Kargins "burst"-modell. Det antogs att det f?r optimal packning av l?ngkedjiga molekyler i amorfa polymerer finns ordnade regioner i form av intermolekyl?ra f?rpackningar (IMP) bildade av parallellt orienterade n?rliggande makromolekyler med en ut?kad f?rl?ngd konformation. F?ljaktligen ?r det huvudsakliga strukturella elementet i linj?ra flexibla kedjepolymerer i amorft tillst?nd inte sj?lva makromolekylen, utan MMP eller en annan supramolekyl?r struktur, i vilken individuella makromolekyler f?rlorar sin individualitet.

Det kristallina fastillst?ndet k?nnetecknas av l?ngdistans tredimensionell ordning p? avst?nd av 1000?. Detta tillst?nd k?nnetecknas av anisotropi av egenskaper, hopp av egenskaper vid fasgr?nsen. I kristallina polymerer finns det n?stan alltid en br?kdel av en amorf fas, defekter och dislokationer uppst?r ofta. Sv?righeter att erh?lla polymerkristaller och egenskaper hos makromolekylernas kristallina tillst?nd ?r associerade med en m?ngd olika supramolekyl?ra strukturer som fortfarande existerar i amorft tillst?nd.

F?rutom amorfa och kristallina, ?r det mesofas mellanliggande flytande-kristallina tillst?ndet f?r polymerer ocks? k?nt. Det k?nnetecknas av en konstant stabil anisotropi av vissa fysikaliska egenskaper. I vanliga isotropa v?tskor kan en tillf?llig "inducerad" anisotropi uppst? under p?verkan av ett elektriskt f?lt, mekanisk p?verkan etc. D?remot kvarst?r i polymerer, p? grund av den l?ga r?rligheten hos makromolekyler och l?nga relaxationstider, den "inducerade" anisotropin. p? obest?md tid, dvs. ?r h?llbart.

Supramolekyl?r struktur av amorfa polymerer

Den mest kompletta id?n om processerna f?r bildning av supramolekyl?ra strukturer och deras typiska former kan erh?llas om vi sp?rar hela processen f?r strukturbildning. Det finns tv? s?tt att bilda strukturer. Om makromolekylerna ?r tillr?ckligt flexibla kan de rulla ihop sf?riska partiklar (spolar), de s? kallade kulorna.

Det ?msesidiga arrangemanget av enskilda sektioner av en kedjemakromolekyl inuti en s?dan kula ?r som regel slumpm?ssigt, och n?stan vilken polymer som helst som omvandlas till form av kulor ?r i ett amorft tillst?nd. Till exempel polyeten, polyamider.

I mycket utsp?dda l?sningar ?r de allra flesta polymerer i form av s?dana spolar. Det vanligaste s?ttet att erh?lla polymerer i globul?rt tillst?nd ?r avdunstning av l?sningsmedel fr?n l?sningar vid l?gsta m?jliga temperaturer. Makromolekylerna av ett antal proteiner ?r ocks? i globul?rt tillst?nd. Den klotformade strukturen ?r endast f?rdelaktig f?r transport av ett polymert ?mne i l?st tillst?nd, detta ?r mycket viktigt f?r biologiska processer. F?r alla andra fall inneb?r det f?rlusten av de huvudsakliga egenskaperna som ?r associerade med makromolekylens linj?ra kedjestruktur.

F?rm?gan hos globul?ra polymerer att bilda mer komplexa strukturer ?r mycket begr?nsad. Om polymeren ?r monodispers, dvs. alla dess makromolekyler ?r desamma, sedan staplas kulorna f?r att bilda en struktur med t?t packning av kulor. Det ?r s? enkristaller av globul?ra proteiner bildas. Till exempel tobaksmosaikviruset.

Kulor bildas som ett resultat av ?verskottet av kraften fr?n intramolekyl?r interaktion j?mf?rt med krafterna av intermolekyl?r interaktion.

Dessutom, f?r att ?ndra fr?n en l?ngstr?ckt till en klotform, m?ste molekylkedjan ha en tillr?ckligt h?g flexibilitet s? att den kan vikas.

Ris. 1. Superlimmolekyl

Om polymeren ?r i ett mycket elastiskt tillst?nd, kan individuella kulpartiklar sm?lta samman till en st?rre partikel. Kulor som inneh?ller fler (tio, hundratals, tusentals) partiklar uppst?r. Denna process slutar antingen med skiktningen av systemet, eller med stabiliseringen av de bildade stora kulorna, p? grund av bel?ggningen av deras yta med f?roreningar eller deras omarrangemang till linj?ra strukturer. Liknande processer intr?ffar under polymerisation. Beroende p? polymerisationsbetingelserna kan vissa konformationer vara termodynamiskt gynnsammare. D?rf?r ?r det m?jligt att fr?n samma polymer erh?lla m?nga polymerer med olika fysikaliska strukturer, vars extrema typer kommer att vara globul?ra och fibrill?ra.

Det ?r k?nt att det finns separata f?rl?ngda linj?ra kedjor av polymera substanser. Expanderade makromolekyl?ra kedjor bildar linj?ra aggregat - kedjepaket. Ett typiskt k?nnetecken f?r dessa formationer ?r att deras l?ngder avsev?rt ?verstiger l?ngden p? individuella kedjor. Var och en av dessa f?rpackningar inneh?ller dussintals, hundratals individuella makromolekyler. Dessa buntar av kedjor ?r oberoende strukturella element, fr?n vilka mer komplexa strukturer sedan byggs upp.

Burst-modellen har nyligen genomg?tt en kritisk revidering. Weinstein, som studerade diffraktionen av r?ntgenstr?lar p? en amorf polymer, kom till slutsatsen att strukturen hos en s?dan polymer inte kan vara en bunt. L?ngden p? sektionerna av parallellism av polymermolekyler, enligt hans ?sikt, ?r inte stor och ?r ungef?r lika med deras bredd. Dessa sektioner passerar gradvis in i varandra, inuti dem och i ?verg?ngszonerna mellan dem bildas "sned" kontakter av molekyler. Dessutom ?r burstmodellen i konflikt med huvudbest?mmelserna i den kinetiska teorin om h?g elasticitet, vilket ?r v?l bekr?ftat av experiment.

Yeh f?reslog en annan modell f?r den supramolekyl?ra organisationen av en amorf polymer. Han f?reslog att det amorfa tillst?ndet hos polymerer k?nnetecknas av n?rvaron av ordnade regioner - dom?ner("korn") bildade av makromolekyler med vikta konformationer.

Dom?nerna ?r sammankopplade med hj?lp av slingkedjor. Interdom?nregioner best?r av l?nkar av slumpm?ssigt arrangerade kedjor och inkluderar ?ven passerande kedjor och fria ?ndar av kedjor som inte ing?r i dom?ner.

Det finns tre m?jliga typer av dom?ner: vikt (korrugerad), k?rvliknande (micell?r) och klotformig. De tv? sista typerna st?mmer v?l ?verens med teorierna om burst och globul?r. Detta visar f?rtj?nsten av dom?nteorin som mer allm?n och sammanh?llande.

F?rekomsten av dom?ner i polymersm?ltan ?r fluktuerande. Dom?ner - en upps?ttning intermolekyl?ra bindningar, dyker upp och kollapsar under p?verkan av termisk r?relse. Ju h?gre temperatur, desto kortare livsl?ngd f?r dom?nen och desto mindre storlek. Med en minskning av flexibiliteten hos kedjor och deras regelbundenhet minskar tendensen att bilda dom?ner.

Det ?r inte alltid m?jligt att detektera dom?ner i sm?ltor av polymerer med stela oregelbundna kedjor. Man tror att de inte bildas under s?dana f?rh?llanden, och kedjorna har formen av statistiska spolar-kulor. Spolarna penetrerar varandra och bildar direkta kontakter.

Till skillnad fr?n Yeha, Arisakov, Bakeev och Kabanov, med hj?lp av Yehas modeller, anser att en amorf polymer best?r av t?tt packade fibriller. Varje fibrill best?r av vikta dom?ner f?rbundna med passerande kedjor. Men experimentella data till?ter oss inte att betrakta fibrillen som huvudformen av den amorfa polymerens supramolekyl?ra organisation.

En klustermodell har ocks? f?reslagits f?r att f?rklara den supramolekyl?ra organisationen av amorfa polymerer.

Kluster ?r omr?den d?r det finns en t?tare packning av molekyler eller partiklar, s?v?l som deras mer ordnade arrangemang j?mf?rt med den huvudsakliga, mer l?sa och oordnade massan av ett ?mne. D?rf?r ?verstiger klustrets densitet n?got medeldensiteten f?r polymeren som helhet. Men j?mf?rt med kristaller ?r kluster mindre ordnade och mindre t?tt packade regioner. I detta avseende finns det tv? typer av kluster:

1. Kristallin - kluster i vilka, under vissa f?rh?llanden, ett mer ordnat arrangemang av makromolekyler kan uppn?s. De kan kristallisera.

2. antikristallin- kluster som i grunden inte kristalliserar.

En amorf polymer ?r en samling antikristallina kluster omgivna av mindre ordnade och l?sare omr?den. F?ljaktligen ?r densiteten hos amorfa polymerer direkt proportionell mot volymfraktionen av kluster. Detta sammanfaller med ett s?dant experimentellt faktum som en ?kning av densiteten hos amorfa polymerer under deras gl?dgning. Gl?dgning leder till en ?kning av antalet antikristallina kluster, en ?kning av medelstorleken p? dessa formationer och ett mer ordnat arrangemang av polymerkedjor i dem.

Amorfa polymerer har en slumpm?ssig orientering av sina polymerkedjor, medan kristallina polymerer bildar en h?gordnad kristallin struktur i en amorf matris (Figur 2). Termen semikristallina polymerer anv?nds f?r polymerer som inneh?ller b?de kristallina och amorfa regioner.

Ris. 2. Amorfa polymerer

En utm?rkande egenskap hos klustermodellen ?r att den saknar en reglerad karakt?r av arrangemanget av kedjor inom klustret (det best?ms av polymerens kemiska struktur, dess molekylvikt). Ett kluster kan best? av b?de makromolekyler med veckad konformation och ovikta element av polymerkedjor som inte bildar veck. En annan egenskap ?r fluktuationskarakt?ren hos kluster.

De ovan beskrivna organiseringarna av makromolekyler i amorfa polymerer ?r endast de enklaste representationerna av formerna f?r ordning av makromolekyler. De ?r viktiga eftersom de ?r det f?rsta steget i processerna f?r organisering av makromolekyler, utan vilka olika supramolekyl?ra strukturer av kristallina polymerer ?r om?jliga.

