SUPRAMOLECULAR ქიმია

სუპრამოლეკულური ქიმია (SC)- შედარებით ახალი განყოფილებაქიმია, ნაერთების, მოლეკულური ანსამბლების, სტექიომეტრიული და არასტოქიომეტრიული კომპოზიციების ასოცირების გათვალისწინებით, რომელთა კომპონენტები ურთიერთმოლეკულური (არავალენტური) ურთიერთქმედებითაა დაკავშირებული. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, CX არის არავალენტური ურთიერთქმედების ქიმია. დღემდე, ეს არის სუპრამოლეკულური ქიმიის საგნის ყველაზე გავრცელებული, თუმცა არა საყოველთაოდ მიღებული განმარტება, რომელიც მიუთითებს განსახილველი საგნის ახალგაზრდობაზე. სამეცნიერო დისციპლინადა მისი მოქმედების საზღვრების დაბინდვა, ოღონდ უფრო ქვემოთ.

Პირობები ზემოლეკულური ქიმია»ლაურეატმა 1973 წელს წარადგინა ნობელის პრემიაქიმიაში 1987 წელს ჯ.-მ. ლენ. ლენის აზრით, სუპრამოლეკულური ქიმიის საგანი შეიძლება დაიყოს ორ ფართო, ნაწილობრივ გადახურულ სფეროდ, რომლებიც დაკავშირებულია: ა) - სუპრამოლეკულების ქიმიას მოლეკულური ამოცნობით და შემდგომში ორი ან მეტი კომპონენტის ინტერმოლეკულური კავშირით - რეცეპტორი და მისი სუბსტრატი, და რომლებიც აშენებენ მოლეკულურ ჩარჩოს ერთი ტიპის მოლეკულისგან (მასპინძელი), რომლის ღრუში შეჰყავთ სხვა ტიპის მოლეკულები (სტუმარი) და ბ) - მოლეკულური ანსამბლების ქიმია, რომელიც წარმოიქმნება განუსაზღვრელი რაოდენობის კომპონენტებისა და სპონტანური ასოციაციის შედეგად. მეტ-ნაკლებად მკაფიოდ განსაზღვრული მიკროსკოპული ორგანიზაცია (კლატრატები, ვეზიკულები, მიცელები, მემბრანები; მაგალითად, რიბოსომის ერთ-ერთი სახეობა შედგება 55 ცილის მოლეკულისგან და რიბონუკლეინის მჟავის სამი მოლეკულისგან, რომლებიც ქმნიან გლობულს, რომლის ზომაა დაახლოებით 200 Å. ). ამ სტრუქტურებში ურთიერთქმედების სიძლიერე შეიძლება განსხვავდებოდეს სუსტიდან, დაფიქსირდა, მაგალითად, გაზის ჰიდრატებში და წარმოიქმნება წყალბადის ბმების გამო, ძლიერებამდე, რომელიც წარმოიქმნება d.-a. ობლიგაციები დაფიქსირდა, მაგალითად, გვირგვინის ნაერთებში. ამავდროულად, გასათვალისწინებელია, რომ ასეთი ნაერთების წარმოქმნა ხშირად იწვევს როგორც მასპინძელი მოლეკულების სტაბილიზაციას, რომლებიც ქმნიან ჩარჩოს და არიან, მაგალითად, ენერგიულად ნაკლებად ხელსაყრელ კონფორმაციაში თავისუფალ მოლეკულასთან შედარებით. მაგალითად, "აბაზანის" ტიპის კონფორმაცია და სტუმრის მოლეკულები, რომლებიც ზოგჯერ ცალკეულ მდგომარეობაშიც კი არ არსებობს (მაგალითად, რადიკალები). ამ ფენომენმა მიიღო სპეციალური სახელი "მოლეკულების კონტაქტური სტაბილიზაცია". აქედან გამომდინარეობს, რომ კონცეფცია სუპრამოლეკულური ქიმიააერთიანებს ნივთიერებების მრავალფეროვან კლასებს, დაწყებული კურსში განხილული ნივთიერებებიდან არაორგანული ქიმია, და დამთავრებული ნივთიერებებით, რომლებიც ცოცხალთა ქიმიის საგანია. ასევე ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარეობს, რომ ბევრი მკვლევარი სწავლობდა ნივთიერებებს, რომლებიც დაკავშირებული იყო არავალენტური ურთიერთქმედებით ტერმინის პირველ ფორმულირებამდე დიდი ხნით ადრე. სუპრამოლეკულური ქიმია. უფრო მეტიც, ამ კონცეფციაში შემავალი ტერმინების უმეტესობა შემოთავაზებული იყო გვიანი XIXდა მე-20 საუკუნის დასაწყისი.

კლატრატესი(ტერმინი მის თანამედროვე გაგებაშემოთავაზებული 1947 წელს პაუელის მიერ) ან კავშირის კავშირები(ტერმინი შემოგვთავაზა შლენკმა 1949 წელს), როგორც ჩანს, ისინი პირველად შენიშნეს პიერმა, ბერტელოტმა და კრონშტედმა 40-50 წლებში. XVIII საუკუნეში, მაგრამ დეტალურად აღწერა პრისტლიმ 1778 წელს („ანომალიური“ ყინული - გოგირდის დიოქსიდის ჰიდრატი). პელეტიერმა და კარსტენმა 1785 წელს აღწერეს "მურიუმის ოქსიდის" წარმოქმნა, რომელიც რეალურად აღმოჩნდა ელემენტარული ქლორის ჰიდრატი, რაც დაამტკიცა დევისმა 1811 წელს. ამავე დროს, ამ "ოქსიდის" შემადგენლობა (Cl 2 × 10H 2 ო) განსაზღვრა 1823 წელს ფარადეიმ, ხოლო სტრუქტურა მხოლოდ 1952 წელს სტაკელბერგმა და მიულერმა.

ახლა ქვეშ კლატრატებსგაგება სუპრამოლეკულურიკავშირის კავშირები, ჩამოყალიბდა მხოლოდ ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედების გამო სტუმრის მოლეკულებისხვადასხვა სახის მოლეკულებით ე.წ სამაგისტრო, საიდანაც აგებულია სტუმრის მიღებისთვის ჩასმული კარკასი. ასეთი ნაერთების თერმოდინამიკური სტაბილურობა უზრუნველყოფილია მასპინძლის ღრუში სტუმარი მოლეკულების განლაგების შესაბამისი გეომეტრიით (სივრცითი კორესპონდენცია, კომპლემენტარულობა), რის გამოც სუსტი, მაგრამ მრავალრიცხოვანი ინტერმოლეკულური ბმების წარმოქმნა იწვევს ენერგიის გარკვეულ მომატებას კლატრატის კომპონენტების ენერგიასთან შედარებით. ამავდროულად, ნებისმიერი მაკროცვლილება, როგორც წესი, ვლინდება მეტის ფორმირების დროს ძლიერი კავშირები, კავშირის კომპონენტებში შემაკავებელი არ არის ნაპოვნი. კომპონენტების თანაფარდობა კლატრატში, ე.ი. მისი სტექიომეტრია შეიძლება იყოს ცვალებადი, როგორც ჰიდროქინონის ნაერთებში ინერტული აირებით, ასევე მკაცრად განსაზღვრული, როგორც შარდოვანა ნაერთებში პარაფინებთან, უმეტეს გაზის ჰიდრატებში ან იგივე ჰიდროქინონში, მაგრამ წარმოქმნის ნაერთებს წყალბადის სულფიდთან ან ფულერენებთან.

დიდწილად, სტოიქიომეტრია განისაზღვრება მასპინძლის ჩარჩოს სტაბილურობით. თუ ჩარჩო არასტაბილურია ან საერთოდ არ არსებობს სტუმრის არყოფნისას, მაშინ წარმოიქმნება მუდმივი შემადგენლობის კლატრატის ნაერთი. თუ მასპინძელი ჩარჩო თერმოდინამიკურად სტაბილურია სტუმრის არყოფნის შემთხვევაშიც, მაშინ ამ შემთხვევაში მყარი ხსნარები ყალიბდება საწყისი ა-მოდიფიკაციის საფუძველზე, ე.ი. ურთიერთქმედებას არ ახლავს ახალი ფაზის ფორმირება, თუმცა გარკვეული სტაბილიზაცია საერთო სტრუქტურადა ხდება. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კლატრატის ჩარჩოში ბოლო შემთხვევამეტასტაბილურია საწყისი ა-მოდიფიკაციის მიმართ, მაგრამ გარკვეული ხარისხით ავსებს სიცარიელეს მოლეკულებით ან სტუმრის ატომებით, ის უფრო სტაბილური ხდება და ქმნის ცვლადი შემადგენლობის კლატრატს.

ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ უმეტეს შემთხვევაში მასპინძელი არ არსებობს იმ ფორმით, რომელშიც ის არსებობს როგორც კლატრატი. მასპინძლის მოდიფიკაცია და კლატრატის ფორმირებისთვის საჭირო სტუმრის კონფორმაცია მიიღწევა მათი პირდაპირი ან კასკადური ურთიერთქმედებით. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში ხდება კლატრატის ფორმირების რიგი თანმიმდევრული ეტაპები. მაგალითად, გლობინი ( ცილის მოლეკულაჰე) ჯერ მოიცავს რკინის პორფირინის კომპლექსს ვალენტური ურთიერთქმედების გარეშე, რომელიც შემდეგ იძენს თასის კონფორმაციას და რომელიც შემდეგ მოიცავს ჟანგბადის მოლეკულას ან ნახშირბადის მონოქსიდს. ეს პოზიცია ეწინააღმდეგება ფიშერის უფრო მარტივ, მაგრამ რიგი სხვა მიზეზების გამო, უფრო გავრცელებულ ვარაუდს, რომ მაღალი სპეციფიკა ფერმენტული რეაქციებისუბსტრატისა და ფერმენტის კომპლემენტარობის (გასაღების დაბლოკვის პრინციპი) გამო. ზოგადად, ფერმენტის ცილოვანი გარემოს როლი, რომელიც შეიცავს მეტალის ცენტრს, როგორც გლობინში, ან ლითონის კლასტერში, როგორც ნიტროგენაზასა და ფეროდოქსინებში, არავითარ შემთხვევაში არ არის მეორეხარისხოვანი. ეს არის სისტემა, რომელშიც არცერთი კომპონენტი არ მუშაობს მეორის გარეშე. ყველაზე მთავარი მაგალითიეს - წარუმატებელი მცდელობები 70-80-იან წლებში. ნიტროგენაზას მოქმედების სიმულაცია მხოლოდ ნიტროგენაზას კოფაქტორის Fe-Mo-S კლასტერის გამოყენებით.

კლატრატში ღრუს ფორმის მიხედვით, ინკლუზიური ნაერთები იყოფა კრიპტო-კლატრატები(უჯრედები), ტუბულატო-კლატრატები(მილები) და ინტერკალატო-კლატრატები(ფენიანი ჩართვის ნაერთები). ურთიერთქმედების ბუნების მიხედვით „სტუმარი-მასპინძელი“ იყოფა უბრალო კლატრატებშიმაგალითად, შარდოვანას არხების ნაერთები პარაფინებთან, წარმოიქმნება მხოლოდ ვან დერ ვაალის ძალების გამო (ინტერმოლეკულური არავალენტური ურთიერთქმედებები), კოორდინაცია clathratesმაგალითად, უჯრედული ტრიმეთილამინის ჰიდრატი, რომელიც წარმოიქმნება წყალბადის ბმებით (სპეციფიკური ურთიერთქმედებით) (მთელი სახელი - კრიპტატო-კოორდინატი-კლატრატი), და კლატრატის კომპლექსები -უფრო ძლიერი წარმონაქმნები დონორ-აქცეპტორული კავშირებით.

ასევე არსებობს კლასიფიკაცია მასპინძლის ჩარჩოში ობლიგაციების ბუნების მიხედვით. ეს გისოსიანი კლატრატები, რომელშიც მასპინძელი ჩარჩო აგებულია შედარებით დაკავშირებული მოლეკულებისგან სუსტი კავშირებიმაგალითად, წყალბადი. ამ ტიპის კლატრატების ტიპიური წარმომადგენლები არიან ჰიდროქინონი და ფენოლები, რომლებსაც აქვთ OH ჯგუფები. ამ ჯგუფების მეშვეობით შენდება ხარაჩო, რომელიც შედგება ექვსი მასპინძელი მოლეკულისგან (ნახ. 16). ასეთი კლატრატის თერმული სტაბილურობა შეიძლება იყოს რამდენიმე ათეული გრადუსით მეტი, ვიდრე თითოეული კომპონენტის დნობის წერტილი.

ბრინჯი. 16. მასპინძლის ღრუ, რომელიც შედგება ჰიდროქინონის ექვსი მოლეკულისგან.

IN მაკრომოლეკულური კლატრატებიჩარჩო აგებულია კოვალენტურად შეკრული ფრაგმენტებისგან. ამის მაგალითია ინტენსიურად გამოკვლეული ბოლო წლებიჩარჩოს კოორდინაციის ნაერთები ან MOF-სტრუქტურები (მეტალ-ორგანული ჩარჩოს) (ნახ. 17), რომლებსაც ქვემოთ განვიხილავთ გაზის დაგროვების (მეთანი, წყალბადი, აცეტილენი, ნახშირორჟანგი) ან კლატროსილის პრობლემების განხილვისას ფორმულის ერთეულით SiO 2. ამ უკანასკნელის ღრუში იგივე სტუმრების განთავსება შეუძლიათ

ბრინჯი. 17. MOF-ები თუთიის კარბოქსილატებზე დაფუძნებული ლინკერებით განსხვავებული სტრუქტურა. ყვითელი ბურთი არის პოლიმერის ღრუს მოცულობა

ჰიდრატებში, რადგან მათი ზომები ახლოსაა, მაგრამ თერმული სტაბილურობაისინი მნიშვნელოვნად მაღალია და ტრიმეთილამინის შემცველი კლატრატისთვის მას შეუძლია მიაღწიოს ექსპოზიციის 3 საათს 950 C o ჰიდრატში 200 C o-ზე.

IN მონომოლეკულური კლატრატებიმასპინძელი შედგება დიდი მოლეკულებისგან, რომელთაგან თითოეულს აქვს ერთი ან მეტი ღრუ. ეს ნაერთები შეიძლება არსებობდეს ხსნარებშიც. ასეთი კლატრატების მაგალითი შეღებილია ლურჯი ფერიიოდის კომბინაცია ამილოზის სახამებელთან.

ამ ნივთიერებებს შორის ყველაზე ტიპიური და საინტერესოა კლატრატის ჰიდრატები, რომლებიც შეიძლება შეიცავდეს ორივეს გაზის კომპონენტებიმათზე ქვემოთ ვისაუბრებთ, ასევე უფრო რთულ მოლეკულებზე, მათ შორის იონურ კომპლექსებზე, მაგალითად, ტეტრაალკილამონიუმის ფუძეების მარილებს. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, წყლის ჩარჩო აგებულია ანიონის გარშემო, ხოლო კატიონი, რომელიც აღწევს ჩარჩოს დიდ ღრუებში, ასტაბილურებს კლატრატს მთლიანობაში. ანალოგიური ეფექტი შეინიშნება აგრეთვე კოორდინაციის ნაერთებზე დაფუძნებულ კლატრატებში, რომლის ფარგლებშიც ხდება გამხსნელის მოლეკულების შეყვანა და მათი სტაბილიზაცია (კონტაქტის სტაბილიზაციის ეფექტი). ამრიგად, სპილენძის ან თუთიის პირიდილ-როდანიდის კომპლექსები თავისთავად არასტაბილურია, მაგრამ მათი კლატრატები ბენზოლთან საკმაოდ სტაბილურია. ხშირად, თუმცა, სტუმრის მოლეკულები გავლენას არ ახდენენ მასპინძლის თვისებებზე და, შესაბამისად, მათი მონაწილეობით წარმოქმნილ ნაერთებს ზოგჯერ უწოდებენ "შეფუთვის კომპლექსებს". ინტერსტიციული ნაერთების ეს ძალიან გავრცელებული ტიპი არა მხოლოდ კოორდინაციაში, არამედ ორგანული მეტალის ქიმიაშიც, როგორც ჩანს, პირველად დააფიქსირა ჰოფმანმა 1897 წელს Ni(CN) 2 NH 3 × C 6 H 6 შემადგენლობის ნიკელის კომპლექსის მაგალითის გამოყენებით.

შარდოვანაზე დაფუძნებული კლატრატები ძალიან გავრცელებულია (სურ. 18). მისი b-მოდიფიკაციის კლატრატის ჩარჩოში ყველა H-ბმა გასწორებულია და სიმკვრივე მკვეთრად მცირდება საწყის a-მოდიფიკაციასთან შედარებით. ამის გამო ის თავისთავად ვერ იარსებებს და სტაბილიზდება მის მილაკოვან ღრუებში სტუმრის მოლეკულების ჩართვის გზით. ვ ამ საქმესპარაფინი.

ფენიანი ნაერთები, ინტერსტიციული ნაერთები, ინტერკალირებული ნაერთები - ეს ყველაფერი არის კლატრატის ნაერთების ერთი კლასი, რომელშიც სტუმრის ატომები ან მოლეკულები განლაგებულია ფენების სივრცეში ან გეომეტრიულ სიცარიელეში. ბროლის გისოსი. მათ შორის ყველაზე ცნობილია გრაფიტისა და ფულერიდების ინტერკალაციის ნაერთები, რომლებიც ზემოთ კლასიფიცირებულია, როგორც რადიკალური იონური კომპლექსები მუხტის გადაცემით ან ინტერკალატო კლატრატებით.

მათი მრავალფეროვნებით აღსანიშნავია ჰიდროქინონის კლატრატები (ნახ. 19), რომელიც არსებობს სამ სტაბილურ მოდიფიკაციაში და დამატებით იძლევა თერმოდინამიკურად არასტაბილურ d- ჩარჩოს, რომელიც წარმოიქმნება მხოლოდ ინერტულ აირებთან, გოგირდის დიოქსიდთან კლატრატის წარმოქმნის რეაქციის შედეგად. ნახშირორჟანგი,

ბრინჯი. 18. n-პარაფინის მოლეკულები შარდოვანას მოლეკულების კლატრატის ჩარჩოს არხის ღრუებში.

ალკილის ჰალოგენები, მეთანი და ფულერენის უზარმაზარი მოლეკულებიც კი (სურ. 20) და ა.შ.

