Бодисын солилцоог судлах арга. Бодисын бүтцийг судлах арга Бодисын бүтцийг судлах орчин үеийн үндсэн аргууд

82 83 84

4-р хэсэг.

Бодис, материалын бүтэц, бусад шинж чанарыг шүүх эмнэлгийн судалгааны арга, техникийн хэрэгсэл

Фазын найрлага, бүтэц нь хоорондоо уялдаатай бөгөөд тэдгээрийг судлах зарим аргууд давхцдаг тул бодисын фазын шинжилгээ хийх, тэдгээрийн бүтцийг судлах аргуудыг нэгэн зэрэг авч үзэх нь зүйтэй юм. KIWMI-д бүтэц, фазын найрлагыг голчлон металлографи, рентген шинжилгээгээр судалдаг.

Цагаан будаа. 29.Бодис ба материалын фазын найрлагыг судлах аргын систем

4.1.

БОДИС, МАТЕРИАЛЫН ҮЕИЙН БҮРДЭЛИЙГ СУДАЛАХ АРГА ЭРҮҮГИЙН ЗҮЙН ДЭЭР

Бодис ба материалын фазын найрлагыг судлах аргаижил, өөр өөр химийн найрлагатай фазын чанарын болон тоон агуулгыг тогтооход зориулагдсан (Зураг 29).

Металлографийн шинжилгээ

Металл болон хайлшийн химийн найрлага, боловсруулалтын нөхцлөөс шалтгаалж макро болон микро бүтцэд гарч буй өөрчлөлтийг судалдаг материал судлалын салбарыг металлографи гэнэ. Металлографийн шинжилгээний тайлбарыг дээр дурдсан (3.1. "Бодис, материалын шүүх эмнэлгийн морфоанализийн арга, техникийн хэрэгсэл" хэсэгт).

Металлографийн хэсгүүдийг судлах нь металлын бүтцийг тодорхойлж, янз бүрийн өнгөөр ​​будаж болох микроскопыг харах талбарт янз бүрийн үе шатуудыг ажиглах боломжийг олгодог. Энэ нь бүтээгдэхүүнийг боловсруулах технологийн онцлог (хуурамчлах, дулааны боловсруулалт гэх мэт), дээжийг халаах температур, ослын мөч, жишээлбэл, гал түймэр гэх мэт чухал нөхцөл байдлыг олж мэдэх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, металлографийн шинжилгээгээр богино залгааны үед утас хайлах нь хүчилтөрөгчийн дутагдалтай эсвэл хүчилтөрөгчөөр баялаг агаар мандалд ямар байгааг тодорхойлох боломжтой. Энэ нөхцөл байдлыг тогтоох нь богино холболт нь галын шалтгаан болсон уу, эсвэл түүний үр дүнд үүссэн үү гэдгийг тодорхойлоход чухал ач холбогдолтой юм.

Металлографийн шинжилгээ нь нимгэн хэсэг дэх орцын тоон агуулгыг тооцоолох боломжийг олгодог бөгөөд маш тодорхой юм. Гэсэн хэдий ч энэ аргасудалгаа нь хор хөнөөлтэй бөгөөд рентген фазын шинжилгээнээс доогуур нарийвчлалтай байдаг.

Рентген туяаны дифракцийн фазын шинжилгээ

Рентген фазын шинжилгээ нь хатуу талст ба зарим аморф бодисын фазын найрлагыг тодорхойлох арга юм. Кристал бодис бүр нь талст торны хатуу бие даасан геометртэй байдаг бөгөөд энэ нь хавтгай хоорондын зайгаар тодорхойлогддог. Рентген туяа нь болороор дамжин өнгөрөхөд дифракцийн эффект үүсдэг. Дифракцийн хэв маягийг рентген хальс дээрх тусгай камерт гэрэл зургийн аргаар эсвэл электрон бичлэгийн системийг ашиглан рентген дифрактометр ашиглан хийдэг.

Дээж дэх фазын тухай асуудлыг шийдэхийн тулд түүний талст бүтцийг тодорхойлох шаардлагагүй. Дифракцийн хэв маягийг (рентген туяа) тооцоолоход хангалттай бөгөөд үр дүнд нь хавтгай хоорондын зай ба харьцангуй шугамын эрчмийг рентген мэдээллийн файлд өгөгдсөнтэй харьцуулах нь хангалттай бөгөөд тэдгээрийн хамгийн бүрэн гүйцэд нь байнга шинэчлэгддэг Америкийн фазын тодорхойлогч юм. Нунтаг дифракцийн стандартын нэгдсэн хороо (JCPDS) файл.

Рентген туяаны дифракцийн загварт тодорхой шугамууд байгаа нь дээжийн чанарын фазын найрлагыг тодорхойлдог. Хэд хэдэн хувь хүний ​​холимог химийн нэгдлүүднь рентген туяаны дифракцийн хэв маягийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бие даасан үе шатуудыг тодорхойлдог дифракцийн эффектүүдийн суперпозиция юм. Дээж, стандартын хоорондын зайг харьцуулахдаа ихэвчлэн маш том мэдээллийн массивуудад дүн шинжилгээ хийх шаардлагатай байдаг тул автоматжуулсан систем, мэдээллийн санг ашиглан өгөгдөл боловсруулах ажлыг компьютер дээр гүйцэтгэдэг.

Рентген фазын шинжилгээг металл ба хайлш, эм, хөрсний гаралтай бодис, цаас, үнэртэй ус, гоо сайхны бүтээгдэхүүн, будаг, бүрээс гэх мэт KIWMI объектуудыг судлахад ашигладаг.

Калориметрийн шинжилгээ

Калориметр нь янз бүрийн физик, химийн болон янз бүрийн дулааны нөлөөллийг (дулааны хэмжээ) хэмжих аргуудын бүлэг юм. биологийн үйл явц. Калориметр нь дулааны багтаамж, фазын шилжилтийн дулаан, соронзлолын дулааны нөлөөлөл, цахилгаанжуулалт, уусах, химийн урвал(жишээлбэл, шаталт). Калометрийн судалгаанд ашигладаг багажуудыг калориметр гэж нэрлэдэг.

Термографийн аргыг жишээлбэл, полимерийг судлахад ашигладаг. Эдгээр нь полимерийн төрөл, тэдгээрийн хольц ба сополимерын найрлага, зарим полимерийн брэнд, тусгай нэмэлт, пигмент, дүүргэгч байгаа эсэх, найрлага, полимерийг нийлэгжүүлэх, бүтээгдэхүүн болгон боловсруулах технологиор тодорхойлсон шинж чанаруудыг тодорхойлох боломжийг олгодог. түүнчлэн сүүлийн үеийн үйл ажиллагааны нөхцөл. Гэсэн хэдий ч термографийн болон хийн хроматографийн шинжилгээний аргуудыг хослуулах нь илүү үр дүнтэй байдаг.

Дулааны шинжилгээний аргууд

Дулааны шинжилгээний аргууд нь температурын програмчлалын нөхцөл дагалддаг дулааны нөлөөллийг бүртгэх үндсэн дээр физик, хими, химийн процессыг судлах арга юм. Дулааны шинжилгээний аргуудын тохиргоонд ихэвчлэн зуух, дээж эзэмшигч, зуухны температурыг хэмждэг термопар, дээж орно. Дээжийг халаах эсвэл хөргөх үед тухайн объектын температурын өөрчлөлтийг цаг хугацааны явцад бүртгэдэг. Фазын өөрчлөлтийн үед халах (хөргөх) муруй дээр тэгш өнцөгт эсвэл гулзайлтын хэсэг гарч ирдэг.

Термогравиметрийн шинжилгээ (TGA) нь орчны температурын програмчлагдсан өөрчлөлтийн нөхцөлд температураас хамаарч дээжийн массын өөрчлөлтийг бүртгэх үндсэн дээр суурилдаг.

Дифференциал дулааны шинжилгээнд (DTA) судалж буй дээж болон өгөгдсөн температурын мужид ямар ч өөрчлөлт ороогүй харьцуулсан дээжийн хоорондох температурын зөрүүг цаг хугацааны явцад бүртгэдэг. DTA-д бүртгэгдсэн нөлөөлөл нь хайлах, сублимация, ууршилт, буцалгах, болор торны өөрчлөлт, химийн хувиргалтаас үүдэлтэй байж болно.

4.2. БОДИС, МАТЕРИАЛЫН БҮТЭЦ СУДАЛАХ АРГА ЭРҮҮГИЙН ЗҮЙН ДЭЭР

Гарал үүсэл, үйлдвэрлэлийн технологи, ашиглалтын нөхцлөөс хамааран ижил бодис, материал нь өөр өөр бүтэцтэй байж болно. Жишээлбэл, ганг хатууруулах, хатууруулах нь түүний найрлагыг өөрчлөхгүй, харин бүтэц нь өөрчлөгддөг бөгөөд үүний үр дүнд түүний механик шинж чанар (хатуулаг, уян хатан байдал гэх мэт) өөрчлөгддөг.

Өмнө дурьдсанчлан металлографийн болон рентген спектрийн шинжилгээг бодис, материалын талст бүтцийг судлахад ихэвчлэн ашигладаг. Металлографийн шинжилгээний тайлбарыг дээр дурдсан тул бид рентген туяаны дифракцийн шинжилгээнд анхаарлаа хандуулах болно.

Аргын физик үндэс нь эмх цэгцтэй бүтэцтэй бодисуудтай рентген цацрагийн харилцан үйлчлэлийн өвөрмөц шинж чанар юм. Материал ба тэдгээрээс хийсэн бүтээгдэхүүнд (ялангуяа металл ба хайлшаас) дулааны болон механик нөлөөлөл нь үлдэгдэл макростресс үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь эргээд болор торны хэв гажилтыг үүсгэдэг. Энэхүү хэв гажилтыг рентген туяаны дифракцийн судалгааны явцад дифракцийн хэв маяг, рентген туяаны дифракцийн хэв маягийн шугамын шилжилт хэлбэрээр тэмдэглэдэг. Металл ба хайлшийг задлах үед үлдэгдэл стресс, дахин талстжилт, үр тарианы өсөлт гарч ирдэг бөгөөд энэ нь рентген шугамын байршил, хэлбэр, өргөнийг өөрчлөхөд хүргэдэг. Нэмж дурдахад металыг халаах нь бүтээгдэхүүний гадаргуу дээр масштаб үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь нэмэлт шугамын харагдах хэлбэрээр рентген туяаны дифракцийн загварт бичигдсэн байдаг.

Талстуудын бүтцийг судлах туршилтын аргууд Бодис ба материалын бүтцийг тодорхойлох, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийн бүрдүүлэгч бүтцийн нэгжийн (молекул, ион, атом) орон зайд байршлыг тодорхойлох нь янз бүрийн аргуудыг ашиглан хийгддэг. Талст төлөвт байгаа нэгдлүүдийн бүтцийн талаархи тоон мэдээллийг дифракцийн аргаар өгдөг: - рентген бүтцийн шинжилгээ, - электроны дифракц, - нейтроны дифракц. Эдгээр нь судалж буй бодисын тархсан цацрагийн эрчмийн өнцгийн тархалтыг судлахад үндэслэсэн болно - рентген туяа, электрон эсвэл нейтроны урсгал. . 1

Дифракцийн аргууд нь болор тор дээрх рентген туяа, электрон, нейтроны дифракц (зохицуулалт) үзэгдэл дээр суурилдаг. хатуу бодис. Ирж буй цацрагийн энергийг шингээж, ижил урттай долгион гаргах үед энэ энергийг ялгаруулах үйл явцыг когерент сарнилт гэнэ. Талст бодисоор дамжин өнгөрөх долгионууд дифракцийг мэдэрдэг, учир нь атом хоорондын дундаж зай нь 10-10 м-ийн хэмжээтэй болор тор нь тэдгээрийн дифракцийн тор юм. Ирж буй цацрагийн долгионы уртыг эдгээр атом хоорондын зайтай харьцуулж болохуйц байх ёстой. 2

Одоогийн байдлаар системчилсэн бүтцийн судалгааны үр дүнд олон төрлийн бодисын бүтцийг тодорхойлох талаар нэлээд өргөн хүрээтэй материал хуримтлагдсан байна. Эдгээр өгөгдөл нь: - хатуу бодисын химийн найрлага, - түүн дэх атом хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүчний шинж чанар, - эдгээр атомуудын орон зайн зохион байгуулалт, - физик шинж чанаруудын хооронд хэд хэдэн харилцаа тогтоох боломжийг олгодог. Бүтцийн шинжилгээгээр тогтоогдсон талстуудын бүтцийн хэвийн байдал нь ихэвчлэн ерөнхий шинж чанартай байдаг тул тэдгээрийг хараахан судлагдаагүй бодисын шинжилгээнд ашиглаж болно. Ихэнх тохиолдолд энэ нь бүтцийн загварыг бий болгох боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь бүтцийн судалгааны ажлыг хөнгөвчлөх бөгөөд тодорхой загварын зөв эсэхийг шалгах хүртэл багасгадаг. 3

Дифракцийн бүх аргуудад монохромат цацрагийг судалж буй объект руу чиглүүлж, тархалтын загварыг шинжилдэг. Тарсан цацрагийг гэрэл зургаар эсвэл тоолуур ашиглан бүртгэдэг. Дифракцийн загвар дээр үндэслэн бодисын атомын бүтцийг сэргээх боломжтой. Хэрэв хальсан дээрх дифракцийн загвар нь цэгүүдийн багц бол хатуу бие нь нэг талст төлөвт байна. Хэрэв энэ нь төвлөрсөн цагирагуудын багц юм бол (хавтгай хальсан дээр) - поликристал. Хэрэв бүдгэрсэн (сарнисан) цагиргууд (цагирагууд) байвал бие нь аморф төлөвт байна. Дифракцийн максимумын тархалт ба эрчмээс атомын байрлалыг тооцоолох, өөрөөр хэлбэл бүтцийг тодорхойлох боломжтой. 4

Уян тархалтын загвар ба тархалтын төвүүдийн орон зайн зохицуулалтын хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон онол нь бүх рентген цацраг, электрон эсвэл нейтроны урсгалын хувьд ижил байдаг. Гэсэн хэдий ч янз бүрийн төрлийн цацрагийн бодистой харилцан үйлчлэх нь өөр өөр физик шинж чанартай байдаг тул дифракцийн хэв маягийн өвөрмөц төрөл, онцлог нь атомуудын өөр өөр шинж чанараар тодорхойлогддог. Тиймээс янз бүрийн дифракцийн аргууд нь бие биенээ нөхөх мэдээллийг өгдөг. 5

Дифракцийн онолын үндэс. Долгионы урт λ ба долгионы вектор k 0 бүхий хавтгай монохромат долгион, энд | k 0| = 2π/ λ, импульс p-тэй бөөмсийн цацраг гэж үзэж болно, энд |p| = h/λ; h нь Планкийн тогтмол. n атомын олонлогоор тархсан долгионы F далайцыг (к долгионы вектортой) тэгшитгэлээр тодорхойлно: вектор s = (k - k 0)/ 2π, s = 2 sinθ/λ, 2θ нь тархалтын өнцөг, fj(s) нь атомын хүчин зүйл буюу атомын тархалтын хүчин зүйл, өөрөөр хэлбэл тусгаарлагдсан тархалтын далайцыг тодорхойлдог функц юм. j-р атом(эсвэл ион); r j нь түүний радиус вектор юм. 6

V эзэлхүүнтэй объектыг ρ(r) тасралтгүй тархалтын нягттай гэж үзвэл ижил төстэй илэрхийллийг бичиж болно: Атомын хүчин зүйл f(s)-ийг мөн ижил томъёогоор тооцоолно; энэ тохиолдолд ρ(r) нь атом доторх тархалтын нягтын тархалтыг тодорхойлдог. Атомын хүчин зүйлийн утгууд нь цацрагийн төрөл бүрийн хувьд тодорхой байдаг. Рентген цацраг нь катодын туяа (анодоос катод руу шилжиж буй электронуудын урсгал) анодын бодистой харилцан үйлчлэх үед үүсдэг. 7

Рентген туяа нь атомын электрон бүрхүүлээр тархдаг. θ = 0 үед атомын хүчин зүйл fр нь электрон нэгж гэж нэрлэгддэг, өөрөөр хэлбэл нэг чөлөөт электроноор рентген туяаны тархалтын далайцын харьцангуй нэгжээр илэрхийлсэн бол атом дахь Z электронуудын тоотой тэнцүү байна. Тархалтын өнцөг ихсэх тусам атомын хүчин зүйл fr буурна. Электрон тархалтыг атомын цахилгаан статик потенциалаар тодорхойлно φ(r) (r нь атомын төвөөс зай). Электронуудын атомын хүчин зүйл fе нь fр харьцаатай холбоотой: e нь электроны цэнэг, m нь түүний масс юм. 8

Fe (~10 -8 см) үнэмлэхүй утга нь fр (~10 -11 см) -ээс хамаагүй их байна, өөрөөр хэлбэл атом нь рентген туяанаас илүү хүчтэй электронуудыг тараадаг; sinθ/λ ихсэх тусам fe нь fр-ээс илүү огцом буурдаг боловч fe-ийн Z-ээс хамаарах хамаарал сул байна. Электрон дифракцийн эрчим нь рентген туяанаас ойролцоогоор 106 дахин их байдаг. Нейтронууд нь атомын цөмүүдээр (fn хүчин зүйл) тархдаг, мөн түүнчлэн нейтроны соронзон моментуудын атомын тэг бус соронзон моментуудтай харилцан үйлчлэлийн улмаас (fnm хүчин зүйл). Цөмийн хүчний үйл ажиллагааны радиус нь маш бага (~10 -6 нм) тул fn-ийн утга нь θ-ээс бараг хамааралгүй юм. Нэмж дурдахад fн хүчин зүйлүүд нь Z атомын тооноос монотон хамаардаггүй бөгөөд fр ба fe-ээс ялгаатай нь сөрөг утгыг авч чаддаг. Үнэмлэхүй утгаараа fn ~10 -12 см.9

Нейтроны дифракцийн эрчим нь рентген туяанаас 100 дахин бага байна. Аргын давуу тал нь ижил төстэй атомуудын хоорондын ялгааг тодорхойлоход тусалдаг серийн дугаарууд, үүнийг радиографи болон электрон дифракцийн аргыг ашиглан хийхэд хэцүү. Кристалын тархалтын эрчим I(s) нь далайцын модулийн квадраттай пропорциональ байна: I(s)~|F(s)|2. Зөвхөн |F(s)| модулиудыг туршилтаар тодорхойлж болох ба тархалтын нягтын функц ρ(r)-ийг байгуулахын тулд мөн с бүрийн φ(s)-ийг мэдэх шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч дифракцийн аргын онол нь хэмжсэн I(s)-ээс ρ(r) функцийг олж авах, өөрөөр хэлбэл бодисын бүтцийг тодорхойлох боломжийг олгодог. Энэ тохиолдолд 10-р талстыг судлахад хамгийн сайн үр дүн гардаг

Нэг талст ба нунтагны рентген бүтцийн шинжилгээ Рентген бүтцийн шинжилгээ (XRD) нь нэг талстаар дамжин өнгөрч, 0.1 орчим долгионы урттай рентген цацрагийн дээжтэй харилцан үйлчлэх үед үүсэх рентген туяаны дифракц дээр суурилдаг. nm. Ихэвчлэн рентген туяаны шинж чанарыг ашигладаг бөгөөд түүний эх үүсвэр нь ихэвчлэн рентген хоолой байдаг. Бүтцийн шинжилгээ нь ихэвчлэн туршилтын өгөгдлийг олж авах, тэдгээрийн математик боловсруулалтыг агуулдаг. Рентген туяаны дифракцын хэрэгсэл нь цацрагийн эх үүсвэр, гониометр, илрүүлэгч, хэмжих, хянах төхөөрөмжийг багтаасан дифрактометр юм. арван нэгэн