Supramolekyl?r struktur av kristallina polymerer

Fastillst?ndet hos polymerer eller polymerernas f?rm?ga att kristallisera beror p? m?nga f?rh?llanden: temperatur och kristallisationshastighet, termisk historia, n?rvaron av fr?mmande ?mnen. Beroende p? kristallisationsbetingelserna kan m?nga morfologiska former av kristallstrukturer erh?llas ?ven f?r samma polymer. M?ngfalden av supramolekyl?ra strukturer i kristallina polymerer beror p? polymerernas flexibilitet och l?ngkedjiga struktur.

En av egenskaperna hos polymerernas kristallina tillst?nd ?r n?rvaron i dem av en betydande del av oordning - "andelen av den amorfa fasen". D?rf?r ?gnas s?rskild uppm?rksamhet ?t kristallisationsprocesserna.

N?r l?sningsmedlet avl?gsnas fr?n en utsp?dd polymerl?sning, i fallet med en tillr?ckligt stark intermolekyl?r interaktion, kan makromolekylerna associeras i en f?rpackning. En f?rpackning ?r en prim?r supramolekyl?r struktur.

Om en f?rpackning bildas av vanliga flexibla makromolekyler, kommer under l?mpliga termodynamiska f?rh?llanden kristallisation att ske i den, dvs. makromolekylerna kommer att ordna sig s? att de bildar ett rumsligt gitter. En kristalliserad f?rpackning har en gr?nsyta och en ytsp?nning som ?r karakteristisk f?r en kristallin substans. Emellertid b?r uppkomsten av ?verskott av ytenergi vara signifikant i s?dana tunna och l?nga formationer.

Som ett resultat f?r den kristallina f?rpackningen f?rm?gan att vikas till band med en l?gre ytdensitet. Ribbon ?r en energim?ssigt mer gynnsam form. Vikning av f?rpackningen till band sker spontant i riktning mot minskande fri energi F<О путем многократного поворота пачки на 180°. Лента - вторичная надмолекулярная структура при пластинчатом механизме кристаллизации. Существование складчатых структур было впервые обнаружено и детально исследовано Келлером на примере полиэтилена и полиамидов.

Bildandet av sekund?ra strukturer i en kristallin polymer slutar inte vid bildandet av band. Kravet p? att minska ytsp?nningen leder till att "banden" viks till plana formationer, d.v.s. i lameller. S?dana plattor bildas av angr?nsande individuella "band" med sina plana sidor, vilket leder till en ytterligare minskning av ytan. F?r linj?ra polymerer fr?n komplexa kedjor ?r lamell?ra kristaller typiska, som ?r ganska perfekta vid l?ga kristallisationshastigheter (enkelkristaller av polyeten).

Ris. 3. R?nder visar tillv?xten av polyetenkristaller

F?rutom den lamell?ra mekanismen f?r bildandet av enkristaller finns det en annan typ av strukturer, som k?nnetecknas av n?rvaron av fibrill?ra element.

Det viktigaste praktiska exemplet p? att erh?lla kristaller i vilka kedjorna till stor del bibeh?ller utr?tade konformationer ?r kristallisation under kylning av sm?ltan med samtidig applicering av h?ga sp?nningar. De resulterande strukturformerna, kallade "shish-kebab", k?nnetecknas av n?rvaron av en l?ng fibrill?r central stam. P? denna stav v?xer lameller i tv?rriktningen, i vilka kedjorna ?r i vikta konformationer.

Tillsammans med den lamell?ra mekanismen f?r bildandet av enkristaller finns det en annan typ av utseende av ett antal h?gre supramolekyl?ra strukturer. F?r den lamell?ra typen ?r det enklaste strukturelementet en platta av band, medan f?r den fibrill?ra typen ?r s?dan vikning fr?nvarande och buntarna ?r placerade l?ngs fibrillen. En och samma polymer kan kristallisera b?de lamell?r och fibrill?r.

Bilden av bildandet av enkristaller ?r den begr?nsande bilden av kristallisationsprocessen. Detta inneb?r obegr?nsade m?jligheter f?r uppkomsten av icke-j?mviktstillst?nd av kristallina polymerer. N?r kristalliseringen f?rsenas i stadierna av bildandet av band, plattor och fibriller, leder detta till bildandet av sf?rulitiska strukturer - det vanligaste elementet i stora strukturer.

Dessa ?r aggregat av kristaller med ett centrum och radiell orientering av kristaller i f?rh?llande till centrum.

De ?r typiska halvkristallina formationer som erh?lls under verkliga f?rh?llanden f?r bildning av gjutgods, filmer och andra polymerprodukter baserade p? kristalliserande makromolekyl?ra f?reningar av n?stan alla klasser.

Polystyrenprodukter. Foto: Pat Hayes

Sf?ruliter ?r inte termodynamiskt f?rdelaktiga, men de ?r kinetiskt att f?redra. Storleken p? sf?ruliter kan variera ?ver ett brett intervall - fr?n tiotals mikrometer till flera millimeter eller mer. Sm? sf?ruliter visar f?rm?gan att aggregera med bildandet av mycket l?nga bandliknande partiklar.

Band gjorda av sf?ruliter k?nnetecknas av anisotropi av optiska egenskaper p? grund av den radiella asymmetrin i deras struktur. En f?r?ndring i orientering sker i varje radiell riktning, vilket manifesteras av utseendet av ett m?nster av alternerande ljusa och m?rka ringar.

Grafitsf?ruliter sedda under ett elektronmikroskop

F?rutom de radiella finns det ocks? ringsf?ruliter, som k?nnetecknas av det faktum att ett uttalat system av alternerande m?rka och ljusa ringar ?r ?verlagrat p? m?nstret av det maltesiska korset.

Vid kristallisationsprocessen vid successivt l?gre temperatur kan olika mellanstadier erh?llas fr?n polyedriska lameller till starkt grenade dendriter.

Dendriter ?r grenade kristaller som ibland ser ut som ett tr?d (fr?n grekiska f?r "tr?d"). Alla grenar av dendriten ?r kristallografiskt relaterade till varandra.

Slutsats

Supramolekyl?ra strukturer i polymerer studeras med elektronmikroskopi, neutrondiffraktion, r?ntgendiffraktion, ljusspridning, dubbelbrytning, etc. Speciellt best?mdes gyrationsradier f?r makromolekyler med metoden f?r neutrondiffraktion med sm? str?lar, som sammanfaller med op?verkade storlekar av gaussiska spolar och of?rl?ngda "paket". F?r n?rvarande ?r alternativa strukturella modeller k?nda: ?verlappande statistiska spolar (OSCs); statistiskt komplexa makromolekyler (dom?ner) etc. I synnerhet PSC-modellen som Flory f?reslagit gjorde det m?jligt att underbygga begreppet intrassling teoretiskt och blev grunden f?r statistiska teorier om fl?den och termodynamiska egenskaper hos koncentrerade polymerl?sningar. Resultaten av datorsimulering av konformationer med Monte Carlo-metoden bekr?ftade ocks? PSC, som k?nnetecknas av en ganska t?t packning.

Metoder f?r att studera strukturen hos polymerer kan delas in i tv? grupper. Den f?rsta inkluderar visuella metoder: optiska och elektronmikroskopi, d?r den anv?nda v?gl?ngden (f?r en ljusk?lla eller en elektronstr?le) ?r mycket mindre ?n dimensionerna f?r strukturella element (makromolekyler eller deras aggregat).

Den andra gruppen inkluderar interferens-diffraktion metoder: R?ntgendiffraktion, elektron- och neutrondiffraktion, ljusspridning. Dessa metoder anv?nder elektromagnetiska oscillationer med en v?gl?ngd som ?r j?mf?rbar med storleken p? de studerade strukturella elementen. Till exempel ?r en av de vanligaste metoderna - r?ntgendiffraktionsanalys - baserad p? fenomenet r?ntgendiffraktion med l=0,5-2,5?. Om en r?ntgenstr?le faller p? kristaller vars linj?ra dimensioner ?r j?mf?rbara med, ?r det m?jligt att uppskatta identitetsperioden, att fastst?lla den relativa positionen f?r olika kristallgitterplan, att uppskatta graden av kristallinitet, kristallstorlekar och deras orientering .

Med hj?lp av elektronmikroskopi kan enskilda makromolekyler och deras aggregat observeras. Det var med denna metod som huvudtyperna av supramolekyl?ra strukturer som presenteras ovan i figurerna erh?lls: fibrill?ra kristaller, enkristaller och sf?ruliter. Fina detaljer om strukturen hos sf?ruliter kan endast studeras med ett elektronmikroskop.

N?rvaron av sf?ruliter p?verkar polymerernas mekaniska (h?llfasthet) och andra egenskaper. Till exempel beror opaciteten hos polyeten, nylon och andra kristallina polymerer p? n?rvaron av sf?ruliter. M?ngfalden av supramolekyl?ra strukturer ?r huvudorsaken till de speciella egenskaperna hos kristallina polymerer.

En av huvudorsakerna till intresset f?r makromolekylers fysik ?r att anv?nda det f?r att f?rst? hemligheterna i den levande naturen, f?r att f?rst? de molekyl?ra grunderna f?r beteendet hos biologiska system. Framsteg i att f?rst? mekanismen f?r livsprocesser ?r om?jliga utan till?mpning av fysikaliska och kemiska id?er och metoder f?r att studera biologiska processer p? molekyl?r niv?.

(molekyl?r struktur), det inb?rdes arrangemanget av atomer i molekyler. I samband med kemiska reaktioner omarrangeras atomerna i reaktanternas molekyler och nya f?reningar bildas. D?rf?r ?r ett av de grundl?ggande kemiska problemen att belysa arrangemanget av atomer i de initiala f?reningarna och arten av f?r?ndringarna i bildningen av andra f?reningar fr?n dem.

De f?rsta id?erna om molekylers struktur baserades p? analysen av materiens kemiska beteende. Dessa id?er blev mer komplicerade i takt med att kunskap om ?mnens kemiska egenskaper ackumulerades. Till?mpningen av kemins grundl?ggande lagar gjorde det m?jligt att best?mma antalet och typen av atomer som utg?r molekylen av en given f?rening; denna information finns i den kemiska formeln. Med tiden ins?g kemister att en kemisk formel inte r?cker f?r att exakt karakterisera en molekyl, eftersom det finns isomermolekyler som har samma kemiska formler, men olika egenskaper. Detta faktum ledde forskare till id?n att atomerna i en molekyl m?ste ha en viss topologi, stabiliserad av bindningarna mellan dem. Denna id? uttrycktes f?rsta g?ngen 1858 av den tyske kemisten F. Kekule. Enligt hans id?er kan en molekyl avbildas med hj?lp av en strukturformel, som indikerar inte bara sj?lva atomerna utan ?ven bindningarna mellan dem. Interatomiska bindningar m?ste ocks? motsvara atomernas rumsliga arrangemang. Stadierna i utvecklingen av id?er om strukturen hos metanmolekylen visas i Fig. 1. Struktur m?ter modern data

G : molekylen har formen av en vanlig tetraeder, i vars centrum finns en kolatom, och vid h?rnen finns v?teatomer.(6,58 Kb)

S?dana studier sa dock inget om storleken p? molekylerna. Denna information blev tillg?nglig endast med utvecklingen av l?mpliga fysiska metoder. Den viktigaste av dessa var r?ntgendiffraktion. Fr?n m?nstren f?r r?ntgenspridning p? kristaller blev det m?jligt att best?mma den exakta positionen f?r atomer i en kristall, och f?r molekyl?ra kristaller var det m?jligt att lokalisera atomer i en enda molekyl. Andra metoder inkluderar diffraktion av elektroner n?r de passerar genom gaser eller ?ngor och analys av molekylernas rotationsspektra.