ყველა ცნობილ კლატრატებს შორის, პრაქტიკული თვალსაზრისით, გაზის ჰიდრატები, უპირველეს ყოვლისა, მეთანის ჰიდრატები, ყველაზე დიდი ინტერესია. მათ მიმართ განსაკუთრებული ინტერესი გაჩნდა დედამიწისა და ოკეანის ნაწლავებში მეთანის ჰიდრატების აღმოჩენის შემდეგ, საწვავის მარაგი, რომელშიც აღემატება ყველა სხვა საწვავის მარაგს ერთად. ვარაუდობენ, რომ ბევრი გლობალური კატასტროფებიდედამიწაზე, მათ შორის ტრიასის პერიოდში 230 მილიონი წლის წინ და

ბრინჯი. 19. ღრუ β-ჰიდროქინონის სტრუქტურაში ქსენონის მოლეკულით

ბრინჯი. 20. С 60 ∙3Q ნაერთის δ-სტრუქტურის ფრაგმენტი

პალეოცენის ეპოქა 55 მილიონი წლის წინ, გამოწვეული კატასტროფული ემისიებით ატმოსფეროში მილიარდობით ტონა მეთანი, რომელიც „სტაციონარული“ პირობებში იმყოფებოდა ოკეანის სიღრმეში გაზის ჰიდრატების სახით წნევის ქვეშ და დაბალი ტემპერატურა. ან კატასტროფა, რომელიც მოხდა 8000 წლის წინ ნორვეგიის სანაპიროზე, როდესაც რამდენიმე ათასი კვადრატული კილომეტრის თაროდან გამოშვებულმა გაზმა რამდენიმე ასეული მეტრის სიმაღლეზე ცუნამი აიწია. უკვე ჩვენს დროში (1986), კრატერული ტბის ნიოსის (კამერუნი) გაზის ჰიდრატების სპონტანურმა და მოულოდნელმა დაშლამ, რომელიც შეიცავს წყალბადის სულფიდს, გოგირდის დიოქსიდს, მეთანს, ნახშირორჟანგს, 1700 ადამიანის სიკვდილი გამოიწვია. ერთ-ერთი ჰიპოთეზა, რომელიც ხსნის საიდუმლოებებს ბერმუდის სამკუთხედი, ასევე ეფუძნება ვარაუდს, რომ ოკეანის სიღრმიდან გამოიყოფა მეთანის უზარმაზარი გაზის ბუშტები. კიდევ უფრო შთამბეჭდავია ჰიპოთეზა, რომელიც ხსნის თანამედროვეობის მიზეზებს გლობალური დათბობადედამიწის კლიმატი. ის ასევე ასოცირდება მეთანთან: ატმოსფეროსა და ოკეანის საშუალო ტემპერატურის მკაფიო მატება დაკავშირებულია მისი რაოდენობის ზრდასთან ატმოსფეროს ზედა ნაწილში, რაც იწვევს შთანთქმის ზრდას. თერმული გამოსხივება. ნაწილობრივი ეჭვი დაეცა მასზე, როგორც რეაგენტს, რომელიც ანადგურებს ოზონის შრე. თუმცა, ეს ყველაფერი მეცნიერული ვარაუდების სფეროს განეკუთვნება, თუმცა ამჟამად არსებობს საკმაოდ ბევრი მეცნიერულად დაფუძნებული ჰიპოთეზა გაზის ჰიდრატების არასტაბილურობისა და მათი მიზეზების შესახებ (უკანასკნელი არის არხები მყარი ფენის შიგნით. გაზის ჰიდრატიქვედა ბზარებიდან დაწყებული დედამიწის ქერქიდა ამ ფენაში სითბოს შემოდინების უზრუნველყოფა), ზოგჯერ კი ფანტაზიები. რეალობა ის არის, რომ ერთი კუბური მეტრი "მეთანის ყინული", რომლის ერთი ფრაგმენტი აგებულია 32 წყლის მოლეკულისგან და 8 მეთანის მოლეკულისგან, შეიცავს 164 კუბურ მეტრს. ბუნებრივი აირი, რაც მხოლოდ 2-2,5-ჯერ ნაკლებია ვიდრე თხევად მეთანში! და ამ ფორმით ინახება 10000-15000 გიგატონამდე! სამწუხაროდ, ან შესაძლოა საბედნიეროდ, ამჟამად არ არსებობს სამრეწველო ტექნოლოგიებიამ სიმდიდრის გამოყენება, მაგრამ ამ მიმართულებით მუშაობა მიმდინარეობს და ნორვეგიისა და კამერუნის სამწუხარო „გამოცდილების“ გათვალისწინებით, ძნელად თუ იქნება შესაძლებელი ამ სამუშაოების წარმატებით დასრულების დადებითად შეფასება.

გაზის ჰიდრატების სტრუქტურა განისაზღვრება წყალბადის ბმებით დაკავშირებული წყლის მოლეკულებისგან აგებული ჩარჩოთი. ამჟამად ცნობილია 15-ზე მეტი ასეთი ჩარჩო, რომლებსაც აქვთ დიდი (მთავარი) და პატარა (დამატებითი ან სტაბილიზატორი) ღრუები. პოლიედრები, რომლებიც აღწერენ ღრუებს, ასევე ძალიან განსხვავებულია. მათგან ყველაზე ტიპიურია 12, 14, 15, 16 და 20 ჰედრა, რომლებიც ჩვეულებრივ აღინიშნება პირველი ასოებით. ბერძნული ანბანი– D, T, P, H და E (სურ. 21) (არსებობს ასევე გაზის ჰიდრატის ღრუების აღნიშვნები მისგან გარკვეულწილად განსხვავებული).

მათი მრავალფეროვნება განისაზღვრება წყლის მოლეკულების ტეტრაედრული კოორდინაციით და H- ბმის შესამჩნევი მოქნილობით სიგრძისა და ვალენტურობის კუთხით, რაც შესაძლებელს ხდის სხვადასხვა ჩარჩოების აგებას, რომლებიც მცირედ განსხვავდება ენერგიით. ბონდის სიგრძე და კავშირის კუთხეებიცვლილება ტიპიური "ძირითადი" პოზიციის ფარგლებში რეგულარული ყინული–2,76 Å და

ბრინჯი. 21. ღრუები-პოლიედრები წყლის კლატრატის ჩარჩოებში (ჟანგბადის ატომები განლაგებულია პოლიედრების წვეროებზე, კიდე აღნიშნავს წყალბადის ბმა)

109,5 ო. ამ შემთხვევაში წარმოქმნილი გისოსები და, შესაბამისად, გაზის ჰიდრატის ნაერთების შემადგენლობა ასევე საკმაოდ მრავალფეროვანია და, უპირველეს ყოვლისა, დამოკიდებულია წნევაზე, რომელზეც ისინი მდებარეობს. გაზის ჰიდრატებისთვის ყველაზე ტიპიურია კუბური KS-I და KS-III გისოსები და ექვსკუთხა GS-III (სტრუქტურა H ინგლისურ ლიტერატურაში) ფორმულებით. ელემენტარული უჯრედი 6T 2D 46H 2 O, 8H 16D 136H 2 O და E 2D' 3D 34H 2 O, რომლებშიც, გარდა ჩარჩო-ფორმირების წყლის მოლეკულების რაოდენობისა, არის სტუმარი მოლეკულების ან ატომების რაოდენობა და მათ მიერ დაკავებული სიცარიელის ტიპი. მითითებულია. ცნობილია აგრეთვე ტეტრაგონალური გისოსები, რომლებიც ჩვეულებრივ წარმოიქმნება როცა მაღალი წნეხები. ყინულის ყინულის ფხვიერი ფორმები Ih, ice Ic და ice II, რომლებიც არსებობს მაღალი წნევის დროს, ასევე განიხილება ჩარჩოებად. ნახ. 22 გვიჩვენებს ერთ-ერთი ამ გაზის (მეთანის) ჰიდრატის სტრუქტურას ღრუების ჩვეულებრივ აღნიშვნაში.

გაზის ჰიდრატების სტაბილურობა დამოკიდებულია ჩარჩოს სტრუქტურაზე (დიდი და პატარა ღრუების შევსების ხარისხი და ხარისხი), ტემპერატურაზე, წნევაზე და სპეციალურად შეყვანილ ზოგიერთ დანამატზე. ამრიგად, GS-III გისოსი, რომელსაც აქვს ყველაზე დიდი ღრუ E, არ არის სტაბილური, თუ მცირე ღრუები D არ არის შევსებული. ამავე დროს, მინიმალური P, T- პირობები, რომლის დროსაც მეთანის ჰიდრატი ხდება სტაბილური, - 0 o C და წნევა 25-30 ატმ. წნევის მატებასთან ერთად იზრდება მისი სტაბილურობა და 2-2,5 კბარზე ის უკვე არსებობს 40-50°C ტემპერატურაზე. სისტემაში მესამე კომპონენტის - ტეტრაჰიდროფურანის ან მეთილციკლოჰექსანის შეყვანა სხვაში. მეტიასტაბილურებს სისტემას და ამცირებს P,T პარამეტრებიმეთანის ჰიდრატის სტაბილურობა. ამ შემთხვევაში, ორგანული დანამატები ასევე შედის გაზის ჰიდრატის ღრუებში, რომლებიც წარმოქმნიან შერეულ ნაერთებს (სურ. 23).

ბრინჯი. 22. KS-1-ის სტრუქტურული ფრაგმენტი მეთანის მოლეკულებით D და T ღრუში

ბრინჯი. 23. მეთანის ჰიდრატების სტრუქტურა ტეტრაჰიდროფურანის (a) და მეთილციკლოჰექსანის (ბ) დანამატებით.

15 კბარ-მდე წნევაზე და ჩვეულებრივ ან დაბალ ტემპერატურაზე ნეონის, არგონის და წყალბადის კლატრატის ჰიდრატები H 2 /H 2 O = 1 და H 2 / 2H 2 O = 1 კომპოზიციებით სტაბილური ხდება. ეს უკანასკნელი დაფუძნებულია ice II ან ice Ic-ის ჩარჩოებზე და შეიცავს 11.2 და 5.3 wt. % H 2, შესაბამისად. ფიგურების მიღწევა სხვაგვარად რთულია, მაგალითად, ლითონის ჰიდრიდებში ან სპეციალურად სინთეზირებულ ნახშირბადზე დაფუძნებულ სორბენტებში, ცეოლიტებში ან დაბალი სიმკვრივის დროს. რთული ნაერთებიწყალბადის წონა მნიშვნელოვნად დაბალია. მსგავსი ნივთიერებებიშეიძლება იყოს სტაბილური დაბალ ტემპერატურაზე, თუნდაც ჩვეულებრივ წნევაზე, და მაღალ წნევაზე (>300 ატმ) ან მცირე რაოდენობით მესამე კომპონენტის თანდასწრებით, მაგალითად, ტეტრაჰიდროფურანი ან ალკილამონიუმის მარილი (ნახ. 24) შეიძლება იყოს საკმაოდ სტაბილური. თუნდაც ზე ოთახის ტემპერატურაზედა შედარებით დაბალი ზეწოლა (<100 атм).

ორი აირისებრი სტუმრის - წყალბადისა და მეთანისა და ერთი სითხის - ტეტრაჰიდროფურანის კომბინაცია დღეს უნიკალურია საწვავის შემცველობით.

ბრინჯი. 24. H 2 -H 2 O-NR 4 Br სისტემაში წარმოქმნილი კლატრატის სტრუქტურა და მისი სტაბილურობის დამოკიდებულება წნევასა და ტემპერატურაზე.

კომპონენტი არის წყალბადი. წყალბადის გამოთვლილი რაოდენობა შემადგენლობის ნაერთში (Н 2) 4 ·CH 4 არის 33,4 ვტ. % და არსებობს 2 კბარზე და 77 კ ტემპერატურაზე, ხოლო 300 კ-ზე საჭიროა 50 კბარი წნევა. მაგრამ ეს ჯერ კიდევ დაუდასტურებელი მონაცემებია, რაც შეიძლება შორს იყოს რეალობისგან.

ბოლო წლებში შესამჩნევად გაიზარდა ციკლოდექსტრინზე დაფუძნებული კლატრატების კვლევები, ციკლური ოლიგოსაქარიდი, რომელიც აგებულია 6, 7 ან 8 d-გლიკოპირანოზის ერთეულებისგან (ნახ. 25.

ციკლოდექსტრინის მოლეკულის გეომეტრია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს კალათის სახით ფსკერის გარეშე, რომლის ზედა ნაწილზე არის 12-16 მეორადი OH ჯგუფი, ხოლო ქვედა ნაწილზე არის 6-8 პირველადი ან მათი ფუნქციური შემცვლელი ("კუდები ფუნჯი"). ეს ნივთიერებები, რომლებიც, გლიკოზიდური ერთეულების რაოდენობის მიხედვით, შეუძლიათ შეცვალონ "კალათის ფსკერის გარეშე" ზედა ნაწილის დიამეტრი 5.7-დან 9.5 Å-მდე (და, შესაბამისად, ქვედა ნაწილი, მაგრამ უფრო მცირე რაოდენობით), როგორც ჩანს, ექსკლუზიურად ვან დერ ვაალსის ურთიერთქმედების გამო, მათ ღრუში შედის სუბსტრატების ფართო სპექტრი. ზოგიერთ შემთხვევაში ეს შესაძლებელს ხდის

ბრინჯი. 25. ციკლოდექსტრინის მოლეკულის სტრუქტურა

მხოლოდ მათი შერჩევითი შერჩევა, არამედ შერჩევითი კატალიზური რეაქციის განხორციელება ციკლოდექსტრინის ღრუში და ჩვეულებრივი სინთეზური რეაქციები (ანუ მუშაობა როგორც "ნანორეაქტორი"), მაგრამ იწვევს უჩვეულო და ძნელად მისაწვდომ პროდუქტებს, როგორიცაა კატენები, როტოქსანები, პოლიროტოქსანები და მილები , ე.ი. კომპონენტები ან ბლანკები, რომლებიც გამოიყენება სამშენებლო ბლოკად ნანომასშტაბიანი სტრუქტურების ან სუპრამოლეკულური ქიმიის უფრო რთული ობიექტების მისაღებად.

წმინდა ქიმიური პრობლემების გადაჭრის გარდა, ციკლოდექსტრინმა წარმატებით დაიწყო გამოყენება ბიოქიმიაში, მაგალითად, ფეროცენის წარმოებულების ანტივირუსული ან სოკოს საწინააღმდეგო აქტივობის in vitro დასადგენად. ამ მიზნით გამოყენებული კომპლექსის სტრუქტურული მოდელი ნაჩვენებია ნახ. 26.

ბრინჯი. 26. ციკლოდექსტრინის კომპლექსის სტრუქტურის მოდელი ჩანაცვლებული ფეროცენით.

ბუნებაში ძალიან ფართო გავრცელების, მკვლევართა დიდი ყურადღების მიქცევის მიუხედავად კლატრატის ნაერთებისა და მათი ხანგრძლივი ისტორიისა, პედერსენის მიერ გვირგვინის ეთერების აღმოჩენა უნდა ჩაითვალოს სუპრამოლეკულური ქიმიის კონცეფციის ჩამოყალიბებისა და მისი დამოუკიდებელ დაყოფად. ცოდნის სფერო (ნახ. 27 გვიჩვენებს ყველაზე ცნობილი გვირგვინის ეთერების სტრუქტურების მოდელებს) და ტუტე ლითონის კათიონების (ნახ. 28-30) დაჭერის უნიკალური უნარის აღმოჩენას მათ ღრუში. მიღებული კომპლექსების სიძლიერე და გეომეტრია ან გვირგვინის კავშირებიმრავალი მიზეზის გამო, მაგრამ, პირველ რიგში, ღრუს ზომის გეომეტრიული შესაბამისობა სტუმრის ზომასთან ( გეომეტრიული კორესპონდენციის პრინციპი): უფრო დიდი მოლეკულა ან იონი არ წარმოქმნის ინტრაკავიტარულ ნაერთებს, თუმცა ის შეიძლება კოორდინირებული იყოს ლიგანდის გარეთ, ხოლო პატარაები იძლევა ნაკლებად ძლიერ ინტრაკავიტარს.

ბრინჯი. 27. ზოგიერთი გვირგვინის ეთერის გრაფიკული გამოსახულება

ნაერთები, რადგან ისინი საჭიროებენ მაკროციკლის სტრუქტურის ღრმა რესტრუქტურიზაციას. თუმცა, ნებისმიერ შემთხვევაში, კომპლექსურობას თან ახლავს გვირგვინის ეთერის სტრუქტურის გადაწყობა, ზოგჯერ სიმეტრიული გვირგვინის ფორმის მოლეკულა, რომელიც გვირგვინდება ლითონის იონის მსგავსად, როგორც მონარქის თავი. კრიპტანდების, აზა და გოგირდის გვირგვინის ეთერების და მათი ჰეტეროანალოგების სინთეზმა, რომელიც მოჰყვა ამ აღმოჩენას, მნიშვნელოვნად გააფართოვა პოლიციკლური მოლეკულების დიაპაზონი და შესაძლებლობები ანალიტიკურ ქიმიაში, ფაზის გადაცემის კატალიზში, ექსტრაქციაში და ა.შ. თუმცა, ყველა ეს კავშირი არ არის კარგად ორგანიზებული სტუმრის მისაღებად. მათი გასწორება მოითხოვს დამატებით ენერგიას, რაც გავლენას ახდენს კომპლექსის მთლიან სტაბილურობაზე.

მაკროციკლური მოლეკულების ქიმიის განვითარების შემდეგ ეტაპზე სინთეზირებულია სფერანდები, კავიტანდები, კარცერანდები, ჰემი- და კრიპტოსფერანდები, კალიქსარენები, კატაპინადები და ლარიატები (ნახ. 31-36). ამ ნივთიერებების უმეტესობას აქვს ხისტი, კარგად ორგანიზებული სტრუქტურა, რომელიც იდეალურია სტუმრის მისაღებად. მაგალითად, სფერანებში და კავიტანდებში ეს არის თასი, კარცერანდებში ეს არის ტევადი ღრუ (მღვიმე).

აქ ჩნდება კითხვა, არის თუ არა ლეგიტიმური მაკროციკლების ნაერთების გამოყოფა ლითონის იონებით დამოუკიდებელ ნაერთებად კლასიკური საკოორდინაციო ნაერთებისგან, მაგალითად, n-დონორების ან ჰიდრატების მიერ წარმოქმნილი სოლვატები. მკაფიო პასუხი არ მაქვს. არსებითად, ეს არის საკოორდინაციო ნაერთები. უპირველეს ყოვლისა, იონური გვირგვინის ნაერთების უმეტესობაში, კომპონენტებს შორის კავშირი უზრუნველყოფილია ჩვეულებრივი დ.-ა. ობლიგაციებსა და კომპლექსებში შეიძლება არსებობდეს ვალენტური კონტაქტი ჟანგბადის, აზოტის ან გოგირდის იონსა და დონორ ატომებს შორის და ამ ნივთიერებების ფორმირება იმდენად თერმოდინამიკურად ხელსაყრელია, რომ მათი უშუალოდ მიღება შესაძლებელია.

ბრინჯი. 28. დიბენზო-18-გვირგვინ-6 კომპლექსის სტრუქტურის მოდელი კალიუმის იონთან 1: 1 შემადგენლობით.