Гониометрийг судалж буй дээж болон детекторыг дифракцийн хэв маягийг олж авахад шаардлагатай байрлалд (ойролцоогоор 13 нуман секундын нарийвчлалтай) суурилуулахад ашигладаг. Илрүүлэгч нь сцинтилляци, пропорциональ эсвэл хагас дамжуулагч тоолуур юм. Хэмжих төхөөрөмж нь рентген туяаны дифракцийн гониометрийн эрчмийг (тасралтгүй эсвэл цэгээр) бүртгэдэг. дифракцийн өнцгөөс хамааран максимум (тусгал, тусгал) - туссан болон сарнисан цацрагийн хоорондох өнцөг 12

Рентген цацрагийн дифракц, поликристал дээж, металл, хайлш, эрдэс бодис, шингэн талст, полимер, биополимер, янз бүрийн бага молекул органик ба бус нэг талстыг ашиглан. органик нэгдлүүд. Рентген туяа чиглэсэн бодит биед асар олон тооны атомууд байдаг бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь тархсан долгионы эх үүсвэр болдог. Цацрагийн энерги нь янз бүрийн эрчимтэй янз бүрийн чиглэлд тархдаг. Тархалтын хэлбэр нь атомын төрөл, тэдгээрийн хоорондын зай, цацрагийн цацрагийн давтамж болон бусад олон хүчин зүйлээс хамаарна. Оросын эрдэмтэн Вульф, Английн аав хүү Брегга нар болор дахь рентген туяаны хөндлөнгийн оролцооны энгийн тайлбарыг атомын сүлжээнээс тусгах замаар тайлбарлав. 13

Гурван хэмжээст болор торыг хавтгай хоорондын зайтай зэрэгцээ атомын хавтгайнуудын хязгааргүй олонлог гэж үзэж болно d. l долгионы урттай монохромат туяаны параллель цацраг q бэлчээрийн өнцгөөр болор дээр тусна. . Цацрагууд нь ижил q өнцгөөр, хавтгай хоорондын зай d, гадаргуутай параллель хавтгайн гэр бүлээс тусгагдсан байдаг. Зэрэгцээ туссан I ба II туяа нь хөндлөнгөөс оролцдог, өөрөөр хэлбэл тэд бие биенээ бэхжүүлж, сулруулдаг. 14

Хэрэв параллель туссан I ба II цацрагуудын хоорондох замын зөрүү Δ=(AB+BC)-AD нь бүхэл n долгионы урт l-тэй тэнцүү бол энэ нь ажиглагдана. интерференцийн дээд хэмжээ. Ийм максимум үүсэх нөхцөлийг 2 dhklsinθ= n λ гэж бичиж болно. Энэ харилцааг Вульф-Браггийн хууль гэж нэрлэдэг. Энэ хамаарал нь орон зайн торны үечилсэн байдлын үр дагавар бөгөөд эсийн доторх атомуудын байрлал эсвэл торны цэгүүдтэй холбоогүй юм. 15

Лауэ нөхцөл Эдгээр нь болор торны хэсгүүдэд цацраг тархах үед интерференцийн максимум үүсэх нөхцөл юм. Талст дахь зангилааны эгнээг x тэнхлэгийн чиглэлд a зангилааны хоорондох зайгаар сонгоцгооё. Хэрэв λ долгионы урттай параллель монохромат туяа нь дурын өнцгөөр φ 0-д чиглэгддэг бол интерференцийн дээд хэмжээ нь зөвхөн зангилааны бүх тусгал бие биенээ бэхжүүлдэг чиглэлд л ажиглагдах болно. Хэрэв Δ=AC-BD цувралын аль ч зангилааны тархсан цацраг болон туссан цацрагийн хоорондох замын зөрүү нь бүхэл тооны долгионы урттай тэнцүү бол энэ нь болно: 16

Гурван хосгүй чиглэлийн хувьд Лауэ нөхцөл нь ψ0 ба χ0 нь чиглэлийн дагуу байрлах зангилааны эгнээнд тус тус рентген туяа тусах өнцөг, k ба l нь харгалзах хөндлөнгийн индексүүд байх хэлбэртэй байна. Лауэ интерференцийн тэгшитгэл ба Вулф-Браггийн хууль 17 нь хоорондоо тэнцүү байна.

Тиймээс талст бүрт зөв дарааллаар байрлуулсан болор торны атомуудаас бүрддэг үе үе байрладаг хавтгайн багцыг ялгах боломжтой. Рентген туяа нь болор руу нэвтэрч, энэ угсралтын хавтгай бүрээс тусдаг. Үүний үр дүнд олон тооны уялдаатай рентген туяа үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн хооронд замын ялгаа байдаг. Цацрагууд нь ердийн дифракцийн сараалж дээрх гэрлийн долгионууд ангархайгаар дамжин өнгөрөхөд саад болдог шиг бие биедээ саад болдог. Лауэ ба Вульф-Браггийн нөхцөл хангагдсан тохиолдолд үе үе байрладаг онгоц бүр өөрийн гэсэн цэгийн системийг өгдөг - максим. Гэрэл зургийн хальсан дээрх толбоны байрлалыг хавтгай хоорондын зайгаар бүрэн тодорхойлно d. 18

Нэг талст дээр дурын q өнцгөөр λ долгионы урттай рентген туяа ерөнхийдөө тусдаггүй. Лауэгийн нөхцөл эсвэл Вульф-Браггийн хуулийг биелүүлэхийн тулд долгионы урт эсвэл тусгалын өнцгийн аль нэгийг сонгох шаардлагатай. Энэхүү сонголтын үндсэн дээр дифракцийн хэв маягийг олж авах гурван үндсэн аргыг боловсруулсан: - Лауэ арга, - нэг талст эргүүлэх арга, - нунтаг арга (Дебье - Шеррер). 19

Лауэ арга Рентген туяаны монохромат бус туяа (электрон эсвэл нейтрон) нь тогтмол нэг талст руу чиглэнэ. Кристал нь Вулф-Браггийн нөхцөл хангагдсан долгионы уртыг "сонгодог". Тарсан туяа нь хальсан дээр цэгийн тусгал үүсгэдэг бөгөөд тус бүр нь полихроматик спектрээс өөрийн долгионы урттай байдаг. Lauegram дээрх цэг бүр нь тодорхой торны хавтгайтай тохирч байна. 20 цэгийн зохион байгуулалт дахь тэгш хэм нь болорын тэгш хэмийг илэрхийлдэг.

21

Нэг талстыг эргүүлэх арга Кристал нь рентген туяа эсвэл нейтроны нэг өнгийн цацрагийн чиглэлтэй перпендикуляр тэнхлэгийг тойрон эргэлддэг. Түүний эргэн тойронд цилиндр хэлбэртэй хуурцагт хальс байрлуулсан байна. Кристалыг эргүүлэх үед өөр өөр атомын онгоцууд тэдгээрээс туссан туяа хөндлөнгөөс оролцох байрлалыг эзэлдэг. 22

Эргэлтийн тэнхлэгтэй параллель хавтгайнууд нь хальсны төвийг дайран өнгөрөх шулуун шугамын дагуу байрлах цэг хэлбэрээр дифракцийн хэв маягийг өгөх бөгөөд эхний төрлийн тэг давхаргын шугам гэж нэрлэгддэг. Эргэлтийн тэнхлэгтэй харьцуулахад ташуу чиглэсэн хавтгай нь тэг шугамаас дээш ба доор байрлах давхаргын шугамыг үүсгэдэг тусгалуудыг өгнө. Эхний төрлийн давхаргын шугамын хоорондох зайнаас бид талстыг эргүүлэх тэнхлэгтэй параллель талстографийн чиглэлийн дагуу байрлах атомуудын хоорондох хамгийн богино зайг тооцоолж болно. Талстуудын тэгш хэмийн элементүүдийг тодорхойлох Laue аргаас ялгаатай нь эргүүлэх арга нь болорын бүтцийг тодорхойлох, өөрөөр хэлбэл нэгж эсийн хэлбэр, үеийг тогтоох, зарим тохиолдолд олох боломжтой болгодог. бүх үндсэн атомуудын координатууд. 23

Нунтаг арга (Debye - Scherrer) Монохроматик цацрагийн нунтаг (поликристал) материалыг судлах. Бүрэн дурын чиг баримжаа бүхий үр тарианы (кристаллит) тоо нэлээд их байна. Тэдгээр нь бүх боломжит чиг баримжаатай бөгөөд бүх чиг баримжаа нь адилхан магадлалтай гэж бид таамаглаж болно. Тусгалын туяа нь туссан цацрагийн чиглэлтэй харьцуулахад Вульфын нөхцөл хангагдсан байхаар чиглэсэн талстуудаас тусдаг. Брэгг. Дифракцийн хэв маягийг бүртгэх хоёр арга байдаг: гэрэл зургийн хальсан дээр (фото арга) болон тоолуур ашиглан (дифрактометрийн арга). 24

Фото зургийн аргын хувьд хальсан дээрх дифракцийн загвар нь хэд хэдэн төвлөрсөн тойрог шиг харагдаж байна. Дифрактометр нь дэвсгэр муруй ба интерференцийн максимумуудын ээлжийн хэлбэрээр хэв маягийг бүртгэдэг. Сүүлийнх нь тоолуурын 2 q байрлалын тодорхой өнцгөөр үүсдэг. Хэмжсэн тархалтын өнцгийн q-аас аль ч дифракцийн максимумд хавтгай хоорондын зайг тооцоолж болно. 25 Fe 3 O 4 a - рентген туяа; б - нейтрон.

Поликристал дээжийг нунтагласан талст бодисыг нунтаг болгон задлах үр дүнд олж авдаг. Ийм аргаар үйлдвэрлэсэн дээжийг камерын тэнхлэгт байрлуулж, түүний хажуугийн хананд гэрэл зургийн хальс байрлуулна. Поликристалл дээжийг монохромат рентген туяагаар цацруулах үед түүний янз бүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн талст хавтгайн санамсаргүй чиглэлээс болж чиглэлтэй конусууд гарч ирдэг. Дифракцийн загвар (Debyegram) нь цагираг эсвэл судал хэлбэртэй байдаг. Түүний шинжилгээ нь болор бүтцийн үндсэн элементүүдийг тодорхойлох боломжийг бидэнд олгодог. 26

Dhkl багцыг болор паспорт гэж нэрлэдэг. Төрөл бүрийн талстуудын хавтгай хоорондын зайны талаарх мэдээллийг мэдээллийн сан хэлбэрээр үзүүлэв: JCPD, MINCRYST. Туршилтаас өгөгдсөн дээжинд хавтгай хоорондын зайны утгууд ба Irel-ийн харьцангуй тусгалын эрчмийн утгуудыг мэдсэнээр олон тохиолдолд бодисын төрөл эсвэл түүний үе шатыг тогтоох боломжтой байдаг. Дифракцийн хэв маягийг олж авсны дараа болор бүтцийн төрлүүдийн талаар таамаглал дэвшүүлж, олж авсан тусгалын индексийг тодорхойлж, нэгж эсийн хэмжээсийг, хэрэв материалын химийн найрлага, нягтыг мэддэг бол тэдгээрийн тоо зэргийг тодорхойлно. нэгж эсийн атомыг тооцоолно. Дифракцийн шугамын салшгүй эрчмийг үндэслэн нэгж эсийн атомуудын байршлыг тодорхойлж болно. 27

Поликристалл дээжийн хувьд бүтцийг туршилт, алдаагаар тогтооно: урьд өмнө мэдэгдээгүй нарийн ширийн зүйлийг атомын бүтцийн өмнө нь мэдэгдэж байсан эсвэл таамагласан хүрээн дээр нэмж оруулсан (жишээлбэл, зөвхөн "хүнд" атомуудыг агуулсан) ба хамгийн их эрчимийг тооцоолж, дараа нь туршилтаар олж авсан утгатай харьцуулна. XRD ашиглан олон талст дээж, металл, хайлш, эрдэс бодис, шингэн талст, полимер, биополимер, төрөл бүрийн бага молекулын органик болон дан талстууд. органик бус нэгдлүүд. 28

Нэг талстыг судлахдаа (ихэнхдээ 0.1-0.3 мм-ийн диаметртэй бөмбөлөг хэлбэртэй) бүтцийг тодорхойлох эхний үе шат нь индексжүүлэх, өөрөөр хэлбэл дифракцийн загварт ажиглагдсан бүх тусгалын индексийг (h k l) тогтоох явдал юм. өгөгдсөн болор. Индексжүүлэх үйл явц нь dhkl хавтгай хоорондын зайн утгууд нь нэгж эсийн үе (a, b, c) ба өнцгийн (α, β, γ) утгуудтай сайн хамааралтай байдагт суурилдаг. -тодорхойлогдсон харилцаа (квадрат хэлбэр). Индексжүүлсний дараа нэгж эсийн үеийг тодорхойлно. Зарим тусгал тогтмол байхгүйн дээр үндэслэн болорын тэгш хэмийн орон зайн бүлгийг шүүнэ. . 29

Дифракцийн хэв маягийг зааж, болор торны үеийг тодорхойлох нь талстуудын атомын бүтцийг тогтоох, жишээлбэл, олох эхний үе шатууд юм. харьцангуй байрлалнэгж эсийн атомууд Атомын бүтцийг тодорхойлохдоо дифракцийн максимумын эрчмүүдийн шинжилгээнд үндэслэдэг. Тусгалын эрчим I(h k l) нь бүтцийн далайц F(h k l) квадрат модультай пропорциональ бөгөөд түүний утга нь болор эс дэх атомуудын координатаар тодорхойлогддог. Бүтцийн далайцын үнэмлэхүй утгыг F(h k l) тусгалын эрчмээс тооцоолно. Бүтцийн далайцын шинжилгээ нь 30 төрлийн Bravais сүлжээг тодорхойлох боломжийг олгодог.

Дифракцийн цацрагийн эрчим I(h k l) нь нэгж үүрэн дэх xj, yj, zj атомуудын координаттай дараах харьцаагаар холбогдоно: F(h k l) нь Фурьегийн коэффициентүүд бөгөөд рентген шинжилгээнд үүнийг бүтцийн гэж нэрлэдэг. далайц, K - пропорциональ коэффициент, φ(h k l) - дифракцийн цацрагийн эхний үе шат, fj - j-р атомын атомын тархалтын коэффициент; h, k, l - талст дахь нүүр царай ба харгалзах атомын хавтгайн байршлыг тодорхойлдог бүхэл тоо (дифракцийн цацрагийн индекс); N- нийт тоонэгж эсийн атомууд; i=√-1. 31

утга |F(h k l)| I(h k l) -аас шууд тооцоолж болох боловч φ(h k l)-ийн утга тодорхойгүй хэвээр байна (эхний үе шатуудын асуудал). Ерөнхий тохиолдолд бүтцийн далайцын үе шатуудыг (өөрөөр хэлбэл туссан долгионы ослын долгионтой харьцуулахад фазын шилжилт) туршилтаар шууд тодорхойлох боломжгүй юм. Эхний үе шатуудын асуудлыг шийдвэрлэх аргууд байдаг: - Паттерсоны арга нь хөнгөн (H, C, N, O) зэрэг хүнд металлын атомуудыг агуулсан нэгдлүүдийн бүтцийг тайлахад ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн координатыг хамгийн түрүүнд тодорхойлдог. . Нэгж эсийн гэрлийн атомуудын координатыг электрон нягтын тархалтыг ρ(x, y, z) тооцоолох замаар тодорхойлно. 32

Электрон нягтын функцийг Фурье цуваа ρ(x, y, z) хэлбэрээр илэрхийлнэ: h, k, l нь тусгах хавтгайн индексүүд, Fhkl = |Fhkl|exp нь тархсан цацрагийн харгалзах бүтцийн далайц, φhkl. түүний үе шат юм. Электрон нягт гэдэг нь атом, молекул, талст дахь электронуудын тархалтын магадлалын нягт юм. ρ(x, y, z) функцийг бүтээхийн тулд туршилтаар тодорхойлогдсон |Fhkl| хэмжигдэхүүнүүдийг ашиглана. Туршилтын өгөгдлийг боловсруулах нь тархалтын нягтын тархалтын зураг хэлбэрээр бүтцийг сэргээх боломжийг олгодог. ρ(x, y, z) функцийн максимумуудын байрлалыг атомуудын байрлалаар тодорхойлж, максимумуудын хэлбэрийг атомуудын 33 дулааны чичиргээг шүүнэ.

Кристал бүтцийн ерөнхий шинж чанарыг тодорхойлсны дараа онолын хувьд тооцоолсон бүтцийн далайцын утгыг туршилтаар тодорхойлсон утгыг дараалан ойртуулах замаар боловсронгуй болгодог. Ийм байдлаар, ялангуяа атомуудын координат (xj, yj, zj) болон тэдгээрийн дулааны чичиргээний тогтмолуудыг зааж өгдөг. Бүтэцийг зөв тодорхойлох шалгуур нь ялгаатай байдлын хүчин зүйл R. R = 0.05: 0.04 бүтэц нь сайн нарийвчлалтайгаар тодорхойлогддог, R ≤ 0.02 - нарийвчлал. 34

Атомын бүтэц нь атомын координат ба тэдгээрийн дулааны чичиргээний параметрүүдээр илэрхийлэгддэг. Эдгээр өгөгдлөөс атом хоорондын зай ба валентын өнцгийг тус тус 10 -3 - 10 -4 нм ба 0.2 -2° алдаагаар тооцоолж болно. Энэ нь болорын химийн найрлага, боломжит изоморф орлуулалтын төрлийг (энэ тохиолдолд найдвартай байдал, нарийвчлал нь элементийн атомын дугаараас хамаарна), атомын дулааны чичиргээний шинж чанар гэх мэтийг илүү нарийвчлалтай тогтоох боломжийг олгодог.