All denna information ger bara en allm?n uppfattning om molekylens struktur. Naturen hos kemiska bindningar kan utforskas av modern kvantteori. Och ?ven om molekylstrukturen ?nnu inte kan ber?knas med tillr?ckligt h?g noggrannhet, kan alla k?nda data om kemiska bindningar f?rklaras. F?rekomsten av nya typer av kemiska bindningar har till och med f?rutsp?tts.

Enkel kovalent bindning. V?temolekylen H 2 best?r av tv? identiska atomer. Enligt fysikaliska m?tningar ?r bindningsl?ngden - avst?ndet mellan k?rnorna av v?teatomer (protoner) - 0,70(1 = 10-8 cm), vilket motsvarar radien f?r v?teatomen i grundtillst?ndet, dvs. i det l?gsta energitillst?ndet. Bindning mellan atomer kan bara f?rklaras genom att anta att deras elektroner ?r lokaliserade huvudsakligen mellan k?rnorna, bildar ett moln av negativt laddade bindande partiklar och h?ller ihop positivt laddade protoner.

Betrakta tv? v?teatomer i grundtillst?ndet, dvs. det tillst?nd d?r deras elektroner ?r p? 1

s -orbitaler. Var och en av dessa elektroner kan ses som en v?g och orbitalen som en st?ende v?g. N?r atomerna n?rmar sig varandra b?rjar orbitalerna att ?verlappa varandra (fig. 2), och som i fallet med vanliga v?gor uppst?r interferens - ?verlagringen av v?gor (v?gfunktioner) i ?verlappningsomr?det. Om tecknen p? v?gfunktionerna ?r motsatta, f?rst?r v?gorna varandra under interferens (destruktiv interferens), och om de ?r lika, s? l?ggs de till (konstruktiv interferens). N?r v?teatomer n?rmar sig varandra ?r tv? utfall m?jliga beroende p? om v?gfunktionerna ?r i fas (Fig. 2,a ) eller i motfas (Fig. 2,b ). I det f?rsta fallet kommer konstruktiv interferens att intr?ffa, i det andra kommer destruktiv interferens och tv? molekyl?ra orbitaler att uppst?; en av dem k?nnetecknas av en h?g densitet i omr?det mellan k?rnorna (Fig. 2,i ), f?r den andra - l?g (fig. 2,G ) ?r faktiskt en nod med noll amplitud som separerar k?rnorna.

Allts?, n?r v?teatomer n?rmar sig varandra och deras interaktion 1

s -orbitaler bildar tv? molekyl?ra orbitaler, och tv? elektroner m?ste fylla en av dem. Elektroner i atomer str?var alltid efter att inta den mest stabila positionen - den d?r deras energi ?r minimal. F?r orbitalen som visas i fig. 2,i , en h?g densitet ?r karakteristisk i omr?det mellan k?rnorna, och varje elektron som upptar denna orbital kommer att vara bf?r det mesta att vara n?ra positivt laddade k?rnor, dvs. dess potentiella energi kommer att vara liten. Tv?rtom, orbitalen som visas i fig. 2,G , den maximala densiteten ?ger rum i de regioner som ligger till v?nster och till h?ger om k?rnorna, och energin hos elektronerna som finns i denna orbital kommer att vara stor. S? elektroner har mindre energi n?r de upptar en orbitali , och denna energi ?r ?nnu mindre ?n vad de skulle ha om atomerna avl?gsnades o?ndligt fr?n varandra. Eftersom det bara finns tv? elektroner i det h?r fallet, kan b?da ockupera en energim?ssigt mer f?rdelaktig bana om deras spinn ?r antiparallella (Pauli-principen). D?rf?r minskar energin i ett system best?ende av tv? v?teatomer n?r atomerna n?rmar sig varandra, och f?r att sedan ta bort atomerna fr?n varandra, en energi lika med energin f?r bildning av en stabil v?temolekyl H 2 . Observera att en n?dv?ndig f?ruts?ttning f?r existensen av en v?temolekyl ?r den f?redragna lokaliseringen av elektroner mellan k?rnor i enlighet med vad vi redan har sagt ovan. molekyl?r orbitali kallas den bindande orbitalen och orbitalenG - lossnar.

Betrakta nu tillv?gag?ngss?ttet f?r tv? heliumatomer (atomnummer 2). ?ven h?r ?verlappar 1

s -orbitaler leder till bildandet av tv? molekyl?ra orbitaler, varav den ena motsvarar en l?gre och den andra till en h?gre energi. Den h?r g?ngen m?ste dock 4 elektroner placeras i orbitaler, 2 elektroner fr?n varje heliumatom. Endast tv? av dem kan fylla l?genergibindningsbanan, de andra tv? m?ste ockupera h?genergibananG . Minskningen i energi p? grund av den gynnsamma placeringen av det f?rsta paret ?r ungef?r lika med ?kningen i energi p? grund av den ogynnsamma placeringen av det andra paret. Nu ger atomernas n?rmande ingen energivinst, och molekyl?rt helium g?r det inte 2 inte bildas. Detta kan bekv?mt illustreras med ett diagram (fig. 3); olika orbitaler p? den representeras i form av energiniv?er p? vilka elektroner kan placeras. De senare indikeras med pilar som pekar upp och ner f?r att s?rskilja snurrarnas riktningar. Tv? elektroner kan uppta samma orbital endast om deras spinn ?r antiparallella.

Dessa allm?nna principer uppfylls vid bildandet av molekyler fr?n atomer. S? snart tv? atomer n?rmar sig s? n?ra att deras atomorbitaler (AO) b?rjar ?verlappa varandra, uppst?r tv? molekyl?ra orbitaler (MOs): den ena binder, den andra lossnar. Om var och en av AO:erna bara har en elektron, kan b?da ockupera en bindande MO med l?gre energi ?n AO:s och bilda en kemisk bindning. Bindningar av denna typ, nu kallade kovalenta, har l?nge varit k?nda f?r kemister (id?n om en kovalent bindning l?g till grund f?r den oktettteorin om bindning som formulerades av den amerikanske fysikaliska kemisten G. Lewis 1916). Deras bildande f?rklarades av socialiseringen av ett elektronpar genom interagerande atomer. Enligt moderna koncept beror bindningsstyrkan p? graden av ?verlappning av motsvarande orbitaler. Allt ovan antyder att bindningar mellan atomer kan bildas under socialiseringen av inte bara tv?, utan ocks? en eller tre elektroner. De kommer dock att vara svagare ?n konventionella kovalenta bindningar av f?ljande sk?l. N?r en en-elektronbindning bildas, minskar energin f?r endast en elektron, och i fallet med bindningsbildning som ett resultat av socialiseringen av tre elektroner, minskar energin f?r tv? av dem, medan den tredje tv?rtom, ?kar, vilket kompenserar f?r minskningen av energin hos en av de tv? f?rsta elektronerna. Som ett resultat ?r den resulterande treelektronbindningen dubbelt s? svag som den vanliga kovalenta bindningen.

Socialiseringen av en och tre elektroner sker under bildandet av den molekyl?ra v?tejonen H

2 + och HHe-molekyler, respektive. I allm?nhet ?r bindningar av denna typ s?llsynta, och motsvarande molekyler ?r mycket reaktiva.

De flesta filmbildande ?mnen ?r oligomerer och polymerer.

Oligomerer ?r polymerer med l?g molekylvikt (vanligtvis inte mer ?n n?gra tusen). Oligomerer kallas ofta polymerer med en polymerisationsgrad som ?r mindre ?n den vid vilken polymerens specifika egenskaper f?rknippade med flexibiliteten hos dess makromolekyler b?rjar manifestera sig. Av stor betydelse ?r oligomerer som inneh?ller funktionella grupper som best?mmer f?rm?gan hos oligomermolekyler att kombinera med varandra f?r att bilda l?nga molekylkedjor eller tredimensionella n?tverksstrukturer (fenol-formaldehydhartser i resolsteget, epoxihartser, polyesterakrylater, som polymeriserar p? grund av terminala dubbelbindningar etc.).

Polymerer ?r makromolekyl?ra f?reningar vars makromolekyler best?r av ett stort antal repeterande enheter med en molekylvikt som str?cker sig fr?n flera tusen till flera miljoner. Molekylerna av makromolekyl?ra f?reningar (makromolekyler) inkluderar hundratals och tusentals atomer kopplade till varandra genom krafterna fr?n huvudsakliga valenser.

P? tal om strukturformeln f?r makromolekyler, noterar vi att atomer eller atomgrupper i en molekyl av en makromolekyl?r f?rening kan ordnas antingen i form av en l?ng kedja (linj?r, till exempel, cellulosa) eller i form av en l?ng kedja. med grenar (f?rgrenat till exempel amylopektin), eller slutligen i form av ett tredimensionellt rutn?t best?ende av segment av en kedjestruktur (sydda). Ett exempel p? tv?rbundna f?reningar med h?g molekylvikt ?r fenolhartser.

Om makromolekylernas molekylkedjor best?r av ett stort antal upprepade grupper - enheter med samma struktur, kallas s?dana h?gmolekyl?ra f?reningar polymerer; om de inneh?ller flera typer av ?terkommande grupper - sampolymerer - A - B - A - B -.

Beroende p? den kemiska sammans?ttningen av huvudkedjan delas makromolekyl?ra f?reningar in i heterokedja, i huvudkedjan av makromolekyler som inneh?ller atomer av olika grund?mnen (kol, kv?ve, kisel, fosfor) och homokedja, vars makromolekyl?ra kedjor ?r uppbyggda av identiska atomer, den huvudsakliga platsen bland dem upptas av karbokedjepolymerer (huvudkedjorna av makromolekyler best?r endast av kolatomer). Om polymermakromolekyler, tillsammans med kolatomer, inneh?ller atomer av oorganiska element, kallas de organoelement.

Den kemiska strukturen hos vissa representanter f?r polymerer ser ut s? h?r:

… -
CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - ...

ett fragment av en kolkedjepolymer (polyeten, polypropen, polyisobutylen, polymetylmetakrylat, polyvinylalkohol, etc.).

