shkrobius (shkrobius) wrote,
shkrobius
shkrobius

Category:

Объяснения экспериментов 1 & 2

Объяснение эксперимента 1.

Запаянный стеклянный капилляр с радоном поместили в цилиндрический сосуд, наполненный газообразным водородом. На одном конце сосуда поместили экран из сульфида цинка. Между капилляром и экраном на разных расстояниях от экрана помещали металлическую фольгу. По тому, как менялась сцинтилляция (= слабые вспышки) на экране от положения фольги следовало, что сцинтилляция вызывается двумя разными частицами. Водород откачали. Некоторые сцинтилляции по-прежнему выглядели так, как если бы водород присутствовал. Из этого заключили, что в сосуде остались следы водорода. В сосуд допустили кислород. Частота сцинтилляций на экране, похожих на те, что наблюдали из водорода, уменьшились. То же самое наблюдали, когда в сосуд допустили углекислый газ. Тогда в сосуд допустили воздух. Частота "водородных сцинтилляций" увеличилась. Исследователь предположил, что источником водорода была вода и пыль из воздуха. Воздух отфильтровали и осушили. Частота "водородных сцинтилляций" не уменьшилась.

Эксперимент 1 я взял из гл. 6, стр. 134-137
https://books.google.com/books/about/The_Making_of_the_Atomic_Bomb.html?id=5o70W8CR6vMC
+ введения к
https://books.google.com/books?id=wm2LAwAAQBAJ&pg=PA15

Это классический эксперимент Марсдена и Резерфорда.

Радон излучает альфа-частицы; те бомбардируют молекулы водорода в газе, отрывая протоны. Обе ускоренные частицы теряют энергию в столкновениях с молекулами газа. Из-за разницы в массе, длина пробега протонов в газе длиннее, чем длина пробега альфа-частиц. Блокируя путь частиц металлической фольгой, можно поймать положение, когда альфа-частица блокируется (она уже потеряла энергию и остановлена более плотной, чем газ, фольгой), а другая (еще не потерявшая кинетическую энергию) пролетает через фольгу.

Eсли откачать водород, то в этом положении фольги видна "водородная сцинтилляция". Однако, это ничего не означает: чтобы разделить частицы по длине остановки, нужен газ, тормозящий частицы; т.е. "водородная сцинтилляция" - иллюзия: сцинтилляция идет из альфа-частиц.

Марсден это осознал, запустил в сосуд воздух, и увидел частицы с таким же профилем выхода сцинтилляции от положения фольги как и в водороде. Из этого Марсден заключил, что источником ядер водорода (тогда их еще не называли протонами) была стеклянная трубка с радоном, так как стекло содержит гидроксильные группы. Он заменил стеклянную на кварцевую трубку. Протон был все равно виден. Марсден заменил радон на никелевый диск с радием. Водород был все равно виден. Марсден был химиком, и он стал подозревать примесь водорода (водород растворяется в металлах и стекле).

Он сообщил о своих затруднениях Резерфорду. Резерфорд тщательно откачал сосуд, промерил, как частицы задерживались металлами разной толщины и заключил, что это были альфа-частицы. Тогда он стал пускать в сосуд разные газы (см. описание в посте). Из этих опытов он заключил, что для наблюдения второй частицы нужен азот. Получалось, что частица образуется в столкновениях альфа-частиц с азотом, но не с кислородом. Резерфорд предположил, что частица может быть заряженным ядром азота, гелия, лития или дейтерия. Используя газы разных масс, содержащие водород, он показал, что в каждом случае образовались частицы с такими же свойствами, что при бомбардировке водорода и азота. Частицы могли быть только протонами или дейтронами. Резерфорд открыл первую ядерную реакцию: трансмутацию азота-14 в кислород-17. Резерфорд не стал искать объяснений процессу, понимая, что в известной физике он его не найдет.
https://web.lemoyne.edu/giunta/RUTHERFORD.HTML

Объяснение эксперимента 2.