Туршилтын өгөгдлийг нарийн боловсруулсны ачаар атомуудын хоорондох электрон нягтын тархалтыг судлах боломжтой. Үүнийг хийхийн тулд атомуудын хооронд химийн холбоо үүсэх үед электронуудын дахин хуваарилалтыг тодорхойлдог деформацийн электрон нягтын функцийг байгуулна. Деформацийн электрон нягтын функцийн шинжилгээ нь цэнэгийн шилжилтийн зэрэг, бондын ковалент байдал, ганц хос электронуудын орон зайн зохицуулалт гэх мэтийг тогтоох боломжийг олгодог. 36

Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээний (XRD) арга нь: - янз бүрийн ангиллын химийн нэгдлүүдийн бүтцийн стереохимийн болон талст-химийн зүй тогтол, - бодисын бүтцийн шинж чанар ба түүний физик шинж чанаруудын хоорондын хамаарлыг тогтоох боломжийг олгодог. химийн шинж чанар, - химийн бондын онолыг гүнзгийрүүлэн хөгжүүлэх, химийн урвалыг судлах анхны өгөгдлийг олж авах, - талст дахь атомуудын дулааны чичиргээнд дүн шинжилгээ хийх, - талст дахь электрон нягтын тархалтыг судлах. 37

Электронографи Талстуудын атомын бүтцийг судлахдаа электрон дифракцид суурилсан аргуудыг ашиглаж болно. Талстуудын бүтцийг судлах арга болох электрон дифракц нь дараах шинж чанартай: 1) бодисын электронтой харилцан үйлчлэл нь рентген туяанаас хамаагүй хүчтэй байдаг тул дифракц нь 1-100 нм зузаантай нимгэн давхаргад тохиолддог; 2) fе нь fр-ээс бага атомын дугаараас хамаардаг бөгөөд энэ нь хүнд атомуудын дэргэд хөнгөн атомуудын байрлалыг тодорхойлоход хялбар болгодог; 3) 50 -300 кОе энергитэй түгээмэл хэрэглэгддэг хурдан электронуудын долгионы урттай холбоотой. B нь ойролцоогоор 5.10 -3 нм, электрон дифракцийн геометрийн тайлбар нь илүү хялбар байдаг. 38

Бүтцийн электрон дифракц нь нарийн тархсан объектуудыг судлах, түүнчлэн янз бүрийн бүтэцтэй (шаварлаг эрдэс, хагас дамжуулагч хальс гэх мэт) судлахад өргөн хэрэглэгддэг. Бага энергитэй электрон дифракц (10 -300 e.V, λ 0.10.4 нм) нь болор гадаргууг судлах үр дүнтэй арга юм: атомын зохион байгуулалт, тэдгээрийн дулааны чичиргээний шинж чанар гэх мэт. Гол арга нь дамжуулах арга юм. электрон дифракцийн өндөр энерги (50 -300 ke. V, ойролцоогоор 5 -10 -3 нм долгионы урттай тохирно). 39

Электрон дифракцийг 105 -10 -6 Па вакуумтай, 1 секунд орчим өртөх хугацаатай тусгай электрон дифракцийн төхөөрөмж эсвэл дамжуулагч электрон микроскопоор гүйцэтгэдэг. Судалгааны дээжийг 10-50 нм зузаантай нимгэн хальс хэлбэрээр, уусмал эсвэл суспензээс талст бодисыг шингээх, эсвэл вакуум цацах замаар хальс авах замаар бэлтгэдэг. Дээж нь мозайк дан болор, бүтэц эсвэл поликристал юм. Дифракцийн хэв маяг - электрон дифракцийн загвар - электронуудын анхны монохромат цацрагийг дээжээр дамжуулсны үр дүнд үүсдэг бөгөөд судалж буй объект дахь атомуудын зохион байгуулалтаар тодорхойлогддог эмх цэгцтэй дифракцийн цэгүүдийн багц - тусгал юм. . 40

Тусгал нь болор дахь хавтгай хоорондын зай d hkl ба эрчим I hkl байдлаар тодорхойлогддог бөгөөд h, k, l нь Миллерийн индексүүд юм. Кристалын нэгж эсийг тусгалын хэмжээ, байршлаар тодорхойлно. Тусгалын эрчмийн талаархи мэдээллийг ашиглан болорын атомын бүтцийг тодорхойлох боломжтой. Атомын бүтцийг тооцоолох аргууд нь рентген бүтцийн шинжилгээнд ашигладагтай ойролцоо байдаг. Ихэвчлэн компьютер дээр хийгддэг тооцоолол нь атомуудын координат, тэдгээрийн хоорондын зай гэх мэтийг тогтоох боломжийг олгодог. Электронографи нь: - бодисын фазын шинжилгээ хийх, - дээж дэх фазын шилжилтийг судлах, геометрийн хамаарлыг тогтоох боломжийг олгодог. шинээр гарч ирж буй үе шатуудын хооронд, 41 - полиморфизмыг судлах.

Металлын ионы талст, талст гидрат, исэл, карбид, нитридын бүтэц, хагас дамжуулагч нэгдлүүд, органик бодис, полимер, уураг, төрөл бүрийн эрдэс бодис (ялангуяа давхаргат силикатууд) гэх мэт. Их хэмжээний дээжийг судлахдаа туссан цацраг нь дээжийн гадаргуугийн дагуу гулсаж, 5 -50 гүнд нэвтэрч байгаа мэт санагдах үед электрон ойлтын дифракцийг ашигладаг. nm. Энэ тохиолдолд дифракцийн загвар нь гадаргуугийн бүтцийг тусгадаг. Ингэснээр та шингээлтийн үзэгдэл, эпитакси, исэлдэлтийн процесс гэх мэтийг судлах боломжтой 42.

Хэрэв болор нь идеалтай ойролцоо атомын бүтэцтэй бөгөөд дамжуулалт эсвэл тусгалын дифракц нь ~ 50 нм ба түүнээс дээш гүнд явагддаг бол дифракцийн хэв маягийг олж авах бөгөөд үүний үндсэн дээр бүтцийн төгс байдлын талаар дүгнэлт хийж болно. Бага энергитэй электрон (10300 e.V) ашиглах үед нэвтрэлт нь зөвхөн 1-2 атомын давхаргын гүнд ордог. Ойсон цацрагийн эрчим дээр үндэслэн талстуудын гадаргуугийн атомын торны бүтцийг тодорхойлж болно. Энэ арга нь Ge, Si, Ga талстуудын гадаргуугийн бүтцийн ялгааг тогтоосон. As, Mo, Au болон бусад дотоод бүтэц, өөрөөр хэлбэл гадаргуугийн дээд бүтэц байгаа эсэх. Жишээлбэл, Si-ийн хувьд (111) нүүрэн дээр 7 х 7 гэж тэмдэглэсэн бүтэц үүсдэг, өөрөөр хэлбэл гадаргуугийн торны үе нь энэ тохиолдолд дотоод атомын бүтцийн хугацаанаас 7 дахин их байна. 43

Электрон микроскоп Электрон дифракцийг ихэвчлэн электрон микроскоптой хослуулдаг өндөр нарийвчлалтай, энэ нь болорын атомын торны шууд дүрсийг авах боломжийг олгодог. Объектийн дүрсийг дифракцийн загвараас сэргээж, 0.2 -0.5 нм нарийвчлалтай талстуудын бүтцийг судлах боломжтой болгодог. Электрон микроскоп гэдэг нь хатуу биетийн бичил бүтэц, тэдгээрийн орон нутгийн найрлага, микро талбарыг (цахилгаан, соронзон гэх мэт) судлах электрон датчик аргуудын цогц юм. Үүнийг хийхийн тулд электрон микроскоп ашигладаг - томруулсан дүрсийг авахын тулд электрон цацраг ашигладаг багаж. 44

Электрон микроскопийн хоёр үндсэн чиглэл байдаг: дамжуулах (дамжуулах) ба растер (сканнердах). Эдгээр нь судалгааны объектын талаар чанарын хувьд ялгаатай мэдээлэл өгдөг бөгөөд ихэвчлэн хамтдаа ашиглагддаг. Электрон микроскопын хувьд электрон цацраг нь дээжийг гэрэлтүүлэх эсвэл тэдгээрийн доторх хоёрдогч цацрагийг (жишээлбэл, рентген туяа) өдөөхөд ашигладаг хурдасгасан электронуудын чиглэсэн туяа юм. Электрон бууны электродуудын хооронд хурдасгах хүчдэл үүсдэг бөгөөд энэ нь электрон цацрагийн кинетик энергийг тодорхойлдог. Зурган дээр тусад нь харагдах хоёр бичил бүтцийн элементийн хоорондох хамгийн бага зайг нягтрал гэж нэрлэдэг. Энэ нь электрон микроскопын шинж чанар, ажлын горим, дээжийн шинж чанараас хамаарна. 45

Дамжуулах микроскопыг дамжуулах (дамжуулах) электрон микроскоп ашиглан гүйцэтгэдэг бөгөөд нимгэн хальсан объектыг 50-200 кОе энергитэй хурдасгасан электронуудын туяагаар гэрэлтүүлдэг. B. Тухайн объектын атомуудаар жижиг өнцгөөр хазайж, бага энергийн алдагдалтайгаар дамжин өнгөрөх электронууд соронзон линзний системд орж, гэрэлтэгч дэлгэц дээр (мөн гэрэл зургийн хальсан дээр) дотоод бүтцийн тод талбайн дүрсийг бүрдүүлдэг. ). 46

Гэрэлт талбайн дүрс нь энергийн алдагдал багатай объектоор дамжин өнгөрөх электронуудаар үүссэн бичил бүтцийн томруулсан дүрс юм. Бүтэц нь катодын туяа хоолойн дэлгэц дээр цайвар дэвсгэр дээр бараан шугам, толбо хэлбэрээр дүрслэгдсэн байдаг. Энэ тохиолдолд 0.1 нм (1.5 х 106 дахин нэмэгдэх) дарааллын нарийвчлалд хүрэх боломжтой. Дамжуулах микроскоп нь мөн объектын болор бүтцийг шүүж, болор торны параметрүүдийг нарийн хэмжих боломжийг олгодог дифракцийн хэв маягийг (электронограмм) өгдөг. Өндөр нарийвчлалтай дамжуулагч электрон микроскопоор болор торны шууд ажиглалттай хослуулсан энэ арга нь хатуу биетүүдийн хэт нарийн бүтцийг судлах гол хэрэгслийн нэг юм.

Электрон микроскоп дахь дифракцийн хувьд бусад тусгай аргуудконвергент цацраг, нимгэн цацрагийн нанодифракцийн арга гэх мэт. Эхний тохиолдолд дифракцийн хэв маягийг олж авдаг бөгөөд үүнээс судалж буй болорын тэгш хэмийг (орон зайн бүлэг) тодорхойлж болно. Хоёрдахь арга нь хамгийн жижиг талстыг (хэд хэдэн нм) судлах боломжтой болгодог. Сканнердах электрон микроскоп 48

Бие махбодь болон бие даасан эрхтэн дэх бодисын солилцоог судлах янз бүрийн аргууд байдаг. Хамгийн эртний аргуудын нэг бол тэнцвэрийн туршилтууд , энэ нь орж ирж буй органик бодисын хэмжээ, үүссэн эцсийн бүтээгдэхүүний хэмжээг судлахаас бүрддэг.

Бие даасан эрхтэн дэх бодисын солилцоог судлахын тулд энэ аргыг ашигладаг тусгаарлагдсан эрхтнүүд . Амьдралын чухал үйл ажиллагаагаа хэсэг хугацаанд хадгалах чадвартай, цусаар дамждаг шим тэжээлийг үйл ажиллагаандаа ашиглаж чаддаг эрхтэнүүд.

Бие даасан эрхтэн дэх бодисын солилцоог судлах - ангеостоми хийх арга. Лондон боловсруулсан. Цусны судаснуудад тусгай гуурс тавьдаг бөгөөд энэ нь цусыг ямар ч эрхтэн рүү урсгах боломжийг олгодог. Бодисын солилцооны үйл явцыг цусны химийн найрлага дахь өөрчлөлтөөр үнэлдэг.

Одоогоор өргөн хэрэглэгддэг тэмдэглэгдсэн атомын арга - молекулууд нь биоэлементийн хүнд ба цацраг идэвхт изотопуудын атомуудыг агуулсан нэгдлүүдийг ашиглахад үндэслэсэн. Ийм изотопоор тэмдэглэгдсэн нэгдлүүдийг биед нэвтрүүлэх үед бие махбод дахь элемент эсвэл нэгдлүүдийн хувь заяа, бодисын солилцооны үйл явцад оролцох оролцоог хянахын тулд радиометрийн шинжилгээний аргыг ашигладаг.

Асуулт 59 Уургийн солилцоо. Тэдний ангилал (хоёр төрөл) ба шинж чанар. Биеийн ач холбогдол. Уургийн биологийн үнэ цэнэ. Азотын тэнцвэр. Уургийн солилцоонд элэгний үүрэг. хивэгч малын уургийн солилцооны онцлог. Уургийн солилцооны зохицуулалт

Уургийн солилцооУУРАГНЫ ҮЙЛ АЖИЛЛАГАА

Хуванцар функц уураг нь биосинтезийн процессоор бие махбодийн өсөлт, хөгжлийг хангах явдал юм.

Ферментийн үйл ажиллагаа уураг нь биохимийн урвалын хурдыг зохицуулдаг.

Уургийн хамгаалалтын функц дархлааны уураг - эсрэгбие үүсэхээс бүрдэнэ. Уургууд нь хорт бодис, хорыг холбож, цусны бүлэгнэлтийг (гемостаз) баталгаажуулдаг.

Тээврийн функц Цусны улаан эсийн уургаар хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгчийн давхар ислийг шилжүүлэх үйл ажиллагаа орно гемоглобин, түүнчлэн зарим ионууд (төмөр, зэс, устөрөгч), эм, хорт бодисыг холбох, шилжүүлэхэд оролцдог.

Эрчим хүчний үүрэг Уургууд нь исэлдэлтийн үед энерги ялгаруулах чадвартай холбоотой юм.

Уургийн солилцоодөрвөн үндсэн үе шат дамждаг:

Ходоод гэдэсний замд уургийн задрал, амин хүчлийн хэлбэрээр шингээх;

Бодисын солилцооны гол холбоос нь амин хүчлээс бие махбодын уургийн нийлэгжилт, эс дэх уургийн задрал юм;

Эс дэх амин хүчлүүдийн завсрын хувиргалт;

Уургийн солилцооны эцсийн бүтээгдэхүүн үүсэх, ялгаруулах.

Азотын тэнцвэр

Уургийн солилцооны үйл ажиллагааны шууд бус үзүүлэлтийг гэж нэрлэдэг азотын тэнцвэр- хоол хүнснээс хүлээн авсан азотын хэмжээ ба эцсийн метаболит хэлбэрээр биеэс ялгардаг азотын хэмжээ хоорондын зөрүү.

Азотын тэнцвэр- нийлүүлсэн азотын хэмжээ тэнцүү байнаялгарсан хэмжээ (хэвийн хооллолт, амьдрах нөхцөлд насанд хүрсэн эрүүл амьтанд тэмдэглэсэн)

Азотын эерэг баланс давсанонцолсон.

Азотын сөрөг баланс- нийлүүлсэн азотын хэмжээ багахуваарилагдсан.

Азотын балансыг тооцоолохдоо уураг нь ойролцоогоор 16% азот агуулдаг, өөрөөр хэлбэл 16 г азот тутамд 100 г уураг (100:16 = 6.25) ногдуулдаг болохыг үндэслэнэ.

Хамгийн бага уураг

Азотын тэнцвэрийг хадгалахад тусалдаг хамгийн бага хэмжээний уураг нь хоол хүнсээр нэвтрүүлдэг.

Бог үхэр, гахай – 1г/кг амьд жин

Морь – 0,7-0,8 (1,2-1,42)

Үхэр - 0.6-0.7 (1)

Хүн – 1.5-1.7 (уураг хамгийн тохиромжтой).

Төрөл зүйлийн онцлогоос үл хамааран бүгд олон янз байдаг уургийн бүтэцбүгдийг агуулсан 20 амин хүчил . Хэвийн бодисын солилцооны хувьд зөвхөн хүлээн авсан уургийн хэмжээ төдийгүй түүний чанарын найрлага, тухайлбал харьцаа нь чухал юм. солих боломжтойТэгээд чухал амин хүчлүүд.

Дизин, триптофан, гистидин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, метионин, валин, треонин, аргинин зэрэг моногастрит амьтан, шувууд, хүмүүст зайлшгүй шаардлагатай 10 амин хүчил байдаг.

Уургийн биологийн үнэ цэнэ

Хивэгчид болон бусад зарим амьтдын төрөл зүйл нь уургийн солилцоонд өөрийн гэсэн онцлог шинж чанартай байдаг: провентрикулын микрофлор ​​нь бүх чухал амин хүчлийг нэгтгэх чадвартай тул чухал амин хүчлүүдгүйгээр хоол хүнсээр амьдрах чадвартай.

Дор хаяж нэг чухал амин хүчлийг агуулаагүй эсвэл хангалтгүй хэмжээгээр агуулагддаг уураг гэж нэрлэдэг. гэмтэлтэй (хүнсний ногооны уураг).

Амин хүчлийн солилцоо

Амин хүчлийн солилцооны гол газар нь элэг юм.

деаминжуулалт - өөх тосны хүчил, гидрокси хүчил, кето хүчил үүсэх замаар амин бүлгийг (аммиак хэлбэрээр) устгах;

трансаминжуулалт Аммиакийн завсрын үүсэхгүйгээр өөр амин хүчил ба кето хүчил үүсэх замаар амин хүчлүүдээс амин бүлгүүдийг кето хүчлүүд рүү шилжүүлэх;

декарбоксилжилт – биоген амин үүсэх замаар нүүрстөрөгчийн давхар исэл хэлбэрээр карбоксил бүлгийг арилгах.

Уургийн солилцооны зохицуулалт

Глюкокортикоидууд- уураг, амин хүчлүүдийн задралыг хурдасгаж, биеэс азотын ялгаралтыг нэмэгдүүлнэ.

Үйлдлийн механизм STGамин хүчлүүдийг эсэд хэрэглэхийг түргэсгэхээс бүрдэнэ. Үүний дагуу акромегали ба гипофиз булчирхайн гигантизмын үед азотын эерэг тэнцэл ажиглагдаж, гипофизэктоми ба гипофиз булчирхайн одой үед сөрөг тэнцвэр ажиглагдаж байна.

Тироксин: бамбай булчирхайн үйл ажиллагаа ихсэх тусам уургийн солилцоо нэмэгддэг

Гипофункц нь бодисын солилцоо удааширч, биеийн өсөлт, хөгжил зогсдог.

Элгэндзөвхөн уургийн нийлэгжилт явагдахаас гадна тэдгээрийн ялзралын бүтээгдэхүүнийг халдваргүйжүүлдэг. Бөөрөндазотын солилцооны бүтээгдэхүүнийг деаминжуулах үйл явц явагддаг.

Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээ: 1) Рентген туяа болороор дамжин өнгөрөх үед олж авсан дифракцийн загвараас атом хоорондын зайг тодорхойлж, болорын бүтцийг тодорхойлно; 2) Өргөн хэрэглээний уураг, нуклейн хүчлийн молекулуудын бүтцийг тодорхойлох; 3)Жижиг молекулуудын хувьд нарийн тогтоосон холбоосын урт ба өнцгийг илүү нарийн төвөгтэй полимер бүтцэд ижил хэвээр байна гэсэн таамаглалаар стандарт утга болгон ашигладаг; 4) Уураг ба нуклейн хүчлүүдийн бүтцийг тодорхойлох үе шатуудын нэг нь рентген туяаны өгөгдөлд нийцсэн полимерүүдийн молекулын загварыг бүтээх бөгөөд бондын урт, өнцгийн стандарт утгыг хадгалах явдал юм.

Цөмийн соронзон резонанс: 1) Гол нь - радио давтамжийн муж дахь цахилгаан соронзон долгионыг атомын цөмөөр шингээх соронзон агшинтай байх; 2) Цөмүүд нь NMR спектрометрийн хүчтэй соронзон орон дотор байх үед энергийн квант шингээлт үүсдэг; 3) Өөр өөр химийн орчинтой цөм бага зэрэг өөр хүчдэлийн соронзон орон дахь энергийг шингээх (эсвэл тогтмол хүчдэлд, арай өөр давтамжийн радио давтамжийн хэлбэлзэл); 4) Үр дүн нь NMR спектр соронзон тэгш бус цөм нь тодорхой дохиогоор тодорхойлогддог бодис - аливаа стандарттай холбоотой "химийн шилжилт" ; 5) NMR спектр нь нэгдэл дэх өгөгдсөн элементийн атомын тоо болон тухайн элементийг тойрсон бусад атомуудын тоо, мөн чанарыг тодорхойлох боломжийг олгодог.

