Химик "видит" молекулу

Возможности обычного оптического микроскопа не безграничны. В него нельзя разглядеть предмет, размеры которого соизмеримы с длиной световой волны. Так что если бактерии еще хорошо видны в световой микроскоп, то более мелкие вирусы уже невидимы. На помощь приходит электронный микроскоп* Изобретение этого прибора позволило резко снизить минимальные размеры видимых объектов. Теперь стали различимы вирусы и мельчайшие образования живой клетки. Теперь стали видны и молекулы, правда, только самые крупные. Но "разглядеть" отдельные атомы в молекуле электронный микроскоп не способен, и "разобраться" Зинину с его оксилепиденами он тоже не помог бы.

"Увидеть" молекулу можно и другим способом. В кристаллах, в отличие от аморфных тел, атомы и молекулы расположены строго упорядоченно, они образуют кристаллическую решетку. Если пропустить через такую решетку лучи света, то они будут рассеиваться. Причем рассеянные на разных атомах и молекулах лучи могут накладываться друг на друга и при этом, в зависимости от направления движения

лучей, они будут гасить или усиливать друг друга. Одним словом, если через кристалл пропустить лучи света и поставить рядом с ним фотопленку, то на этой пленке получим чередующиеся светлые и темные пятна - области усиления и гашения лучей.

Тут есть одно "но". Длина волны нашего света должна быть соизмерима с расстояниями между атомами и молекулами в кристалле. Видимый свет и даже ультрафиолетовый - слишком "грубые" излучения. Зато как раз по длине подходят рентгеновские лучи. Образец рентгенограммы кристалла ДНК приведен на стр. 107.

Итак, имея один-единственный кристаллик размером менее миллиметра, получаем с него множество рентгенограмм. Теперь предстоит основная работа - измерить расстояния между пятнами на рентгенограммах и оценить их интенсивности. После этого на основании всех полученных чисел по специальным формулам (и, в частности, по формуле, выведенной русским кристаллографом Г. В. Вульфом и английскими физиками, отцом и сыном Брэггами) можно определить расстояние между молекулами в кристалле, их взаимное расположение, рассчитать расстояния между атомами в молекулах и углы, образуемые межатомными связями, т. е. получить полную модель молекулы, как бы "увидеть" ее. Стоит ли подчеркивать, что рентгеноструктурный анализ поставляет наиболее богатую информацию о молекуле? Вспомните: элементный анализ дает нам так называемую брутто-формулу вещества, и только.

Не нужно думать, что рентгеноструктурный анализ - легкое и быстрое дело. Еще совсем недавно расшифровка одной структуры требовала нескольких месяцев работы. Все требуемые здесь сложные расчеты проводятся не на бумаге, не при помощи логарифмической линейки, а на электронно-вычислительных машинах. В последнее время на полное построение модели молекулы средней сложности уходит примерно две недели. Но уже для расшифровки структуры белка требуются месяцы, а иногда и годы.

Помимо рентгеновских лучей можно "просвечивать" молекулы нейтронами и электронами. Оба метода - нейтронография и электронография - тоже дают ценные сведения о строении веществ.