Светящегося моллюска растерли в кашицу в холодной воде и жидкость отфильтровали; так получили раствор 1. При взбалтывании раствора 1, тот некоторое время светился в темноте, но потом переставал. Свежеприготовленный (светящийся при взбалтывании) раствор 1 быстро вскипятили и охладили; так получили раствор 2. При взбалтывании раствор 2 не светился. Переставший светиться раствор 1 объединили с раствором 2, получив раствор 3. При взбалтывании раствор 3 светился. Часть свежеприготовленного раствора 1 заморозили, а потом нагрели до комнатной температуры, получив раствор 4. Раствор 4 при взбалтывании не светился. К раствору 4 добавили раствор 1, получив раствор 5. При взбалтывании раствор 5 светился.

Знаменитый эксперимент был проделан Дюбуа в 1880-х годах. Примечателен он тем, что Дюбуа предложил верное концептуальное объяснение биолюминисценции, которое годится для множества организмов, кроме того, с которым он произвел опыт. Для светлячка (которого он исследовал после моллюска) оно было бы полностью верным.

Не вдаваясь в детали: биолюминисценция возникает в реакции молекулы (люциферина) с окислителем, например кислородом. Взбалтывание раствора нужно, чтобы кислород растворился в воде (где он может энзиматически превращаться в окислитель). Реакция с окислителем медленная, для нее нужен катализатор: люцифераза. Кислород из окислителя образует с люциферином эндопероксид, а тот распадется/перегрупировывается в возбужденную молекулу, которая излучает свет. Люциферины и их люциферазы могут сильно отличаться по структуре и синтезироваться разными способами.

Дюбуа рассудил, что биолюминисценция должна быть химической реакцией, скорее всего двух молекул (кроме окислителя). Одна из этих молекул уничтожается кипячением, скорее всего это биомолекула - белок. Он назвал его люциферазой. Энзимы катализируют реакции, т.е. ее субстратом д.б. второй реагент - люциферин. Когда он заканчивается, исчезает свечение. В кипяченом растворе люциферин не светился, т.к. в нем была убита люцифераза. Если объединить этот раствор с раствором, где исчерпался люциферин, но остался катализатор, опять идет свечение. При замораживании раствора, в нем образуются кристаллики льда, "вымораживающие" белки, и они денатурируют. Дюбуа рассудил, что заморозка убивает люциферазу, и объяснение сводится к предыдущему. Из того, что люциферин устойчив к низким и высоким температурам, Дюбуа преположил, что люциферин - органическая молекула.

Проколом в рассуждении Дюбуа является возможность того, что люциферин - биомолекула, устойчивая к денатурации, которая восстанавливает третичную структуру в воде. Люциферин Pholas dactylus, который исследовал Дюбуа - молекула, ковалентно связанная с гликопротеином, обладающим таким свойством.
http://www.jbc.org/content/275/13/9403.full
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/cbic.200900503
Есть другие примеры люциферинов-фотопротеинов; не знаю, обладают ли они таким свойством.

То, что этот люциферин - макромолекула, было обнаружено через 100 лет после опыта Дюбуа, а хромофор опознали только в 2009-м году. Дюбуа мог сильно ошибиться в своих заключениях, так как свечение люциферинa этого моллюска катализируется ионами железа, которые могли присутствовать в экстракте.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/000527287090109X
Более того, окислителем для люциферина (фолазина) служит пероксид, а не кислород, и лимитирующим для свечения мог быть не люциферин, a какой-нибудь энзим окислительной цепи. Гадал на кофейной гуще, а попал в самое очко...

Одной научной грамотностью в нашем деле немного достигнешь...
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Contents

    If a man will begin with certainties, he shall end in doubts; but if he will be content to begin with doubts, he shall end in certainties. (Bacon)…

  • Канадские загадки

    Гостил у сына в Монреале и увидел в местной газете неизвестную мне загадку (они ее binaire называют). Пишут, она возникла в Японии, оттуда…

  • Индийский желтый

    Мне нечего стыдиться: мои Тернеры висят в Лондоне, Нью-Йорке, Париже, Берлине, Вене. Я прочел все, написанное о его живописи, - а это сотни полотен…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 9 comments