Электрон парамагнит резонанс (EPR): 1) Цацрагийн электронуудын резонансын шингээлтийг ашигладаг

Электрон микроскоп:1) Тэд объектыг хэдэн сая дахин томруулдаг электрон микроскоп ашигладаг; 2) Анхны электрон микроскопууд 1939 онд гарч ирсэн; 3) ~0.4 нм нарийвчлалтай электрон микроскоп нь уураг ба нуклейн хүчлүүдийн молекулууд, мөн эсийн органеллуудын бүтцийн нарийн ширийн зүйлийг "харах" боломжийг олгодог; 4) 1950 онд тэдгээрийг зохион бүтээсэн микротомууд Тэгээд хутга , хуванцараар урьдчилан суулгасан эд эсийн хэт нимгэн (20-200 нм) хэсгүүдийг хийх боломжийг олгодог.

Уураг тусгаарлах, цэвэршүүлэх арга:Уургийн эх үүсвэрийг сонгосны дараа дараагийн алхам нь түүнийг эд эсээс гаргаж авах явдал юм. Сонирхсон уургийн нэлээд хэсгийг агуулсан хандыг авч, тоосонцор болон уургийн бус материалыг устгасны дараа уураг цэвэршүүлэх ажлыг эхлүүлж болно. Төвлөрөл . Үүнийг уургийн тунадасжилт, дараа нь тунадасыг бага хэмжээгээр уусгах замаар хийж болно. Ихэвчлэн аммонийн сульфат эсвэл ацетон хэрэглэдэг. Эхний уусмал дахь уургийн концентраци дор хаяж 1 мг / мл байх ёстой. Дулааны денатураци . Цэвэршүүлэх эхний үе шатанд дулааны боловсруулалтыг заримдаа уургийг салгахад ашигладаг. Уураг нь дагалдах уургууд нь денатуратлагдсан үед халаалтын нөхцөлд харьцангуй тогтвортой байвал үр дүнтэй байдаг. Энэ тохиолдолд уусмалын рН, эмчилгээний үргэлжлэх хугацаа, температур өөр өөр байдаг. Хамгийн оновчтой нөхцлийг сонгохын тулд эхлээд хэд хэдэн жижиг туршилтуудыг хийдэг. Цэвэршүүлэх эхний үе шатуудын дараа уураг нь нэгэн төрлийн төлөв байдлаас хол байна. Үүссэн хольцод уураг нь уусах чадвар, молекулын жин, молекулын нийт цэнэг, харьцангуй тогтвортой байдал гэх мэт өөр хоорондоо ялгаатай байдаг. Органик уусгагчтай уургийн тунадас.Энэ бол хуучин аргуудын нэг юм. Энэ нь үйлдвэрлэлийн хэмжээнд уураг цэвэршүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Хамгийн түгээмэл уусгагч нь этанол ба ацетон, арай бага байдаг - изопропанол, метанол, диоксан. Үйл явцын гол механизм: органик уусгагчийн концентраци нэмэгдэхийн хэрээр усны цэнэгтэй гидрофилик ферментийн молекулуудыг уусгах чадвар буурдаг. Уургийн уусах чадвар буурч, хуримтлагдах, хур тунадас үүсэх түвшинд хүрдэг. Хур тунадасанд нөлөөлдөг чухал үзүүлэлт бол уургийн молекулын хэмжээ юм. Молекул том байх тусам уургийн тунадас үүсгэдэг органик уусгагчийн концентраци бага байдаг. Гель шүүлтүүр Гель шүүлтүүрийн аргыг ашиглан макромолекулуудыг хэмжээнээс нь хамааран хурдан салгаж болно. Хроматографийн зөөвөрлөгч нь багануудыг хялбархан дүүргэхийн тулд бөмбөлгүүдийг (мөхлөг) хэлбэрээр үүссэн хөндлөн холбоос бүхий гурван хэмжээст молекулын сүлжээнээс бүрдэх гель юм. Тэгэхээр СефадексНүх сүвний хэмжээ нь заасан хөндлөн холбоос бүхий декстранс (нянгийн гаралтай α-1→6-глюкан) юм. Декстраны гинжийг эпихлоргидрин ашиглан гурван нүүрстөрөгчийн гүүрээр холбодог. Хөндлөн холбоос их байх тусам нүхний хэмжээ бага байх болно. Ийнхүү олж авсан гель нь молекул шигшүүрийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Холимог бодисын уусмалыг хавдсан Sephadex мөхлөгүүдээр дүүргэсэн баганаар нэвтрүүлэхэд Sephadex-ийн нүх сүвний хэмжээнээс том том хэсгүүд хурдан хөдөлнө. Давс гэх мэт жижиг молекулууд мөхлөг дотор шилжихдээ аажмаар хөдөлнө. Электрофорез

Электрофорезын аргын физик зарчим нь дараах байдалтай байна. Уусмал дахь уургийн молекул нь изоэлектрик цэгээс өөр ямар ч рН-д тодорхой дундаж цэнэгтэй байдаг. Энэ нь уураг нь цахилгаан орон зайд шилжихэд хүргэдэг. Хөдөлгүүрийн хүчийг хурцадмал байдлын хэмжээгээр тодорхойлно цахилгаан орон Эбөөмийн нийт цэнэгээр үржүүлнэ z. Энэ хүчийг наалдамхай байдлын коэффициенттэй пропорциональ орчны наалдамхай хүч эсэргүүцдэг. η , бөөмийн радиус r(Стокс радиус) ба хурд v.; E ·z = 6πηrv.

Уургийн молекулын жинг тодорхойлох.Масс спектрометр (масс спектроскопи, масс спектрографи, масс спектрийн шинжилгээ, масс спектрометрийн шинжилгээ) нь масс ба цэнэгийн харьцааг тодорхойлох замаар бодисыг судлах арга юм. Уургууд нь олон тооны эерэг ба сөрөг цэнэгийг олж авах чадвартай. Атомууд химийн элементүүдтодорхой масстай байна. Тиймээс шинжилж буй молекулын массыг үнэн зөв тодорхойлох нь түүний элементийн найрлагыг тодорхойлох боломжийг олгодог (элементийн шинжилгээг үзнэ үү). Масс спектрометр нь мөн шинжилж буй молекулуудын изотопын найрлагын талаар чухал мэдээллийг өгдөг.

Ферментийг тусгаарлах, цэвэрлэх арга Биологийн материалаас ферментийг тусгаарлах нь ферментийг олж авах цорын ганц бодит арга юм . Ферментийн эх үүсвэрүүд:даавуу; зохих субстрат агуулсан тэжээлт орчинд ургасан бактери; эсийн бүтэц (митохондри гэх мэт). Эхлээд биологийн материалаас шаардлагатай объектуудыг сонгох шаардлагатай.

Ферментийг тусгаарлах аргууд: 1) Олборлолт(шийдэл болгон орчуулах):буфер уусмал (хүчиллэгжилтээс сэргийлнэ); ацетоноор хатаах ; бутанол, усны холимогоор материалыг боловсруулах ; төрөл бүрийн органик уусгагч, угаалгын нунтаг усан уусмалаар олборлох ; перхлорат, гидролитик фермент (липаза, нуклеаз, уураг задлах фермент) бүхий материалыг боловсруулах

Бутанол нь липопротеины цогцолборыг устгаж, фермент нь усан үе рүү шилждэг.

Угаалгын бодисоор эмчлэх нь ферментийг жинхэнэ татан буулгахад хүргэдэг.

Бутархай.Үр дүнд нөлөөлөх хүчин зүйлүүд: рН, электролитийн концентраци. Ферментийн үйл ажиллагааг тогтмол хэмжих шаардлагатай.

РН-ийн өөрчлөлттэй фракцийн хур тунадас

Халаах замаар бутархай денатураци

Органик уусгагчтай фракцийн хур тунадас

· давстай хуваах – давслах

бутархай шингээлт (А.Я.Данилевский): шингээгчийг ферментийн уусмалд нэмж, дараа нь хэсэг бүрийг центрифугаар тусгаарлана.

§ хэрэв фермент шингэсэн бол түүнийг салгаж, дараа нь шингээгчээс ялгаруулна.

§ хэрэв фермент шингэхгүй бол шингээгч бодисоор боловсруулалтыг тогтворжуулагч бодисыг ялгахад хэрэглэнэ.

ферментийн уусмалыг шингээгчтэй баганаар дамжуулж, фракцуудыг цуглуулдаг

Ферментийг сонгон шингээж авдаг: баганын хроматографи, электрофорез; талсжилт - өндөр цэвэршүүлсэн ферментийг олж авах.

Эс бол амьдралын хамгийн бага нэгж юм.

Орчин үеийн эсийн онол нь дараах үндсэн заалтуудыг агуулдаг: Эс нь бүх амьд организмын бүтэц, хөгжлийн үндсэн нэгж, амьд организмын хамгийн жижиг нэгж юм. Бүх нэг эст болон олон эст организмын эсүүд нь бүтэц, химийн найрлага, амин чухал үйл ажиллагааны үндсэн илрэлүүдээр ижил төстэй (гомолог) байдаг. ба бодисын солилцоо. Эсийн нөхөн үржихүй нь тэдгээрийг хуваах замаар явагддаг, өөрөөр хэлбэл. шинэ эс бүр. Нарийн төвөгтэй олон эсийн организмд эсүүд нь гүйцэтгэх үүргээр мэргэшсэн бөгөөд эд эсийг үүсгэдэг; Эрхтэн нь эд эсээс тогтдог. Cl бол өөрийгөө шинэчлэх, өөрийгөө зохицуулах, өөрөө үйлдвэрлэх чадвартай анхан шатны амьд систем юм.

Эсийн бүтэц.прокариот эсийн хэмжээ дунджаар 0.5-5 микрон, эукариот эсийн хэмжээ дунджаар 10-50 микрон байна.

Хоёр төрлийн үүрэн холбооны зохион байгуулалт байдаг: прокариотба эукариот. Прокариот эсүүд нь харьцангуй энгийн бүтэцтэй байдаг. Тэд морфологийн хувьд тусдаа цөмгүй, цорын ганц хромосом нь дугуй хэлбэртэй ДНХ-ээр үүсгэгддэг бөгөөд цитоплазмд байрладаг. Цитоплазм нь олон тооны жижиг рибосомуудыг агуулдаг; Микро гуурсан хоолой байхгүй тул цитоплазм нь хөдөлгөөнгүй, цилиа, туг нь тусгай бүтэцтэй байдаг. Бактерийг прокариот гэж ангилдаг. Орчин үеийн ихэнх амьд организмууд эукариотуудын супер хаант улсад нэгдсэн ургамал, мөөгөнцөр эсвэл амьтан гэсэн гурван хаант улсын аль нэгэнд харьяалагддаг. Организмыг нэг эсийн болон олон эст гэж хуваадаг. Нэг эсийн организмууд нь бүх үүргийг гүйцэтгэдэг нэг эсээс бүрддэг. Бүх прокариотууд нэг эст байдаг.

Эукариотууд- прокариотуудаас ялгаатай нь цитоплазмаас цөмийн мембранаар тусгаарлагдсан эсийн цөмтэй организмууд. Генетик материал нь хэд хэдэн шугаман давхар судалтай ДНХ молекулуудад (организмын төрлөөс хамааран тэдгээрийн нэг цөм дэх тоо хоёроос хэдэн зуу хүртэл хэлбэлзэж болно) агуулагдаж, эсийн цөмийн мембранд дотроос наалдаж, нэг цогцолбор үүсгэдэг. Ихэнх тохиолдолд хроматин гэж нэрлэгддэг гистоны уураг. Эукариот эсүүд нь дотоод мембраны системтэй байдаг бөгөөд тэдгээр нь цөмөөс гадна бусад олон эрхтэн (дотоод плазмын тор, Голги аппарат гэх мэт) үүсгэдэг. Нэмж дурдахад дийлэнх нь эсийн доторх байнгын прокариот симбионтуудтай байдаг - митохондри, замаг, ургамал нь мөн пластидуудтай байдаг.

Биологийн мембран, тэдгээрийн шинж чанар, үүрэг Бүх эукариот эсийн гол шинж чанаруудын нэг нь дотоод мембраны бүтцийн элбэг дэлбэг байдал, нарийн төвөгтэй байдал юм. Мембранууд нь цитоплазмыг тусгаарладаг орчин, мөн түүнчлэн цөм, митохондри, пластидын бүрхүүлийг үүсгэдэг. Эдгээр нь гольги цогцолборыг бүрдүүлдэг эндоплазмын торлог бүрхэвч, овоолсон хавтгай цэврүүт боргоцойг үүсгэдэг. Мембранууд нь лизосом, ургамал, мөөгөнцрийн эсийн том жижиг вакуоль, эгэл биетний лугшилттай вакуолуудыг үүсгэдэг. Эдгээр бүх бүтэц нь тодорхой тусгай процесс, мөчлөгт зориулагдсан тасалгаанууд (тасалгаанууд) юм. Тиймээс мембрангүйгээр эс оршин тогтнох боломжгүй юм. плазмын мембран,эсвэл плазмалемма,- бүх эсийн хамгийн байнгын, үндсэн, бүх нийтийн мембран. Энэ нь эсийг бүхэлд нь бүрхсэн нимгэн (ойролцоогоор 10 нм) хальс юм. Плазмалемма нь уургийн молекул ба фосфолипидээс бүрдэнэ. Фосфолипидын молекулууд нь хоёр эгнээнд байрладаг - гидрофобик төгсгөлүүд нь дотогшоо, гидрофилик толгойнууд нь дотоод болон гадаад усан орчинд чиглэсэн байдаг. Зарим газарт фосфолипидын хоёр давхарга (давхар давхарга) нь уургийн молекулуудаар (интеграл уураг) дамжин нэвтэрдэг. Ийм уургийн молекулуудын дотор усанд уусдаг бодисууд дамждаг суваг байдаг. Бусад уургийн молекулуудлипидийн давхар давхаргыг нэг талдаа эсвэл нөгөө талдаа (хагас интеграл уураг) нэвт шингээнэ. Эукариот эсийн мембраны гадаргуу дээр захын уургууд байдаг. Гидрофилик-гидрофобик харилцан үйлчлэлийн улмаас липид ба уургийн молекулууд хоорондоо холбогддог. Мембраны шинж чанар, үүрэг. Липид ба уургийн молекулууд нь ковалент холбоогоор холбогддоггүй бөгөөд мембраны хавтгайд маш хурдан хөдөлж чаддаг тул бүх эсийн мембранууд нь хөдөлгөөнт шингэний бүтэц юм. Үүний ачаар мембранууд тохиргоогоо өөрчилж чаддаг, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь шингэнтэй байдаг. Мембран бол маш динамик бүтэц юм. Тэд эвдрэлээс хурдан сэргэж, эсийн хөдөлгөөнөөр сунгаж, агшдаг. Төрөл бүрийн эсийн мембранууд нь химийн найрлага, уураг, гликопротейн, липидийн харьцангуй агууламж, улмаар тэдгээрт агуулагдах рецепторуудын шинж чанараараа ихээхэн ялгаатай байдаг. Тиймээс эсийн төрөл бүр нь үндсэндээ тодорхойлогддог бие даасан шинж чанартай байдаг гликопротейнууд.Эсийн мембранаас цухуйсан салаалсан гинжин гликопротейнууд үүнд оролцдог хүчин зүйлсийг хүлээн зөвшөөрөхгадаад орчин, түүнчлэн холбогдох эсүүдийг харилцан хүлээн зөвшөөрөх. Жишээлбэл, өндөг, эр бэлгийн эс нь бие биенээ бүхэл бүтцийн салангид элемент болгон бие биендээ тохирсон эсийн гадаргуугийн гликопротейнээр таньдаг. Ийм харилцан хүлээн зөвшөөрөх нь бордооны өмнөх зайлшгүй үе шат юм. Хүлээн зөвшөөрөхтэй холбоотой тээврийн зохицуулалтмембранаар дамжин молекулууд ба ионууд, түүнчлэн гликопротейнууд эсрэгтөрөгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг дархлааны хариу урвал. Иймээс элсэн чихэр нь мэдээллийн молекулын үүрэг гүйцэтгэдэг (уураг гэх мэт нуклейн хүчил). Мөн мембран нь тусгай рецептор, электрон тээвэрлэгч, энерги хувиргагч, ферментийн уураг агуулдаг. Уургууд нь тодорхой молекулуудыг эс рүү эсвэл эсээс гадагш зөөвөрлөхөд оролцдог, цитоскелетон ба эсийн мембран хоорондын бүтцийн холболтыг хангадаг, эсвэл хүрээлэн буй орчноос химийн дохиог хүлээн авах, хувиргах рецептороор үйлчилдэг. сонгомол нэвчилт.Энэ нь молекул, ионууд өөр өөр хурдтайгаар дамжин өнгөрдөг гэсэн үг бөгөөд молекулуудын хэмжээ том байх тусам мембранаар дамжин өнгөрөх хурд багасдаг. Энэ шинж чанар нь плазмын мембраныг тодорхойлдог осмосын саад . Түүнд ууссан ус ба хий нь хамгийн их нэвтрэх чадвартай; Ионууд мембранаар илүү удаан дамждаг. Мембранаар дамжин усны тархалтыг нэрлэдэг осмосоор.Мембранаар бодисыг зөөвөрлөх хэд хэдэн механизм байдаг.

Тархалт- бодисын агууламжийн градиентийн дагуу мембранаар нэвтрэн орох (тэдгээрийн концентраци өндөр байгаа газраас бага концентрацитай газар хүртэл). Хөнгөвчлөх тархалттайтусгай мембран тээвэрлэх уургууд нь нэг буюу өөр ион эсвэл молекултай сонгомол холбогдож, тэдгээрийг концентрацийн градиентийн дагуу мембранаар дамжуулдаг.

Идэвхтэй тээвэрлэлтЭнэ нь эрчим хүчний зардлыг хамардаг бөгөөд бодисыг концентрацийн градиентийн эсрэг тээвэрлэхэд үйлчилдэг. Тэргэж нэрлэгддэгийг үүсгэдэг тусгай тээвэрлэгч уургаар гүйцэтгэдэг ионы шахуургууд.Хамгийн их судлагдсан нь амьтны эс дэх Na - / K - насос бөгөөд K - ионыг шингээж авахын зэрэгцээ Na + ионыг идэвхтэй шахдаг. Үүнээс үүдэн эсэд хүрээлэн буй орчинтой харьцуулахад K - өндөр концентраци, Na + бага концентраци хадгалагддаг. Энэ процесс нь ATP энерги шаарддаг. Эс доторх мембран шахуургыг ашиглан идэвхтэй тээвэрлэлтийн үр дүнд Mg 2- ба Ca 2+-ийн концентрацийг мөн зохицуулдаг.

At эндоцитоз (эндо...- дотогшоо) плазмалеммын тодорхой хэсэг нь эсийн гаднах материалыг барьж, бүрхэж, мембраныг нэвчүүлсний үр дүнд үүссэн мембраны вакуольд оруулдаг. Дараа нь ийм вакуоль нь лизосомтой холбогддог бөгөөд түүний ферментүүд нь макромолекулуудыг мономер болгон задалдаг.

Эндоцитозын урвуу үйл явц юм экзоцитоз (экзо...- гадагш). Үүний ачаар эс нь вакуол эсвэл цэврүүт доторх эсийн доторх бүтээгдэхүүн эсвэл боловсруулагдаагүй үлдэгдлийг зайлуулдаг. Цэврүү нь цитоплазмын мембранд ойртож, түүнтэй нийлж, түүний агуулгыг хүрээлэн буй орчинд гаргадаг. Энэ нь хоол боловсруулах фермент, гормон, гемицеллюлоз гэх мэтийг арилгадаг.