ბრინჯი. 30. დიბენზო-18-გვირგვინ-6-ის კომპლექსის სტრუქტურის მოდელი 2:1 შემადგენლობის ნატრიუმის იონებით.

ბრინჯი. 29. კომპლექსის 12-გვირგვინ-4-ის სტრუქტურის მოდელი კალიუმის იონთან 2:1 შემადგენლობით.

მაკროციკლის ურთიერთქმედება მეტალთან შესაფერის გამხსნელში. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ისეთი საოცარი იონური ნაერთები, როგორიცაა M + ×MC×M' - (M=M' - Li, Na, K, Rb, Cs; M'- Au) შემადგენლობის ალკალიდები. 2 2- ∙ MC∙Ca 2+, Na - ∙MC - ∙Ba 2+ (ნახ.) ან ელექტროდები M + ×MC×e _ (MC-მაკროციკლური ლიგანდი). იონური სტრუქტურა

ბრინჯი. აზაკრიპტანად Ba +2 (H 5 Aza 222) სტრუქტურა - Na - ∙2MeNH 2. შავი ბურთულები - ბარიუმის კათიონები, ნაცრისფერი - ნატრიუმის ანიონები

ამ ნივთიერებების უპირობო მტკიცებულებაა მოლეკულაში ვალენტური ურთიერთქმედების შესახებ და ამის საფუძველზე ალკალიდები და ელექტროდები არ შეიძლება მიეკუთვნებოდეს CX-ის საგანს. მაგრამ ამავე დროს, ისინი არ შეიძლება მიეკუთვნებოდეს ნივთიერებებს, რომლებიც განიხილება კოორდინაციის ქიმიის ფარგლებში, უპირველეს ყოვლისა, ფორმირების მექანიზმის, შემადგენლობის, სტრუქტურისა და თვისებების თვალსაზრისით, რომლებიც უფრო ახლოს არიან ტუტე ლითონების ხსნარებთან თხევადი ამიაკით. მაგრამ ამის გარეშეც, ზოგადად, გვირგვინის ნაერთების თვისებების მახასიათებლები, მათი შემადგენლობა და სტრუქტურა მკვეთრად განსხვავდება d.-a-ს კლასიკური ვერსიისგან. კომპლექსები. CE-სთან რეაქციებში, იონები, როგორიცაა ამონიუმის და ალკილამონიუმის ფუძეები, მძიმე ტუტე და მიწის ტუტე ლითონების იონები, რომლებიც არ იხსნება სხვა "კლასიკური" ლიგანდების მიერ, განიცდიან "ხსნარს", თუმცა მათ შეუძლიათ შექმნან საკმაოდ ძლიერი კომპლექსები ქელატორ ლიგანდებთან. როგორც დიგლიმი, მაგრამ მათი არ განეკუთვნება შ-ს საგანს. ამავდროულად, მიღებული ნაერთების სტრუქტურა და სიძლიერე, მაგალითად, 18-K-6 კომპლექსები კალიუმის და ამონიუმის იონებით,

ბრინჯი. 31. ერთ-ერთი კრიპტანდის სტრუქტურის მოდელი (ამინოეთერები)

ბრინჯი. 32. კრიპტის სტრუქტურის მოდელი ღრუში ლითონის იონთან ერთად

ბრინჯი. 33. ერთ-ერთი უმარტივესი კალიქსარენის სტრუქტურის მოდელი

ბრინჯი. 34. კრიპტოსფერული სტრუქტურის მოდელი

ბრინჯი. 35. სფერანდის მოლეკულა

ბრინჯი. 36. Cavitand სტრუქტურის მოდელი

დაახლოებით იგივე ზომა ასევე დაახლოებით იგივეა, თუმცა ამ რეაქციების ენთალპიები თითქმის ყოველთვის ახლოს არის ნულთან და თერმოდინამიკური ძრავა

უპირატესობა არის ენტროპიის ფაქტორის შეცვლა. შედეგად, ტერმინი „გახსნა“ შეზღუდულია გვირგვინოვანი ნაერთების მიმართ, ვინაიდან დ.-ა-ს ქიმიაში. კომპლექსებს ოდნავ განსხვავებული მნიშვნელობა აქვს.

უკვე ტუტეებისა და ელექტრიდების არსებობის ფაქტიდან გამომდინარეობს, რომ მაკროციკლური ნაერთების მიღება შესაძლებელია მხოლოდ ანიონებთან მიმართებაში. მართლაც, ასეთი ნაერთები, რომლებიც დაფუძნებულია მაკროციკლურ პერფტოროარილის მერკურატებზე დაფუძნებული, იქნა მიღებული და წარმატებით გამოიყენება როგორც ანიონური ხაფანგები.

ნეიტრალური მოლეკულების ნაერთები მაკროციკლური მოლეკულებით უკვე, რა თქმა უნდა, შეიძლება მივაკუთვნოთ CX-ს საგანს. ამჟამად ცნობილია ათასობით ასეთი ნაერთი. მინიმუმ, მათ ფორმირებას თან ახლავს პროცესები აღიარება(მარტივი სტრუქტურებისთვის, როგორიცაა CE ან კრიპტანდები, ეს ძირითადად გეომეტრიული ან, როგორც ამბობენ, "სფერული" მიმოწერაა, უფრო რთულისთვის ეს უკვე შეიძლება იყოს "ტეტრაედრული", "ხაზოვანი" ან თუნდაც ელექტრონული ამოცნობა). თვითორგანიზაცია(მასპინძლის სტრუქტურის მორგება სტუმრის სტრუქტურაზე, წესრიგის სპონტანური გაჩენა სივრცეში და/ან დროს) ან თუნდაც სპონტანური თვითშეკრება– უმაღლესი რიგის პროცესი, რომელიც იწვევს რამდენიმე კომპონენტისგან შემდგარი რთული ზედნაშენების ფორმირებას. როგორც ხედავთ, ყველა ეს ტერმინი CX-მდე მოვიდა ბიოქიმიიდან, რომელიც ასევე განიხილავს ნუკლეინის მჟავის მოლეკულების თვითშეკრების (რეპლიკაციის) საკითხებს ცილების მატრიცული სინთეზის, მეტალოფერმენტების წარმოქმნის დროს და ა.შ. ამ თვალსაზრისით, ეს ყველაფერი. ბიოქიმიური ობიექტები ასევე სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტებია.

მატრიცის სინთეზის მეთოდს წარმატებით იყენებს არა მხოლოდ ბუნება, არამედ ქიმიკოსები ლაბორატორიებში, თუმცა სხვა სახელით - შაბლონიან შაბლონისინთეზი. კერძოდ, მისმა გამოყენებამ განაპირობა კატენების მომზადების ეფექტური მეთოდი, ორგანული მოლეკულები „რგოლში რგოლში“ (ფტალოციანინების და პორფირინის ბაზების შაბლონის სინთეზის „კლასიკური“ ვარიანტები გარდამავალი ლითონის მონაწილეობით. იონებს, განვიხილავთ კოორდინაციის ქიმიის განყოფილებაში). კონტეინერის ნაერთების გამოყენება, როგორიცაა კარცერანი მოცულობითი მატრიცის სახით, რომელიც ზღუდავს რეაქციის მოცულობას და იცავს შექმნილ მოლეკულებს გარე ზემოქმედებისაგან, ე.ი. როგორც ნანორეაქტორი, საშუალებას აძლევდა არა მხოლოდ ჩაეტარებინა ციკლობუტადიენის სინთეზი მათ ღრუში, რაც მნიშვნელოვანია ნივთიერების ქიმიური შეკავშირების თეორიის დასადასტურებლად (არომატიულობის და ანტიარომატულობის პრობლემა), არამედ მისი შენახვა ნორმალურ პირობებში. რამდენიმე ათეული წუთის განმავლობაში. სტანდარტული ორგანული სინთეზის დროს ამ ნივთიერების მიღება ას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში ვერ მოხერხდა და მიუხედავად იმისა, რომ იგი მიიღეს კრიოქიმიური სინთეზის მეთოდის პირობებში, უმნიშვნელო გაცხელებაც კი იწვევდა მის სიკვდილს.

იზოტოპების გამოყოფა (თუმცა ამ ტექნოლოგიის დანერგვა ჯერ კიდევ დიდი კითხვაა და, ჩემი აზრით, ძნელად განხორციელებადია) და იზომერები, მათ შორის კიბოს სტერეო-, ფოტოდიაგნოსტიკა და ფოტოთერაპია, იონების შერჩევითი გადატანა უჯრედის მემბრანების მეშვეობით, შეკავშირება და ორგანიზმიდან მავნე ნივთიერებების მოცილება, იონშერჩევითი ელექტროდების და ოპტოდების მემბრანები და ბოლოს, მატერიალური მეცნიერების ასპექტი, რომელიც დაკავშირებულია მოლეკულური მოწყობილობების დიზაინთან, როგორიცაა მოლეკულური გადამრთველები, რომლებიც რეაგირებენ, მაგალითად, გარემოს pH-ის ცვლილებაზე - ეს არ არის მაკროციკლური ნაერთების აპლიკაციებისა და შესაძლო აპლიკაციების სრული სია.

ასეთი ნაერთების გამოყენების უფრო ფანტასტიკური გეგმები დაკავშირებულია მათზე დაფუძნებული მოლეკულური კომპიუტერის მშენებლობასთან. ამისათვის აუცილებელია რამდენიმე ტიპის მოლეკულის გაერთიანება და მოლეკულური ანსამბლის შექმნა, რომლის თითოეული ელემენტი ასრულებს მიკროპროცესორისთვის დამახასიათებელ ფუნქციას. ეჭვგარეშეა, ეს არის ურთულესი ამოცანა, რომელიც მოითხოვს არა მხოლოდ მოლეკულური აგრეგატების თვითშეკრების მექანიზმების შესწავლას და ინფორმაციულ ტექნოლოგიებთან მათი ადაპტაციის პირობების განსაზღვრას, არამედ, პრინციპში, რეალურად შექმნას ახალი იდეოლოგია და ახალი ტექნოლოგია. პრეფიქსი ნანო. ამ ურთულესი პრობლემის გადასაჭრელად უკვე შემუშავებულია მიდგომები მოლეკულური გადამრთველების შესაქმნელად, მაგალითად, სპიროპირანისა და სპიროქსაზინის მოლეკულების ფოტოქიმიურად გამოწვეული იზომერიზაციის რეაქციების გამო. ამ ნაერთების სტრუქტურისა და შემადგენლობის ცვალებადობის შესაძლებლობა ძალიან ფართო დიაპაზონში, პრინციპში შესაძლებელს ხდის მათი თვისებების (კვანტური გამოსავლიანობა, ფოტოიზომერის სიცოცხლის ხანგრძლივობა, სპექტრული მახასიათებლები და ა.შ.) მორგება ამა თუ იმ მოლეკულური მოწყობილობის მოთხოვნებთან. გარდა ფოტოქრომული სისტემებისა, ასევე განიხილება სპეციალური მაგნიტური თვისებების მქონე ნაერთები, მაგალითად, რკინის ზოგიერთი კომპლექსი, რომელსაც შეუძლია გადავიდეს დაბალი ტრიალების მდგომარეობიდან მაღალ ტრიალების მდგომარეობაში, რაც ხდება გარკვეული ტემპერატურის ჰისტერეზით.

როგორც შესაძლო მოლეკულური მეხსიერების მატარებელი, განიხილება სამგანზომილებიანი (3-D ან მრავალშრიანი მოწყობილობები) სისტემები, რომლებიც შედგება ფენებისგან ან ელემენტებისაგან, რომლებიც აგებულია, მაგალითად, ერთი და იგივე მოლეკულური გადამრთველებისგან, რომელთა ერთ-ერთ ფორმას შეუძლია ფლუორესცენცია, რომელიც შესაძლებელს ხდის ინფორმაციის წაკითხვას.

ამჟამად, ყველაზე პერსპექტიული გამტარები მოლეკულურ გადამრთველებსა და მოლეკულურ მეხსიერების ელემენტებს შორის არის ელექტროგამტარი პოლიმერები, როგორიცაა პოლიაცეტილენი, პოლიანილინი, კარაბინის მოლეკულური კომპლექსები, როგორიცაა ცნობილი LL”Re(C) 20 ReLL” ან ტიპის მარტივი კარაბინის ჯაჭვები. ახლახან აღმოაჩინეს გრაფენის ფენების შესწავლისას (სურ. 37). ერთადერთი კითხვა

ბრინჯი. 37. ნახშირბადის ატომებისგან პოლიინური ჯაჭვის წარმოქმნის სქემა (კარბინი), რომელიც ხდება გრაფენის ფურცლის გატეხვისას და მათ შორის მანძილი.

რაც წარმოიქმნება საკითხის განხილვისას, თუ როგორ უნდა შევკრიბოთ ყველა ეს ელემენტი ერთ მოწყობილობაში ან ზემოლეკულურ კომპლექსში: კომპლემენტარობის პრინციპის გამოყენებით (მოლეკულური ამოცნობა), რომელსაც სუპრამოლეკულურ ქიმიაში, როგორც ჩანს, არ აქვს ისეთი „მისტიკური“ მნიშვნელობა, როგორც ქიმიაში. ცოცხალთა, ვინაიდან უკვე საკმარისია, არსებობს მრავალი მაგალითი, სადაც ეს არანაირად არ ჩანს აშკარად, მაგალითად, ე.წ. შერეული სტრუქტურა, თუმცა ამ შემთხვევაში კომპლემენტარულობა შეიძლება მოქმედებდეს ატომურ ან ჯგუფურ დონეზე, ან სხვა პრინციპი, მაინც ღიაა. თუმცა, ამ მიმართულებით ინტენსიურ მუშაობას მრავალი კვლევითი ჯგუფი აწარმოებს, ვინაიდან საკითხის ღირებულება ძალიან მაღალია. ამ მხრივ, უკვე მიღწეულია ძალიან სერიოზული პროგრესი, განსაკუთრებით ორგანზომილებიანი სტრუქტურების აწყობაში, რომლებიც დაფუძნებულია მონომოლეკულურ Langmuir-Blodgett ფილებზე, ფენით, მაგალითად, 15-20 ატომური ლითონის კლასტერების მეშვეობით და ტრანზისტორის შექმნაზე ამ გამოყენებით. სენდვიჩი.

მოლეკულური სტრუქტურების ზომები საშუალებას იძლევა განთავსდეს დაახლოებით 10 13 ლოგიკური ელემენტი ზედაპირის 1 სმ 2-ზე, რაც ასობით ათასი ჯერ აღემატება თანამედროვე მიკროჩიპებში მიღწეულ შეკრების სიმკვრივეს. ასეთ მოწყობილობებში რეაგირების დრო შეიძლება შემცირდეს ფემტოწამამდე, ხოლო ყველაზე სწრაფი თანამედროვე მოწყობილობები ნანოწამის დიაპაზონში მუშაობენ. შედეგად, ჩვენ შეგვიძლია ველოდოთ მოლეკულური კომპიუტერის ეფექტურობის 10 11-ჯერ გაზრდას ინფორმაციის დამუშავების უძლიერეს თანამედროვე საშუალებებთან შედარებით.

დასასრულს, უნდა აღინიშნოს, რომ სუპრამოლეკულური ქიმიის საგანი საწყის ეტაპზეა, მისი საზღვრები ბუნდოვანია, მოდა იწვევს იმ ფაქტს, რომ ხმაურიანი სახელის ქვეშ, ისევე როგორც ბანერის ქვეშ, საგნები იჭედება, რაც უფრო კომფორტული იქნება. იყოს ტრადიციული და დამკვიდრებული დისციპლინების ფარგლებში. მაგრამ არის გარემოებები, რომლებიც საჭიროებენ მიზეზებისა და შედეგების უფრო დეტალურ ანალიზს. ასეთი შემთხვევები ხშირია, მაგალითად, თანამედროვე ტიპის მოლეკულურ მოწყობილობებში, რომლებიც შესაძლებელს ხდის შექმნას ფოტოკატალიზური სისტემები მზის ენერგიის ქიმიურ ენერგიად გადაქცევისთვის, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 38. ამ „კონსტრუქციაში“ პორფირინის კომპლექსი არის ელექტრონების დონორი, რომელიც გამტარი დისტანციური საშუალებით კონიუგირებული ბმების სისტემით, მაგალითად, რომელიც შედგება ერთგანზომილებიანი ნახშირბადის ჯაჭვისგან (კარაბინი), შედის „ელექტრონების საცავში“. ” - ფულერენის მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია მიიღოს 12 ელექტრონი.

ბრინჯი. 38. მზის ენერგიის გარდაქმნის მოლეკულური მოწყობილობის სქემა.

ნახ. სურათი 39 გვიჩვენებს უკვე შემუშავებულ ფოტოაქტიურ სისტემას, დონორ-მიმღების ჰიბრიდს, რომელშიც ელექტრონის წარმომქმნელი მოლეკულა არის ერთკედლიანი ნახშირბადის ნანომილაკი, რომელიც დაკავშირებულია გვირგვინის ეთერის ფრაგმენტით ფულერენის მოლეკულასთან.

გარკვეულწილად განსხვავებული სიტუაცია განხილული იქნა ზემოთ მოლეკულური კომპიუტერის შექმნის მცდელობების აღწერისას, რომლის ნაწილი ასევე ფუნქციონირებს ფოტოქიმიურად გამოწვეული რეაქციების მონაწილეობით. მაგრამ ჩნდება ზოგადი კითხვა, როგორ იქნება დაკავშირებული ამ კომპიუტერის ყველა კომპონენტი ან მზის ენერგიის ფოტოდინებაში გადამყვანი ვალენტური თუ არავალენტური ურთიერთქმედებით? თუ ისინი არავალენტურია, მაშინ საკითხის პათოსი ქრება, მაგრამ თუ ისინი ვალენტურები არიან, მაშინ ჩნდება სხვა კითხვა, მაგრამ რით განსხვავდება ეს რთული მოლეკულური ანსამბლი, სულ მცირე სამი კომპონენტისგან, სხვა რთული პოლიატომური ორგანული ან

ბრინჯი. 39. ფოტოაქტიური სუპრამოლეკულური სისტემა, რომელიც დაფუძნებულია ბუნებით განსხვავებული ნახშირბადის ორ მოლეკულაზე.