Polymererna i heterokedjeklassen inkluderar m?nga enkla och komplexa polyestrar, polyamider, polyuretaner, naturliga proteiner, etc., s?v?l som en stor grupp organiska elementpolymerer:

… -
CH2 - CH2 - O - CH2 - CH2 - O - CH2 - CH2 - O -

polyetylenoxid (eter)

polyetylentereftalat (polyester)

polyamid

polydimetylsiloxan (organoelementpolymer)

polyfosfonitrilklorid (oorganisk polymer).

En annan klass av polymerer ?r h?gmolekyl?ra f?reningar med ett konjugerat bindningssystem: olika polyacetylener, polynitriler, polyfenylener, polyoxadiazoler och m?nga andra f?reningar. Till exempel,

... - CH = CH - CH = CH - CH = CH - ...

polyacetylen

polyfenylen

polyoxadiazol

Denna klass inkluderar ocks? en grupp av kelatpolymerer, som inkluderar olika element som kan bilda koordinationsbindningar (de anges vanligtvis med pilar). Den element?ra enheten av s?dana polymerer har ofta en komplex struktur:

Egenskaperna hos kelatpolymerer har ?nnu inte studerats tillr?ckligt, men utan tvekan ?r de mycket intressanta ur m?nga synpunkter.

Beroende p? formen p? makromolekyler delas makromolekyl?ra f?reningar in i fibrill?ra och globul?ra. I fibrill?ra polymerer ?r molekylerna linj?ra eller l?tt grenade kedjor till formen. Fibrill?ra makromolekyl?ra f?reningar bildar l?tt supramolekyl?ra strukturer i form av asymmetriska f?rpackningar av molekyler - fibriller. Kedjor av molekyler inuti varje fibril ?r orienterade i samma riktning (cellulosafibrer, polyamider, etc.).

H?gmolekyl?ra f?reningar kallas globul?ra, vars makromolekyler har formen av mer eller mindre sf?riska spolar, kulor, den senare kan vara en mycket grenad makromolekyl. F?rst?relsen av en s?dan kula ?r om?jlig utan den kemiska f?rst?relsen av makromolekylen. Det ?r ocks? m?jligt bildningen av kulor i fibrill?ra makromolekyl?ra f?reningar associerade med en f?r?ndring i formen p? deras molekyler.

En enskild kula kan bildas av en flexibel linj?r makromolekyl lindad till en kula under p?verkan av intramolekyl?ra interaktionskrafter.

Strukturen hos polymerer i form av l?nga makromolekyler, vars l?nkar ?r sammanl?nkade med kemiska bindningar l?ngs kedjan av makromolekyler, har bevisats p? olika s?tt. En av de kraftfulla metoderna f?r att analysera den kemiska strukturen hos molekyler ?r metoden f?r r?ntgendiffraktionsanalys. Med den h?r metoden ?r det m?jligt att best?mma avst?ndet mellan masscentrumen hos angr?nsande atomer anslutna b?de kemiskt och med intermolekyl?ra (fysikaliska) bindningar. Eftersom l?ngderna av kemiska bindningar i kristallina ?mnen med l?g molekylvikt ?r v?lk?nda ?r det m?jligt att genom r?ntgendiffraktionsanalys av orienterade polymersystem i kristallint tillst?nd best?mma vilka av atomerna som finns p? avst?nd fr?n varje andra lika med l?ngden p? den kemiska bindningen, och som ?r p? ett st?rre avst?nd, d.v.s. kemiskt obesl?ktade. P? detta s?tt etablerades n?rvaron av kemiska bindningar l?ngs makromolekylens kedja och intermolekyl?ra bindningar av angr?nsande atomer b?de inom kedjan och mellan angr?nsande kedjor.

Det b?r noteras att n?rvaron av m?nga enheter i en makromolekyl best?mmer m?ngfalden av den kemiska strukturen hos polymerer. Till exempel kan varje l?nk i processen med en element?r handling av kedjetillv?xt f?stas till en angr?nsande l?nk p? olika s?tt - "huvud mot huvud", "svans mot svans" eller "huvud mot svans". Olika alternativ f?r att f?sta en l?nk till en v?xande makromolekyl ?r m?jliga f?r asymmetriska monomerer av typen

F?r s?dana monomerer ?r head-to-head-alternativ m?jliga:

och "head to tail":

Det ?r ocks? m?jligt att alternativa anslutningstyper. Polymeren inneh?ller allts? inte makromolekyler med exakt samma kemiska struktur, utan en blandning av isomera makromolekyler, vilket skiljer den fr?n rena l?gmolekyl?ra ?mnen byggda av identiska molekyler.

I serien av substituerade m?ttade kolv?ten, med en ?kning av antalet kolatomer, ?kar antalet m?jliga isomerer snabbt. Och n?r antalet l?nkar n?r tiotals eller hundratusentals, kommer antalet m?jliga isomerer att uttryckas i astronomiska tal.

Polymerer byggda av enheter med regelbundet alternerande riktningar av substituenter kallas stereoregul?ra.

Om substituenterna ?r bel?gna p? ena sidan av planet f?r huvudbindningarna, kallas stereoregelbundna polymerer isotaktiska, om p? b?da sidor - syndiotaktiska.

Om substituenterna ?r slumpm?ssigt placerade p? b?da sidor av planet f?r huvudbindningarna kallas de oregelbundna eller ataktiska:

Strukturen av polymerer som erh?lls fr?n disubstituerade monomerer ?r ?nnu mer komplicerad, eftersom redan i monomeren sj?lv substituenter kan vara bel?gna p? ena sidan av de prim?ra bindningarna (cis-isomer) eller p? b?da sidor (trans-isomer):

cis-trans-

Syntesen av makromolekyler fr?n cis-isomerer leder till produktion av erytrodiisotaktiska polymerer:

och fr?n trans-isomerer - treodiisotaktiska polymerer:

Alla f?r?ndringar i polymerens kemiska struktur inneb?r en f?r?ndring av egenskaperna hos material baserade p? dem.

Fr?gor relaterade till stereoregulariteten i konstruktionen av makromolekyl?ra kedjor ?r mycket intressanta, men inte mindre komplexa, och har uppm?rksammats av forskare i m?nga ?r. Material baserade p? stereoregelbundna polymerer har mycket olika egenskaper ?n de som ?r baserade p? oregelbundna polymerer. De kristalliserar l?tt, ger reglering av deras fysiska struktur och egenskaper, samt ut?kar temperaturgr?nserna f?r prestanda. Ett klassiskt exempel p? en "tv?rbunden" polymer ?r h?rdade epoxihartser:

Om alla huvudkedjorna i ett block av ett polymert material ?r sammankopplade genom rumsliga bindningar eller kedjor, kan blocket betraktas som en gigantisk makromolekyl.

Det har nu konstaterats att strukturerade polymerer s?som fenol-formaldehyd och epoxihartser inte alls bildar ett vanligt rumsligt n?tverk med sekventiell alternering av l?nkar och tv?rbindningar. Blocket av en s?dan rumsligt strukturerad polymer ?r ofta byggt av kulor som bildas redan i processen med hartssyntes. De klotformade formationerna som upptr?der i det f?rsta steget av syntesen l?ser upp monomeren, och den vidare kondensationsprocessen best?r i att ?ka storleken p? klotrarna. I slutskedet av processen inneh?ller kulorna ett stort antal makromolekyler. Detta st?r inte efterf?ljande kemisk bindning mellan de individuella str?ngarna.

Det finns flera huvudsakliga s?tt att erh?lla n?tverkspolymerer:

1. Genomf?ra en kemisk reaktion mellan tv? (eller flera) olika funktionella ?ndgrupper kopplade till en kedja med liten molekylvikt. Som ett resultat bildas ett t?tt n?tverk med korta kedjor mellan tv?rbindningarna.

2. Kemisk bindning av f?reningar med h?g molekylvikt genom ?ndgrupper med anv?ndning av ett tv?rbindningsmedel med l?g molekylvikt. Som ett resultat bildas ett gles n?t med f?rl?ngda linj?ra fragment mellan s?mnadsnoderna.

3. N?tverksbildning p? grund av sampolymerisation av tv?- och polyfunktionella monomerer. Ett exempel p? ett s?dant rutn?t ?r styren-divinylbensensystemet:

4. Vulkanisering av polymerkedjor genom att involvera funktionella grupper placerade l?ngs huvudkedjan i reaktionen. Reaktionen utf?rs antingen med anv?ndning av ett tv?rbindningsmedel med l?g molekylvikt eller p? grund av str?lning och andra typer av exponering f?r funktionella grupper.

5. Bildande av n?tverk p? grund av reaktionen mellan tv? (eller flera) olika polymerer vid funktionella grupper bel?gna l?ngs kedjan av var och en av polymererna (dvs i upprepade enheter och inte i ?ndarna).

6. Syntes av polymern?tverk med anv?ndning avn. F?r detta anv?nds oligomerer med ?ndgrupper som kan bilda cykler under reaktionen. Till exempel, trimerisering av bifunktionella oligomerer (eller monomerer) som inneh?ller cyanat?ndgrupper:

Andra s?tt att erh?lla polymern?tverk ?r ocks? m?jliga.

En relativt ny typ av polymerer ?r "interpolymerer", med vilka de menar ett system byggt av tv? (eller flera) kemiskt heterogena makromolekyler, kemiskt kopplade till varandra p? grund av funktionella grupper bel?gna i de repeterande enheterna i varje makromolekyl. Detta visas schematiskt i fig. ett.

Ris. 1. Schematisk representation av en interpolymermakromolekyl

Ett specifikt exempel p? ett s?dant system ?r produkten av interaktionen mellan polystyren och polytriklorbutadien:

Framst?llningen av interpolymerer g?r det m?jligt att ?ppna m?jligheter f?r att modifiera strukturen och egenskaperna hos polymerer.

Enligt moderna id?er om polymerers struktur och egenskaper b?rjar s?ledes en polymers struktur redan med formen av en makromolekyl och dess placering i rymden. En makromolekyl ?r alltid ett prim?rt element i vilken struktur som helst (precis som en element?r l?nk ?r ett prim?rt element i en kedjas kemiska struktur).

Inom f?rg- och lackteknik tar kemiska processer som leder till bildandet av rumsliga polymerer en speciell plats och ?r en viktig teknik f?r att erh?lla bel?ggningar med ?nskade egenskaper. S?lunda genomg?r alkyd, fenol- och aminoformaldehyd, epoxi, polyuretan och andra filmbildare i termer av molekylvikt och egenskaper kemisk h?rdning under filmbildning.

?verf?ringen av filmbildare till tillst?ndet av en "n?tverks"-polymer av en rumslig struktur leder till en f?rb?ttring av atmosf?risk, vatten-, olje- och v?rmebest?ndighet, h?rdhet och styrka, vidh?ftning, etc.