Тиймээс биологийн мембранууд нь эсийн үндсэн бүтцийн элементүүдийн хувьд физикийн хил хязгаар төдийгүй динамик функциональ гадаргуу юм. Органеллуудын мембран дээр бодисыг идэвхтэй шингээх, энерги хувиргах, ATP синтез гэх мэт олон тооны биохимийн процессууд явагддаг.

Функцүүд биологийн мембранууд Дараахь зүйл: Тэд эсийн агуулгыг гадаад орчноос, цитоплазмаас органеллуудын агуулгыг тусгаарладаг. Эдгээр нь эсийн дотор болон эсээс гадагш, цитоплазмаас эрхтэн эс рүү болон эсрэгээр бодисыг зөөвөрлөж, хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг (хүрээлэн буй орчноос химийн бодисыг хүлээн авах, хувиргах, эсийн бодисыг таних гэх мэт). Эдгээр нь катализатор (мембрантай ойролцоо химийн процессыг хангадаг) юм. Эрчим хүч хувиргахад оролцох.

"Бид амьдралыг хаанаас ч олж хардаг, ямар нэгэн уураглаг биетэй холбоотой байдаг ба задралын шатанд байгаа уураглаг биетүүд хаана ч байсан бид амьдралын үзэгдлийг олж хардаг."

Уургууд нь хатуу тодорхойлогддог элементийн найрлагаар тодорхойлогддог өндөр молекулт азот агуулсан органик нэгдлүүд бөгөөд гидролизийн явцад амин хүчлүүд болж задардаг.

Тэдгээрийг бусад органик нэгдлүүдээс ялгах онцлог

1. Бүтцийн шавхагдашгүй олон янз байдал, үүний зэрэгцээ түүний өндөр өвөрмөц өвөрмөц байдал

2. Физик болон химийн хувиргалтын асар том хүрээ

3. Гадны нөлөөллийн хариуд молекулын тохиргоог буцаах, байгалийн жамаар өөрчлөх чадвар

4. Бусад химийн нэгдлүүдтэй молекулын дээд бүтэц, цогцолбор үүсгэх хандлага

Уургийн бүтцийн полипептидийн онол

зөвхөн Э.Фишер (1902) полипептидийн онолыг томьёолжээ барилгууд. Энэхүү онолын дагуу уураг нь бие даасан амин хүчлүүд нь α-карбоксил COOH ба α-NH 2 бүлгийн амин хүчлүүдийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд бий болсон пептидийн холбоогоор бие биетэйгээ холбогддог цогц полипептидүүд юм. Аланин ба глициний харилцан үйлчлэлийн жишээг ашиглан пептидийн холбоо ба дипептид (усны молекул ялгарснаар) үүсэхийг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.

Пептидийн нэр нь чөлөөт NH 2 бүлэг бүхий эхний N төгсгөлийн амин хүчлийн нэр (ацилуудын хувьд ердийн -yl төгсгөлтэй), дараагийн амин хүчлүүдийн нэр (мөн -yl төгсгөлтэй) ба Чөлөөт COOH бүлэг бүхий С-терминал амин хүчлийн бүтэн нэр. Жишээлбэл, 5 амин хүчлээс бүрдсэн пентапептидыг тодорхойлж болно бүтэн нэр: glycyl-alanyl-seryl-cysteinil-alanin, эсвэл товчоор Gly-Ala-Ser-Cis-Ala.

полипептидийн онолын туршилтын нотолгоо уургийн бүтэц.

1. Байгалийн уураг нь харьцангуй цөөн тооны титрлэгддэг чөлөөт COOH ба NH 2 бүлгүүдийг агуулдаг, учир нь тэдгээрийн үнэмлэхүй дийлэнх нь пептидийн холбоо үүсэхэд оролцдог холбоотой төлөвт байдаг; Титрлэхэд пептидийн N- ба С-терминал амин хүчлүүд дээр голчлон чөлөөт COOH ба NH 2 бүлгүүд байдаг.

2. Хүчиллэг буюу шүлтлэг гидролизийн процесст хэрэмТитрлэгдэх COOH ба NH 2 бүлгүүдийн стехиометрийн хэмжээгээр үүсдэг бөгөөд энэ нь тодорхой тооны пептидийн бондын задралыг илтгэнэ.

3. Протеолитик ферментийн (протеиназа) үйл ажиллагааны дор уураг нь протеиназын үйл ажиллагааны сонгомол байдалд тохирсон эцсийн амин хүчлүүдтэй, пептид гэж нэрлэгддэг хатуу тодорхойлогдсон хэсгүүдэд хуваагддаг. Эдгээр бүрэн бус гидролизийн зарим хэсгүүдийн бүтэц нь дараагийн химийн нийлэгжилтээр батлагдсан.

4. Биурет урвалыг (зэсийн сульфатын шүлтлэг орчинд уусмал байгаа тохиолдолд хөх ягаан өнгөөр ​​будах) пептидийн холбоо болон уураг агуулсан биурет хоёулаа өгөгдсөн бөгөөд энэ нь уурагт ижил төстэй холбоо байдгийг нотолж байна.

5. Уургийн талстуудын рентген туяаны дифракцийн хэлбэрт дүн шинжилгээ хийх нь уургийн полипептидийн бүтцийг баталгаажуулдаг. Тиймээс 0.15-0.2 нм нарийвчлалтай рентген туяаны дифракцийн шинжилгээ нь C, H, O, N атомуудын хоорондын атом хоорондын зай, бондын өнцгийн хэмжээг тооцоолохоос гадна ерөнхий дүр зургийг "харах" боломжийг олгодог. полипептидийн гинжин хэлхээнд амин хүчлийн үлдэгдлийн зохион байгуулалт, түүний орон зайн чиг баримжаа (конформац).

6. Полипептидийн онолын чухал баталгаа уургийн бүтэцЭнэ нь аль хэдийн мэдэгдэж байгаа бүтэцтэй полипептид ба уурагуудыг цэвэр химийн аргаар нэгтгэх боломж юм: инсулин - 51 амин хүчлийн үлдэгдэл, лизоцим - 129 амин хүчлийн үлдэгдэл, рибонуклеаз - 124 амин хүчлийн үлдэгдэл. Синтезийн уураг нь байгалийн уурагтай төстэй физик-химийн шинж чанар, биологийн идэвхжилтэй байв.

Мэдлэгийн санд сайн ажлаа илгээх нь энгийн зүйл юм. Доорх маягтыг ашиглана уу

Мэдлэгийн баазыг суралцаж, ажилдаа ашигладаг оюутнууд, аспирантууд, залуу эрдэмтэд танд маш их талархах болно.

http://www.allbest.ru/ сайтад нийтлэгдсэн.

Оршил

1. Туршилтын аргууд

1.1 Рентген электрон спектроскопи

1.2 Хэт улаан туяаны спектроскопи

1.3 Дифракцийн аргууд

2. Онолын аргууд

2.1 Хагас эмпирик аргууд

2.2 Аборигенчуудын аргууд

2.3 Квантын механик аргууд

2.4 Хюккелийн арга

Дүгнэлт

Ашигласан эх сурвалжуудын жагсаалт

ОРШИЛ

Орчин үед органик химиФизик судалгааны янз бүрийн аргууд нь маш чухал юм. Тэдгээрийг хоёр бүлэгт хувааж болно. Эхний бүлэгт бодисын бүтэц, физик шинж чанарын талаар ямар нэгэн химийн өөрчлөлт хийхгүйгээр янз бүрийн мэдээлэл авах боломжтой аргууд орно. Энэ бүлгийн аргуудаас магадгүй хамгийн өргөн хэрэглэгддэг нь спектрийн өргөн хүрээний спектроскопи юм - хэт хатуу биш рентгенээс эхлээд тийм ч урт долгионы урттай радио долгион хүртэл. Хоёр дахь бүлэгт молекулын химийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг физик нөлөөллийг ашигладаг аргууд орно. IN өнгөрсөн жилМолекулын реактив байдалд нөлөөлөх урьд өмнө мэдэгдэж байсан физик арга хэрэгсэлд шинээр нэмж оруулав. Тэдгээрийн дотор хатуу рентген туяа, цөмийн реакторт үүссэн өндөр энергитэй бөөмийн урсгалын нөлөө онцгой ач холбогдолтой юм.

Үүний зорилго курсын ажилмолекулын бүтцийг судлах аргуудын талаар суралцах явдал юм.

Курсын ажлын зорилго:

Аргын төрлийг олж, тэдгээрийг судлах.

1. ТУРШИЛТЫН АРГУУД

1.1 РРентген электрон спектроскопи

Судалгааны арга цахим бүтэцрентген туяа ашиглан фотоэлектрик эффект дээр суурилсан химийн нэгдэл, хатуу бодисын найрлага, гадаргуугийн бүтэц. Бодис цацраг туяагаар цацагдах үед рентген квант hv (h-Планкийн тогтмол, v-цацрагийн давтамж) шингэж, атомын дотоод эсвэл гадна бүрхүүлээс электрон (фотоэлектрон гэж нэрлэдэг) ялгардаг. Энерги хадгалагдах хуулийн дагуу дээж дэх электрон E St холболтын энергийг тэгшитгэлээр тодорхойлно: E St = hv-E kin, энд E kin -кинетик энергифотоэлектрон. Дотоод бүрхүүлийн электронуудын Eb утгууд нь тухайн атомын онцлог шинж чанартай байдаг тул тэдгээрээс химийн найрлагыг хоёрдмол утгагүй тодорхойлох боломжтой. холболтууд. Нэмж дурдахад эдгээр хэмжигдэхүүнүүд нь судалж буй атомын нэгдэл дэх бусад атомуудтай харилцан үйлчлэлийн шинж чанарыг илэрхийлдэг. химийн бондын шинж чанараас хамаарна. Дээжийн найрлагыг фотоэлектроны урсгалын I эрчимээр тодорхойлно. XPS электрон спектрометрийн төхөөрөмжийн бүдүүвч диаграммыг 1-р зурагт үзүүлэв. Дээжийг Рейтген хоолой эсвэл синхротрон цацрагаас авсан рентген туяагаар цацруулсан. Фотоэлектронууд нь тодорхой E төрлийн электронууд ерөнхий урсгалаас тусгаарлагдсан анализатор-төхөөрөмжид ордог. Анализатороос электронуудын монохроматик урсгалыг фокус болгосноор детектор руу илгээгдэж, түүний эрчим I тодорхойлогдоно.Рентген цацрагийн электрон спектрт өөр өөр атомууд өөрийн эрчим хүчний максимумтай байдаг (Зураг 2) Хэдийгээр зарим максимууд нэгдэж, нэгийг өгдөг. нэмэгдсэн эрчимтэй тууз. Спектрийн шугамыг дараах байдлаар тэмдэглэв: элементийн тэмдгийн хажууд судалж буй тойрог замыг нэрлэсэн (жишээлбэл, Cls тэмдэглэгээ нь фотоэлектроныг нүүрстөрөгчийн 1s орбиталаас бүртгэсэн гэсэн үг юм).

Зураг 1—Электрон спектрометрийн диаграм: 1—цацрагийн эх үүсвэр; 2 - дээж; 3- анализатор; 4-детектор; Соронзон орон зайнаас хамгаалах 5 дэлгэц

Зураг 2 - Cls этил трифторацетатын рентген электрон спектр

XPS нь дээж дэх агууламж нь ~ 10 -5 г (XPS ашиглан элементийн илрүүлэх хязгаар нь 10 -7 -10 -9 г) байх үед H-ээс бусад бүх элементүүдийг судлах боломжтой болгодог. Элементийн харьцангуй агуулга нь хувийн бутархай байж болно. Дээж нь хатуу, шингэн эсвэл хий байж болно. Химийн нэгдлүүд дэх А атомын дотоод бүрхүүлийн электроны Eb утга нь энэ атомын үр дүнтэй цэнэг q A ба нэгдлийн бусад бүх атомын үүсгэсэн цахилгаан статик U потенциалаас хамаарна: Eb = kq A + U, энд k нь пропорциональ байдлын коэффициент юм.

Тохиромжтой болгох үүднээс судалж буй нэгдэл дэх Eb ба тодорхой стандартын хоорондын зөрүүтэй тэнцэх химийн шилжилтийн Eb гэсэн ойлголтыг RES-д нэвтрүүлсэн. Элементийн талст өөрчлөлтийн хувьд олж авсан Est утгыг ихэвчлэн стандарт болгон ашигладаг; Жишээлбэл, S нэгдлийг судлахдаа талст хүхрийг стандарт болгон ашигладаг. Учир нь энгийн бодис q A 0 ба U = 0, дараа нь Ecv = kq A + U. Тиймээс химийн шилжилт нь химийн нэгдэл дэх судлагдсан атом А эерэг үр дүнтэй цэнэгийг, сөрөг шилжилт нь сөрөг цэнэг, утгыг илэрхийлнэ. Ecb-ийн хэмжээ нь атомын ашигтай цэнэгтэй пропорциональ байна. А атомын үр дүнтэй цэнэгийн өөрчлөлт нь түүний исэлдэлтийн төлөв, хөрш атомуудын шинж чанар, нэгдлийн геометрийн бүтэц, функциональ бүлгүүдийн шинж чанар, атомын исэлдэлтийн төлөв, лигандын зохицуулалтын арга зэргээс хамаардаг. . Est-аас тодорхойлж болно. Функциональ атомын бүлгийн электронуудын холболтын энерги нь тухайн функциональ бүлэг байрладаг химийн нэгдлүүдийн төрлөөс сул хамаардаг.

1.2 БАхэт улаан туяаны спектроскопи

IR бүс дэх цахилгаан соронзон цацрагийн шингээлт ба ойлтын спектрийг судалдаг оптик спектроскопийн салбар, i.e. долгионы уртад 10 -6-аас 10 -3 м хүртэл.Координатуудад шингэсэн цацрагийн эрчмийг долгионы урт (буюу долгионы дугаар) гэнэ.ИХ спектр нь олон тооны максимум ба минимум бүхий цогц муруй юм. Шингээлтийн зурвасууд нь судалж буй системийн газрын электрон төлөвийн чичиргээний түвшний шилжилтийн үр дүнд үүсдэг. Бие даасан молекулын спектрийн шинж чанар (хамгийн их зурвасын байрлал, тэдгээрийн хагас өргөн, эрчим) нь түүнийг бүрдүүлэгч атомын масс, геометрийн бүтэц, атом хоорондын хүчний онцлог, цэнэгийн тархалт гэх мэт зэргээс шалтгаална. Тиймээс IR спектр нь маш хувь хүн байдаг. бүтцийн холболтыг тодорхойлох, судлахад тэдний үнэ цэнийг тодорхойлдог. Спектрийг бүртгэхийн тулд сонгодог спектрофотометр ба Фурье спектрометрийг ашигладаг. Сонгодог спектрофотометрийн үндсэн хэсгүүд нь тасралтгүй дулааны цацрагийн эх үүсвэр, монохромататор, сонгомол бус цацраг хүлээн авагч юм. Орцны (заримдаа гаралтын ард) нүхний урд хэсэгт бодис бүхий кюветт (ямар ч бөөгнөрөлтэй) байрладаг. Янз бүрийн материалаар хийсэн призм (LiF, NaCl, KCl, CsF гэх мэт) ба дифракцийн торыг монохромататорыг тараах төхөөрөмж болгон ашигладаг. Янз бүрийн долгионы урттай цацрагийг гаралтын цоорхой ба цацраг хүлээн авагч руу дараалан гаргах (сканнердах) нь призм эсвэл торыг эргүүлэх замаар хийгддэг. Цацрагийн эх үүсвэрүүд - улайсдаг цахилгаан цохих янз бүрийн материалаар хийсэн саваа. Хүлээн авагчид: мэдрэмтгий термопар, металл ба хагас дамжуулагчийн дулааны эсэргүүцэл (болометр) ба хийн дулааны хувиргагч, савны ханыг халаах нь хийн халаалт, түүний даралтын өөрчлөлтөд хүргэдэг. Гаралтын дохио нь ердийн спектрийн муруй шиг харагдаж байна. Сонгодог загварын төхөөрөмжүүдийн давуу талууд: дизайны энгийн байдал, хямд өртөг. Сул талууд: бага дохионы улмаас сул дохиог бүртгэх боломжгүй: дуу чимээний харьцаа нь алс холын IR бүсэд ажлыг ихээхэн хүндрүүлдэг; харьцангуй бага нарийвчлалтай (0.1 см -1 хүртэл), урт хугацааны (минутын дотор) спектрийн бичлэг. Фурье спектрометр нь оролт, гаралтын цоорхойгүй бөгөөд гол элемент нь интерферометр юм. Эх үүсвэрээс цацрагийн урсгал нь дээжээр дамжин өнгөрч, хөндлөнгөөс оролцдог хоёр цацрагт хуваагдана. Цацрагийн замын ялгаа нь цацрагуудын аль нэгийг тусгах хөдөлгөөнт толины тусламжтайгаар өөр өөр байдаг. Анхны дохио нь цацрагийн эх үүсвэрийн энерги, дээжийг шингээх чадвараас хамаардаг бөгөөд олон тооны гармоник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлбэр хэлбэртэй байдаг. Спектрийг ердийн хэлбэрээр авахын тулд суурилагдсан компьютер ашиглан Фурье хувиргалтыг гүйцэтгэдэг. Фурье спектрометрийн давуу талууд: өндөр дохио: дуу чимээний харьцаа, тархах элементийг өөрчлөхгүйгээр өргөн долгионы уртад ажиллах чадвар, спектрийг хурдан (секундэд эсвэл секундын фракцаар) бүртгэх, өндөр нарийвчлалтай (0.001 см хүртэл - 1). Сул талууд: үйлдвэрлэлийн нарийн төвөгтэй байдал, өндөр өртөг. Бүх спектрофотометрүүд нь спектрийн анхан шатны боловсруулалтыг гүйцэтгэдэг компьютерээр тоноглогдсон: дохиог хуримтлуулах, тэдгээрийг чимээ шуугианаас салгах, дэвсгэр болон харьцуулах спектрийг хасах (уусгагчийн спектр), бичлэгийн масштабыг өөрчлөх, туршилтын спектрийн параметрүүдийг тооцоолох, спектрийг харьцуулах. өгөгдсөнтэй, спектрийг ялгах гэх мэт. IR спектрофотометрийн кюветийг IR бүсэд ил тод материалаар хийсэн. Ихэнхдээ уусгагч нь CCl 4, CHCl 3, тетрахлорэтилен, газрын тосны вазелин юм. Хатуу дээжийг ихэвчлэн буталж, KBr нунтагтай хольж, шахмал хэлбэрээр шахдаг. Түрэмгий шингэн ба хийтэй ажиллахын тулд кювет цонхон дээр тусгай хамгаалалтын бүрээсийг (Ge, Si) ашигладаг. Төхөөрөмжийг нүүлгэн шилжүүлэх эсвэл азотоор цэвэрлэх замаар агаарын хөндлөнгийн нөлөөг арилгадаг. Сул шингээгч бодис (ховоржуулсан хий гэх мэт) тохиолдолд параллель толины системээс олон тусгалын улмаас оптик замын урт нь хэдэн зуун метрт хүрдэг олон дамжлагатай кюветтүүдийг ашигладаг. Матрицыг тусгаарлах арга өргөн тархсан бөгөөд судалж буй хийг аргонтой хольж, дараа нь хольцыг хөлдөөдөг. Үүний үр дүнд шингээлтийн туузны хагас өргөн нь огцом буурч, спектр нь илүү ялгаатай болдог. Микроскопийн тусгай төхөөрөмжийг ашиглах нь маш жижиг хэмжээтэй (мм-ийн фракц) объектуудтай ажиллах боломжтой болгодог. Хатуу бодисын гадаргуугийн спектрийг бүртгэхийн тулд сулруулсан нийт дотоод тусгалын аргыг ашигладаг. Энэ нь судалж буй гадаргуутай оптик харьцдаг нийт дотоод тусгалын призмээс гарч буй цахилгаан соронзон цацрагийн энергийг гадаргуугийн давхаргад шингээхэд суурилдаг. Хэт улаан туяаны спектроскопи нь хольцыг шинжлэх, цэвэр бодисыг тодорхойлоход өргөн хэрэглэгддэг. Тоон дүн шинжилгээ нь Бугер-Ламберт-Беэрийн хууль, өөрөөр хэлбэл дээж дэх бодисын агууламжаас шингээх зурвасын эрчмээс хамаарна. Энэ тохиолдолд бодисын хэмжээг бие даасан шингээлтийн зурвасаар биш, харин өргөн хүрээний долгионы урттай спектрийн муруйгаар бүхэлд нь үнэлдэг. Хэрэв бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тоо бага (4-5) байвал сүүлийнх нь ихээхэн давхцаж байсан ч тэдгээрийн спектрийг математикийн аргаар тусгаарлах боломжтой. Тоон дүн шинжилгээний алдаа нь ихэвчлэн хувьтай байдаг. Цэвэр бодисыг тодорхойлох нь ихэвчлэн дүн шинжилгээ хийсэн спектрийг компьютерийн санах ойд хадгалагдсан спектртэй автоматаар харьцуулах замаар мэдээлэл хайх системийг ашиглан хийгддэг. Хиймэл оюун ухааны системийг шинэ бодисыг (молекулууд нь 100 хүртэл атом агуулж болно) тодорхойлоход ашигладаг. Эдгээр системүүдэд спектрийн бүтцийн хамаарал дээр үндэслэн молийн бүтцийг бий болгож, дараа нь тэдгээрийн онолын спектрийг байгуулж, туршилтын өгөгдөлтэй харьцуулдаг. Хэт улаан туяаны спектроскопийн аргыг ашиглан молекулууд болон бусад объектуудын бүтцийг судлах нь загваруудын параметрүүдийн талаархи мэдээллийг олж авахаас гадна математикийн хувьд үүнийг шийдвэрлэхэд хүргэдэг. урвуу спектрийн асуудлууд. Ийм асуудлыг шийдвэрлэх нь тусгай хэрэгслээр тооцоолсон хүссэн параметрүүдийг дараалан ойртуулах замаар хийгддэг. спектрийн муруйн онолоос туршилтын муруй. Параметр моль. Загварууд нь системийг бүрдүүлдэг атомын масс, бондын урт, бонд ба мушгих өнцөг, боломжит гадаргуугийн шинж чанар (хүчний тогтмол гэх мэт), бондын диполь момент ба тэдгээрийн холболтын урттай холбоотой дериватив гэх мэт орно. Хэт улаан туяаны спектроскопи нь орон зайн болон конформацийн изомеруудыг тодорхойлох, молекулын болон хоорондын харилцан үйлчлэл, мөн чанарыг судлах боломжийг олгодог. химийн холбоо, молекул дахь цэнэгийн тархалт, фазын өөрчлөлтүүд, химийн урвалын кинетик, богино наслалт (10 -6 секунд хүртэл) тоосонцорыг бүртгэх, бие даасан геомуудыг тодруулах. параметр, термодинамик функцийг тооцоолох өгөгдлийг олж авах гэх мэт. Ийм судалгааны зайлшгүй үе шат бол спектрийн тайлбар, i.e. хэвийн чичиргээний хэлбэрийг тогтоох, чичиргээний энергийн эрх чөлөөний зэрэгт хуваарилалт, спектр дэх зурвасын байрлал, тэдгээрийн эрчмийг тодорхойлдог чухал параметрүүдийг тодорхойлох. 100 хүртэл атом агуулсан молекулын спектрийн тооцоо, үүнд. полимерийг компьютер ашиглан гүйцэтгэдэг. Энэ тохиолдолд хөлөг онгоцны зогсоолын шинж чанарыг мэдэх шаардлагатай. харгалзах урвуу спектрийн бодлого эсвэл квант химийн тооцоог шийдвэрлэх замаар олддог загварууд (хүчний тогтмол, цахилгаан оптик параметр гэх мэт). Аль ч тохиолдолд зөвхөн эхний дөрвөн үеийн атом агуулсан молекулуудын мэдээллийг олж авах боломжтой байдаг тогтмол хүснэгт. Тиймээс молекулын бүтцийг судлах арга болох хэт улаан туяаны спектроскопи нь органик ба органоэлементийн химийн салбарт хамгийн өргөн тархсан болсон. Зарим тохиолдолд IR бүсийн хийн хувьд чичиргээний зурвасын эргэлтийн бүтцийг ажиглах боломжтой байдаг. Энэ нь диполь момент болон геомыг тооцоолох боломжийг танд олгоно. молекулын параметрүүд, хүчний тогтмолыг тодруулах гэх мэт.

