Как се измерват молекулите

Само преди сто и петдесет години пътуването от Европа до Америка отне много месеци и беше изпълнено с големи трудности. Сега такова пътуване може да бъде завършено за 8-10 часа - технологията стигна толкова далеч. Съвременните методи за измерване на молекула са толкова различни от оригиналните методи, използвани за тази цел, колкото и съвременните самолети от ветроход. Преди 30 години изглеждаше невъзможно да се види молекула.

Днес електронните микроскопи ви позволяват да видите части с размер до 7. По този начин, повече или по-малко големи молекули се виждат директно през микроскопа и техният размер може да се установи чрез директно измерване. Тогава ще бъде възможно да се измерват междуатомни разстояния. Термичното движение създава големи трудности по този път - то размазва картината по абсолютно същия начин, както дете разваля снимка, което не може да седи неподвижно пред обектива на камерата. Точната стойност на молекулите и атомите, по-правилно казано, стойността на междуатомните разстояния, е получена косвено, а именно чрез методи на оптична спектроскопия, радиоспектроскопия, рентгенов структурен анализ и електронна дифракция. От всички тези изследователски методи рентгеновият структурен анализ трябва да се счита за най-ефективен.

Рентгеновите лъчи са електромагнитни вълни с много малка дължина - от същия порядък като междуатомните разстояния, т.е. 1-2. Поведението на светлинните лъчи при попадане в така наречената дифракционна решетка, например прозрачна плоча с нанесени върху нея удари, е добре проучено. Простите разсъждения показват, че ъгълът, образуван от отклонения лъч и нормалата към решетката, се определя от съотношението на дължината на вълната към размерите на "процепа" на решетката. За да могат лъчите да се отклонят силно, дължината на вълната трябва да е малко по-малка от разстоянието между процепите. Ударите на дифракционната решетка просто се прилагат, така че това условие да е изпълнено.

Ако дължината на вълната на светлината е известна, тогава измерването на ъгъла на отклонение може да определи размера на "процепа" в решетката. Същността на метода на рентгеновия структурен анализ е да се използва кристал като дифракционна решетка за рентгеновите лъчи. Атомите, от които е изграден кристалът, играят ролята на „удари“. Междуатомните разстояния и дължини на вълните на рентгеновите лъчи са близо един до друг. Следователно, винаги можете да изберете вълна с такава дължина, която да даде достатъчно голямо отклонение на лъчите, падащи върху кристала, от първоначалната посока.

Чрез измерване на ъгъла на отклонение и познаване на дължината на вълната е възможно да се определи разстоянието между атомите с голяма точност. Ако размерът на молекулата е известен, тогава броят на молекулите на единица обем се изчислява лесно. Познавайки плътността на веществото, се определя масата на молекулата. Това е един от многото начини, по които съвременната физика решава проблемите с измерването на най-малките частици и разстоянията между тях.