Alla v?rmeh?rdande filmbildare inneh?ller reaktiva grupper, men i vissa fall beh?vs ytterligare ett reagens f?r att bilda en rumslig polymer - en h?rdare, som om man "tv?rbinder" makromolekylerna med varandra.

En ?verdriven frekvens av intermolekyl?ra bindningar leder till en ?kning av filmens sk?rhet och tendens att spricka p? grund av en ?kning av inre sp?nningar. D?rf?r regleras bindningsfrekvensen genom att ?ndra h?rdningss?ttet (temperatur, varaktighet), antalet funktionella grupper i filmbildaren, s?v?l som h?rdarens natur och inneh?ll.

L?t oss f?rst ?verv?ga tv? f?rem?l - diamant och kalcit, vars struktur ?r ganska typisk f?r vanlig materia:

?mnen av detta slag finns ofta i naturen. Vi ser att de har en ordnad form, och det finns sk?l till det, vilket kommer att framg? n?r ?mnet delas upp i allt mindre delar. L?t oss l?gga diamant ?t sidan (v?r budget till?ter oss inte att experimentera med det) och b?rja krossa kalcit med en mejsel och hammare. Det kommer att delas upp i sm? bitar, men - vad som ?r mest intressant - dessa bitar kommer att upprepa strukturen f?r en stor bit. Om du bortser fr?n dimensionerna kan du se att vinklarna mellan ytor och plan f?rblir konstanta. Efter att ha krossat mineralet till de minsta partiklarna och unders?kt dem under ett mikroskop kommer vi att se samma form som vi redan k?nner till. Det visar sig att ?ven de minsta materiepartiklarna har en s?dan struktur.

Kemister som kallar kalcit f?r kalciumkarbonat kommer att s?ga att dess struktur best?r av en karbonatgrupp (CO 3 d?r en kolatom ?r bunden till tre syreatomer) och en kalciumatom. Fysiska observationer visar att m?nga karbonatgrupper och kalciumatomer ?r bel?gna i rymden i samma vinklar som ytorna p? en stor kalcitkristall.

S?ledes upprepar den synliga strukturen av materialet den kristallina strukturen. Detta ?r samma struktur, bara m?nga g?nger st?rre.

Materiens fysikaliska egenskaper p? makroskopisk niv? ?terspeglar m?nster p? mikroskopisk niv?.

Strukturen hos biologiskt material best?ms ocks? av dess molekyl?ra struktur. M?nga biologiska strukturer ser ut som kristaller, och under mikroskopet kan man se deras vackra, tydliga former. Vi har redan sett hur cellerna i en organism ?r ordnade. Detta arrangemang beror p? strukturen hos materialen som de ?r sammansatta av.

Alla organismers celler och v?vnader ?r sammansatta av samma ?mnen. F?rst och fr?mst detta vatten. Vatten st?r f?r cirka 70-90 % av alla biologiska ?mnen, och d?rf?r best?mmer vattnets fysikaliska och kemiska egenskaper till stor del egenskaperna hos biologiskt material. Salter av grund?mnen som natrium, kalium, kalcium, magnesium och klor l?ses i vatten. Resterande andel ?r f?r organiskt material, som ?r uppbyggda av kol (C) atomer bundna till v?te, syre, kv?ve (N), och ibland svavel (S) och fosfor (P) atomer.

De enklaste organiska molekylerna som finns i naturgas eller olja ?r metan, etan och propan.

De kallas kolv?ten eftersom de ?r uppbyggda av kol- och v?teatomer. Dessa atomer kan avbildas som sm? bollar kopplade till varandra. kemiska bindningar. I en kemisk bindning delar tv? atomer p? ett elektronpar, en fr?n varje atom. I v?ra ritningar ?r bindningen mellan tv? atomer avbildad som en linje. Varje element ?r karakteriserat valens, eller f?rm?gan att bilda ett visst antal kemiska bindningar. Valensen f?r kol ?r fyra, s? varje kolatom kan bindas till fyra andra atomer; p? grund av denna egenskap bildas ett stort antal mycket olika kombinationer av atomer, vilket leder till en enorm variation av organiska molekyler (Fig. 3.3). Tv? och tre parallella linjer betyder dubbel- respektive trippelbindningar. Bindning genom ett elektronpar kallas kovalent; den ?r v?ldigt stark, det kr?vs en betydande m?ngd energi f?r att bryta den, eftersom organiska molekyler ?r ganska stabila. Men bindningar bryts l?tt under f?rbr?nning (oxidation), vilket frig?r en stor m?ngd energi, s? kolv?ten fungerar som ett v?rdefullt br?nsle.

I den enklaste organiska metanmolekylen ?r kolatomen bunden till endast fyra v?teatomer. I en annan molekyl ?r en kolatom f?rbunden med en bindning med en annan kolatom, vilket bildar en C-C-kedja, i vars ?ndar v?teatomer finns. C-C-kedjan kan vara mycket l?ng; vaxmolekyler best?r till exempel av 30-36 kolatomer. Kedjan av kolatomer kan ocks? vara sluten i ringar av olika storlekar. Men den st?rsta variationen kommer fr?n kombinationen av kolatomer med grupper av atomer av andra grund?mnen. Till exempel bildas en OH (syre bundet till v?te) hydroxylgrupp bunden till en kolkedja alkohol (alkohol).

Ris. 3.3. En m?ngd olika organiska molekyler, vars huvudelement ?r kolatomer, vanligtvis sammankopplade i kedjor. Varje linje mellan atomerna motsvarar en bindning, det vill s?ga ett gemensamt elektronpar. Dubbel- och trippellinjer representerar dubbel- och trippelbindningar mellan atomer. Mer komplexa molekyler, s?rskilt de med ringstrukturer, avbildas vanligtvis som linjer, d?r kolatomerna (ofta med en eller tv? v?teatomer) inte ?r indikerade vid f?rbindelserna. Eftersom valensen f?r kol ?r fyra, m?ste varje kol ha fyra bindningar; om bara tre bindningar av en kolatom visas, m?ste ytterligare en v?teatom bindas till denna atom

En aminogrupp, best?ende av en kv?veatom och tv? v?teatomer (NH 2), kopplade till en kolkedja, bildas amin. I mer komplexa grupper ?r syreatomen bunden till kolatomen genom en dubbelbindning (C=O), och en av dessa kombinationer, karboxylgrupp COOH bildar en syramolekyl. (En syra ?r vilken kemisk f?rening som helst som bildas joner v?te; Kom ih?g att positivt och negativt laddade atomer eller grupper av atomer kallas joner.)

Kombinationer av alla slag av dessa grupper med kolkedjor av olika l?ngd och ringar ger ovanligt m?nga organiska f?reningar, men endast ett f?tal av dem finns ofta i levande organismer. De viktigaste f?reningarna ?r proteiner, nukleinsyror, kolhydrater och lipider.

Lipider, som inkluderar v?lk?nda fetter och oljor, best?r av l?nga kolkedjor - vanligtvis fr?n 16-18 kolatomer. Vi ?r v?l medvetna om deras egenskaper: trots allt ?r det just dessa ?mnen som l?mnar outpl?nliga fl?ckar p? kl?derna. Alla vet att vatten och olja inte blandas. ?mnen som blandas med vatten kallas hydrofila(bokstavligen "?lskande vatten") och ?mnen som, som olja, inte blandas med det, kallas hydrofobisk("r?dsla f?r vatten"). (Fet, oljiga fl?ckar p? kl?der b?r avl?gsnas med kemtv?tt som inneh?ller l?sningsmedel som kolhydrattetraklorid, eller med l?sningsmedel som inneh?ller bensin, som ocks? ?r hydrofobt.) I huvudsak kan lipider definieras som ?mnen som bara l?ser sig i hydrofoba l?sningsmedel.

Andra viktiga biologiska ?mnen k?nnetecknas av den gigantiska storleken p? sina molekyler. Molekylvikten f?r sm? molekyler, s?som propan, bensin eller socker (som glukos), ?verstiger inte tv?hundra enheter. Till skillnad fr?n dem bildas proteiner, nukleinsyror och vissa andra byggnadsmaterial i celler av stora molekyler - makromolekyler, eftersom deras molekylvikt ?r i tusentals eller mer. Det ?r inte ovanligt att byggnadsmaterialen i burar kan vara s? stora, eftersom vi ?ven anv?nder l?nga st?lbj?lkar och tak av plywood och armerad betong i v?r konstruktion. De fasta delarna av celler ?r ocks? uppbyggda av stora komponenter.

Men alla dessa makromolekyler har en relativt enkel struktur. De representerar polymerer, best?r av att upprepa samma, eller identiska, molekyler, kallade monomerer:

Till exempel best?r kolv?ten av sockerarter, som ?r sm? organiska molekyler med en formel som C 6 H 12 O 6 . De sockerarter som ?r mest intressanta f?r oss - som glukos, galaktos och mannos - har en komplex struktur. De kan ansluta med varandra och bilda l?nga kedjor, ibland ?ven med grenar. N?r glukosmolekyler ?r sammankopplade p? ett specifikt s?tt (kemister kallar detta en beta 1:4-bindning) f?r de cellulosa:

Cellulosa ?r ett starkt fibr?st material som utg?r v?ggarna i v?xtceller, och som ett resultat ?r det huvudkomponenten i tr?. Men om glukosmolekyler kombinerar olika (alfa 1:4-bindning, ibland med 1:6-grenar), erh?lls st?rkelse och glykogen - huvudreservmaterialet f?r v?xter och djur. Andra sockerarter i olika f?reningar bildar pektiner och tandk?tt, som utg?r den saftiga massan av frukter och andra delar av v?xter. Alla dessa polymerer, vars massa n?r flera tusen enheter, kallas polysackarider, och deras ing?ende monomerer (socker) - monosackarider. Andra polymerer har ocks? namn som b?rjar med prefixet "poly", vilket betyder "mycket".

En av de viktigaste polymererna proteiner, best?r av l?nga kedjor av monomerer aminosyror. Aminosyror heter s? eftersom de inneh?ller en aminogrupp (NH 2) och en organisk syragrupp (COOH). Tv? aminosyror kopplas samman genom att f?rbinda karboxylgruppen i den ena med den andras aminogrupp och fris?ttningen av en vattenmolekyl:

Den resulterande molekylen (dipeptid) den har fortfarande en aminogrupp i ena ?nden och en sur grupp i den andra, s? andra aminosyror kan f?sta vid den. Tre aminosyror bildas tripeptid, och s? vidare; en molekyl av m?nga aminosyror kallas polypeptid som i sj?lva verket ?r protein. I ett typiskt protein ?r 200-300 aminosyror sammankopplade i en l?ng kedja. (N?r en aminosyra f?rlorar en aminogrupp och en syragrupp, integreras i kedjan, kallas det ?terstoden aminosyror.) Eftersom den genomsnittliga aminosyran har en molekylvikt av cirka 100 enheter, har en 300 aminosyrors kedja, eller medelprotein, en atomvikt av cirka 3000 enheter.