1.3 Дифракцийн аргууд

Бодисын бүтцийг судлах дифракцийн аргууд нь рентген цацраг (үүнд синхротрон цацраг), электрон эсвэл нейтроны урсгалыг судалж буй бодисын тархалтын эрчмийн өнцгийн тархалтыг судлахад суурилдаг. Радиографи, электроны дифракц, нейтроны дифракц гэж байдаг. Бүх тохиолдолд анхдагч, ихэвчлэн монохромат цацрагийг судалж буй объект руу чиглүүлж, тархалтын хэв маягт дүн шинжилгээ хийдэг. Тарсан цацрагийг гэрэл зургаар эсвэл тоолуур ашиглан бүртгэдэг. Цацрагийн долгионы урт нь ихэвчлэн 0.2 нм-ээс ихгүй байдаг, өөрөөр хэлбэл бодис дахь атомуудын хоорондох зайтай (0.1-0.4 нм) харьцуулах боломжтой байдаг тул ирж буй долгионы тархалт нь атомын дифракц юм. Дифракцийн загвар дээр үндэслэн бодисын атомын бүтцийг сэргээх боломжтой. Уян тархалтын хэв маяг ба тархалтын төвүүдийн орон зай, байршлын хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон онол нь бүх цацрагийн хувьд ижил байдаг. Гэсэн хэдий ч янз бүрийн төрлийн цацрагийн бодистой харилцан үйлчлэл нь өөр өөр физик шинж чанартай байдаг. дифракцийн мөн чанар, өвөрмөц төрөл, шинж чанар. загвар нь атомуудын өөр өөр шинж чанараар тодорхойлогддог. Тиймээс янз бүрийн дифракцийн аргууд нь бие биенээ нөхөх мэдээллийг өгдөг.

Дифракцийн онолын үндэс . Хавтгай монохромат. долгионы урт ба долгионы вектор бүхий долгион бөгөөд үүнийг импульс бүхий бөөмсийн цацраг гэж үзэж болох бөгөөд атомын цуглуулгаар тархсан долгионы далайцыг тэгшитгэлээр тодорхойлно.

Атомын доторх тархалтын нягтын тархалтыг тодорхойлдог атомын хүчин зүйлийг тооцоолоход ижил томъёог ашигладаг. Атомын хүчин зүйлийн утгууд нь цацрагийн төрөл бүрийн хувьд тодорхой байдаг. Рентген туяа нь атомын электрон бүрхүүлээр тархдаг. Харгалзах атомын хүчин зүйл нь электрон нэгжийн нэрээр, өөрөөр хэлбэл нэг чөлөөт электроноор рентген туяаны тархалтын далайцын харьцангуй нэгжээр илэрхийлсэн бол атом дахь электронуудын тоотой тэнцүү байна. Электрон сарнилт нь атомын электростатик потенциалаар тодорхойлогддог. Электроны атомын хүчин зүйл нь дараахь хамаарлаар холбогддог.

судалгааны молекулын спектроскопи дифракцийн квант

Зураг 2 - Рентген цацраг (1), электрон (2) ба нейтроны (3) атомын хүчин зүйлийн үнэмлэхүй утгуудын тархалтын өнцгөөс хамаарах хамаарал.

Зураг 3 - Рентген цацраг (хатуу шугам), электрон (тасархай шугам) ба нейтроны өнцгийн дундаж атомын хүчин зүйлийн Z атомын дугаараас харьцангуй хамаарал.

Нарийвчлалтай тооцоолол нь электрон нягтрал эсвэл атомын потенциалын тархалтын бөмбөрцөг тэгш хэмээс хазайлт, атомын дулааны чичиргээний тархалтад үзүүлэх нөлөөг харгалзан атомын температурын хүчин зүйлийг харгалзан үздэг. Цацрагийн хувьд атомын электрон бүрхүүлд тархахаас гадна цөм дээрх резонансын тархалт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Тархалтын коэффициент f m нь тохиолдох ба тархсан долгионы долгионы вектор ба туйлшралын векторуудаас хамаарна. Объектоор тархах I(s) эрчим нь далайцын квадраттай пропорциональ байна: I(s)~|F(s)| 2. Зөвхөн |F(s)| модулиудыг туршилтаар тодорхойлж болох бөгөөд тархалтын нягтын функцийг (r) байгуулахын тулд s бүрийн үе шатуудыг (s) мэдэх шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч дифракцийн аргын онол нь хэмжсэн I (s) -ээс (r) функцийг олж авах, өөрөөр хэлбэл бодисын бүтцийг тодорхойлох боломжийг олгодог. Энэ тохиолдолд талстыг судлахад хамгийн сайн үр дүн гардаг. Бүтцийн шинжилгээ . Нэг талст бол хатуу эмх цэгцтэй систем тул дифракцийн үед зөвхөн салангид сарнисан цацрагууд үүсдэг бөгөөд эдгээрийн хувьд тараах вектор байдаг. вектортой тэнцүү байнаурвуу сүлжээ.

Туршилтаар тодорхойлсон утгуудаас (x, y, z) функцийг бүтээхийн тулд туршилт, алдааны арга, атом хоорондын зайны функцийг бүтээх, шинжлэх, изоморф орлуулалтын арга, фазыг тодорхойлох шууд аргуудыг ашигладаг. Туршилтын өгөгдлийг компьютер дээр боловсруулах нь тархалтын нягтын тархалтын зураг хэлбэрээр бүтцийг сэргээх боломжийг олгодог. Кристал бүтцийг рентген бүтцийн шинжилгээгээр судалдаг. Энэ арга нь 100 мянга гаруй болор бүтцийг тодорхойлсон.

Органик бус талстуудын хувьд янз бүрийн цэвэршүүлэх аргыг (шингээлтийн залруулга, атомын температурын хүчин зүйлийн анизотропи гэх мэт) ашиглан 0.05 хүртэлх нарийвчлалтайгаар функцийг сэргээх боломжтой.

Зураг 4 - Кристал бүтцийн цөмийн нягтын проекц

Энэ нь атомын дулааны чичиргээний анизотерапи, химийн холбооноос үүдэлтэй электронуудын тархалтын онцлог гэх мэтийг тодорхойлох боломжийг олгодог. Рентген туяаны дифракцийн шинжилгээг ашиглан молекулууд нь уургийн талстуудын атомын бүтцийг тайлах боломжтой. мянга мянган атом агуулдаг. Рентген туяаны дифракцийг мөн талстуудын согогийг судлах (рентген туяаны топографид), гадаргуугийн давхаргыг судлах (рентген спектрометрт), поликристал материалын фазын найрлагыг чанарын болон тоон байдлаар тодорхойлоход ашигладаг. Талстуудын бүтцийг судлах арга болох электрон дифракц нь дараах байдалтай байна. Онцлог шинж чанарууд: 1) бодисын электронтой харилцан үйлчлэл нь рентген туяанаас хамаагүй хүчтэй байдаг тул дифракц нь 1-100 нм зузаантай материалын нимгэн давхаргад тохиолддог; 2) f e нь атомын цөмөөс f p-ээс бага хүчтэй хамаардаг бөгөөд энэ нь хүнд атомуудын дэргэд хөнгөн атомуудын байрлалыг тодорхойлоход хялбар болгодог; Бүтцийн электрон дифракц нь нарийн тархсан объектуудыг судлах, түүнчлэн янз бүрийн бүтэцтэй (шаварлаг эрдэс, хагас дамжуулагч хальс гэх мэт) судлахад өргөн хэрэглэгддэг. Бага энергитэй электрон дифракц (10 -300 эВ, 0.1-0.4 нм) нь болор гадаргууг судлах үр дүнтэй арга юм: атомын зохион байгуулалт, тэдгээрийн дулааны чичиргээний шинж чанар гэх мэт. Электрон микроскоп нь объектын дүрсийг дифракцаас сэргээдэг. загвар бөгөөд 0.2 -0.5 нм нарийвчлалтай талстуудын бүтцийг судлах боломжийг танд олгоно. Бүтцийн шинжилгээ хийх нейтроны эх үүсвэрүүд нь хурдан нейтрон бүхий цөмийн реакторууд, мөн импульсийн реакторууд юм. Реакторын сувгаас гарч буй нейтроны цацрагийн спектр нь нейтронуудын Максвеллийн хурдны тархалтаас шалтгаалан тасралтгүй үргэлжилдэг (түүний 100°С-д хамгийн их нь 0.13 нм долгионы урттай тохирч байна).

Цацрагийн монохроматизаци нь янз бүрийн аргаар явагддаг - монохроматорын талстуудын тусламжтайгаар гэх мэт Нейтроны дифракц нь дүрмээр бол рентген бүтцийн өгөгдлийг тодруулах, нэмэлт болгоход ашиглагддаг. f ба атомын дугаараас монотон хамаарал байхгүй байх нь гэрлийн атомуудын байрлалыг маш нарийн тодорхойлох боломжийг олгодог. Нэмж дурдахад, ижил элементийн изотопууд нь f ба маш өөр утгатай байж болно (жишээлбэл, f ба нүүрсустөрөгчид нь 3.74.10 13 см, дейтерийн хувьд 6.67.10 13 см). Энэ нь изотопуудын зохион байгуулалтыг судлах, нэмэлт мэдээлэл авах боломжтой болгодог. изотопыг орлуулах замаар бүтцийн мэдээлэл. Сурах соронзон харилцан үйлчлэл. атомын соронзон момент бүхий нейтронууд нь соронзон атомуудын эргэлтийн талаар мэдээлэл өгдөг. Моссбауэрын цацраг нь маш жижиг шугамын өргөнөөр ялгагдана - 10 8 эВ (хэрэв рентген хоолойн шинж чанарын цацрагийн шугамын өргөн нь 1 эВ). Үүний үр дүнд цаг хугацаа, орон зай өндөр түвшинд байна. Цөмийн резонансын тархалтын тууштай байдал нь ялангуяа цөмийн соронзон орон ба цахилгаан орны градиентийг судлах боломжийг олгодог. Аргын хязгаарлалт нь Моссбауэрын эх үүсвэрийн сул хүч ба Моссбауэрын эффект ажиглагдаж буй цөмийг судалж буй талст дахь заавал байх ёстой. Талст бус бодисын бүтцийн шинжилгээ Хий, шингэн, аморф хатуу биет дэх бие даасан молекулууд орон зайд өөр өөр чиг баримжаатай байдаг тул тархсан долгионы үе шатыг тодорхойлох нь ихэвчлэн боломжгүй байдаг. Эдгээр тохиолдолд тархалтын эрчмийг ихэвчлэн гэж нэрлэгддэг зүйлийг ашиглан илэрхийлдэг. Молекул дахь өөр өөр атомуудын хосыг (j ба k) холбодог атом хоорондын векторууд r jk: r jk = r j - r k. Тархалтын хэв маягийг бүх чиг баримжаагаар дундажлана:

2 ОНОЛЫН АРГА ЗҮЙ

2.1 Хагас эмпирик аргууд

Квант химийн хагас эмпирик арга, моль тооцоолох арга. Туршилтын өгөгдлийг ашиглан бодисын шинж чанар эсвэл шинж чанар. Үндсэндээ хагас эмпирик аргууд нь олон атомт системүүдийн Шредингерийн тэгшитгэлийг шийдвэрлэх эмпирик бус аргуудтай төстэй боловч хагас эмпирик аргуудын тооцооллыг хөнгөвчлөхийн тулд нэмэлт нэмэлтүүдийг оруулсан болно. хялбаршуулах. Дүрмээр бол эдгээр хялбаршуулалт нь валентын ойролцоо утгатай, өөрөөр хэлбэл зөвхөн валентийн электронуудын тодорхойлолт, түүнчлэн эмпирик бус аргын яг тэгшитгэлд молекулын интегралын тодорхой ангиллыг үл тоомсорлосонтой холбоотой юм. хагас эмпирик тооцоог хийдэг.

Эмпирик параметрүүдийг сонгохдоо молекулын бүтэц, үзэгдлийн зүй тогтлын талаархи химийн ойлголтуудыг харгалзан ab initio тооцооллын туршлагыг нэгтгэн дүгнэхэд үндэслэдэг. Ялангуяа эдгээр параметрүүд нь дотоод электронуудын валентийн электронуудад үзүүлэх нөлөөг ойролцоогоор тооцоолох, цөмийн электронуудын үүсгэсэн үр дүнтэй потенциалыг тогтоох гэх мэт шаардлагатай байдаг. Эмпирик параметрүүдийг тохируулахын тулд туршилтын өгөгдлийг ашиглах нь дээр дурьдсан хялбаршуулсан алдааг арилгах боломжийг олгодог, гэхдээ зөвхөн төлөөлөгчид нь лавлагаа молекулын үүрэг гүйцэтгэдэг молекулуудын ангиллын хувьд, зөвхөн параметрүүдийг тодорхойлсон шинж чанаруудын хувьд л.