ორგანული მეტალის მოლეკულები? მხოლოდ საინტერესო ფუნქციონალური საკუთრება? მაგრამ ის შეიძლება იყოს ამ უკანასკნელშიც. ამიტომ მიზანშეწონილად მეჩვენება სუპრამოლეკულური ქიმიის კომპლექსის მოლეკულების მიმართვა, რომლებშიც ფუნქციის განმსაზღვრელი კომპონენტები კოვალენტურად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან პირდაპირ ან სპეცერის საშუალებით და ეს ასოციაცია მხოლოდ აძლიერებს ამ თვისებას, მეჩვენება შეუსაბამო ( მაგალითად, მოლეკულა

ქიმია, რომლის ძირითად ცნებებს განვიხილავთ, არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ნივთიერებებს და მათ გარდაქმნებს, რომლებიც ხდება სტრუქტურისა და შემადგენლობისა და, შესაბამისად, თვისებების ცვლილებით. უპირველეს ყოვლისა, აუცილებელია განვსაზღვროთ, რას ნიშნავს ტერმინი, როგორიცაა „ნივთიერება“. თუ მასზე ფართო გაგებით ვისაუბრებთ, ეს არის მატერიის ფორმა, რომელსაც აქვს მოსვენების მასა. ნივთიერება არის ნებისმიერი ელემენტარული ნაწილაკი, მაგალითად, ნეიტრონი. ქიმიაში ეს ცნება უფრო ვიწრო გაგებით გამოიყენება.

დასაწყისისთვის, მოდით მოკლედ აღვწეროთ ქიმიის, ატომური და მოლეკულური მეცნიერების ძირითადი ტერმინები და ცნებები. ამის შემდეგ ჩვენ განვმარტავთ მათ და ასევე ჩამოვთვლით ამ მეცნიერების რამდენიმე მნიშვნელოვან კანონს.

ქიმიის ძირითადი ცნებები (ნივთიერება, ატომი, მოლეკულა) თითოეული ჩვენგანისთვის ნაცნობია სკოლიდან. ქვემოთ მოცემულია მათი მოკლე აღწერა, ისევე როგორც სხვა, არც თუ ისე აშკარა ტერმინები და ფენომენები.

ატომები

უპირველეს ყოვლისა, ყველა ნივთიერება, რომელიც შესწავლილია ქიმიაში, შედგება მცირე ნაწილაკებისგან, რომელსაც ატომები ეწოდება. ნეიტრონები არ არის ამ მეცნიერების შესწავლის ობიექტი. ისიც უნდა ითქვას, რომ ატომებს შეუძლიათ ერთმანეთთან შერწყმა, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქიმიური ბმები. ამ კავშირის გასაწყვეტად საჭიროა ენერგიის დახარჯვა. შესაბამისად, ატომები ინდივიდუალურად არ არსებობენ ნორმალურ პირობებში („კეთილშობილი გაზების“ გარდა). ისინი ერთმანეთთან აკავშირებენ მინიმუმ წყვილებში.

უწყვეტი თერმული მოძრაობა

უწყვეტი თერმული მოძრაობა ახასიათებს ქიმიის მიერ შესწავლილ ყველა ნაწილაკს. ამ მეცნიერების ძირითადი ცნებები არ შეიძლება ითქვას მასზე საუბრის გარეშე. ნაწილაკების უწყვეტი მოძრაობით, ის ტემპერატურის პროპორციულია (თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ ცალკეული ნაწილაკების ენერგიები განსხვავებულია). ეკინი = kT / 2, სადაც k არის ბოლცმანის მუდმივი. ეს ფორმულა მოქმედებს ნებისმიერი სახის მოძრაობისთვის. ვინაიდან ეკინი = mV 2/2, მასიური ნაწილაკების მოძრაობა უფრო ნელია. მაგალითად, თუ ტემპერატურა იგივეა, ჟანგბადის მოლეკულები საშუალოდ 4-ჯერ ნელა მოძრაობენ, ვიდრე ნახშირბადის მოლეკულები. ეს იმიტომ ხდება, რომ მათი მასა 16-ჯერ მეტია. მოძრაობა არის რხევითი, მთარგმნელობითი და ბრუნვითი. ვიბრაცია შეინიშნება თხევად, მყარ და აირისებრ ნივთიერებებში. მაგრამ მთარგმნელობითი და ბრუნვითი ყველაზე ადვილად ხორციელდება გაზებში. სითხეებში ეს უფრო რთულია, ხოლო მყარ სხეულებში კიდევ უფრო რთული.

მოლეკულები

ჩვენ ვაგრძელებთ ქიმიის ძირითადი ცნებებისა და განმარტებების აღწერას. თუ ატომები გაერთიანდებიან ერთმანეთთან და ქმნიან მცირე ჯგუფებს (მათ მოლეკულებს უწოდებენ), ასეთი ჯგუფები მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში, მოქმედებენ როგორც ერთი მთლიანობა. ტიპიურ მოლეკულებში 100-მდე ატომია და მათი რიცხვი ეგრეთ წოდებულ მაღალმოლეკულურ ნაერთებში შეიძლება 105-ს მიაღწიოს.

არამოლეკულური ნივთიერებები

თუმცა, ატომები ხშირად გაერთიანებულია უზარმაზარ კოლექტივებში 107-დან 1027 წლამდე. ამ ფორმით ისინი პრაქტიკულად არ მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში. ეს ასოციაციები ნაკლებად ჰგავს მოლეკულებს. ისინი უფრო მყარი სხეულის ნაჭრებს ჰგავს. ამ ნივთიერებებს ჩვეულებრივ უწოდებენ არამოლეკულურს. ამ შემთხვევაში, თერმული მოძრაობა ხორციელდება ნაჭრის შიგნით და ის არ დაფრინავს, როგორც მოლეკულა. ასევე არსებობს გარდამავალი ზომის დიაპაზონი, რომელიც მოიცავს ასოციაციებს, რომლებიც შედგება ატომებისგან 105-დან 107-მდე ოდენობით. ეს ნაწილაკები ან ძალიან დიდი მოლეკულებია, ან ფხვნილის მცირე მარცვლები.

იონები

უნდა აღინიშნოს, რომ ატომებს და მათ ჯგუფებს შეიძლება ჰქონდეთ ელექტრული მუხტი. ამ შემთხვევაში, მათ იონებს უწოდებენ ისეთ მეცნიერებაში, როგორიცაა ქიმია, რომლის ძირითად ცნებებს ჩვენ ვსწავლობთ. ვინაიდან ერთიდაიმავე სახელის მუხტები ყოველთვის იგერიებენ ერთმანეთს, ნივთიერება, სადაც გარკვეული მუხტების მნიშვნელოვანი ჭარბია, არ შეიძლება იყოს სტაბილური. უარყოფითი და დადებითი მუხტები სივრცეში ყოველთვის ერთმანეთს ენაცვლება. და ნივთიერება მთლიანობაში რჩება ელექტრონულად ნეიტრალური. გაითვალისწინეთ, რომ მუხტები, რომლებიც ელექტროსტატიკაში დიდად ითვლება, უმნიშვნელოა ქიმიის თვალსაზრისით (105-1015 ატომისთვის - 1e).

სასწავლო საგნები ქიმიაში

უნდა განვმარტოთ, რომ ქიმიაში შესწავლის ობიექტები არის ის ფენომენები, რომლებშიც ატომები არ წარმოიქმნება და არ ნადგურდებიან, არამედ მხოლოდ გადაჯგუფდებიან, ანუ ისინი ახლებურად აერთიანებენ. ზოგიერთი ბმული გატეხილია, რის შედეგადაც წარმოიქმნება სხვები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ახალი ნივთიერებები ჩნდება ატომებიდან, რომლებიც თავდაპირველი ნივთიერებების ნაწილი იყო. თუმცა, თუ ატომებიც და მათ შორის არსებული ბმებიც შენარჩუნებულია (მაგალითად, მოლეკულური ნივთიერებების აორთქლების დროს), მაშინ ეს პროცესები უკვე არა ქიმიის, არამედ მოლეკულური ფიზიკის შესწავლის სფეროს განეკუთვნება. იმ შემთხვევაში, როდესაც ატომები წარმოიქმნება ან განადგურებულია, საუბარია ბირთვული ან ატომური ფიზიკის შესწავლის საგნებზე. თუმცა, ქიმიურ და ფიზიკურ მოვლენებს შორის ზღვარი ბუნდოვანია. ცალკეულ მეცნიერებებად დაყოფა ხომ პირობითია, ბუნება კი განუყოფელია. ამიტომ, ფიზიკის ცოდნა ძალიან სასარგებლოა ქიმიკოსებისთვის.

მოკლედ ჩამოვთვალეთ ქიმიის ძირითადი ცნებები. ახლა გეპატიჟებით უფრო დეტალურად განიხილოთ ისინი.

მეტი ატომების შესახებ

ატომები და მოლეკულები არის ის, რასაც ბევრი უკავშირებს ქიმიას. ეს ძირითადი ცნებები მკაფიოდ უნდა იყოს განსაზღვრული. ატომების არსებობის ფაქტი ბრწყინვალედ გამოიცნეს ორი ათასი წლის წინ. შემდეგ, უკვე მე-19 საუკუნეში, მეცნიერებს ჰქონდათ ექსპერიმენტული მონაცემები (ჯერ კიდევ არაპირდაპირი). საუბარია ავოგადროს მრავალ თანაფარდობაზე, შემადგენლობის მუდმივობის კანონებზე (ქვემოთ განვიხილავთ ქიმიის ამ ძირითად ცნებებს). ატომის შესწავლა გაგრძელდა მე-20 საუკუნეში, როდესაც გაჩნდა მრავალი პირდაპირი ექსპერიმენტული დადასტურება. ისინი ეფუძნებოდა სპექტროსკოპიის მონაცემებს, რენტგენის სხივების, ალფა ნაწილაკების, ნეიტრონების, ელექტრონების გაფანტვას და სხვა. კგ. ამ ნაწილაკების ცენტრში არის დადებითად დამუხტული ბირთვი, რომლის გარშემოც მოძრაობენ უარყოფითი მუხტის მქონე ელექტრონები. ბირთვის ზომა დაახლოებით 10 -15 მ. გამოდის, რომ ელექტრონული გარსი განსაზღვრავს ატომის ზომას, თუმცა მისი მასა თითქმის მთლიანად ბირთვშია კონცენტრირებული. უნდა შემოვიტანოთ კიდევ ერთი განმარტება ქიმიის ძირითადი ცნებების გათვალისწინებით. ატომის ტიპი, რომელსაც აქვს იგივე ბირთვული მუხტი.

ის ხშირად გვხვდება როგორც ნივთიერების უმცირესი ნაწილაკი, ქიმიურად განუყოფელი. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ფენომენების ფიზიკურად და ქიმიურად დაყოფა პირობითია. მაგრამ ატომების არსებობა უპირობოა. ამიტომ უმჯობესია მათი მეშვეობით განვსაზღვროთ ქიმია და არა პირიქით, ატომები ქიმიის საშუალებით.

ქიმიური ბმა

ეს არის ის, რაც ინარჩუნებს ატომებს ერთად. ეს არ აძლევს მათ გაფანტვის საშუალებას თერმული მოძრაობის გავლენის ქვეშ. ჩვენ აღვნიშნავთ ობლიგაციების მთავარ მახასიათებლებს - ეს არის ბირთვთაშორისი მანძილი და ენერგია. ეს არის ასევე ქიმიის ძირითადი ცნებები. კავშირის სიგრძე განისაზღვრება ექსპერიმენტულად საკმარისად მაღალი სიზუსტით. ენერგია - ძალიან, მაგრამ არა ყოველთვის. მაგალითად, შეუძლებელია ობიექტურად დადგინდეს, თუ რა არის ეს კომპლექსურ მოლეკულაში ერთ ბმთან მიმართებაში. ამასთან, ნივთიერების ატომიზაციის ენერგია, რომელიც აუცილებელია ყველა არსებული ბმის გასაწყვეტად, ყოველთვის განისაზღვრება. თუ იცით კავშირის სიგრძე, შეგიძლიათ განსაზღვროთ რომელი ატომები არიან შეკრული (მათ აქვთ მცირე მანძილი) და რომელი არა (მათ აქვთ დიდი მანძილი).

საკოორდინაციო ნომერი და კოორდინაცია

ანალიტიკური ქიმიის ძირითადი ცნებები მოიცავს ამ ორ ტერმინს. რას იცავენ ისინი? მოდი გავარკვიოთ.

საკოორდინაციო ნომერი არის ამ კონკრეტული ატომის უახლოესი მეზობლების რიცხვი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის იმათ რიცხვი, ვისთანაც ის ქიმიურად არის დაკავშირებული. კოორდინაცია არის მეზობლების ფარდობითი პოზიცია, ტიპი და რაოდენობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს კონცეფცია უფრო აზრიანია. მაგალითად, ამიაკისა და აზოტის მჟავას მოლეკულებისთვის დამახასიათებელი აზოტის საკოორდინაციო რიცხვი ერთნაირია - 3. თუმცა მათი კოორდინაცია განსხვავებულია - არაპლექტური და პლანური. იგი განისაზღვრება კავშირის ბუნების შესახებ იდეების მიუხედავად, ხოლო ჟანგვის ხარისხი და ვალენტობა არის პირობითი ცნებები, რომლებიც იქმნება წინასწარ კოორდინაციისა და შემადგენლობის პროგნოზირების მიზნით.

მოლეკულის განმარტება

ჩვენ უკვე შევეხეთ ამ ცნებას, მოკლედ განვიხილეთ ქიმიის ძირითადი ცნებები და კანონები. ახლა მოდით ვისაუბროთ მასზე უფრო დეტალურად. სახელმძღვანელოები ხშირად განსაზღვრავენ მოლეკულას, როგორც ნივთიერების ყველაზე პატარა ნეიტრალურ ნაწილაკს, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები და ასევე შეუძლია დამოუკიდებლად არსებობა. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს განმარტება ახლა მოძველებულია. პირველი, რასაც ყველა ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უწოდებს მოლეკულას, არ ინარჩუნებს მატერიის თვისებებს. წყალი იშლება, მაგრამ ამას მინიმუმ 2 მოლეკულა სჭირდება. წყლის დისოციაციის ხარისხია 10 -7 . სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, 10 მილიონიდან მხოლოდ ერთ მოლეკულას შეუძლია გაიაროს ეს პროცესი. თუ თქვენ გაქვთ ერთი მოლეკულა, ან თუნდაც ასი, ვერ შეძლებთ მის დისოციაციის შესახებ წარმოდგენას. ფაქტია, რომ ქიმიაში რეაქციების თერმული ეფექტი ჩვეულებრივ მოიცავს მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ენერგიას. ამიტომ, მათ ვერ პოულობენ ერთი მათგანი. როგორც ქიმიური, ასევე ფიზიკური ნივთიერებები შეიძლება განისაზღვროს მხოლოდ მოლეკულების დიდი კოლექციით. გარდა ამისა, არსებობს ნივთიერებები, რომლებშიც „ყველაზე პატარა“ ნაწილაკი, რომელსაც შეუძლია დამოუკიდებლად არსებობა, განუსაზღვრელი რაოდენობით დიდია და ძალიან განსხვავდება ჩვეულებრივი მოლეკულებისგან. მოლეკულა სინამდვილეში არის ატომების ჯგუფი, რომელიც არ არის ელექტრული დამუხტული. კონკრეტულ შემთხვევაში, ეს შეიძლება იყოს ერთი ატომი, მაგალითად, Ne. ამ ჯგუფს უნდა შეეძლოს მონაწილეობა მიიღოს დიფუზიაში, ისევე როგორც სხვა სახის თერმული მოძრაობაში, როგორც მთლიანობაში.

როგორც ხედავთ, ქიმიის ძირითადი ცნებები არც ისე მარტივია. მოლეკულა არის ის, რაც გულდასმით უნდა იქნას შესწავლილი. მას აქვს თავისი თვისებები და ასევე მოლეკულური წონა. ამ უკანასკნელზე ახლა ვისაუბრებთ.

მოლეკულური მასა

როგორ განვსაზღვროთ მოლეკულური წონა ექსპერიმენტულად? ერთი გზა ეფუძნება ავოგადროს კანონს, ორთქლის ფარდობითი სიმკვრივით. ყველაზე ზუსტი მეთოდი მასის სპექტრომეტრია. ელექტრონი ამოვარდნილია მოლეკულიდან. შედეგად მიღებული იონი ჯერ ელექტრულ ველში აჩქარდება, შემდეგ მაგნიტურად გადახრილია. მუხტის და მასის თანაფარდობა განისაზღვრება ზუსტად გადახრის სიდიდით. ასევე არსებობს მეთოდები, რომლებიც ეფუძნება ხსნარებს იმ თვისებებზე. თუმცა, მოლეკულები ყველა ამ შემთხვევაში აუცილებლად უნდა იყვნენ მოძრაობაში - ხსნარში, ვაკუუმში, გაზში. თუ ისინი არ მოძრაობენ, შეუძლებელია მათი მასის ობიექტურად გამოთვლა. და მათი არსებობა ამ შემთხვევაში ძნელი შესამჩნევია.

არამოლეკულური ნივთიერებების თავისებურებები

მათზე საუბრისას ისინი აღნიშნავენ, რომ ისინი ატომებისგან შედგება და არა მოლეკულებისგან. თუმცა, იგივე ეხება კეთილშობილ გაზებს. ეს ატომები თავისუფლად მოძრაობენ, ამიტომ უმჯობესია მოვიაზროთ ისინი როგორც ერთატომური მოლეკულები. თუმცა, ეს არ არის მთავარი. რაც მთავარია, არამოლეკულურ ნივთიერებებში ბევრია ერთმანეთთან დაკავშირებული ატომები. უნდა აღინიშნოს, რომ ყველა ნივთიერების დაყოფა არამოლეკულურ და მოლეკულურად არასაკმარისია. კავშირის მიხედვით დაყოფა უფრო მნიშვნელოვანია. განვიხილოთ, მაგალითად, განსხვავება გრაფიტისა და ალმასის თვისებებში. ორივე ნახშირბადია, მაგრამ პირველი რბილია, მეორე კი მყარი. რით განსხვავდებიან ისინი ერთმანეთისგან? განსხვავება სწორედ მათ კავშირშია. თუ განვიხილავთ გრაფიტის სტრუქტურას, დავინახავთ, რომ ძლიერი ბმები არსებობს მხოლოდ ორ განზომილებაში. მაგრამ მესამეში, ატომთაშორისი დისტანციები ძალიან მნიშვნელოვანია, შესაბამისად, არ არსებობს ძლიერი კავშირი. გრაფიტი ადვილად სრიალებს და იშლება ამ ფენებზე.

სტრუქტურის კავშირი

წინააღმდეგ შემთხვევაში, მას სივრცითი განზომილება ეწოდება. იგი წარმოადგენს სივრცის განზომილებების რაოდენობას, რომელიც ხასიათდება იმით, რომ მათ აქვთ ბირთვების უწყვეტი (თითქმის უსასრულო) სისტემა (ძლიერი კავშირები). მნიშვნელობები, რომლებიც მას შეუძლია მიიღოს არის 0, 1, 2 და 3. ამიტომ, აუცილებელია განასხვავოთ სამგანზომილებიანი, ფენიანი, ჯაჭვი და კუნძული (მოლეკულური) სტრუქტურები.