Naturliga proteiner bildas av 20 typer av aminosyror som endast skiljer sig ?t i strukturen av sin sidokedja (tabell 3.1). Aminosyror kan kombineras i vilken ordning som helst, s? celler kan producera ett stort antal typer av proteiner. Deras f?rmodade m?ngfald ?r bortom m?nsklig f?rest?llning. Om det finns 20 typer av aminosyror, d? 2 aminosyror - 400 typer av dipeptider (med tv? rester). Det kommer redan att finnas 8 000 tripeptider, 160 000 tetrapeptider och 20 300 typer av kedjor med 300 aminosyror. Ett s? stort antal ?r ofattbart. Alla proteiner som n?gonsin producerats av landlevande organismer ?r bara en liten del av den m?jliga m?ngfalden.

Varje typ av protein har en unik aminosyrasekvens. Till exempel, hos m?nniskor, b?r hemoglobinmolekylen, som ?r en del av de r?da blodkropparna - erytrocyter, syre med blodet. Den b?rjar med sekvensen Val-H ?r-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala (bokstavsf?rkortningar betyder en eller annan aminosyra). Hos en vanlig person b?rjar varje hemoglobinmolekyl med denna sekvens.

I den enklaste organismen produceras minst cirka 2 tusen olika proteiner, och i komplexa organismer, till exempel hos m?nniskor, cirka 30-50 tusen. (N?rare studier har identifierat just ett s?dant intervall, ?ven om det exakta antalet f?rblir ok?nt.) Varje protein har en struktur som l?mpar sig f?r olika funktioner, eftersom proteiner ?r kroppens huvudsakliga "arbetsh?star". De utf?r n?stan alla funktioner som vi identifierar med begreppet "levande organism":

? proteiner ?r enzymer, som p?skyndar och kontrollerar alla kemiska reaktioner i kroppen;

? proteiner bildar kroppens synliga strukturer: keratiner fungerar som byggstenar i h?r, hud och fj?drar; kollagener ?r en del av brosk och ben;

? proteiner bildar fibrer som drar ihop och str?cker muskler och andra mobila strukturer som flimmerh?r och flageller;

? proteiner utg?r en viktig klass hormoner som ?verf?r signaler fr?n en typ av cell i kroppen till en annan typ av cell;

? bildas proteiner receptorer som tar emot signaler genom att ansluta till andra molekyler; en cell tar emot signaler fr?n hormoner om en hormonmolekyl binder till en av sina
receptorer; receptorer, tack vare vilka vi k?nner smak och lukt, till?ter kroppen att k?nna igen n?rvaron av sm? molekyler i den yttre milj?n och svara p? dem; proteiner transporterar joner och sm? molekyler ?ver cellmembran, vilket ?r n?dv?ndigt f?r att v?rt nervsystem ska fungera och s?dant
organ som njurar; proteiner reglerar alla typer av processer och ?vervakar
f?r att s?kerst?lla att de sker i r?tt hastighet.

F?r att f?rst? hur celler ?r ordnade och hur de fungerar kan du bara l?ra dig mer om n?gra av proteinernas funktioner.

Slut p? arbetet -

Detta ?mne tillh?r:

Genetik

GENETIK.. EN NYB?RJARGUIDE.. B GUTTMAN A GRIFFITHS D SUZUKI OCH T CULLIS..

Om du beh?ver ytterligare material om detta ?mne, eller om du inte hittade det du letade efter, rekommenderar vi att du anv?nder s?kningen i v?r databas med verk:

Vad ska vi g?ra med det mottagna materialet:

Om det h?r materialet visade sig vara anv?ndbart f?r dig kan du spara det p? din sida p? sociala n?tverk:

tweeta

Alla ?mnen i det h?r avsnittet:

Guttman B., Griffith E., Suzuki D., Cullis T
G97 Genetics / Barton Guttman, Anthony Griffith, David Suzuki, Tara Cullis. - Per. fr?n engelska. O. Perfilieva. - M.: FAIR-PRESS, 2004. - 448 s.: ill. - (Vetenskap & Liv).

Genetik: d?tid, nutid och framtid
"Varf?r har Jimmy r?tt h?r som sin mamma och hans pappa har svart?" "Varf?r har folk inte valpar?" "Och om en h?st gifter sig med en ko, kommer den att f? barn?" "Varf?r ?r Mary s?

S?kandet efter ordning och mening
Mikrobiologen och genetikern Fran?ois Jacob anm?rkte en g?ng att "den m?nskliga hj?rnan helt enkelt beh?ver hitta ordning i universum." Alla barn omedelbart efter f?dseln har inget system, med

Modern bild av vetenskap
Genetik ?r det viktigaste omr?det inom modern biologi, och f?r att b?ttre f?rst? det m?ste du f?rst f?rst? vad vetenskap som helhet ?r. Vetenskap ?r ett slags m?nsklig aktivitet, en viktig

Perspektiv p? modern genetik
Med tanke p? det sociokulturella sammanhanget ?r det f?rst?eligt varf?r genetik genererar s?dant intresse och varf?r uppt?ckter inom dess omr?de har s? l?ngtg?ende konsekvenser. De senaste ?ren har en m?n

Primitivt intresse f?r ?rftlighet
N?r man ser tillbaka kan man hitta bevis p? intresse f?r ?rftlighet s? l?ngt tillbaka som den paleolitiska perioden, d? m?nniskor precis b?rjade f?rst? vad reproduktion var. L?t oss ta ris som ett exempel.

Domesticering av v?xter och djur i mytens spegel
I m?nga teckningar, konstverk och myter speglade forntida m?nniskor utseendet p? var och en av de odlade v?xterna och tama djuren, vilket hade en mycket viktig inverkan p?

Vetenskapliga teorier om ?rftlighet
Likheten mellan barn och deras f?r?ldrar noteras av alla. Forntida m?nniskor trodde att liknande m?nniskor har gemensamma f?rf?der och ?gnade d?rf?r s?rskild uppm?rksamhet ?t sl?ktskap. F?rutom att familjebanden h?ll ihop

Var kommer bebisarna ifr?n?
?rftlighetens enorma roll f?r samh?llet, inte bara ur en fysiologisk, utan ocks? ur en kulturell synvinkel, s?v?l som ett intresse f?r friska avkommor, fick m?nskligheten att t?nka p? hur

cellstruktur
Precis som teleskopet revolutionerade astronomi, hj?lpte mikroskopet m?nniskor att f?rst? vad levande organismer ?r gjorda av. Man kan f?rest?lla sig vilken f?rv?ning och h?pnad som ?terspeglades p? ansiktena

Tillv?xt och biosyntes
En av de mest uppenbara egenskaperna hos en levande organism ?r f?rm?gan att v?xa. Tillv?xten av alla organismer, s?som m?nniskor, ?r resultatet av tv? processer: celltillv?xt och celldelning. Chelov

Enzymer
L?pande bandet i fabrikerna servas av m?nniskor (?ven om de nu alltmer ers?tts av robotar). Vem uppr?tth?ller metabolismens v?gar i kroppen? Hur uppst?r kemiska reaktioner som blir en m

Syntes av polymerer
Under de prim?ra metaboliska processerna syntetiseras alla aminosyror, sockerarter, lipider och andra sm?cellsmolekyler, som g?r till bildandet av s?dana makromolekyler som proteiner och polysackarider. P

Celler som fabriker f?r sj?lvreproduktion och sj?lvf?rnyelse
L?t oss f?rs?ka igen att f?rest?lla oss hur kroppen fungerar. Fr?n milj?n tar den emot ett ?mnesr?material och f?rvandlar det genom olika metaboliska v?gar till molekyler av dess struktur - det g?r det fr?n prim?ra

Revolution?r uppt?ckt: Mendels lagar
Mysteriet med ?verf?ring av egenskaper genom arv har alltid lockat m?nniskor. P? 1:a ?rhundradet f.Kr e. Den antika romerske filosofen Lucretius lade m?rke till att barn ibland liknar sina far- eller farfarsf?der. Ett sekel senare P

Mendels uppt?ckter
Gregor Mendel var den f?rste som kom n?ra att reda ut det gamla mysteriet. Han var munk vid Brunn-klostret (nuvarande Brno, Tjeckien) och ?gnade sig, f?rutom att undervisa, i fritidsexperiment vid korsning

Stamtavlor
F?rutom att r?kna antalet v?xter och djur med vissa egenskaper som erh?lls genom slumpm?ssig korsning, ?r det anv?ndbart att unders?ka mekanismen f?r ?rftlighet med hj?lp av exemplet med stamtavlor (m?nniskor eller hus).

Blodgrupper
En bra lektion i genetik kan vara studiet av blodtyper hos m?nniskor. Blod klassificeras i en eller annan grupp beroende p? hur det interagerar med immunf?rsvaret som skyddar

Flera alleler och dominans
Fenomen som ofullst?ndig dominans och samdominans bevisar att interaktionen mellan alleler av en gen kan vara ganska komplex. Som vi har sett best?ms blodgruppen av tre alleler av en

Provkorsningar
Organismer med en dominant fenotyp f?r en viss egenskap kan vara homozygota eller heterozygota - AA eller Aa, om man anv?nder konventionerna. Ibland ?r det viktigt att k?nna till genotypen.

Sannolikhet
Mendels lag om splittring l?ter dig f?ruts?ga sannolikheten f?r ned?rvning av vissa egenskaper. G. Mendel kan kallas grundaren av statistiska metoder i studiet av genetik, eftersom

Tv? eller flera gener
Dessa principer f?r sannolikhetsteorin ?r viktiga att ha i ?tanke n?r vi analyserar resultatet av att korsa tv? eller flera gener samtidigt. G. Mendel genomf?rde experiment d?r han observerade det samtidiga

Mendels f?rsta lag och definitionen av faderskap
Baserat p? Mendels enkla resonemang best?mmer moderna genetiker arten av arv och manifestationen av en viss egenskap i stamtavlor. Dessutom kan Mendels lagar ibland hj?lpa till att definiera

Celler och reproduktion
Efter att Schleidens och Schwanns cellteorin blev allm?nt accepterad gjorde patologen Rudolf Virchow sitt viktiga bidrag. Han f?reslog att inte bara alla organismer best?r av celler, utan alla

Mitos och cellcykeln
En enda cell v?xer och delar sig i tv? nya celler n?r den g?r igenom cellcykeln. Syftet med en s?dan cykel ?r att producera tv? eller flera identiska celler, som kommer att forts?tta processen, efter att ha f?tt fr?n f?r?ldern

Karyotyp
Genom att k?nna till mekanismen f?r mitos kan du b?ttre se kromosomerna som r?r sig fritt under denna process. L?t oss placera en droppe blod i ett provr?r med en n?ringsl?sning d?r leu kan f?r?ka sig.