Хамгийн түгээмэл нь молийн талаархи санаан дээр суурилсан хагас эмпирик аргууд юм. тойрог зам (Молекулын тойрог замын аргууд, Орбитал хэсгийг үзнэ үү). LCAO-ийн ойролцоо тооцоололтой хослуулан энэ нь молекулын Гамилтонианыг атомын орбитал дээрх интегралаар илэрхийлэх боломжтой болгодог. Моль дахь хагас эмпирик аргуудыг байгуулахдаа. Интегралд ижил электроны координатаас (дифференциал давхцал) хамаарах орбиталуудын бүтээгдэхүүнийг ялгаж, тодорхой ангиллын интегралуудыг үл тоомсорлодог. Жишээлбэл, хэрэв a-д зориулсан дифференциал давхцах cacb бүхий бүх интегралыг тэг гэж үзнэ. б, энэ нь гэж нэрлэгддэг болж хувирдаг. дифференциалыг бүрэн үл тоомсорлох арга. давхцах (PPDP, англи хэлээр CNDO - дифференциал давхцлыг бүрэн үл тоомсорлох). Дифференциал давхцлыг хэсэгчлэн эсвэл өөрчилсөн хэсэгчлэн үл тоомсорлодог (тус тус бүр нь PPDP эсвэл MCPDP, Англи хэл дээрх транскрипци INDO- дифференциал давхцлыг завсрын үл тоомсорлох ба MINDO-өөр өөрчилсөн INDO), хоёр атомын дифференциал давхцлыг үл тоомсорлох (NDDO), - хоёр атомын давхцлыг өөрчилсөн үл тоомсорлох (MNDO). Дүрмээр бол хагас эмпирик аргууд тус бүр нь хэд хэдэн сонголттой байдаг бөгөөд эдгээрийг ихэвчлэн аргын нэрэнд налуу зураасны дараа тоо эсвэл үсгээр тэмдэглэдэг. Тухайлбал, PPDP/2, MCDP/3, MPDP/2 аргуудыг газрын электрон төлөвт молекулын цөмийн тэнцвэрийн тохиргоо, цэнэгийн тархалт, иончлолын потенциал, химийн нэгдлүүдийн үүсэх энтальпийг тооцоолоход параметржүүлж, PPDP аргыг ашигладаг. эргэлтийн нягтыг тооцоолох. Цахим өдөөх энергийг тооцоолохын тулд спектроскопийн параметрийг ашиглана (PPDP/S арга). Хагас эмпирик аргын нэрэнд тохирох компьютерийн программуудыг ашиглах нь бас түгээмэл байдаг. Жишээлбэл, MPDP аргын өргөтгөсөн хувилбаруудын нэгийг Остин загвар гэж нэрлэдэг ба холбогдох программ (Austin загвар, AM). Хагас эмпирик аргуудын хэдэн зуун өөр хувилбарууд байдаг бөгөөд ялангуяа тохиргооны харилцан үйлчлэлийн аргатай төстэй хагас эмпирик аргуудыг боловсруулсан. Хагас эмпирик аргуудын янз бүрийн хувилбаруудын гадаад ижил төстэй байдлыг харгалзан тэдгээр нь зөвхөн эмпирик параметрүүдийг тохируулсан шинж чанаруудыг тооцоолоход ашиглаж болно. Хамгийн ихдээ. энгийн хагас эмпирик тооцоолол, моль бүр. валентийн электронуудын орбитал нь цөмүүдийн талбарт байрлах электроны загвар потенциал (псевдопотенциал) болон систем дэх бусад бүх электронуудын дундаж талбарыг агуулсан Гамильтон оператортой нэг электрон Шредингерийн тэгшитгэлийн шийдэл гэж тодорхойлогддог. Ийм потенциалыг үндсэн функцууд эсвэл тэдгээрт суурилсан интеграл операторуудыг ашиглан шууд зааж өгдөг. LCAO-ийн ойролцоо тооцоололтой хослуулан энэ арга нь олон төрлийн коньюгат болон үнэрт моль авах боломжийг олгодог. системүүдийн хувьд р-электронуудын шинжилгээгээр хязгаарлагдах (Хюккелийн аргыг үзнэ үү); координацын нэгдлүүдийн хувьд лигандын талбайн онол, болор талбайн онол гэх мэтийг тооцоолох аргыг ашиглана. Макромолекулуудыг судлахдаа, жишээ нь. уураг эсвэл талст формацыг ихэвчлэн хагас эмпирик аргыг ашигладаг бөгөөд үүнд электрон бүтцийг шинжлэхгүй, харин боломжит энергийн гадаргууг шууд тодорхойлдог. Системийн энерги нь ойролцоогоор атомуудын хос харилцан үйлчлэлийн потенциалын нийлбэр гэж тооцогддог. Морз (Морзе) эсвэл Ленард-Жонсын потенциал (Молекул хоорондын харилцан үйлчлэлийг үзнэ үү). Ийм хагас эмпирик аргууд нь тэнцвэрийн геометр, конформацийн эффект, изомержих энерги гэх мэтийг тооцоолох боломжийг олгодог. Ихэнхдээ хос потенциалууд нь молекулын бие даасан хэсгүүдэд зориулагдсан олон бөөмийн засваруудаар нэмэгддэг. Энэ төрлийн хагас эмпирик аргуудыг ихэвчлэн молекул механик гэж нэрлэдэг. Өргөн утгаараа хагас эмпирик аргууд нь урвуу асуудлыг шийдвэрлэх замаар параметрүүдийг тодорхойлох аливаа аргыг агуулдаг. системүүд нь шинэ туршилтын өгөгдлийг урьдчилан таамаглах, харилцан хамаарлыг бий болгоход ашиглагддаг. Энэ утгаараа хагас эмпирик аргууд нь реактив, атомын үр дүнтэй цэнэг зэргийг үнэлэх аргууд юм. Электрон бүтцийн хагас эмпирик тооцоог корреляцитай хослуулах. харилцаа холбоо нь янз бүрийн бодисын биологийн идэвхжил, химийн урвалын хурд, технологийн процессын параметрүүдийг үнэлэх боломжийг олгодог. Хагас эмпирик аргууд нь жишээлбэл, зарим нэмэлт схемүүдийг агуулдаг. Молекулын бие даасан хэсгүүдийн хувь нэмэрийн нийлбэрээр үүсэх энергийг тооцоолох химийн термодинамикийн аргууд. Квант химийн хагас эмпирик аргууд ба эмпирик бус аргуудыг эрчимтэй хөгжүүлснээр химийн механизмын орчин үеийн судалгааны чухал хэрэгсэл болж байна. хувиргалт, химийн элементийн үйл ажиллагааны динамик. урвал, биохимийн болон технологийн процессын загварчлал. Хагас эмпирик аргуудыг зөв ашигласан тохиолдолд (барилгын зарчим, параметрүүдийг тохируулах аргыг харгалзан) молекулуудын бүтэц, шинж чанар, тэдгээрийн хувирлын талаар найдвартай мэдээлэл авах боломжтой болгодог.

2.2 Эмпирик бус аргууд

Үүнд асар их үүрэг гүйцэтгэсэн тооцооллын квант химийн үндсэн өөр чиглэл орчин үеийн хөгжилхими нь ерөнхийдөө ЭМС-ийн аргад гарч буй нэг электрон (3.18) ба хоёр электрон (3.19)-(3.20) интегралуудыг тооцоолохоос бүрэн буюу хэсэгчлэн татгалзахаас бүрдэнэ. Яг Fock операторын оронд ойролцоогоор нэгийг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн элементүүдийг эмпирик аргаар олж авдаг. Фок операторын параметрүүдийг атом тус бүрээр (заримдаа тодорхой орчныг харгалзан) эсвэл хос атомын хувьд сонгодог: тэдгээр нь тогтмол эсвэл атомуудын хоорондох зайнаас хамаарна. Энэ тохиолдолд ихэвчлэн (гэхдээ заавал биш - доороос үзнэ үү) олон электрон долгионы функц нь нэг тодорхойлогч, суурь нь хамгийн бага, атомын орбиталууд нь X гэж үздэг; - OST Xg-ийн тэгш хэмт ортогональ хослолууд Ийм хослолыг Слэйтерийн функцтэй анхны AO-г ойртуулах замаар хялбархан олж авч болно. "Xj(2.41) хувиргалтыг ашиглах Хагас эмпирик аргууд нь ab initio аргуудаас хамаагүй хурдан байдаг. Эдгээр нь том (ихэвчлэн маш том, жишээлбэл, биологийн) системд хамаарах бөгөөд зарим ангиллын нэгдлүүдийн хувьд илүү нарийвчлалтай үр дүнг өгдөг. Гэсэн хэдий ч энэ нь зөвхөн нэгдлүүдийн нарийн ангиллын хүрээнд хүчинтэй байдаг тусгайлан сонгосон параметрүүдээр дамжуулан хүрдэг гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Бусад нэгдлүүд рүү шилжүүлэхэд ижил аргууд нь бүрэн буруу үр дүнг өгч болно. Нэмж дурдахад параметрүүдийг зөвхөн тодорхой молекулын шинж чанарыг хуулбарлахын тулд ихэвчлэн сонгодог тул тооцооллын схемд ашигласан бие даасан параметрүүдэд физик утгыг өгөх шаардлагагүй болно. Хагас эмпирик аргуудад ашигладаг гол ойролцооллыг жагсаацгаая.

1.Зөвхөн валентын электронуудыг авч үзнэ. Атомын цөмд хамаарах электронууд зөвхөн цөмийг л шалгадаг гэж үздэг. Иймд эдгээр электронуудын нөлөөллийг цөмтэй бус атомын цөмтэй валентийн электронуудын харилцан үйлчлэлийг авч үзэж, цөмийн түлхэлтийн энергийн оронд цөмийн түлхэлтийн энергийг нэвтрүүлэх замаар тооцдог. Цөмийн туйлшралыг үл тоомсорлодог.

2. МО-д зөвхөн тусгаарлагдсан атомуудын хамгийн их электрон эзэлдэг орбиталд тохирох үндсэн квант тоотой АО-г (хамгийн бага суурь) харгалзан үзнэ. Суурийн функцууд нь Löwdin-ийн дагуу ортогоналчлагдсан OCT-ийн ортонормаль атомын орбиталуудын багцыг бүрдүүлдэг гэж үздэг.

3. Хоёр электрон Кулон ба солилцооны интегралын хувьд тэг дифференциал давхцал (NDO) ойртсон тооцооллыг нэвтрүүлсэн.

Бүтцийн бүс дэх молекулын бүтэц нь цөмийн өөр өөр орон зайн зохион байгуулалттай ижил валентын химийн холбоог хадгалдаг молекулын олон тооны өөрчлөлттэй тохирч болно. Энэ тохиолдолд PES-ийн гүний минимум нь жижиг боломжит саадуудаар тусгаарлагдсан хэд хэдэн гүехэн (энергийн хувьд тэнцүү эсвэл тэнцүү биш) минимумтай байдаг. Молекулын орон зайн янз бүрийн хэлбэрүүд нь химийн холбоог таслах, үүсгэхгүйгээр атомууд болон функциональ бүлгүүдийн координатыг тасралтгүй өөрчлөх замаар тухайн бүтцийн мужид бие биедээ хувирдаг нь молекулын олон хэлбэрийг бүрдүүлдэг. PES-ийн өгөгдсөн бүтцийн мужтай зэргэлдээх энерги нь хамгийн бага саадаас бага байдаг конформацийн багцыг конформацийн изомер буюу конформер гэнэ. PES-ийн орон нутгийн минимумд тохирох конформеруудыг тогтвортой эсвэл тогтвортой гэж нэрлэдэг. Иймд молекулын бүтцийг тодорхой бүтцийн муж дахь молекулын конформацийн багц гэж тодорхойлж болно.Молекулд ихэвчлэн тохиолддог конформацийн шилжилтийн нэг төрөл нь атомын бие даасан бүлгүүдийн холбоог тойрон эргэх явдал юм: дотоод эргэлт явагддаг гэж хэлдэг ба янз бүрийн конформерыг эргэлтийн изомер буюу ротамер гэж нэрлэдэг. Эргэлтийн үед электрон энерги нь мөн өөрчлөгдөж, ийм хөдөлгөөний үед түүний үнэ цэнэ дээд зэргээр дамждаг; Энэ тохиолдолд бид дотоод эргэлтийн саадыг ярьдаг. Сүүлийнх нь эдгээр молекулууд өөр өөр системтэй харьцахдаа бүтцийг хялбархан дасан зохицох чадвартай холбоотой юм. PES-ийн хамгийн бага энерги тус бүр нь ижил энергитэй хос энантиомеруудтай тохирч байна - баруун (R) ба зүүн (S). Эдгээр хосууд нь ердөө 3.8 ккал/моль-ээр ялгаатай энергитэй боловч 25.9 ккал/моль өндөртэй хаалтаар тусгаарлагдсан байдаг тул гадны нөлөөлөл байхгүй үед маш тогтвортой байдаг. Зарим молекулын дотоод эргэлтийн саадны энергийн квант химийн тооцооны үр дүн ба холбогдох туршилтын утгууд. Эргэлтийн саад тотгорын онолын болон туршилтын утгууд C-C холболтууд, C-P, C-S нь зөвхөн 0.1 ккал / моль-ээр ялгаатай; C-0, C-N, C-Si бондын хувьд туйлшралын функцийг агуулсан суурь багцыг ашигласан хэдий ч (доороос харна уу) ялгаа нь мэдэгдэхүйц өндөр байна. 1 Гэсэн хэдий ч бид HF аргыг ашиглан дотоод эргэлтийн саадуудын энергийг тооцоолох хангалттай нарийвчлалыг хэлж чадна.

Спектроскопийн хэрэглээнээс гадна энгийн молекулуудын дотоод эргэлтийн саадны энергийн ийм тооцоолол нь тодорхой тооцооллын аргын чанарын шалгуур болдог. Дотоод эргэлт нь нарийн төвөгтэй молекулын системд, жишээлбэл, полипептид ба уурагт ихээхэн анхаарал хандуулах ёстой бөгөөд энэ нөлөө нь эдгээр нэгдлүүдийн биологийн чухал үүргийг тодорхойлдог. Ийм объектын боломжит энергийн гадаргууг тооцоолох нь онолын болон практикийн хувьд нарийн төвөгтэй ажил юм. Конформацийн шилжилтийн нийтлэг төрөл бол AX3 төрлийн пирамид молекулуудад (A = N, Si, P, As, Sb; X = H, Li, F гэх мэт) тохиолддог шиг инверси юм. Эдгээр молекулуудад А атом нь гурван X атомын үүсгэсэн хавтгайн дээр ба доор байрлаж болно.Жишээ нь аммиакийн молекул NH3-д CP арга нь 23.4 ккал/моль энергийн саадыг өгдөг; Энэ нь урвуу хаалтын туршилтын утгатай сайн тохирч байна - 24.3 ккал/моль. Хэрэв PES минимумуудын хоорондох саад тотгорыг молекулын дулааны энергитэй харьцуулах боломжтой бол энэ нь молекулын бүтцийн хатуу бус байдлын нөлөөнд хүргэдэг; Ийм молекул дахь конформацийн шилжилт байнга тохиолддог. ЭМС-ийн тэгшитгэлийг шийдэхийн тулд бие даасан талбарын аргыг ашигладаг. Уусмалын процесст зөвхөн электронууд эзэлдэг орбиталуудыг оновчтой болгодог тул зөвхөн эдгээр орбиталуудын энергийг физикийн үндэслэлээр олдог. Гэсэн хэдий ч арга. HF нь чөлөөт тойрог замын шинж чанарыг өгдөг: ийм молекулын эргэлтийн орбиталуудыг виртуал гэж нэрлэдэг. Харамсалтай нь тэд молекулын өдөөсөн энергийн түвшинг ойролцоогоор 100% алдаатай дүрсэлсэн бөгөөд спектроскопийн өгөгдлийг тайлбарлахад болгоомжтой ашиглах хэрэгтэй - үүнд өөр аргууд байдаг. Атомуудын нэгэн адил молекулуудын HF арга нь нэг тодорхойлогч долгионы функц нь S2 системийн нийт спинийн квадратын операторын хувийн функц мөн эсэхээс хамаарч өөр өөр хувилбартай байдаг. Хэрэв долгионы функцийг эсрэг эргэлттэй (хаалттай бүрхүүлийн молекулууд) хос электронууд эзэлдэг орон зайн орбиталуудаас байгуулбал энэ нөхцөл хангагдсан бөгөөд энэ аргыг хязгаарлагдмал Хартри-Фок (HRF) арга гэж нэрлэдэг. Хэрэв долгионы функцэд операторын хувийн функц байх шаардлагыг тавиагүй бол молекулын спин-орбитал бүр нь тодорхой эргэлтийн төлөвт (a эсвэл 13) тохирно, өөрөөр хэлбэл эсрэг талын спинтэй электронууд өөр өөр спин-орбиталуудыг эзэлдэг. Энэ аргыг ихэвчлэн задгай бүрхүүлтэй молекулуудад ашигладаг бөгөөд үүнийг хязгааргүй HF арга (UHF) эсвэл өөр өөр эргэлтэнд зориулсан өөр өөр тойрог замын арга гэж нэрлэдэг. Заримдаа бага энергийн төлөвийг электронууд давхар эзэлсэн орбиталууд, валентын төлөвийг дангаар нь эзэлдэг молекулын спин орбиталуудаар дүрсэлдэг; Энэ аргыг задгай бүрхүүлд зориулсан хязгаарлагдмал Хартри-Фок арга (OHF-00) гэж нэрлэдэг. Атомуудын нэгэн адил задгай бүрхүүлтэй молекулуудын долгионы функц нь цэвэр эргэлтийн төлөвт тохирохгүй бөгөөд долгионы функцийн эргэх тэгш хэм буурах шийдэл гарч ирж болно. Тэдгээрийг NHF-тогтворгүй шийдэл гэж нэрлэдэг.

2.3 Квант механик аргууд

Онолын химийн дэвшил, квант механикийн хөгжил нь молекулуудын ойролцоогоор тоон тооцоо хийх боломжийг бий болгосон. Тооцооллын хоёр чухал арга байдаг: электрон хосын арга, үүнийг валентийн холбоо гэж нэрлэдэг ба молекул тойрог замын арга. Устөрөгчийн молекулд зориулж Хайтлер, Лондон хоёрын боловсруулсан эдгээр аргуудын эхнийх нь энэ зууны 30-аад онд өргөн тархсан. Сүүлийн жилүүдэд молекулын тойрог замын арга улам чухал болж байна (Gund, E. Hückel, Mulliken, Herzberg, Lenard-Jones).

Ойролцоогоор тооцоолох энэхүү аргад молекулын төлөвийг w долгионы функц гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь тодорхой дүрмийн дагуу хэд хэдэн нэр томъёоноос бүрддэг.

Эдгээр нэр томъёоны нийлбэр нь p-электронуудын улмаас нүүрстөрөгчийн атомуудын хос холболтоос үүсэх боломжтой бүх хослолыг харгалзан үзэх ёстой.

W долгионы функцийг тооцоолоход хөнгөвчлөхийн тулд бие даасан нэр томъёог (C1w1, C2w2 гэх мэт) математикийн тооцоололд туслах болгон ашигладаг харгалзах валентын схемийн хэлбэрээр графикаар дүрсэлсэн байдаг. Жишээлбэл, бензолын молекулыг заасан аргаар тооцоолж, зөвхөн p-электроныг харгалзан үзвэл ийм таван нэр томъёо гарч ирнэ. Эдгээр нэр томъёо нь дараах валентын схемд тохирч байна.

Ихэнхдээ өгөгдсөн валентын схемийг y-бонд, жишээлбэл, бензолыг харгалзан дүрсэлсэн байдаг.

Ийм валентийн хэв маягийг "үнэгүй бүтэц" эсвэл "хязгаарлалтын бүтэц" гэж нэрлэдэг.

Төрөл бүрийн хязгаарлах байгууламжийн w1, w2, w3 гэх мэт функцууд нь том коэффициенттэй (их жинтэй байх тусам) харгалзах бүтцэд тооцсон энерги бага байх тусам w долгионы функцэд багтдаг. w1, w2, w3 гэх мэт функцээр илэрхийлэгдсэн электрон төлөвтэй харьцуулахад w долгионы функцтэй харгалзах цахим төлөв нь хамгийн тогтвортой байдаг; w функцээр илэрхийлэгдэх төлөвийн энерги (бодит молекулын) нь хязгаарлагдмал бүтцийн энергитэй харьцуулахад хамгийн бага байдаг.