კომპოზიციის მუდმივობის კანონი

ჩვენ უკვე ვისწავლეთ ქიმიის ძირითადი ცნებები. ნივთიერება მოკლედ განვიხილეთ ჩვენ მიერ. ახლა მოდით ვისაუბროთ კანონზე, რომელიც მას ეხება. როგორც წესი, იგი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: ნებისმიერ ინდივიდუალურ ნივთიერებას (ანუ სუფთა), მიუხედავად იმისა, თუ როგორ იქნა მიღებული, აქვს იგივე რაოდენობრივი და ხარისხობრივი შემადგენლობა. მაგრამ რას ნიშნავს კონცეფცია?მოდით ვნახოთ.

ორი ათასი წლის წინ, როდესაც ნივთიერებების სტრუქტურის შესწავლა ჯერ კიდევ ვერ მოხერხდა პირდაპირი მეთოდებით, როდესაც ჩვენთვის ნაცნობი ძირითადი ქიმიური ცნებები და ქიმიის კანონები არც კი არსებობდა, ეს განისაზღვრა აღწერილობით. მაგალითად, წყალი არის სითხე, რომელიც ქმნის ზღვებისა და მდინარეების საფუძველს. არ აქვს სუნი, ფერი, გემო. ესეთი ყინვა და დნობის ტემპერატურა აქვს, ცისფერდება.მარილიანი ზღვის წყალი იმიტომ რომ არ არის სუფთა. თუმცა, მარილების გამოყოფა შესაძლებელია დისტილაციით. დაახლოებით ასე, აღწერითი მეთოდით განისაზღვრა ქიმიის ძირითადი ქიმიური ცნებები და კანონები.

იმდროინდელი მეცნიერებისთვის აშკარა არ იყო, რომ სითხეს, რომელიც იზოლირებული იყო სხვადასხვა გზით (წყალბადის დაწვით, ვიტრიოლის დეჰიდრატაციით, ზღვის წყლის გამოხდით), ერთი და იგივე შემადგენლობა აქვს. მეცნიერებაში დიდი აღმოჩენა იყო ამ ფაქტის დასტური. ცხადი გახდა, რომ ჟანგბადისა და წყალბადის თანაფარდობა შეუფერხებლად ვერ შეიცვლება. ეს ნიშნავს, რომ ელემენტები შედგება ატომებისგან - განუყოფელი ნაწილებისგან. ასე მიიღეს ნივთიერებების ფორმულები და გამართლდა მეცნიერთა იდეა მოლეკულების შესახებ.

დღესდღეობით, ნებისმიერი ნივთიერება ცალსახად ან ირიბად განისაზღვრება ძირითადად ფორმულით და არა დნობის წერტილით, გემოთი ან ფერით. წყალი არის H 2 O. თუ სხვა მოლეკულები არსებობს, ის აღარ იქნება სუფთა. ამრიგად, სუფთა მოლეკულური ნივთიერება არის ის, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი სახის მოლეკულებისგან.

თუმცა, რა შეიძლება ითქვას ელექტროლიტებზე ამ შემთხვევაში? ყოველივე ამის შემდეგ, ისინი შეიცავს იონებს და არა მხოლოდ მოლეკულებს. საჭიროა უფრო მკაცრი განმარტება. სუფთა მოლეკულური ნივთიერება არის ის, რომელიც შედგება იმავე ტიპის მოლეკულებისგან და ასევე, შესაძლოა, მათი შექცევადი სწრაფი ტრანსფორმაციის პროდუქტებისგან (იზომერიზაცია, ასოციაცია, დისოციაცია). სიტყვა „სწრაფი“ ამ კონტექსტში ნიშნავს, რომ ამ პროდუქტებს ვერ მოვიშორებთ, ისინი მაშინვე ისევ ჩნდებიან. სიტყვა "შექცევადი" მიუთითებს იმაზე, რომ ტრანსფორმაცია არ დასრულებულა. თუ მოტანილია, მაშინ ჯობია ითქვას, რომ არასტაბილურია. ამ შემთხვევაში, ეს არ არის სუფთა ნივთიერება.

მატერიის მასის შენარჩუნების კანონი

ეს კანონი უძველესი დროიდან იყო ცნობილი მეტაფორული ფორმით. მან თქვა, რომ მატერია შეუქმნელი და ურღვევია. შემდეგ მოვიდა მისი რაოდენობრივი ფორმულირება. მისი მიხედვით წონა (და მე-17 საუკუნის ბოლოდან – მასა) არის ნივთიერების რაოდენობის საზომი.

ეს კანონი ჩვეული ფორმით აღმოაჩინა ლომონოსოვმა 1748 წელს. 1789 წელს მას დაემატა ფრანგი მეცნიერი ა.ლავუაზიე. მისი თანამედროვე ფორმულირება ასე ჟღერს: ქიმიურ რეაქციაში შემავალი ნივთიერებების მასა უდრის მის შედეგად მიღებულ ნივთიერებების მასას.

ავოგადროს კანონი, აირების მოცულობითი შეფარდების კანონი

მათგან უკანასკნელი ჩამოაყალიბა 1808 წელს ფრანგმა მეცნიერმა J.L. Gay-Lussac-მა. ეს კანონი ახლა ცნობილია როგორც გეი-ლუსაკის კანონი. მისი თქმით, რეაქციაში მყოფი აირების მოცულობები ერთმანეთთან დაკავშირებულია, ისევე როგორც მიღებული აირისებრი პროდუქტების მოცულობებთან, როგორც მცირე რიცხვები.

ნიმუში, რომელიც გეი-ლუსაკმა აღმოაჩინა, ხსნის კანონს, რომელიც ცოტა მოგვიანებით, 1811 წელს, იტალიელმა მეცნიერმა ამედეო ავოგადრომ აღმოაჩინა. მასში ნათქვამია, რომ თანაბარ პირობებში (წნევა და ტემპერატურა) აირებში, რომლებსაც აქვთ იგივე მოცულობა, არის იგივე რაოდენობის მოლეკულები.

ავოგადროს კანონიდან გამომდინარეობს ორი მნიშვნელოვანი შედეგი. პირველი ის არის, რომ იმავე პირობებში, ნებისმიერი გაზის ერთი მოლი თანაბარ მოცულობას იკავებს. რომელიმე მათგანის მოცულობა ნორმალურ პირობებში (რომლებიც არის 0 °C ტემპერატურა, ასევე წნევა 101,325 კპა) არის 22,4 ლიტრი. ამ კანონის მეორე შედეგი შემდეგია: თანაბარ პირობებში, იგივე მოცულობის მქონე აირების მასების თანაფარდობა უდრის მათი მოლური მასების თანაფარდობას.

არის კიდევ ერთი კანონი, რომელიც აუცილებლად უნდა აღინიშნოს. მოკლედ ვისაუბროთ.

პერიოდული კანონი და ცხრილი

დ.ი.მენდელეევმა, ელემენტების ქიმიურ თვისებებზე და ატომურ და მოლეკულურ თეორიაზე დაყრდნობით, აღმოაჩინა ეს კანონი. ეს მოვლენა მოხდა 1869 წლის 1 მარტს. პერიოდული კანონი ბუნებით ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანია. ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: ელემენტების თვისებებს და მათ მიერ წარმოქმნილ რთულ და მარტივ ნივთიერებებს აქვთ პერიოდული დამოკიდებულება მათი ატომების ბირთვების მუხტებზე.

მენდელეევის მიერ შექმნილი პერიოდული ცხრილი შედგება შვიდი პერიოდისა და რვა ჯგუფისგან. ჯგუფები მისი ვერტიკალური სვეტებია. თითოეულ მათგანში შემავალ ელემენტებს აქვთ მსგავსი ფიზიკური და ქიმიური თვისებები. ჯგუფი, თავის მხრივ, იყოფა ქვეჯგუფებად (ძირითადი და მეორადი).

ამ ცხრილის ჰორიზონტალურ რიგებს პერიოდები ეწოდება. ელემენტები, რომლებიც მათშია, განსხვავდებიან ერთმანეთისგან, მაგრამ მათ ასევე აქვთ საერთო - რომ მათი ბოლო ელექტრონები განლაგებულია იმავე ენერგეტიკულ დონეზე. პირველ პერიოდში მხოლოდ ორი ელემენტია. ეს არის წყალბადი H და ჰელიუმი He. მეორე პერიოდში რვა ელემენტია. მეოთხეში უკვე 18. მენდელეევმა ეს პერიოდი პირველ დიდად დაასახელა. მეხუთეს ასევე აქვს 18 ელემენტი, მისი სტრუქტურა მეოთხეს ჰგავს. მეექვსე შეიცავს 32 ელემენტს. მეშვიდე არ დასრულებულა. ეს პერიოდი იწყება ფრანციუმით (Fr). შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ის შეიცავს 32 ელემენტს, ისევე როგორც მეექვსე. თუმცა, ჯერჯერობით მხოლოდ 24 აღმოაჩინეს.

დაბრუნების წესი

უკან დაბრუნების წესის თანახმად, ყველა ელემენტი მიდრეკილია მოიპოვოს ან დაკარგოს ელექტრონი, რათა მათთან ყველაზე ახლოს იყოს 8-ელექტრონიანი კეთილშობილი გაზის კონფიგურაცია. იონიზაციის ენერგია არის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ელექტრონის ატომისგან გამოსაყოფად. დაბრუნების წესი ამბობს, რომ პერიოდული ცხრილის გასწვრივ მარცხნიდან მარჯვნივ გადაადგილებისას, მეტი ენერგიაა საჭირო ელექტრონის გასაქრობად. ამიტომ, მარცხენა მხარეს მყოფი ელემენტები ელექტრონის დაკარგვას განიცდიან. პირიქით, ისინი, ვინც მარჯვენა მხარეს არიან განლაგებულნი, სურთ შეიძინონ იგი.

მოკლედ ჩამოვთვალეთ ქიმიის კანონები და ძირითადი ცნებები. რა თქმა უნდა, ეს მხოლოდ ზოგადი ინფორმაციაა. ერთი სტატიის ფარგლებში შეუძლებელია ასეთ სერიოზულ მეცნიერებაზე დეტალურად საუბარი. ქიმიის ძირითადი ცნებები და კანონები, რომლებიც შეჯამებულია ჩვენს სტატიაში, მხოლოდ საწყისი წერტილია შემდგომი შესწავლისთვის. მართლაც, ამ მეცნიერებაში ბევრი განყოფილებაა. არსებობს, მაგალითად, ორგანული და არაორგანული ქიმია. ამ მეცნიერების თითოეული განყოფილების ძირითადი ცნებები შეიძლება შესწავლილი იყოს ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში. მაგრამ ზემოთ მოყვანილი ზოგადი კითხვებია. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს არის ორგანული ქიმიის ძირითადი ცნებები, ისევე როგორც არაორგანული.

ქიმია ორგანული. მოლეკულური სტრუქტურა
ა. ნახშირბადის ქიმიური ბმები
ნახშირბადის ქიმიური ბუნება, შუალედური ლითონებსა და ტიპურ არამეტალებს შორის, საშუალებას აძლევს მას შექმნას კოვალენტური ბმები დიდი რაოდენობით ელემენტებთან, ყველაზე ხშირად წყალბადთან, ჟანგბადთან, აზოტთან, ჰალოგენებთან, გოგირდთან და ფოსფორთან. ნახშირბადი აყალიბებს უაღრესად იონურ ობლიგაციებს უფრო ელექტროდადებით ლითონებთან, მაგრამ ასეთი ნივთიერებები ძალიან რეაქტიულია და გამოიყენება როგორც შუალედური სინთეზში. ნახშირბად-ნახშირბადის ბმები ბუნებით კოვალენტურია და არის მარტივი (ერთჯერადი), ორმაგი, სამმაგი და არომატული.
(იხ. მოლეკულის სტრუქტურა).
არომატული სისტემები.ბენზოლი - არომატული ნაერთების კლასის წინაპარი - აქვს უნიკალური სტაბილურობა და შედის ქიმიურ რეაქციებში, რომლებიც განსხვავდება არაარომატული სისტემების რეაქციებისგან. არსებობს სხვა არომატული სისტემები, რომელთაგან ყველაზე გავრცელებულს აქვს p-ორბიტალები, რომლებიც ხელმისაწვდომია p-ბმა ბეჭდის თითოეულ ატომზე. მათი თვისებებით ასევე არომატულია ხუთწევრიანი რგოლის სისტემები ორი კონიუგირებული (ანუ ერთჯერადი) ორმაგი ბმით და მეხუთე ატომით, რომელსაც აქვს მარტოხელა წყვილი ელექტრონები. ქვემოთ მოცემულია ამ სისტემებიდან რამდენიმე:

არომატულობის ცნება განზოგადდა გერმანელმა ქიმიკოსმა ე. ჰუკელმა. ჰუკელის წესის მიხედვით, პლანშეტური ციკლური კონიუგირებული სისტემები 4n + 2 p-ელექტრონებით არის არომატული და სტაბილური, ხოლო იგივე სისტემები 4n p-ელექტრონებით ანტიარომატული და არასტაბილურია.
ციკლური სისტემების სტაბილურობა.ბმის კუთხე (ბმებს შორის კუთხე) დაუძაბუნებელ C-C-C ფრაგმენტში არის 109° და რგოლები, რომლებიც ინარჩუნებენ ამ მნიშვნელობას, უფრო სტაბილურია, ვიდრე ის, სადაც კუთხეები მნიშვნელოვნად იხრება ამ მნიშვნელობიდან. სტრესი, რომელიც წარმოიქმნება ციკლურ სისტემებში ბმის კუთხეების დამახინჯების შედეგად, ეწოდება ბაიერის დაძაბულობას - გერმანელი ქიმიკოსის ა.ბაიერის მიხედვით, რომელმაც პირველად შემოგვთავაზა ასეთი ახსნა გაჯერებული რგოლების მდგრადობის შესახებ. ამრიგად, სამწევრიან რგოლებში, სადაც კავშირის კუთხე მხოლოდ 60°-ია, რგოლები ძლიერად იჭიმება და ადვილად იშლება; მათი ზოგიერთი რეაქცია ჰგავს C=C ორმაგი ბმის რეაქციებს. ოთხწევრიანი რგოლები ასევე დაძაბულია (შეკავშირების კუთხე 90°), მაგრამ არც ისე ძლიერად. ხუთწევრიანი რგოლები თითქმის ბრტყელია და მათი კუთხეებია 108°; ამიტომ ისინი არასტრესული და სტაბილურია. ექვსწევრიან რგოლებში, როგორიცაა ციკლოჰექსანი, ნახშირბადის ატომები არ დევს ერთ სიბრტყეში; ასეთი ციკლები იკეცება, რაც ამცირებს რგოლის სტრესს. ხუთ და ექვსწევრიანი რგოლები ყველაზე გავრცელებულია. დიდ რგოლებს ასევე შეუძლიათ შეამცირონ კუთხოვანი დაძაბულობა ნაკეცების წარმოქმნით, მაგრამ ზოგიერთ მათგანში (შვიდიდან თორმეტწევრიან) წყალბადის ატომები რგოლის მოპირდაპირე მხარეს იმდენად უახლოვდებიან, რომ მათი მოგერიება კავშირს ნაკლებად სტაბილურს ხდის (Prelog სტრესი. , დაარქვეს შვეიცარიელი ქიმიკოსის W. Prelog-ის პატივსაცემად, რომელმაც აღმოაჩინა ეს ეფექტი).
ტავტომერიზმი.თუ მოლეკულა ან იონი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რამდენიმე სტრუქტურად, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდება მხოლოდ ელექტრონების განაწილებით, ამ სტრუქტურებს უწოდებენ რეზონანსულ ფორმებს, ხოლო რეზონანსული ფორმები ერთმანეთთან წონასწორობაში არ არის, უბრალოდ მოლეკულის რეალური ელექტრონული სტრუქტურაა. რაღაც ამ უკიდურესობებს შორის. თუმცა, არის სიტუაციები, როდესაც ატომები მოძრაობენ მოლეკულაში ჩვეულებრივ პირობებში ისე სწრაფად, რომ წონასწორობა სპონტანურად მყარდება სხვადასხვა მოლეკულურ ფორმებს შორის. ამ ფენომენს ტაუტომერიზმი ეწოდება. მაგალითი არის წონასწორობა კეტონსა და ენოლს შორის (კეტო-ენოლი ტავტომერიზმი):

აქ ორი ნაერთი განსხვავდება მხოლოდ წყალბადის კატიონისა და ელექტრონების წყვილის განლაგებით (p-ბმაში). წონასწორობა მყარდება სწრაფად, მაგრამ ძლიერად გადადის კეტო ფორმისკენ. ამიტომ, -C=C-OH სტრუქტურის მქონე ალკოჰოლები, როგორც წესი, არასტაბილურია და სწრაფად გარდაიქმნება კეტო ფორმაში, გარდა იმ შემთხვევისა, როდესაც არსებობს სტრუქტურული მახასიათებლები, რომლებიც ასტაბილურებს ენოლის ფორმას, მაგალითად, ფენოლებში, რომლებიც კარგავენ არომატულ ხასიათს, როდესაც გარდაიქმნება. კეტოს ფორმა:

ტავტომერიზმი ხშირია მოლეკულებში, რომლებსაც აქვთ სტრუქტურა -CH=X ან -C=XH, სადაც X არის S, O ან N. ამრიგად, H2C=C(NH2)-CH3 მოლეკულა სწრაფად გადაინაცვლებს H3C-C(=NH-მდე). )- CH3, და R-C(OH)=NH იმიდები გადანაწილდებიან R-C(=O)NH2 ამიდებად. ტაუტომერიზმი გავრცელებულია ისეთ ბიოლოგიურად მნიშვნელოვან ჰეტეროციკლურ სისტემებში, როგორიცაა ბარბიტური მჟავა და მასთან დაკავშირებული ნაერთები:

ასეთი ნივთიერებები ტავტომერულ წონასწორობაში ხშირად შედიან ორივე ფორმისთვის დამახასიათებელ რეაქციებში.
სხვა სწრაფი წონასწორობა.ასევე ცნობილია სხვა სწრაფი წონასწორობა მოლეკულებს შორის დაკავშირებული სტრუქტურებით. თუ OH, SH ან NH2 ჯგუფიდან რომელიმე ორი ნახშირბადის ატომზეა, ნაერთი ჩვეულებრივ არასტაბილურია ორმაგად შეკრულ ფორმასთან შედარებით:

არის შემთხვევები, როდესაც ეს წონასწორობა გადადის დიჰიდროქსი ნაერთზე. აირისებრ ფორმალდეჰიდს აქვს სტრუქტურა CH2=O, მაგრამ წყალხსნარში ის ამატებს წყლის მოლეკულას და იძენს HO-CH2-OH, როგორც დომინანტური ფორმა. ქლორალის ჰიდრატი Cl3CCH(OH)2 მდგრადია დიჰიდროქსილის სახით სამი ქლორის ატომის ელექტრონის გამომყვანი ეფექტის შედეგად.
B. ISOMERIA
ნახშირბადის ჯაჭვის იზომერიზმი.მოლეკულებს, რომლებიც განსხვავდებიან მხოლოდ ნახშირბადის ჯაჭვის განშტოებით, ეწოდება ჯაჭვის იზომერები. მაგალითი უკვე მოყვანილია - ეს არის n-ბუტანისა და იზობუტანის იზომერული წყვილი.
ფუნქციური ჯგუფების იზომერიზმი.მოლეკულები იგივე მთლიანი ფორმულებით, მაგრამ განსხვავებული ფუნქციური ჯგუფებით არის ფუნქციური იზომერები, მაგალითად, ეთილის სპირტი C2H5OH და დიმეთილის ეთერი CH3-O-CH3.
პოზიციის იზომერიზმი.პოზიციურ იზომერებს აქვთ იგივე მთლიანი ფორმულები და ფუნქციური ჯგუფები, მაგრამ ფუნქციური ჯგუფების პოზიციები მათ მოლეკულებში განსხვავებულია. ამრიგად, 1-ქლოროპროპანი CH3CH2CH2Cl და 2-ქლოროპროპანი CH3CHClCH3 არის პოზიციური იზომერები.
გეომეტრიული იზომერიზმი.გეომეტრიული იზომერები შედგება იდენტური ატომებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია იმავე თანმიმდევრობით, მაგრამ განსხვავდებიან ამ ატომების სივრცითი განლაგებით ორმაგ ბმებთან ან რგოლებთან შედარებით. ამ ტიპისაა ოლეფინების ცის-ტრანს იზომერიზმი და ოქსიმების სინ-ანტიიზომერიზმი.