Meios och Mendels lagar
Det ?r allm?nt k?nt idag att gener finns p? kromosomer, ?ven om vi i n?sta avsnitt ska f?rs?ka bevisa detta p?st?ende. Efter att ha ?verv?gt meiosprocessen kan vi nu hitta sk?len till ordningen i den

Placering av gener
De viktigaste processerna som intr?ffade under meios och mitos studerades i slutet av 1800-talet. Det ?r nu k?nt att detta ?r en ganska komplex mekanism f?r f?rdelningen av kromosomer bland dotterceller, men fram till b?rjan av 1900-talet

k?nskromosomer
?ven i antiken m?rkte m?nniskor att vissa sjukdomar n?stan uteslutande f?rekommer hos m?n, ?ven om de ?verf?rs genom moderlinjen. Det mest k?nda exemplet ?r hemofili, eller otillr?cklig

Icke-disjunktion av kromosomer
Vanligtvis har m?n och kvinnor en v?ldefinierad fenotyp, som best?ms av deras upps?ttning kromosomer - XY eller XX. Men ibland f?ds barn med ovanligt m?nga k?nskromosomer, och detta sker som ett resultat av

Gener och metabola st?rningar
M?nniskor ?r d?ligt "material" f?r att studera ?rftlighetslagarna eftersom det ?r sv?rt att f? tillr?ckligt tillf?rlitliga data fr?n dem, men de f?rsta observationerna av hur gener utf?r sin funktion gjordes och

Gener och enzymer
?r 1944 bekr?ftade George Beadle och Edward Tatham riktigheten av Harrods slutsatser med hj?lp av br?dformen Neurospora (denna ljusa orange m?gel bildas ibland p? gammalt br?d) som exempel.

Proteiner och information
Eftersom gener styr produktionen och syntesen av proteiner, l?t oss titta p? strukturen av proteiner igen. Som sagts i 2 kap. 3, proteiner ?r kroppens mest olikartade molekyler. De ?r en integral

Korrigering av ?rftliga st?rningar
Medan genetiken tog sina f?rsta steg i b?rjan av 1900-talet fick id?n om att f?rb?ttra m?nniskosl?ktet, eller eugenik, mycket uppm?rksamhet (se kapitel 15). N?r m?nniskor l?rde sig mekanismen f?r arv

bakterie
Kom ih?g att bakterier skiljer sig fr?n andra organismer genom att de ?r prokaryoter, det vill s?ga att de inte har en k?rna omgiven av ett membran, till skillnad fr?n eukaryoter, inklusive v?xter och djur, i vars celler

F?rsta stegen
?r 1928 uppt?ckte Frederick Griffith att substansen i de d?da cellerna i en bakteriestam kan ?verf?ra dess egenskaper till de levande cellerna i en annan stam. Till exempel var stam IIIS k?nd f?r

bakteriofager
1915 uppt?ckte engelsmannen Frederick Twort och kanadensaren Felix D "Erell oberoende bakteriofager som orsakar infektioner bland bakterier. Sj?lva id?n om infektioner bland bakterier

Hershey Chase experiment
Alfred Hershey och Martha Chase visste att fager ?r ungef?r h?lften DNA och h?lften proteiner och best?mde sig f?r att unders?ka funktionerna hos dessa tv? komponenter genom att m?rka dem, det vill s?ga genom att inkludera dem i dem.

DNA-struktur
Kom ih?g att kroppens huvudsakliga byggstenar ?r polymerer. Nukleinsyror ?r ocks? polymerer, ?ven om de ?r mycket olika i struktur fr?n proteiner. De kallas ocks? av

DNA-modell och genetik
Till skillnad fr?n Mendels arbete, v?ckte Watson och Cricks papper omedelbart vetenskapssamfundets uppm?rksamhet eftersom det f?rklarade ?rftlighetens mekanism. Det stod genast klart att

Modellvalidering
Det verkliga vetenskapliga v?rdet av en modell m?ts genom att det ?r m?jligt att testa alla slutsatser som den leder till i praktiken. Watson-Crick-modellen inkorporerade inte bara alla k?nda fakta om DNA och m?nniska

Genf?rdelning
Det faktum att gener finns p? kromosomer verkar vara of?renligt med det faktum att m?nniskor bara har 23 par kromosomer och ?nd? har tusentals olika egenskaper som tusentals egenskaper m?ste matcha.

Med h/?: 1 Med H/?: 1 med h/?: 9 med H/?.
Det visar sig att 10 % av s?nerna, som vi kallar rekombinanter, fick en annan kombination av gener, annorlunda ?n kombinationen av deras m?drar. I meiosprofasen bygger jag homologa par

Med H/Y: 1 Med h/Y: 1 med H/Y: 9 med h/Y.
Detta kan f?rv?ntas: 90 % av det initiala arrangemanget av alleler och 10 % av rekombinationer. Att best?mma avst?ndet mellan m?nskliga gener ?r ganska sv?rt. I de flesta organismer, korsning av en katt

A c/Y, 7 A C/Y, 8 a c/Y, 42 a C/Y.
Totalt erh?lls 15 (7 + 8) rekombinationer av hundra, det vill s?ga 15%. D?rf?r kan gen A placeras p? kromosomkartan 15 enheter fr?n gen C. Tre gener kan dock lokaliseras i sekvens

Crossover inom gener
Fram till mitten av 1940-talet trodde forskarna att gener med st?rsta sannolikhet var kromomerer, det vill s?ga sm? klumpar l?ngs kromosomerna, tack vare

Faggenetik
Max Delbr?ck valde fager f?r sin forskning eftersom de ?r ett mycket enkelt biologiskt system: sm? partiklar som kan reproducera sig sj?lva i andra celler.

Fin struktur av en gen
Seymour Benzer studerade genens fina struktur med hj?lp av T4-fager, bland vilka han kunde isolera s?llsynta intragena rekombinanter. Benzer fokuserade p? klassen av mutanter r - rII.

Komplementering och avgr?nsning av genen
Kartl?ggningsexperiment har visat att rII-regionen best?r av m?nga sm? regioner, eller platser, d?r olika mutationer kan f?rekomma. Men s?dana kartor ger bara en id?

Vad ?r en gen!
L?t oss g? tillbaka till definitionen av en gen. I klassisk genetik betecknade ordet "gen" en enhet av genetiskt material, tilldelad enligt tre kriterier: efter funktion, mutation och rekombination. Ursprungligen antogs

Restriktionsenzymer och palindromer
Bakterier och fagerna som attackerar dem befinner sig i ett tillst?nd av kontinuerlig kemisk krigf?ring. Bakterier som motst?r faginfektion f?r en f?rdel i kampen f?r tillvaron, och de

Restriktionskartl?ggning
M?nga typer av restriktionsenzymer ?r nu k?nda och tillg?ngliga f?r anv?ndning. De sk?r DNA i olika sekvenser och kan anv?ndas f?r att analysera strukturen p? DNA och kompilera

Hur ?r proteiner uppbyggda?
S? informationen som best?mmer ordningen p? aminosyror i ett protein lagras i DNA i form av en serie triplettkodoner. Men hur f?rvandlas sekvensen av DNA-baser till en verklig produkt? Naturligtvis ritningar

RNA-molekyler: verktyg f?r proteinsyntes
P? 1940-talet, n?r forskarna fortfarande inte hade en bra f?rst?else f?r strukturen av nukleinsyror, erh?lls bevis f?r att proteinsyntes alltid ?tf?ljs av syntes av ribonukleinsyra.

RNA-transkription
Det har nu bevisats att RNA bildas som ett resultat av samma parning av komplement?ra baser, med hj?lp av vilken DNA-dubbelhelixen bildas fr?n en enkelstr?ng (Fig. 9.2). Denna process kallas

Uts?nda
?verf?ringen av information fr?n DNA till RNA kallas transkription, och ?verf?ringen av denna information fr?n mRNA till protein kallas translation. Messenger-RNA programmerar vanligtvis ribosomen under en tid.

Komplexa eukaryota gener
N?r forskare b?rjade studera generna f?r olika proteiner i eukaryota celler fann de att interaktionen mellan gener och proteiner i dessa organismer ?r mer komplex ?n interaktionen mellan gener och proteiner i proca.

Genetisk ordbok
1962, tack vare arbetet av Crick och hans kollegor som n?mnts tidigare, fastst?lldes det att den genetiska koden best?r av trillingar. Efter det stod forskarna inf?r ett annat sv?rt problem.

Kollinearitet av gener och proteiner
Gen-till-protein kolinearitetshypotesen kunde bekr?ftas genom att visa att sekvensen av genmutationer motsvarar f?r?ndringarna i aminosyrasekvensen som dessa mutationer leder till. F?r

Avslutningskodon
Tre hon kodar av 64 fungerar inte som kod f?r en aminosyra. De betecknar slutet p? proteinsyntesen och kallas terminerande eller nonsens-kodon (stoppkodon). Deras existens var

Kodens universella karakt?r
Inneb?rden av kodoner klargjordes under experiment p? bakterien E. coli. Men vad h?nder om generna fr?n andra organismer, inklusive m?nniskor, anv?nder ett annat chiffer? I detta fall mutationer i m?nskliga proteiner

?rftlighetb i bakteriev?rlden
F?retr?dare f?r klassisk genetik v?gade knappt dr?mma om de m?jligheter som ?ppnar sig inf?r moderna vetenskapsm?n som genomf?r experiment p? bakterier och virus av bakterier. I detta kapitel vi

Muterade bakterier
Olika typer av bakterier kan s?rskiljas genom fenotypiska egenskaper, s?som form, f?rg och andra karakteristiska detaljer f?r deras kolonier. Men stora framsteg i bakteriernas genetik har gjorts under forskningens g?ng.

Sex i E. coli
1946 b?rjade Joshua Lederberg och Edward Tatham utf?ra genetiska experiment p? bakterier. N?gra ?r tidigare hade Tatem arbetat med George Beall, och baserat p? en op.

Plasmider
Faktor F ?r ett exempel p? en s? kallad plasmid, det vill s?ga ett extrakromosomalt sj?lvreplikerande genetiskt element med en cirkul?r struktur. Plasmider ?r ett slags passagerare i cellen, som

Resistensfaktorer och antibiotikaresistens
1955 ?terv?nde en japansk kvinna fr?n Hong Kong med en form av dysenteri orsakad av en bakterie av sl?ktet Shigella. Shigella-infektion ?r l?tt att behandla med antibiotika, men dessa bakterier

Lysogeni
Biologer som experimenterade med fager f?re andra v?rldskriget h?vdade ofta att vissa bakteriestammar b?r p? virus som ibland visar sig of?ruts?gbart i v?xande kulturer.