Бензолын молекулыг электрон хосын аргаар тооцоолохдоо хязгаарлах таван бүтцийг (I--V) харгалзан үзнэ. Тэдгээрийн хоёр нь сонгодог Кекуле бүтцийн томъёо, гурван Дьюар томъёотой ижил байна. Хязгаарлалтын III, IV, V бүтцэд харгалзах электрон төлөвийн энерги нь I ба II бүтцийнхээс өндөр байдаг тул III, IV, V бүтцийн бензиний молекулын холимог долгионы функцэд оруулах хувь нэмэр нь I ба II бүтэц. Тиймээс, эхний ойролцоолсон байдлаар, хоёр эквивалент Кекуле бүтэц нь бензолын молекул дахь электрон нягтын тархалтыг харуулахад хангалттай.

Гуч орчим жилийн өмнө Л.Паулинг электрон хосын аргатай зарим аналогитай чанарын эмпирик санаануудыг боловсруулсан; Эдгээр санааг тэрээр резонансын онол гэж нэрлэжээ. Энэ онолын үндсэн постулатын дагуу хэд хэдэн сонгодог бүтцийн томьёо бичиж болох аливаа молекулыг эдгээр бие даасан томъёоны аль нэгээр нь (хязгаарлалтын бүтэц) зөв төлөөлж чадахгүй, зөвхөн тэдгээрийн багцаар илэрхийлж болно. Бодит молекул дахь электрон нягтын тархалтын чанарын зургийг хязгаарлах бүтцийн суперпозиция (тус бүрийг тодорхой жинтэйгээр илэрхийлдэг) дүрсэлсэн байдаг.

Хязгаарын бүтэц нь өдөөгдөөгүй молекул дахь бодит электрон төлөвт тохирохгүй боловч өдөөгдсөн төлөвт эсвэл урвалын үед үүсч болно.

Резонансын онолын дээрх чанарын тал нь арай эрт Инголд, Арндт бие даан боловсруулсан мезомеризмын үзэл баримтлалтай давхцаж байна.

Энэхүү үзэл баримтлалын дагуу молекулын жинхэнэ төлөв нь валентын дүрмийг ашиглан тухайн молекулын хувьд бичиж болох хоёр буюу түүнээс дээш "хязгаарлалтын бүтэц"-ээр дүрслэгдсэн төлөвүүдийн хоорондох завсрын ("мезомер") юм.

Мезомеризмын онолын үндсэн байр сууринаас гадна түүний аппарат нь электрон шилжилтийн талаархи сайн боловсруулсан санааг агуулдаг бөгөөд үүнийг зөвтгөх, тайлбарлах, туршилтаар баталгаажуулахад Инголд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Инголдын хэлснээр электрон шилжилтийн механизмууд (цахим нөлөөлөл) нь атомуудын харилцан нөлөөлөл нь энгийн эсвэл хосолсон давхар бондын гинжээр дамждаг эсэхээс хамаарч өөр өөр байдаг. Эхний тохиолдолд энэ нь индукцийн нөлөө I (эсвэл бас статик индукцийн нөлөө Is), хоёр дахь тохиолдолд мезомер эффект M (статик коньюгацийн эффект).

Урвалж буй молекулд электрон үүл нь индуктив механизмаар туйлширч болно; энэ электрон шилжилтийг индуктомер эффект гэж нэрлэдэг. Коньюгат давхар холбоо бүхий молекулуудад (мөн үнэрт молекулуудад) урвалын үед электрон үүлний туйлшрал нь электромерийн эффект E (динамик коньюгацийн эффект) -ээс шалтгаална.

Резонансын онол нь молекулуудыг дүрслэх арга замын талаар ярьж байгаа бол ямар ч үндсэн эсэргүүцлийг үүсгэдэггүй, гэхдээ энэ нь бас агуу мэдэгдлүүдтэй байдаг. Электрон хос аргад долгионы функцийг w1, w2, w3 гэх мэт бусад долгионы функцүүдийн шугаман хослолоор дүрсэлсэнтэй адил резонансын онол нь молекулын жинхэнэ долгионы функцийг шугаман хослол гэж тодорхойлохыг санал болгож байна. хязгаарлах бүтцийн долгионы функцууд.

Гэсэн хэдий ч математик нь тодорхой "резонанс бүтцийг" сонгох шалгуурыг өгдөггүй: электрон хосын аргаар долгионы функцийг зөвхөн w1, w2, w3 гэх мэт долгионы функцүүдийн шугаман хослол хэлбэрээр төлөөлдөггүй. тодорхой коэффициентээр сонгосон бусад функцүүдийн шугаман хослол хэлбэрээр. Хязгаарлалтын бүтцийг сонгохдоо зөвхөн химийн үндэслэл, аналоги дээр үндэслэн хийж болно, өөрөөр хэлбэл энд резонансын тухай ойлголт нь мезомеризмын үзэл баримтлалтай харьцуулахад үндсэндээ шинэ зүйл өгдөггүй.

Хязгаарлалтын бүтцийг ашиглан молекул дахь электрон нягтын тархалтыг тайлбарлахдаа бие даасан хязгаарын бүтэц нь ямар ч бодиттой тохирохгүй гэдгийг байнга санаж байх хэрэгтэй. Физик нөхцөлмөн "цахим резонансын" физик үзэгдэл байдаггүй.

Резонансын үзэл баримтлалыг дэмжигчид физик үзэгдлийн утга учрыг резонансаар холбодог байсан гэж уран зохиолоос олон тохиолдол мэддэг. тодорхой шинж чанаруудбодисууд нь тодорхой бие даасан хязгаарлалтын бүтцийг хариуцдаг. Ийм буруу ойлголттой болох магадлал нь резонансын үзэл баримтлалын олон зүйлд байдаг. Тиймээс тэд молекулын бодит байдалд "хязгаарлалтын бүтцийн янз бүрийн хувь нэмэр" -ийн талаар ярихад эдгээр харилцааны бодит оршин тогтнох тухай санаа амархан гарч ирдэг. Резонансын үзэл баримтлал дахь жинхэнэ молекулыг "резонанс эрлийз" гэж үздэг; Энэ нэр томъёо нь атомын тойрог замыг эрлийзжүүлэх гэх мэт хязгаарлагдмал бүтцийн бодит харилцан үйлчлэлийг илэрхийлж болно.

"Резонансын тогтворжилт" гэсэн нэр томъёо нь бас амжилтгүй, учир нь молекулын тогтворжилт нь байхгүй резонансын улмаас үүсэх боломжгүй, харин үүнийг илэрхийлдэг. физик үзэгдэлэлектрон нягтралын делокализаци, коньюгат системүүдийн шинж чанар. Тиймээс энэ үзэгдлийг коньюгацийн улмаас тогтворжуулах гэж нэрлэх нь зүйтэй юм. Коньюгацийн энергийг (делокализацийн энерги, эсвэл мезомеризмын энерги) квант механик тооцооллын үр дүнд бий болсон "резонанс энерги" -ээс үл хамааран туршилтаар тодорхойлж болно. Энэ нь хязгаарлах бүтцийн аль нэгэнд тохирох томьёотой таамаглалын молекулын хувьд тооцоолсон энерги болон бодит молекулын хувьд туршилтаар олдсон энергийн хоорондох зөрүү юм.

Дээр дурдсан үндэслэлээр хэд хэдэн хязгаарлах бүтцийг ашиглан молекул дахь электрон нягтын тархалтыг тайлбарлах аргыг бусад маш түгээмэл хоёр аргын хамт ашиглах нь дамжиггүй.

2.4 Хьюкелийн арга

Hückel арга, энергийн түвшин ба моль-ийг ойролцоогоор тооцоолох квант химийн арга. ханаагүй орбиталууд. холболтууд. Энэ нь молекул дахь атомын цөмийн ойролцоох электроны хөдөлгөөн нь бусад электронуудын төлөв байдал эсвэл тооноос хамаардаггүй гэсэн таамаглал дээр суурилдаг. Энэ нь моль тодорхойлох ажлыг хялбарчлах боломжийг олгодог. Орбиталууд (MO) атомын орбиталуудын шугаман хослолоор илэрхийлэгддэг. Уг аргыг 1931 онд Э.Хюкель коньюгат холбоо бүхий нүүрсустөрөгчийн электрон бүтцийг тооцоолоход санал болгосон. Коньюгацийн системийн нүүрстөрөгчийн атомууд нэг хавтгайд байрладаг гэж үздэг бөгөөд тэдгээртэй харьцуулахад хамгийн их эзлэгдсэн ба хамгийн бага виртуал (чөлөөт) MOs (хилийн молекул орбиталь) нь тэгш хэмийн эсрэг байдаг, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь атомын 2pz орбиталууд (AO) -аас үүссэн орбиталууд юм. ) харгалзах С атомын бусад атомуудын нөлөөлөл, жишээлбэл. N, эсвэл моль. ханасан холболттой хэсгүүдийг үл тоомсорлодог. Нэгдмэл системийн M нүүрстөрөгчийн атом бүр системд нэг электрон оруулж, нэг атомын 2pz орбиталаар тодорхойлогддог гэж үздэг (k = 1, 2, ..., M). Хюккелийн аргаар өгөгдсөн молекулын электрон бүтцийн энгийн загвар нь олон химийн урвалыг ойлгох боломжийг бидэнд олгодог. үзэгдэл. Жишээлбэл, альтернатив нүүрсустөрөгчийн туйлшралгүй байдал нь бүх нүүрстөрөгчийн атомын үр ашигтай цэнэг тэгтэй тэнцүү байдагтай холбоотой юм. Үүний эсрэгээр, 5 ба 7 гишүүнтэй цагиргуудын (азулен) өөр нэгдэлгүй нийлсэн систем нь ойролцоогоор диполь моменттэй байдаг. 1D (3.3 x 10 -30 C x м). Хачирхалтай өөр нүүрсустөрөгчид эрчим хүчний гол эх үүсвэр болдог. Энэ төлөв нь дор хаяж нэг дан орбитал байрладаг цахим системтэй тохирч байна. Энэ тойрог замын энерги нь чөлөөт атомтай ижил байдаг тул үүнийг нэрлэдэг. албагүй MO. Электроныг хасах эсвэл нэмэх нь зөвхөн холбоогүй орбиталийн популяцийг өөрчилдөг бөгөөд энэ нь зарим атомууд дээр цэнэг үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь AO дахь холбоогүй MO-ийн тэлэлтэд харгалзах коэффициентийн квадраттай пропорциональ байна. Ийм MO-ийг тодорхойлохын тулд энгийн дүрмийг ашигладаг: аливаа атомын зэргэлдээх бүх атомын Ck коэффициентийн нийлбэр нь тэгтэй тэнцүү байх ёстой. Үүнээс гадна коэффициентийн утга нь нэмэлттэй тохирч байх ёстой хэвийн болгох нөхцөл: Энэ нь моль дахь атомуудын цэнэгийн шинж чанарын ээлжинд (ээлж) хүргэдэг. өөр нүүрсустөрөгчийн ионууд. Ялангуяа энэ дүрэм нь химийн бодисоор тусгаарлахыг тайлбарладаг. Бензолын цагираг дахь орто ба пара байрлалын шинж чанарыг мета байрлалтай харьцуулсан. Молекул дахь бүх харилцан үйлчлэлийг бүрэн харгалзан үзэхэд энгийн Хюккелийн аргын хүрээнд тогтоосон зүй тогтлыг гажуудуулдаг. Гэсэн хэдий ч ихэвчлэн олон төрлийн бус нэмэлт хүчин зүйлсийн нөлөө (жишээлбэл, үндсэн электронууд, орлуулагчид, электрон хоорондын түлхэлт гэх мэт) электроны тархалтын тойрог замын зургийг чанарын хувьд өөрчилдөггүй. Тиймээс Hückel аргыг ихэвчлэн org-тэй холбоотой нарийн төвөгтэй урвалын механизмыг загварчлахад ашигладаг. холболтууд. Гетероатомуудыг (N, O, S, ...) молекулд оруулахад гетероатом болон нүүрстөрөгчийн атомын хувьд авсан H матрицын параметрүүд чухал болно. Полиенуудаас ялгаатай нь янз бүрийн төрлийн атомууд эсвэл бондуудыг өөр өөр параметрээр тодорхойлдог бөгөөд тэдгээрийн харьцаа нь MO-ийн төрөлд ихээхэн нөлөөлдөг; Хюкелийн энгийн аргын хүрээнд олж авсан таамаглалын чанар нь дүрмээр бол эцэстээ мууддаг. Үзэл баримтлалын хувьд энгийн, харагдахуйц, шаардлагагүй нарийн төвөгтэй тооцоололХюккелийн арга нь нарийн төвөгтэй молекулуудын электрон бүтцийн квант химийн загварыг бий болгох хамгийн түгээмэл аргуудын нэг юм. системүүд Наиб. Молекулын шинж чанар нь химийн үндсэн топологийн бүтцээр тодорхойлогддог тохиолдолд түүний хэрэглээ үр дүнтэй байдаг. холбоо, ялангуяа молекулын тэгш хэм. Хюккелийн аргын сайжруулсан хувилбаруудыг молекулын тойрог замын энгийн аргуудын хүрээнд бүтээх оролдлого нь утгагүй, учир нь тэдгээр нь квант химийн илүү нарийвчлалтай аргуудтай харьцуулж болохуйц нарийн төвөгтэй тооцооллын аргуудыг бий болгодог.

Дүгнэлт

Одоогийн байдлаар “Шинжлэх ухааны бүхэл бүтэн салбар буюу квант хими бий болсон бөгөөд энэ нь квант механик аргуудыг химийн асуудалд ашиглахыг авч үздэг. Гэсэн хэдий ч органик нэгдлүүдийн бүтэц, урвалын талаархи бүх асуудлыг квант механикийн асуудал болгон бууруулж болно гэж бодох нь үндсээрээ эндүүрэл болно. Квант механик нь электрон ба цөмийн хөдөлгөөний хуулиудыг, өөрөөр хэлбэл хамгийн доод хэлбэрийн хөдөлгөөний хуулиудыг химийн судлагдсантай (атом, молекулын хөдөлгөөн) харьцуулж судалдаг бөгөөд хөдөлгөөний дээд хэлбэрийг хэзээ ч багасгаж болохгүй. хамгийн доод тал руу. Маш энгийн молекулуудын хувьд ч бодисын реактив байдал, тэдгээрийн хувирлын механизм, кинетик зэрэг асуудлыг зөвхөн квант механикийн аргаар судлах боломжгүй юм. Бодисын хөдөлгөөний химийн хэлбэрийг судлах үндэс нь химийн судалгааны аргууд бөгөөд химийн шинжлэх ухааны хөгжилд тэргүүлэх үүрэг нь химийн бүтцийн онолд хамаардаг.

Жагсаалташигласан эх сурвалжууд

1. Минкин, В.И. Молекулын бүтцийн онол / V.I. Минкин. -М.: Дээд сургууль, 2006- 640 х.

2. Вилков, Л.В. Химийн физикийн судалгааны аргууд./ L.V. Вилков, Ю.А. Пентин. - М.: Дээд сургууль, 2005-380.

3. Гардымова, А.П. Шинжлэх ухааны дижитал номын сан: компьютерийн технологи ба хяналтын системийн элементүүд ба төхөөрөмжүүд / A.P. Гардымова. - 2005 он.

4. Еляшевич, М.А. Атом ба молекулын спектроскопи / M.A. Еляшевич, В.Демтредер. -М.: Мир, 1989-260-аад он.

5. Блатов, В.А. Хагас эмпирик тооцооны аргууд / V.A. Блатов, A.P. Шевченко. - М.: “Универс групп” 2005-315 х.

6. Цирэлсон, В.Г. Квантын хими, молекул, молекулын систем ба хатуу биет - М.: “БИНОМ” 2010-496х.

Allbest.ru дээр нийтлэгдсэн

Үүнтэй төстэй баримт бичиг

Атом-молекулын сургалтын үндсэн заалтууд. Брауны хөдөлгөөний хэв маяг. Атомын бүтцийн бодисууд. Атомын бүтцийн талаархи үндсэн мэдээлэл. Молекулуудын дулааны хөдөлгөөн. Атом ба молекулуудын харилцан үйлчлэл. Хийн молекулуудын хурдыг хэмжих.

танилцуулга, 11/18/2013 нэмэгдсэн


Молекулуудын хурдыг тооцоолох. Хийн болон шингэний молекулуудын хурдны ялгаа. Молекулын хурдыг туршилтаар тодорхойлох. Материйн бүтцийн молекул кинетик онолын бодит байдлын практик нотолгоо. Эргэлтийн хурдны модуль.

танилцуулга, 2011 оны 05-р сарын 18-нд нэмэгдсэн


Плазмын оношлогоонд физикийн хэд хэдэн суурь шинжлэх ухааны аргуудыг ашиглах. Судалгааны чиглэл, сийвэнгийн шинж чанарыг судлах идэвхгүй ба идэвхтэй, контакт ба холбоогүй аргууд. Цацрагийн гадаад эх үүсвэр, тоосонцор дахь плазмын нөлөө.

хураангуй, 2014 оны 8-р сарын 11-нд нэмэгдсэн


Молекулын мөн чанар нь түүний бүх химийн шинж чанарыг агуулсан бодисын хамгийн жижиг хэсэг бөгөөд тэдгээрийн оршин тогтнох туршилтын нотолгоо юм. Молекулын бүтэц, атомын хамаарал, хүч чадал. Молекулын хэмжээ, диаметрийг хэмжих арга.

лабораторийн ажил, 2011 оны 02-р сарын 11-нд нэмэгдсэн


Бодисын бүтцийн молекулын онолын үндсэн зарчмууд. Бодисын молекулуудын хөдөлгөөний хурд. Бодисын хийн төлөвөөс шингэн төлөвт шилжих үйл явц. Хүчтэй ууршилтын үйл явц. Буцлах цэг ба даралт. Буцалгах явцад дулаан шингээх.

танилцуулга, 2012.02.05 нэмэгдсэн


Материйн бүтцийн талаархи санаанууд бий болсон нь: молекул - хамгийн жижиг бөөмс; диффузийн тухай ойлголт. Молекулуудын таталцал ба түлхэлт нэгтгэх төлөвүүдбодисууд. Онцлог шинж чанарууд молекулын бүтэцхатуу, шингэн ба хий, болор тор.

хураангуй, 12/10/2010 нэмэгдсэн


Технологийн процессыг судлах аргуудын онцлог: онолын, туршилтын, ижил төстэй байдал. ерөнхий шинж чанарижил төстэй байдлын онол, түүний төрөл, тэдгээрийн зарим параметрийн тооцоо. Ижил төстэй байдлын онолын үндсэн заалтууд. Ижил төстэй байдлын шалгуурын онцлог.

хураангуй, 2011-06-06 нэмсэн


Атомын бүтцийг судлах туршилтын үндсэн аргуудын нэг болох цэнэгтэй ба цэнэггүй бөөмсийн тархалтын процессыг судлах, атомын цөмТэгээд энгийн бөөмс. Төрсөн ойролцоо тооцоолол ба Рутерфордын томъёо. Тархалтын фазын онол.

курсын ажил, 2011.05.03-нд нэмэгдсэн


Уян орчин дахь бөөмсийн чичиргээ нь уртааш долгион хэлбэрээр тархдаг бөгөөд давтамж нь чихэнд мэдрэгддэг хязгаарт багтдаг. Дууны объектив, субъектив шинж чанарууд. Эмнэлэгт сайн судалгааны аргууд. Цохилтот үед хурууны байрлал.

танилцуулга, 2013/05/28 нэмэгдсэн


Сканнерийн электрон микроскопийн үндэс. Металлын хайлалтыг электрон микроскопоор шалгах арга зүйн онцлог. Металл хайлмал гадаргуугийн давхаргын бүтцийг судлах зориулалттай микроскопуудын онцлог.