ოპტიკური იზომერიზმი.მოლეკულებს უწოდებენ ოპტიკურ იზომერებს, როდესაც ისინი შედგებიან იდენტური ატომებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია იმავე გზით, მაგრამ განსხვავდებიან ამ ატომების სივრცით განლაგებით ისევე, როგორც მარჯვენა ხელი განსხვავდება მარცხენასგან. ასეთი იზომერიზმი შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როცა მოლეკულა ასიმეტრიულია, ე.ი. როდესაც მას არ აქვს სიმეტრიის სიბრტყე. ამ სიტუაციაში მოხვედრის უმარტივესი გზაა ნახშირბადის ატომზე ოთხი განსხვავებული ჯგუფის მიმაგრება. შემდეგ მოლეკულა ხდება ასიმეტრიული და არსებობს ორი იზომერული ფორმით. მოლეკულები განსხვავდებიან მხოლოდ ნახშირბადის ცენტრალურ ატომთან მიმაგრების თანმიმდევრობით, რომელსაც ეწოდება ნახშირბადის ასიმეტრიული ატომი ან ქირალური ცენტრი, რადგან ის დაკავშირებულია ოთხ განსხვავებულ ჯგუფთან. გაითვალისწინეთ, რომ ორი ოპტიკური იზომერი ერთმანეთის სარკისებური გამოსახულებაა; მათ უწოდებენ "ენანტიომერებს" ან "ოპტიკურ ანტიპოდებს" და აქვთ იგივე ფიზიკური და ქიმიური თვისებები, გარდა იმისა, რომ ისინი ბრუნავენ პოლარიზებული სინათლის სიბრტყეს საპირისპირო მიმართულებით და განსხვავებულად რეაგირებენ ნაერთებთან, რომლებიც თავად არიან ოპტიკური იზომერები. იზომერს, რომელიც ბრუნავს პოლარიზებული სინათლის სიბრტყეს საათის ისრის მიმართულებით, ეწოდება d- („დექსტროდან“ - მარჯვნივ) ან (+)-იზომერი; იზომერს, რომელიც ბრუნავს სინათლის საათის ისრის საწინააღმდეგოდ, ეწოდება l- (მარცხნიდან - მარცხნივ) ან (-)-იზომერი. როდესაც მოლეკულაში არის ერთზე მეტი ასიმეტრიული ცენტრი, ოპტიკური იზომერების მაქსიმალური შესაძლო რაოდენობა არის 2n, სადაც n არის ასიმეტრიული ცენტრების რაოდენობა. ზოგჯერ ამ იზომერებიდან ზოგიერთი იდენტურია და ეს ამცირებს ოპტიკური იზომერების რაოდენობას. ამრიგად, მეზოიზომერები არის ოპტიკური იზომერები, რომლებიც ოპტიკურად არააქტიურია, რადგან მათ აქვთ სიმეტრიის სიბრტყე. ოპტიკურ იზომერებს, რომლებიც არ არის სარკისებური გამოსახულება, ეწოდება "დიასტერეომერები"; ისინი განსხვავდებიან ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით ისევე, როგორც გეომეტრიული იზომერები განსხვავდებიან მათში. ეს განსხვავებები შეიძლება ილუსტრირებული იყოს სწორი ჯაჭვის ექვსნახშირბადიანი შაქრით, რომელსაც აქვს შემდეგი სტრუქტურა: CH2OH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-CHO. აქ ოთხი ასიმეტრიული ატომები, რომლებიც ვარსკვლავით არის მონიშნული, თითოეული დაკავშირებულია ოთხ განსხვავებულ ჯგუფთან; ამრიგად, შესაძლებელია 24 ან 16 იზომერი. ეს 16 იზომერი ქმნის ენანტიომერების 8 წყვილს; ნებისმიერი წყვილი, რომელიც არ არის ენანტიომერები, არის დიასტერეომერები. ამ 16 შაქრიდან ექვსი ქვემოთ მოცემულია ე.წ. ფიშერის პროგნოზები.

ენანტიომერებისთვის D- და L- აღნიშვნები არ ეხება ბრუნვის მიმართულებას (აღნიშნულია d ან l), არამედ OH-ის პოზიციას ყველაზე დაბალ (ფიშერის პროექციაში) ასიმეტრიულ ნახშირბადზე: როდესაც OH არის მარჯვნივ, იზომერი აღინიშნება როგორც D, როდესაც მარცხნივ, გლუკოზის L. D - და L-ფორმებს აქვთ იგივე დნობის წერტილები, ხსნადობა და ა.შ. თავის მხრივ, გლუკოზას და გალაქტოზას, როგორც დიასტერეომერებს, აქვთ სხვადასხვა დნობის წერტილი, ხსნადობა და ა.შ.

კოლიერის ენციკლოპედია. - ღია საზოგადოება. 2000 .

ნახეთ, რა არის "ორგანული ქიმია. მოლეკულური სტრუქტურა" სხვა ლექსიკონებში:

კოლიერის ენციკლოპედია

ქიმიის ფილიალი, რომელიც შეისწავლის ნახშირბადის ნაერთებს, რომლებიც მოიცავს, პირველ რიგში, ნივთიერებებს, რომლებიც ქმნიან ცოცხალი ნივთიერების უმეტეს ნაწილს (ცილები, ცხიმები, ნახშირწყლები, ნუკლეინის მჟავები, ვიტამინები, ტერპენები, ალკალოიდები და ა.შ.); მეორეც, ბევრი ნივთიერება, ... ... კოლიერის ენციკლოპედია

ამ ტერმინს სხვა მნიშვნელობა აქვს, იხილეთ ქიმია (მნიშვნელობები). ქიმია (არაბულიდან کیمياء‎‎, რომელიც სავარაუდოდ წარმოიშვა ეგვიპტური სიტყვიდან km.t (შავი), საიდანაც ეგვიპტის სახელი, შავი მიწა და ტყვია „შავი ... ... ვიკიპედია.

მოლეკულური ელექტრონიკა

1965 წელს, კომპიუტერული ეპოქის გარიჟრაჟზე, გორდონ მურმა, Fairchild Semiconductors-ის კვლევის დირექტორმა, იწინასწარმეტყველა, რომ ტრანზისტორების რაოდენობა ჩიპზე ყოველწლიურად გაორმაგდება. გავიდა 35 წელი და მურის კანონი კვლავ მოქმედებს. მართალია, დროთა განმავლობაში, მიკროელექტრონული წარმოების პრაქტიკამ მასში მცირე ცვლილება შეიტანა: დღეს ითვლება, რომ ტრანზისტორების რაოდენობის გაორმაგება ხდება ყოველ 18 თვეში ერთხელ. ზრდის ეს შენელება გამოწვეულია მიკროჩიპის არქიტექტურის სირთულით. და მაინც, სილიკონის ტექნოლოგიისთვის, მურის პროგნოზი სამუდამოდ ვერ გაგრძელდება.

მაგრამ არსებობს კიდევ ერთი, ფუნდამენტური შეზღუდვა „მურის კანონში“. ჩიპზე ელემენტების სიმკვრივის ზრდა მიიღწევა მათი ზომის შემცირებით. დღესაც პროცესორის ელემენტებს შორის მანძილი შეიძლება იყოს 0,13x10-6 მეტრი (ე.წ. 0,13 მიკრონი ტექნოლოგია). როდესაც ტრანზისტორების ზომები და მათ შორის მანძილი რამდენიმე ათეულ ნანომეტრს მიაღწევს, ძალაში შევა ეგრეთ წოდებული ზომის ეფექტები - ფიზიკური ფენომენი, რომელიც მთლიანად არღვევს ტრადიციული სილიკონის მოწყობილობების მუშაობას. გარდა ამისა, საველე ეფექტის ტრანზისტორებში დიელექტრიკის სისქის შემცირებით, იზრდება მასში ელექტრონების გავლის ალბათობა, რაც ასევე ხელს უშლის მოწყობილობების ნორმალურ მუშაობას.

მუშაობის გაუმჯობესების კიდევ ერთი გზაა სილიციუმის ნაცვლად სხვა ნახევარგამტარების გამოყენება, როგორიცაა გალიუმის არსენიდი (GaAs). ამ მასალაში ელექტრონების უფრო მაღალი მობილურობის გამო, შესაძლებელია მოწყობილობების სიჩქარის გაზრდა სიდიდის ბრძანებით. თუმცა, გალიუმის არსენიდზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე სილიკონის. ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ ბოლო ორი ათწლეულის განმავლობაში მნიშვნელოვანი თანხები ჩაიდო GaA-ების შესწავლაში, მასზე დაფუძნებული ინტეგრირებული სქემები ძირითადად გამოიყენება სამხედრო სფეროში. აქ მათი მაღალი ღირებულება კომპენსირდება ენერგიის დაბალი მოხმარებით, მაღალი სიჩქარით და რადიაციის წინააღმდეგობით. თუმცა, GaAs-ზე დაფუძნებული მოწყობილობების განვითარება რჩება შეზღუდვებს, როგორც ფუნდამენტური ფიზიკური პრინციპების, ასევე წარმოების ტექნოლოგიის გამო.

სწორედ ამიტომ დღეს მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვადასხვა დარგის სპეციალისტები ეძებენ მიკროელექტრონიკის შემდგომი განვითარების ალტერნატიულ გზებს. პრობლემის გადაჭრის ერთ-ერთ გზას გვთავაზობს მოლეკულური ელექტრონიკა.

მოლეკულური ელექტრონიკა - მომავლის ტექნოლოგია.

მოლეკულური მასალებისა და ცალკეული მოლეკულების ელექტრონიკის აქტიურ ელემენტებად გამოყენების შესაძლებლობა დიდი ხანია მიიპყრო მეცნიერების სხვადასხვა დარგის მკვლევართა ყურადღება. თუმცა, მხოლოდ ცოტა ხნის წინ, როდესაც ნახევარგამტარული ტექნოლოგიის პოტენციური შესაძლებლობების საზღვრები პრაქტიკულად შესამჩნევი გახდა, ელექტრონიკის ძირითადი ელემენტების აგების მოლეკულური იდეოლოგიისადმი ინტერესი გადავიდა აქტიური და მიზანმიმართული კვლევის მეინსტრიმში, რომელიც დღეს გახდა ერთ-ერთი. ელექტრონიკის ყველაზე მნიშვნელოვანი და პერსპექტიული სამეცნიერო და ტექნიკური სფეროები.

ელექტრონიკის განვითარების შემდგომი პერსპექტივები დაკავშირებულია მოწყობილობების შექმნასთან, რომლებიც იყენებენ კვანტურ ფენომენებს, რომლებშიც ანგარიში უკვე მიდის ელექტრონების ერთეულებზე. ბოლო დროს ფართოდ განხორციელდა ხელოვნურად შექმნილი დაბალგანზომილებიანი სტრუქტურების თეორიული და ექსპერიმენტული კვლევები; კვანტური ფენები, მავთულები და წერტილები. მოსალოდნელია, რომ ამ სისტემებში დაფიქსირებულმა სპეციფიკურმა კვანტურმა ფენომენებმა შეიძლება შექმნას საფუძველი ფუნდამენტურად ახალი ტიპის ელექტრონული მოწყობილობების შესაქმნელად.

კვანტურ დონეზე გადასვლა უდავოდ ახალი, მნიშვნელოვანი ეტაპია ელექტრონიკის განვითარებაში, ვინაიდან საშუალებას გაძლევთ სამუშაოდ წახვიდეთ თითქმის ერთ ელექტრონებთან და შექმნათ მეხსიერების ელემენტები, რომლებშიც ერთი ელექტრონი შეიძლება შეესაბამებოდეს ერთ ბიტ ინფორმაციას. თუმცა ხელოვნური კვანტური სტრუქტურების შექმნა ძალიან რთული ტექნოლოგიური ამოცანაა. ბოლო დროს აშკარა გახდა, რომ ასეთი სტრუქტურების დანერგვა დაკავშირებულია დიდ ტექნოლოგიურ სირთულეებთან თუნდაც ცალკეული ელემენტების შექმნისას და გადაულახავი სირთულეები წარმოიქმნება მრავალმილიონიანი ელემენტებით ჩიპების შექმნისას. ამ სიტუაციიდან გამოსავალი, მრავალი მკვლევარის აზრით, არის გადასვლა ახალ ტექნოლოგიაზე - მოლეკულურ ელექტრონიკაზე.

ცალკეული მოლეკულების მიკროელექტრონიკის აქტიურ ელემენტებად გამოყენების ფუნდამენტური შესაძლებლობა გამოთქვა ფეინმანმა ჯერ კიდევ 1957 წელს. მოგვიანებით მან აჩვენა, რომ კვანტური მექანიკის კანონები არ წარმოადგენს დაბრკოლებას ატომური ზომის ელექტრონული მოწყობილობების შესაქმნელად, თუ ინფორმაციის ჩაწერის სიმკვრივე არ აღემატება 1 ბიტს/ატომს. თუმცა, მხოლოდ კარტერისა და ავირამის ნამუშევრების მოსვლასთან ერთად, მათ დაიწყეს საუბარი მოლეკულურ ელექტრონიკაზე, როგორც ახალ ინტერდისციპლინურ დარგზე, მათ შორის ფიზიკაზე, ქიმიაზე, მიკროელექტრონიკაზე და კომპიუტერულ მეცნიერებაზე, და რომელიც მიზნად ისახავდა მიკროელექტრონიკის გადატანას ახალ ელემენტურ ბაზაზე - მოლეკულურში. ელექტრონული მოწყობილობები.

ეს ნამდვილად გვთავაზობს ანალოგიას ზუსტი დროის მოწყობილობების განვითარების ისტორიასთან, რომლებიც გადავიდნენ მექანიკური ქრონომეტრებიდან სხვადასხვა ტიპის ქანქარის გამოყენებით, კვარცის საათების მეშვეობით, რომლებიც დაფუძნებულია მყარი მდგომარეობის რეზონანსებზე, და ბოლოს, დღეს ყველაზე ზუსტი საათები იყენებენ ამიაკის ინტრამოლეკულურ ეფექტებს. მოლეკულები და ა.შ. ანალოგიურად ვითარდება ელექტრონიკა, რომელიც გადავიდა მექანიკური ელექტრომაგნიტური რელეებიდან და ვაკუუმური მილებიდან მყარი მდგომარეობის ტრანზისტორებსა და მიკროსქემებამდე და დღეს ის მივიდა იმ ზღურბლამდე, რომლის მიღმაც დგას მოლეკულური ტექნოლოგიის სფერო.

შემთხვევითი არ არის, რომ ძირითადი ყურადღება მოლეკულურ სისტემებზე იყო ორიენტირებული. პირველი, მოლეკულა არის იდეალური კვანტური სტრუქტურა, რომელიც შედგება ცალკეული ატომებისგან, რომლის გასწვრივ ელექტრონების მოძრაობა განისაზღვრება კვანტური ქიმიური კანონებით და არის მინიატურიზაციის ბუნებრივი ზღვარი. მოლეკულური ტექნოლოგიის კიდევ ერთი, არანაკლებ მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ის, რომ ასეთი კვანტური სტრუქტურების შექმნას დიდად უწყობს ხელს ის, რომ მათ შექმნას ეფუძნება თვითშეკრების პრინციპი. ატომებისა და მოლეკულების უნარი გარკვეულ პირობებში სპონტანურად გაერთიანდნენ წინასწარ განსაზღვრულ მოლეკულურ წარმონაქმნებში არის მიკროსკოპული კვანტური სტრუქტურების ორგანიზების საშუალება; მოლეკულებთან მოქმედება წინასწარ განსაზღვრავს მათი შექმნის გზას. ეს არის მოლეკულური სისტემის სინთეზი, რომელიც არის შესაბამისი მოწყობილობების თვითშეკრების პირველი აქტი. ეს მიიღწევა აწყობილი ანსამბლების იდენტურობას და, შესაბამისად, ელემენტების ზომების იდენტურობას და, შესაბამისად, კვანტური პროცესების მიმდინარეობის და მოლეკულური მოწყობილობების ფუნქციონირების საიმედოობასა და ეფექტურობას.

მიკროელექტრონიკაში მოლეკულური მიდგომის განვითარების თავიდანვე ღია რჩებოდა საკითხი მოლეკულური ელექტრონული მოწყობილობების ფუნქციონირების ფიზიკური პრინციპების შესახებ. ამიტომ, ძირითადი ძალისხმევა მიმართული იყო მათ ძიებაზე, ძირითადი ყურადღება დაეთმო ცალკეულ მოლეკულებს ან მოლეკულურ ანსამბლებს. ამ მიმართულებით სამუშაოების დიდი რაოდენობის მიუხედავად, მოლეკულური მოწყობილობების პრაქტიკული განხორციელება ჯერ კიდევ არ არის დასრულებული. ამის ერთ-ერთი მიზეზი ის არის, რომ, განსაკუთრებით მოლეკულური ელექტრონიკის ფორმირების საწყის პერიოდში, დიდი აქცენტი გაკეთდა ცალკეული მოლეკულების მუშაობაზე, ბისტაბილური მოლეკულების ძიებასა და შექმნაზე, რომლებიც ასახავს გამომწვევ თვისებებს. რა თქმა უნდა, ეს მიდგომა ძალიან მიმზიდველია მინიატურიზაციის თვალსაზრისით, მაგრამ მცირე შანსს ტოვებს, რომ მოლეკულური ელექტრონული მოწყობილობების შექმნა უახლოეს მომავალში შეიძლება.