Gener som b?rs av viruset
I ett f?rs?k att avg?ra om Salmonella konjugat som E. coli, uppt?ckte Norton Zinder att fager kan ?verf?ra gener fr?n en bakteriecell till en annan. Detta fenomen kallas t

Transduktion och det m?nskliga genomet
1955 f?reslog Joshua Lederberg att transducerande virus kunde anv?ndas f?r att introducera gener i m?nskliga celler. P? den tiden verkade en s?dan id? ren fantasi, men nu ?r det mer och mer

Genreglering och organismutveckling
N?r vi l?ser den h?r boken, och genom genetikens historia, har v?r f?rst?else av gener st?ndigt f?r?ndrats. Om vi f?rst betraktade genen som en obest?md faktor som p? n?got s?tt tidigare

Genreglering i bakterier
Som i tidigare kapitel, l?t oss b?rja med enkla biologiska system, det vill s?ga med bakterier, i studien som denna fr?ga f?rst togs upp. Forskningen bedrevs fr?mst p? 1950- och 1960-talen.

Eukaryot genreglering
Fr?gan om genreglering i eukaryota celler kr?ver en annan formulering, eftersom levnadss?ttet f?r typiska eukaryoter ?r fundamentalt annorlunda ?n prokaryoternas levnadss?tt. Prokaryoter ?r enkla bakterier

Embryonal utveckling i allm?nna termer
Embryot utvecklas fr?n en enda cell - en zygot - och f?rvandlas till ett komplex av m?nga specialiserade celler. Zygoten ?r totipotent, det vill s?ga efter upprepad delning kan den dateras

Tidsreglering och utveckling av f?gelvingar
Ett utm?rkt exempel p? en tidsmekanism ?r utvecklingen av en f?gelvinge (Figur 11.2). Vingen v?xer ut ur benets bihang, best?ende av mesodermceller t?ckta med ett lager av ektoderm, inklusive den apikala regionen.

Bildning av flugans ?ga
En av de mest intressanta serierna av h?ndelser som involverar flera gener intr?ffar under bildandet av Drosophila-?gat. Det sammansatta ?gat hos en insekt best?r av cirka 800 element. Separat element

Intervention i strukturen av DNA: ?terkomsten av Epimetheus?
I antika grekiska myter sades det om titanerna - en ras av j?ttar f?dda av gudarna f?re folkrasen. Gudarna instruerade titanen Epimetheus att skapa djur och v?xter och delade ut en m?ngd olika

Rekombinant DNA och restriktionsenzymer
?r 1972 hade Annie Chang, Paul Berg och Seymour Cohen fastst?llt att restriktionsenzymer kunde sk?ra ut vilka tv? DNA-molekyler som helst och g?ra ett rekombinant DNA av dem.

Unders?kning av individuella klonade fragment
Ofta ?r f?rs?kspersoners uppm?rksamhet fokuserad p? en enda donatorgen som forskare vill studera eller anv?nda. Med lite tur kan en s?dan gen redan finnas i genomet

Genterapi
Bland de olika s?tten att anv?nda transgena teknologier har genterapi en speciell plats. Om det ?r m?jligt att modifiera v?xt- och djurorganismer, vad hindrar d? till?mpningen av densamma

Genomik - studiet av hela genomet
De senaste framstegen inom sekvensering och utvecklingen av tekniska metoder f?r att bearbeta ett stort antal kloner i ett genbibliotek har gjort det m?jligt f?r forskare att studera hela genomet av en organism p? en g?ng. Se

Genetiker som Dr Frankenstein
I den moderna allm?nhetens ?gon f?rknippas genetiker ofta med bilden av hj?lten i Mary Shelleys roman "Frankenstein", som ?r vansinnigt passionerad f?r sitt arbete och skapade ett fruktansv?rt monster. Jag skyller p? genetiker

Kontroll ?ver rekombinant DNA-forskning
Debatten om genetikens roll b?rjade l?ngt f?re genteknikens moderna storhetstid. Redan p? 1970-talet b?rjade inte bara vetenskapssamfundet utan ?ven allm?nheten diskutera fr?gor relaterade till

genetiskt modifierade organismer
Fr?gorna om allm?nhetens inflytande p? genetik och regleringen av den vetenskapliga forskningen p? detta omr?de ?r ?nnu inte l?sta i m?nga avseenden. N?r mikrobiologiska teknologier och metoder f?rb?ttras,

Teknik i sammanhang
En av sidorna av problemet som har uppst?tt ?r den vetenskapliga upplysningen. Som fastighetsm?klare sk?mtar ?r de tre nyckelelementen f?r att s?lja ett hem plats, plats och plats. Exakt samma

Argument mot genetiskt modifierade livsmedel
Under kontroversen om genetiskt modifierade livsmedel har ett antal argument framf?rts mot anv?ndningen av dem. Vi listar h?r motst?ndarnas huvudargument som ligger till grund f?r deras resonemang.

Etiska aspekter av kloning
Kloning av djur, ?ven om det inte ?r direkt relaterat till transgena teknologier, v?cker ocks? liknande etiska fr?gor. F?rst och fr?mst handlar det om d?ggdjur. Det har varit k?nt sedan l?nge

Forskarnas ansvar
Modern genetisk teknologi kan orsaka betydande skada f?r m?nskligheten, och d?rf?r m?ste samh?llet st?ndigt vara p? alerten. Det ?r inte v?rt m?l att skydda eller f?rd?ma genetisk teknologi.

Mutationsfrekvens
Mutationer sker alltid naturligt, slumpm?ssigt och utan n?gon uppenbar anledning. Vi kan inte i f?rv?g f?ruts?ga vilken mutation som kommer att intr?ffa och var, n?r man studerar dem, d?rf?r statistiska metoder anv?nds.

Mutationer hos m?nniskor
Mutationshastigheter hos m?nniskor kan best?mmas med stamtavlor som visar dominerande egenskaper. En defekt som pl?tsligt d?k upp hos en representant f?r en generation och gick vidare till avkommor

Str?lning
Spontana mutationer ?r ganska s?llsynta. Frekvensen av mutationer ?kar av mutagener. De mest kraftfulla mutagenerna inkluderar vissa typer av str?lning. 1927 experimenterade Hermann M?ller med Drosophila, och

Vad ?r mutationer?
Mutation ?r en f?r?ndring i DNA. Vissa f?r?ndringar sker spontant, ?ver tid. Till exempel f?rlorar DNA-molekyler purinbaserna guanin och adenin (depurinering) i en relativt h?g hastighet.

DNA-reparationssystem
N?r livet utvecklades p? v?r planet, m?tte celler st?ndigt olika mutagener, b?de i form av str?lning och i form av kemikalier. Mutationshastigheten m?ste vara inom

Genetiska konsekvenser av str?lning
Joniserande str?lning orsakar mutationer av alla slag - fr?n punktsubstitutioner till kromosomavvikelser och brott. Genom att placera k?llor f?r l?g str?lning i skogen, bevisade forskarna att den konstanta str?lningen

Kromosomavvikelser
Kromosomer inneh?ller gener ordnade i en specifik sekvens. En organisms fenotyp beror inte bara p? vissa gener, utan ocks? p? hur de ?r lokaliserade i f?rh?llande till andra gener. P?

m?nskliga kromosomer
Under ett elektronmikroskop ser m?nskliga kromosomer ut som bitar av ett tjockt rep tvinnat i m?nga ?glor. Varje kromosom ?r en l?ng, kontinuerlig DNA-str?ng, lindad

Aneuploidi
En rik k?lla till material f?r studier av kromosomavvikelser ?r missfall under de f?rsta veckorna av utvecklingen, eftersom de har 50-100 g?nger fler kromosomavvikelser ?n en nyf?dd

dubbelarbete och radering
Dupliceringar och deletioner av stora delar av kromosomerna ?r n?stan alltid d?dliga, liksom de flesta mutationer. Om fostret ?verlever k?nnetecknas det av allvarliga utvecklingsst?rningar. Den mest k?nda prime

Inversioner
M?nga av oss har h?rt talas om par som misslyckas med att f? barn p? grund av avbrutna graviditeter och missfall. Detta intr?ffar om en av partnerna ?r heterozygot f?r inversion eller translokation.

Translokationer
Translokationer ?r en vanlig orsak till ?rftliga st?rningar som kan ses i karyotypen. De b?rs vanligtvis av heterozygoter som har en normal kromosom och en kromosom med en translokation.

Bevis f?r evolution
Bevis p? att olika organismer faktiskt har utvecklats fr?n en gemensam f?rfader genom gradvis f?r?ndring kommer fr?n en m?ngd olika k?llor. Kanske ett av de starkaste bevisen

Evolution som en process
I stora termer omfattar evolution tre processer: makroevolution, specialisering och mikroevolution. Makroevolution inneb?r helheten av alla processer p? grund av vilka, i det f?rflutna, varelser

populationsgenetik
Att dela upp geners alleler i vilda och muterade, som vi gjorde n?r vi bekantade oss med genetikens grunder, ?r inte helt korrekt, och en s?dan uppdelning kan leda till en missuppfattning om evolution. forskat

m?nsklig evolution
Den mest kontroversiella slutsatsen fr?n Darwins evolutionsteori var antagandet att m?nniskan utvecklats fr?n apor. Representanter f?r den kristna religionen accepterade denna id? med ogillande, eftersom

Migration och m?ngfald av Homo sapiens
Tack vare DNA-sekvensering av m?nniskor runt om i v?rlden var det m?jligt att bygga ett fylogenetiskt tr?d av m?nskligheten. R?tterna till detta tr?d, som fossila l?mningar vittnar om, g?r till Afrika. Mest bio

F?rg p? huden
Den genomsnittliga hudtonen f?r en befolkning ?r n?stan direkt relaterad till longitud: den m?rkaste finns n?ra ekvatorn och den ljusaste ?r n?rmare polerna. M?rkare hud ger b?ttre UV-skydd.

Rashygien
Som redan n?mnts i kap. 1, id?n om att f?rb?ttra m?nniskosl?ktet har sitt ursprung f?r l?nge sedan, ?tminstone i det antika grekiska samh?llet under den klassiska perioden. Men det har r?nt s?rskild uppm?rksamhet de senaste ?ren.

Ordbokb
Autoradiografi ?r en metod f?r att f? en bild av radioaktiva material genom att exponera dem f?r en fotografisk l?sning; d?r l?sningen dyker upp bildas en m?rk fl?ck.

Karboxylgrupp - en kemisk f?rening av COOH, ?ven kallad en syragrupp, eftersom v?teatomen tenderar att separera i form av en H+-jon
Karboxyl?nde - ?nden av en polypeptidkedja med en fri karboxylgrupp. Karyotyp ?r ett diagram ?ver kromosomupps?ttningen av en organism, som h?rr?r fr?n

Cytosin ?r en av pyrimidinbaserna i DNA eller RNA
Allelfrekvens - i populationsgenetik, f?rh?llandet mellan flera alleler av en gen (eller kromosomtyp). Mutationshastigheten ?r ett m?tt p? sannolikheten att a