მიკროელექტრონიკაში ახალი მიდგომის შემუშავება მოითხოვს მთელი რიგი პრობლემის გადაჭრას სამ ძირითად მიმართულებაში: ელექტრონული მოწყობილობების ფუნქციონირების ფიზიკური პრინციპების შემუშავება; ახალი მოლეკულების სინთეზი, რომლებსაც შეუძლიათ ინფორმაციის შენახვა, გადაცემა და ტრანსფორმირება; მოლეკულების სუპრამოლეკულურ ანსამბლად ან მოლეკულურ ელექტრონულ მოწყობილობად მოლეკულების ორგანიზების მეთოდების შემუშავება.

ამჟამად ინტენსიური ძიება მიმდინარეობს მოლეკულური ელექტრონიკის განვითარების კონცეფციებისა და ფუნქციონირების ფიზიკური პრინციპების შესახებ და მუშავდება ძირითადი ელემენტების აგების საფუძვლები. მოლეკულური ელექტრონიკა ხდება მეცნიერების ახალი ინტერდისციპლინარული სფერო, რომელიც აერთიანებს მყარი მდგომარეობის ფიზიკას, მოლეკულურ ფიზიკას, ორგანულ და არაორგანულ ქიმიას და მიზნად ისახავს ელექტრონული მოწყობილობების ახალ ელემენტურ ბაზაზე გადატანას. დასახული ამოცანების გადასაჭრელად და ცოდნის სხვადასხვა დარგში მომუშავე მკვლევარების ძალისხმევის კონცენტრირებისთვის, ყველა ინდუსტრიულ ქვეყანაში იქმნება მოლეკულური ელექტრონიკის ცენტრები, ერთობლივი ლაბორატორიები, იმართება საერთაშორისო კონფერენციები და სემინარები.

ახლა, როგორც ჩანს, და უახლოეს მომავალში, ძნელია საუბარი მოლეკულური ელექტრონული მოწყობილობების შექმნაზე, რომლებიც მუშაობენ ცალკეული მოლეკულების ფუნქციონირების საფუძველზე, მაგრამ ჩვენ ნამდვილად შეგვიძლია ვისაუბროთ მოლეკულური სისტემების გამოყენებაზე, რომლებშიც ინტრამოლეკულური ეფექტებია. მაკროსკოპული გამოვლინება. ასეთ მასალებს შეიძლება ეწოდოს "ინტელექტუალური მასალები". „ინტელექტუალური მასალების“ შექმნის ეტაპი, ე.ი. ფუნქციური მოლეკულური ელექტრონიკის ეტაპი, ელექტრონიკის განვითარების ბუნებრივი და აუცილებელი პერიოდი, არის განსაზღვრული ეტაპი ნახევარგამტარიდან მოლეკულურ ტექნოლოგიაზე გადასვლისას. მაგრამ შესაძლებელია, რომ ეს პერიოდი იმაზე გრძელი იყოს, ვიდრე ახლა ვფიქრობთ. უფრო რეალისტური ჩანს, განსაკუთრებით მოლეკულური ელექტრონიკის განვითარების პირველ ეტაპზე, მოლეკულური სისტემების მაკროსკოპული თვისებების გამოყენება, რაც განისაზღვრება ცალკეული მოლეკულური ანსამბლების დონეზე მომხდარი სტრუქტურული რეორგანიზაციებით. ასეთი ელექტრონული მოწყობილობების ფუნქციონირების ფიზიკურმა პრინციპმა უნდა მოხსნას განზომილებიანი შეზღუდვები, სულ მცირე, დიდი მოლეკულური წარმონაქმნების ზომამდე. ელექტრონიკის თვალსაზრისით და მოლეკულური მოწყობილობების მათი ნახევარგამტარული კოლეგებთან დამაგრების პოტენციური შესაძლებლობის გათვალისწინებით, სასურველია მოლეკულურ სისტემებთან გამკლავება, რომლებიც ცვლიან ელექტროგამტარობას გარე გავლენის ქვეშ, ძირითადად ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.

მოლეკულური ელექტრონიკის იდეები არ მცირდება ნახევარგამტარული ტრანზისტორის მოლეკულურით მარტივი ჩანაცვლებით, თუმცა ეს კონკრეტული პრობლემაც მოგვარდება. თუმცა, მთავარი მიზანია რთული მოლეკულური სისტემების შექმნა, რომლებიც ერთდროულად განახორციელებენ რამდენიმე განსხვავებულ ეფექტს, რომლებიც ასრულებენ რთულ ამოცანას. ბუნებრივია, უპირველეს ყოვლისა, ამ ტიპის ამოცანებს შორის შევიტანოთ უნივერსალური მეხსიერების ელემენტის შექმნის ამოცანა, როგორც ნებისმიერი საინფორმაციო-გამოთვლითი მოწყობილობის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი. აშკარად ჩანს, რომ მოლეკულური ელექტრონიკის პოტენციალი უფრო მეტად გამოვლინდება ნეირონებისა და მათ დამაკავშირებელი ელექტროაქტიური სინაფსებისგან შემდგარი ნერვული ქსელების შექმნისას. ხელოვნური ნეირონების მოლეკულური ელექტრონიკის საშუალებით, ერთ ქსელში ჩართული სხვადასხვა ტიპის სენსორების შექმნა, გზას გაუხსნის ნეიროკომპიუტერულ იდეოლოგიას თანდაყოლილი ყველა პოტენციალის რეალიზებას, საშუალებას მისცემს შექმნას ფუნდამენტურად ახალი ტიპის ინფორმაცია და გამოთვლითი სისტემები და მიუახლოვდნენ ხელოვნური ინტელექტის შექმნის პრობლემის გადაჭრას.

ბაქტერიოროდოპსინი: სტრუქტურა და ფუნქციები.

მოლეკულური ელექტრონიკა განისაზღვრება, როგორც ინფორმაციის კოდირება (ჩაწერა), დამუშავება და ამოცნობა (წაკითხვა) მოლეკულურ და მაკრომოლეკულურ დონეზე. მოლეკულური დაახლოების მთავარი უპირატესობა მდგომარეობს მოლეკულური დიზაინისა და მოწყობილობების წარმოების შესაძლებლობაში "ქვემოდან ზემოდან", ე.ი. ატომი ატომით ან ფრაგმენტით ფრაგმენტით, მოწყობილობების პარამეტრები განისაზღვრება ორგანული სინთეზით და გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდებით. მოლეკულური ელექტრონიკის ორი კარგად აღიარებული უპირატესობა არის მოწყობილობის ზომის მნიშვნელოვანი შემცირება და კარიბჭის გავრცელების შეფერხება.

ბიოელექტრონიკა, რომელიც არის მოლეკულური ელექტრონიკის ფილიალი, იკვლევს ბიოპოლიმერების, როგორც მოდულების გამოყენების შესაძლებლობას, რომლებიც კონტროლდება სინათლის ან ელექტრული იმპულსებით კომპიუტერულ და ოპტიკურ სისტემებში. ძირითადი მოთხოვნა სავარაუდო კანდიდატებისთვის ბიოპოლიმერების დიდ ოჯახს შორის არის ის, რომ მათ შექცევადად უნდა შეცვალონ სტრუქტურა გარკვეული ფიზიკური ზემოქმედების საპასუხოდ და წარმოქმნან მინიმუმ ორი დისკრეტული მდგომარეობა, რომლებიც განსხვავდებიან ადვილად გაზომვადი ფიზიკური მახასიათებლებით (მაგალითად, სპექტრული პარამეტრები).

ამ მხრივ მნიშვნელოვანი ინტერესია ცილები, რომელთა ძირითადი ფუნქცია დაკავშირებულია სინათლის ენერგიის ქიმიურ ენერგიად გადაქცევასთან სხვადასხვა ფოტოსინთეზურ სისტემაში. მათ შორის ყველაზე სავარაუდო კანდიდატია სინათლეზე დამოკიდებული პროტონული ტუმბო - ბაქტერიოროდოფსინი (BR) ჰალოფილური მიკროორგანიზმისგან. Halobacterium salinarum(ადრე Halobacterium halobium), აღმოაჩინეს 1971 წელს.

ბაქტერიოროდოპსინი, ბადურის შემცველი პროტონების ტრანსპორტირების გენერატორი, არის 248 ამინომჟავის ტრანსმემბრანული ცილა, მოლეკულური მასით 26 kDa, რომელიც აღწევს მემბრანაში შვიდი სახით. ა- სპირალები; ნ- და პოლიპეპტიდური ჯაჭვის C-ტერმინალები განლაგებულია ციტოპლაზმური მემბრანის მოპირდაპირე მხარეს: N-ბოლო მიმართულია გარედან და C- ბოლო - უჯრედის შიგნით (ნახ. 1, 2).

ნახ.1.BR მოდელი მეორადი სტრუქტურის ელემენტებში. ამინომჟავები იზოლირებულია
მონაწილეობს პროტონების ტრანსპორტირებაში: ასპარტინის მჟავის ნარჩენები წრეებში,
კვადრატული არგინინის ნარჩენი. Lys-216 (K-216)-თან ერთად იქმნება შიფის ბაზა (SB).
ისარი აჩვენებს პროტონის ტრანსპორტირების მიმართულებას.

ქრომოფორი BR - პროტონირებული ბადურის ალდიმინით ა- ნარჩენების ამინო ჯგუფი Lys-216მდებარეობს მოლეკულის ჰიდროფობიურ ნაწილში. ფოტოციკლის დროს სინათლის კვანტის შეწოვის შემდეგ, ბადურა იზომერირდება ყველა-ევ 13Z-ფორმა. ქრომოფორის ცილოვანი მიკროგარემო შეიძლება ჩაითვალოს რეცეპტორად, რომელსაც აქვს სუბსტრატის სპეციფიკა. ყველა-E/13Z-ბადურა, რომელიც აკატალიზებს ამ იზომერიზაციას ოთახის ტემპერატურაზე. გარდა ამისა, ზოგიერთი ამინომჟავა პასუხისმგებელია იზომერიზაციების ჩახშობაზე, გარდა ყველა-E/13Zმაგალითად, საწყისი ყველა-E- 7Z-, 9Z-, 11Z-მდე- ბადურა. პოლიპეპტიდური ჯაჭვის დანარჩენი ნაწილი უზრუნველყოფს პროტონის სატრანსპორტო არხს ან იცავს ფოტოქრომული შიდა ჯგუფს გარემოს გავლენისგან.

ქრომოფორის მოლეკულის მიერ სინათლის კვანტის შთანთქმის შემდეგ BR პოლიპეპტიდური ჯაჭვის მიერ წარმოქმნილი მეორადი სტრუქტურის ელემენტების ურთიერთ ტოპოგრაფია იცვლება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება არხი ციტოპლაზმიდან გარე გარემოში პროტონების ტრანსმემბრანული გადაცემისთვის. თუმცა, სინათლეზე დამოკიდებული ტრანსპორტის მოლეკულური მექანიზმი ჯერ კიდევ უცნობია.

ნახ.2.BR Seven-ის სამგანზომილებიანი (სივრცითი) სტრუქტურის სქემატური მოდელიახვეული ქმნიან ქრომოფორის ღრუს და ტრანსმემბრანულ პროტონული გადაცემის არხს.

BR შეიცავს უჯრედის მემბრანაში H. salinarum- ჰალოფილური არქებაქტერიები, რომლებიც ცხოვრობენ და მრავლდებიან მარილიან ჭაობებში და ტბებში, სადაც NaCl-ის კონცენტრაცია შეიძლება აღემატებოდეს 4 მ-ს, რაც 6-ჯერ მეტია, ვიდრე ზღვის წყალში. ~ 0,6 მ). ეს უნიკალური ცილა მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს ვიზუალურ ცილას როდოპსინს, თუმცა მათი ფიზიოლოგიური ფუნქციები განსხვავებულია. მიუხედავად იმისა, რომ ვიზუალური როდოპსინი მოქმედებს, როგორც პირველადი ფოტორეცეპტორი, რომელიც უზრუნველყოფს ბნელ ხედვას ხერხემლიანთა უმეტესობას, BR-ის ფიზიოლოგიური როლი არის საშუალება ჰალობაქტერიებს იმოქმედონ როგორც ფაკულტატური ანაერობები, როდესაც გარემოში ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევა დაბალია. ცილა ფუნქციონირებს როგორც სინათლეზე დამოკიდებული პროტონული ტუმბო, რომელიც უზრუნველყოფს პროტონების ელექტროქიმიური გრადიენტის წარმოქმნას უჯრედის მემბრანის ზედაპირზე, რაც, თავის მხრივ, ემსახურება ენერგიის შენახვას. გრადიენტის მიერ შესრულებული პირველადი სამუშაო არის ATP-ის სინთეზი ანაერობული (ფოტოსინთეზური) ფოსფორილირების გზით და, ამ შემთხვევაში, არის კლასიკური მაგალითი მიტჩელის ქიმიოსმოტური ჰიპოთეზის ოქსიდაციური ფოსფორილირების შესახებ. როდესაც არ არის შუქი და ჟანგბადის ნაწილობრივი წნევა მაღალია, ბაქტერიები უბრუნდებიან აერობულ ოქსიდაციურ ფოსფორილირებას.
უჯრედები H. salinarumასევე შეიცავს ორ ე.წ სენსორულ როდოპსინს ( SR I და SR II), რომლებიც უზრუნველყოფენ დადებით და უარყოფით ფოტოტაქსის. იკითხება სხვადასხვა ტალღის სიგრძე SR I და SR IIროგორც დეტექტორის მოლეკულები, რაც იწვევს სიგნალების კასკადს, რომელიც აკონტროლებს ბაქტერიის ფლაგელალურ ძრავას. სინათლის აღქმის ამ ელემენტარული პროცესის დახმარებით მიკროორგანიზმები დამოუკიდებლად გადადიან შესაფერისი სპექტრული შემადგენლობის შუქზე. გარდა ამისა, უჯრედებს აქვთ ჰალოროდოპსინი (GH), რომელიც არის სინათლეზე დამოკიდებული იონური ტუმბო კლ–. მისი მთავარი ფუნქციაა უჯრედში ქლორიდის იონების გადატანა, რომლებსაც მუდმივად კარგავს ბაქტერია, BR-ის მიერ შექმნილი ელექტრული ველის მოქმედებით შიგნიდან გარე მიმართულებით გადაადგილებით. GR-ის მოქმედების მექანიზმი გაურკვეველია. ვარაუდობენ, რომ კლ- უკავშირდება პროტონირებული შიფის ფუძის დადებითად დამუხტულ მეოთხეულ აზოტს და ბადურის იზომერიზაციას ყველა- E-ში 13Z-ფორმა გამოწვეულია ამ აზოტის გადაადგილებით მასზე მიმაგრებულ იონთან კლ- შეყვანიდან გამოსავალამდე კლ- - გამტარი ბილიკი.

ნახ.3.მეწამული გარსის მონაკვეთი (ზედა ხედი).

BR ლოკალიზებულია უჯრედის მემბრანების მიდამოებში H. salinarumმეწამული მემბრანების (PM) სახით, რომლებიც ქმნიან ორგანზომილებიან კრისტალებს ექვსკუთხა გისოსებით. ეს ადგილები შეიცავს თავად ცილას, ზოგიერთ ლიპიდს, კაროტინოიდს და წყალს (ნახ. 3). ისინი, როგორც წესი, ოვალური ან მრგვალი ფორმისაა, საშუალო დიამეტრით დაახლოებით 0,5 მიკრონი და შეიცავს დაახლოებით 25 % ლიპიდები და 75 % ციყვი. PM მდგრადია მზის, ჟანგბადის, ტემპერატურის მიმართ მეტი 80ºC(წყალში) რომ 140ºC(მშრალი), pHსაწყისი 0 ადრე 12 მაღალი იონური სიძლიერე (3 M NaClპროტეაზების უმეტესობის მოქმედებით, მგრძნობიარეა პოლარული ორგანული გამხსნელების წყალთან ნარევების მიმართ, მაგრამ მდგრადია არაპოლარული გამხსნელების მიმართ, როგორიცაა ჰექსანი. დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს პოლიმერულ მატრიცებში PM-ის ჩანერგვის არსებულ შესაძლებლობას ფოტოქიმიური თვისებების დაკარგვის გარეშე.

შუქით გამოწვეული პროტონის ტრანსპორტს თან ახლავს მთელი რიგი ციკლური სპექტრული ცვლილებები BR-ში, რომელთა მთლიანობას ფოტოციკლი ეწოდება (ნახ. 4). ოცდაათწლიანმა კვლევამ გამოიწვია ფოტოციკლის საკმაოდ დეტალური გაგება, მაგრამ პროტონის ტრანსპორტირების დეტალები ჯერ კიდევ შესწავლილია.

BR-ის ფოტოქიმიური ციკლი შედგება ცალკეული შუალედური ნივთიერებებისგან, რომელთა იდენტიფიცირება შესაძლებელია როგორც შთანთქმის მაქსიმუმებით, ასევე ფორმირებისა და დაშლის კინეტიკით. სურათი 4 გვიჩვენებს BR ფოტოციკლის გამარტივებულ მოდელს.

ნახ.4.ფოტოციკლი BR.

ფოტოქიმიური და თერმული ეტაპები ნაჩვენებია, შესაბამისად, სქელი და თხელი ისრების სახით. ვერტიკალური სიმბოლოები მიუთითებს ყველა-ბადურის E-კონფორმაცია (შუალედური ბდა შესახებ), ირიბი სიმბოლოები - 13Z-კონფორმაციამდე. სიბნელეში BR იქცევა 1:1 ნარევად დდა ბ, ამ ნარევს ჰქვია მუქი ადაპტირებული BR. როდესაც BR არის განათებული, ხდება სინათლის ადაპტაცია, ე.ი. გადასვლა ძირითად მდგომარეობაზე ბ. იქიდან იწყება ფოტოციკლი, რაც იწვევს პროტონის მემბრანის გადატანას. გადასვლის დროს ლრომ მგრძელდება დაახლოებით 40 μs, შიფის ფუძე დეპროტონირებულია და Asp85 პროტონირებული ხდება. იქიდან პროტონი მიდის პროტონული არხის უჯრედგარე ნაწილის გარეთ. გადასვლის დროს მრომ ნალდიმინი რეპროტონირებულია. Asp96 ნარჩენი მოქმედებს როგორც პროტონის დონორი. Asp96 რეპროტონირებულია ციტოპლაზმური პროტონის ნახევარარხის მეშვეობით. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა ტრანსფორმაცია შუალედებს შორის შექცევადია, გადასვლა MIრომ MIIითვლება, რომ ეს არის მთავარი შეუქცევადი ნაბიჯი ფოტოციკლში. ამ გადასვლისას შიფის ფუძის აზოტი მიუწვდომელი ხდება პროტონული არხის უჯრედგარე ნაწილისთვის, მაგრამ მხოლოდ ციტოპლაზმური ნახევარარხისთვის, რომელიც დაკავშირებულია ცილის მოლეკულის კონფორმაციულ ცვლილებებთან.

შუალედური ნივთიერებების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები ხასიათდება მათი შთანთქმის მაქსიმალური ტალღის სიგრძით და სპეციფიკური მოლური ჩაქრობის კოეფიციენტის მნიშვნელობით. SB-ის პროტონაცია და რეტინილიდენის ნარჩენების კონფიგურაცია გავლენას ახდენს შთანთქმის მაქსიმალური სიდიდეზე. BR ფოტოციკლის დროს ცილაში ხდება რამდენიმე ტემპერატურაზე დამოკიდებული კონფორმაციული ცვლილება, ამიტომ შუალედური ნივთიერებების უმეტესობის წარმოქმნა შეიძლება ჩახშობილი იყოს გაგრილებით.

გარდა ძირითადი ფოტოციკლისა, არსებობს ორი მდგომარეობა, რომელიც შეიძლება ხელოვნურად იყოს გამოწვეული. შუალედებში პდა ქბადურის კონფორმაცია 9Z. ეს მიიღწევა ფოტოქიმიური აგზნების შემდეგ ყველა-ე-ბადურა როდესაც Asp85 პროტონირებულია ამავე დროს. ამის მიღწევა შესაძლებელია ველური ტიპის BR-ში დაბალი მნიშვნელობით pHან დეიონიზაცია (ე.წ. ლურჯი გარსების წარმოქმნა), თუმცა ასეთი პრეპარატები არასტაბილურია. ალტერნატიული მიდგომაა ჩანაცვლება Asp85ამინომჟავა განსხვავებული მნიშვნელობით pKa, რომელიც რჩება დაუცველი ინტერესის ღირებულებებზე pHან კარბოქსილის ჯგუფის სრული მოცილება ადგილზე მიმართული მუტაგენეზის მეთოდებით. ასეთი მუტანტური ლურჯი გარსების სტაბილურობა უფრო მაღალია.

ბაქტერიოროდოპსინის უნიკალური თვისებები უზრუნველყოფს ტექნიკური აპლიკაციების ფართო სპექტრს, რომლებშიც მისი გამოყენება შესაძლებელია, თუმცა, ამჟამად მხოლოდ ოპტიკურია კომერციულად მიზანშეწონილი, რადგან მათი ინტეგრაცია თანამედროვე ტექნიკურ სისტემებში ყველაზე მარტივია.

ოპტიკური აპლიკაციები დაფუძნებულია BR ფილმების გამოყენებაზე - სხვადასხვა კომპოზიციის პოლიმერული მატრიცები, მათში შემავალი ცილის მოლეკულებით. ველური ტიპის BR-ზე დაფუძნებული მსგავსი ფილმები მსოფლიოში პირველად იქნა მოპოვებული და შესწავლილი ჩვენს ქვეყანაში „როდოპსინის“ პროექტის ფარგლებში; 1980-იან წლებში გამოვლინდა ისეთი მასალების, სახელწოდებით „ბიოქრომის“ გამოყენების ეფექტურობა და პერსპექტივები, როგორც ფოტოქრომული მასალა და ჰოლოგრაფიული ჩაწერის საშუალება.

დიდი ინტერესია BR ფილმების ფოტოქიმიური თვისებების ცვალებადობის შესაძლებლობა:
ა) ბუნებრივი ქრომოფორის შეცვლა მოდიფიცირებულით;
ბ) ქიმიური (ფიზიკურ-ქიმიური) ზემოქმედება;
გ) გარკვეული ამინომჟავების ნარჩენების წერტილოვანი ჩანაცვლება გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდებით.

ასეთ მოდიფიცირებულ მასალებს შეიძლება ჰქონდეს ღირებული სპეციფიკური თვისებები, რაც წინასწარ განსაზღვრავს მათ გამოყენებას, როგორც ბიოკომპიუტერის ელემენტის ბაზას.

მოაზროვნე მოლეკულა

ბოლო წლების განმავლობაში, მრავალი ქვეყნის მეცნიერები დაუბრუნდნენ ძველ და მარტივ იდეას "ქიმიური" კომპიუტერის შესახებ, რომელშიც გამოთვლები ხორციელდება ცალკეული მოლეკულებით. გასული წლის განმავლობაში, ერთდროულად რამდენიმე ლაბორატორიის მკვლევარებმა შეძლეს ამ სფეროში ბრწყინვალე შედეგების მიღება, რაც სიტუაციის რადიკალურად შეცვლას გვპირდება.

მეცნიერებმა დიდ წარმატებას მიაღწიეს ფსევდოროტოქსანის მოლეკულებთან მუშაობისას (ისინი ნაჩვენებია სურ. 1-ზე).

მათ მოახერხეს ისეთი მოლეკულის მორგება, რომელსაც რგოლის ფორმა აქვს, ღერძზე – ხაზოვან მოლეკულაზე. ღერძიდან ბეჭდის გადახტომის თავიდან ასაცილებლად, მის ბოლოებზე მიმაგრებულია დიდი მოლეკულური ფრაგმენტები, რომლებიც ასრულებენ "თხილის" როლს (ამ ტევადობით გამოიყენებოდა სხვადასხვა დონორი ჯგუფი). მჟავასთან (H+) ან ფუძესთან (B) ურთიერთობისას რგოლს შეუძლია ღერძის ერთი ბოლოდან მეორეზე სრიალება, ქიმიური მდგომარეობის „გადაცვლა“. სასაცილოა, რომ პრინციპში, მექანიკური მოწყობილობა ხელახლა იქმნება მოლეკულურ დონეზე, ძალიან ჰგავს ღეროების და ბორბლების შეერთებას მე-17 საუკუნის პირველ, ყველაზე პრიმიტიულ, გამოთვლით მოწყობილობებში (თუმცა, თუ გინდათ, შეგიძლიათ ნახოთ უმარტივესი სასულიერო აბაკი ამ მოლეკულურ სტრუქტურაში, თითოეულ ყლორტზე თითო მუწუკით).

ეს ელეგანტური ქიმიური გადამრთველი მოლეკულა ჯერ კიდევ 90-იანი წლების დასაწყისში იქნა შესწავლილი, თუმცა იდეის პრაქტიკული განხორციელებისთვის ჯერ კიდევ საჭირო იყო ამ მინიმიკროდიოდების მასივების გაერთიანებისა და კონტროლის მეთოდების გამომუშავება. ლითონის ზედაპირზე ამ ტიპის მსგავსი ორიენტირებული მოლეკულების მონოფენის შექმნით (ეს ძალიან რთული ამოცანა მოგვარდა უახლესი ნანოტექნოლოგიური თვითაწყობის მეთოდების გამოყენებით), მეცნიერებმა მასზე ოქროს ყველაზე თხელი ფენა მოათავსეს და უკვე შექმნეს პრიმიტიული პროტოტიპები. ლოგიკური კარიბჭე ამ საფუძველზე.

რამდენიმე თვის შემდეგ, მარკ რედის და ჯეიმს ტურის ერთობლივმა ჯგუფმა (იელის და რაისის უნივერსიტეტებიდან) საზოგადოებას აჩვენა გადამრთველი მოლეკულების სხვა კლასი. შედეგები იმდენად შთამბეჭდავი იყო, რომ ჟურნალმა "Scientific American" (2000 წლის ივნისი) ანონსის "The Birth of Molecular Electronics" (დავამატო - ბოლოს და ბოლოს!) გარეკანზეც კი დადო. როგორც ერთ-ერთი ავტორი თავშეკავებული სიამაყით წერდა: „ჩვენ შევქმენით ცვალებადი ელექტრული გამტარობის მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია ელექტრონების დაგროვება ჩვენი ბრძანებით, ანუ იმუშაოს როგორც შესანახი მოწყობილობა“.

უპირველეს ყოვლისა, ჯეიმს ტურმა სპეციალური ტექნიკის გამოყენებით მოახდინა ბენზოლ-1,4-დითიოლატის ერთეულების მოლეკულური ჯაჭვის სინთეზი სიგრძით. 14 ნანომეტრები. მასში შეიყვანეს ჯგუფები, რომლებიც იჭერენ ელექტრონებს, თუ მოლეკულა "დაძაბულობის ქვეშაა". ყველაზე რთული პრობლემა, რომელიც ასევე დაძლეულია, იყო ის, რომ შეცვლა უნდა იყოს შექცევადი ქიმიური პროცესი. იმისათვის, რომ მოლეკულამ იმუშაოს მეხსიერების ელემენტად, მას უნდა ვასწავლოთ არა მხოლოდ ელექტრონების დაჭერა, არამედ მათი შეკავება მხოლოდ მოცემულ დროში. მკაცრად რომ ვთქვათ, ეს არის კოლეგებთან რიდისა და ტურის მთავარი მიღწევა.
ელექტროქიმიური (ამ ტერმინის ყველაზე მკაცრი და პირდაპირი გაგებით!) ჩამრთველი ნაჩვენებია ნახ. 2 (მარცხენა მხარე). ეს არის ბენზოლის სამი რგოლის ჯაჭვი, რომლის ცენტრში ჯგუფები მიმაგრებულია საპირისპირო მხრიდან. NO2, და NH2, (სურათზე ხაზგასმულია ფერით). ასეთი ასიმეტრიული მოლეკულური კონფიგურაცია ქმნის რთული ფორმის ელექტრონულ ღრუბელს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება საოცრად ლამაზი და ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანი ფიზიკური ეფექტი პრობლემის გადასაჭრელად: როდესაც ველი გამოიყენება, მოლეკულა ტრიალებს, იცვლება მისი წინააღმდეგობა და იწყებს დენის გავლას ( ფიგურის მარჯვენა მხარე). როდესაც ველი ამოღებულია, მოლეკულა ტრიალებს საპირისპირო მიმართულებით და უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას. ამ პრინციპზე დაფუძნებული გადამრთველი არის დაახლოებით 1000 ნიტრობენზოლეთიოლის მოლეკულისგან შემდგარი ხაზოვანი ჯაჭვი, რომელიც მდებარეობს ორ მეტალის კონტაქტს შორის. უფრო მეტიც, გვირაბის მიკროსკოპის გამოყენებით გაზომვები (მოლეკულური ჯაჭვის ფრაგმენტი იყო შედუღებული ულტრა თხელ ნემსის ფორმის ოქროს ელექტროდებს შორის; ექსპერიმენტული გეომეტრია ნაჩვენებია ნახ. 3-ზე) შესაძლებელი გახადა გადამრთველის საოპერაციო პარამეტრების მიღება, რაც სამართლიანად შეიძლება ეწოდოს მოლეკულური დენი-ძაბვის მახასიათებელი და მოლეკულური გამტარობა (ნახ. .4). გამტარობის მრუდს (რომელიც, სხვათა შორის, გამოთვლილთან ძალიან ახლოს აღმოჩნდა) მკაფიოდ გამოხატული ჩაძირვა აქვს. ეს შესაძლებელს ხდის მოლეკულის მონაკვეთების გადატანას გამტარ მდგომარეობიდან არაგამტარ მდგომარეობაში და პირიქით, გამოყენებული ძაბვის მარტივი ცვლილებით. ფორმალურად და რეალურად მიღებული (ქიმიკოსი, რა თქმა უნდა, უპირატესობას ანიჭებს ტერმინს „სინთეზირებული“) მოლეკულური ტრიოდი. მართლაც, ეს შეიძლება ჩაითვალოს მოლეკულური ელექტრონიკის შექმნის პირველ ეტაპად.

ნახ.4 მოლეკულური დენი-ძაბვის მახასიათებელი

დასკვნა

მიუხედავად იმისა, რომ მოლეტრონიკის თეორიული საფუძვლები უკვე საკმაოდ კარგად არის შემუშავებული და შეიქმნა ლოგიკური სქემების თითქმის ყველა ელემენტის პროტოტიპები, მაგრამ მნიშვნელოვანი სირთულეები წარმოიქმნება მოლეკულური კომპიუტერის რეალურად აგების გზაზე. ცალკეული მოლეკულების ელექტრონული მოწყობილობების ლოგიკურ ელემენტებად გამოყენების გარეგნულად აშკარა შესაძლებლობა აღმოჩნდება ძალიან პრობლემური მოლეკულური სისტემების სპეციფიკური თვისებებისა და ლოგიკური ელემენტების მოთხოვნების გამო.

უპირველეს ყოვლისა, ლოგიკურ ელემენტს უნდა ჰქონდეს მუშაობის მაღალი საიმედოობა საკონტროლო მოქმედების გამოყენებისას. თუ გავითვალისწინებთ ელემენტებს შორის ოპტიკურ კავშირს, მაშინ სისტემაში ერთი მოლეკულა - ერთი ფოტონი, გადართვის საიმედოობა დაბალი იქნება მოლეკულის აღგზნებულ მდგომარეობაში გადასვლის შედარებით დაბალი ალბათობის გამო. შეიძლება სცადოთ ამ სირთულის დაძლევა კვანტების დიდი რაოდენობის ერთდროულად გამოყენებით. მაგრამ ეს ეწინააღმდეგება კიდევ ერთ მნიშვნელოვან მოთხოვნას: ცალკეული ელემენტის მიერ სიგნალის გარდაქმნის ეფექტურობა უნდა იყოს ერთიანობასთან ახლოს, ანუ საშუალო რეაქციის სიმძლავრე უნდა შეესაბამებოდეს საშუალო დარტყმის ძალას. წინააღმდეგ შემთხვევაში, როდესაც ელემენტები გაერთიანებულია ჯაჭვში, მათი მოქმედების ალბათობა შემცირდება, რადგან ისინი შორდებიან ჯაჭვის საწყისს. გარდა ამისა, ელემენტი ცალსახად უნდა გადავიდეს საჭირო მდგომარეობაში და დარჩეს მასში დიდი ხნის განმავლობაში - მომდევნო ზემოქმედებამდე. შედარებით მარტივი მოლეკულებისთვის, ეს მოთხოვნა, როგორც წესი, არ არის დაკმაყოფილებული: თუ აღგზნებულ მდგომარეობაში გადასვლა შეიძლება კონტროლდებოდეს, მაშინ საპირისპირო გადასვლა შეიძლება მოხდეს სპონტანურად.

თუმცა ყველაფერი ასე ცუდად არ არის. დიდი ორგანული მოლეკულების ან მათი კომპლექსების გამოყენება, პრინციპში, შესაძლებელს ხდის ჩამოთვლილი სირთულეების გვერდის ავლით. მაგალითად, ზოგიერთ ცილაში ელექტრონულ-ოპტიკური გარდაქმნის ეფექტურობა ახლოსაა ერთიანობასთან. გარდა ამისა, დიდი ბიოორგანული მოლეკულებისთვის, აღგზნებული მდგომარეობის სიცოცხლე ათეულ წამს აღწევს.

მაგრამ მაშინაც კი, თუ ერთ მოლეკულურ გამოთვლით ელემენტს არ გააჩნია მისი სილიკონის წინამორბედების საიმედოობა, მომავალი კომპიუტერის ეფექტური მოქმედება შეიძლება მიღწეული იყოს სუპერკომპიუტერებში გამოყენებული მოლეტრონიკა და პარალელური გამოთვლის პრინციპების კომბინაციით. ამისათვის საჭიროა რამდენიმე იდენტური მოლეკულური ლოგიკური ელემენტის პარალელურად მუშაობა. მაშინ ერთ-ერთი მათგანის არასწორი მოქმედება არ გამოიწვევს გამოთვლების შესამჩნევ წარუმატებლობას. თანამედროვე, მასიურად პარალელური სუპერკომპიუტერი, რომელსაც აქვს მრავალი ასეული პროცესორი, შეუძლია შეინარჩუნოს მაღალი ეფექტურობა, მაშინაც კი, თუ მათი 75% მარცხდება. თითქმის ყველა ცოცხალი სისტემა იყენებს პარალელიზმის პრინციპს. ამიტომ, ორგანიზმების არასრულყოფილება ცალკეული უჯრედების ან გენების დონეზე ხელს არ უშლის მათ ეფექტურად ფუნქციონირებას.

დღეს მსოფლიოში ათზე მეტი სამეცნიერო და ტექნოლოგიური ცენტრია ჩართული მოლეკულური ელექტრონიკის მოწყობილობების შემუშავებაში. ყოველწლიური კონფერენციები აერთიანებს ამ დარგის ასობით ექსპერტს.

მოლეტრონიკის მიმართ დიდი ინტერესი გამოწვეულია არა მხოლოდ კომპიუტერის აგების პერსპექტივით, არამედ ახალი ტექნოლოგიების განვითარების ფართო შესაძლებლობებით. მოლეკულური ელექტრონული მოწყობილობების სინათლის მიმართ მაღალი მგრძნობელობის გამო, მათი გამოყენება შესაძლებელია მზის ენერგიის ეფექტური გადამყვანების შესაქმნელად, ფოტოსინთეზის პროცესის სიმულაციისთვის და გამოსახულების დეტექტორების ახალი კლასის შესაქმნელად, რომლის პრინციპი დაემსგავსება ადამიანის თვალის მუშაობას. . მოლეკულური მოწყობილობები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც სელექციური სენსორები, რომლებიც რეაგირებენ მხოლოდ გარკვეული ტიპის მოლეკულებზე. ასეთი სენსორები აუცილებელია ეკოლოგიაში, მრეწველობასა და მედიცინაში. ორგანული მოლეკულებისგან დამზადებული სენსორი ბევრად უფრო ადვილია ადამიანის სხეულში იმპლანტირება, რათა აკონტროლოს მისი მდგომარეობა.

მოლეკულური ელექტრონიკის წინაშე მდგარი პრობლემების გადასაჭრელად საჭიროა აკადემიური ცოდნის სფეროში მომუშავე მეცნიერთა ფართო სპექტრის ძალისხმევა კოლოიდური ქიმიიდან და ბიოლოგიიდან თეორიულ ფიზიკამდე, ასევე მაღალი ტექნოლოგიების სფეროში. გარდა ამისა, საჭიროა მნიშვნელოვანი ფინანსური ინვესტიციები.

ასევე აუცილებელია ახალი მაღალკვალიფიციური კადრების მომზადება ამ კომპლექსურ სფეროში სამუშაოდ, რომელიც დგას მეცნიერებათა კვეთაზე. მაგრამ, როგორც ჩანს, 10-15 წელიწადში ის მნიშვნელოვან როლს ითამაშებს მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში.