http://lechebnaya-glina.ru » Материя организма

Об обобщённой (нелинейной) кристаллографии

Автор: lenka   Май 8, 2015 Нет комментариев

Процессы нелинейной кристаллизации, в которых возникают сложные кристаллические структуры, характеризующиеся фрактальным самоподобием, реализуются в природе достаточно часто в условиях, отличных от стандартных. Их изучение до сих пор лежало в стороне от интересов биологии и прикладной физики, хотя далее будет показано, что именно принципы обобщённой кристаллографии позволяют описывать кристаллизацию в жидкой фазе воды, происходящую и в природе вообще, и в живых системах в частности.
Кристаллография — обширная и древняя наука, граничащая с минералогией, физикой и химией, со своей терминологией и математическим аппаратом и своими опирающимися на теорию симметрии законами. Потребность в расширении поля кристаллографии возникла, прежде всего, вследствие развития нанотехнологий и соответственно необходимости перехода к новым принципам конструирования соединений, к которым призывал в своё время Р. Фейнман. Декларированный им в Нобелевской лекции подход: «создавать объекты «атом за атомом», т. е. снизу вверх», а значит, управлять самоорганизацией структур веществ, натолкнулся на принципиальные трудности классической кристаллографии, в рамках которой невозможно описать кристаллизацию веществ с перемежающимися по типу связями между атомами, и тем поощрил её к новому развитию. Оказалось, что законы классической кристаллографии невозможно распространить на образование кристаллов из молекул, в которых кроме жёстких связей между атомами большую роль играют слабые и/или гибкие связи. Её аналитические построения показали здесь свою несостоятельность, ибо с их помощью не удаётся построить теорию, описывающую полную связанность всех атомов при самоорганизации таких кристаллов. Этот вопрос со всей остротой встал и при развитии новой области химии — супрамолекулярной химии, занимающейся синтезом молекул с необычными свойствами, в котором используется дизайн биологических молекул в их абиотических комбинациях друг с другом. Кристаллизация таких молекул, представляющих собой полимеры, организованные молекулярными группами с различным характером химических связей, также не описывается законами, действующими в классической кристаллографии. И поскольку эта кристаллизация проводилась из водных растворов полимеров, усилия кристаллографии закономерно обратились в сторону изучения принципов кристаллизации растворителя, т. е. воды.
В своё время известнейший кристаллограф Дж. Бернал, занимавшийся рентгеноструктурным анализом кристаллов белков, установил, что для описания процесса кристаллизации таких молекул необходим новый, более общий подход. Он назвал его «обобщённой кристаллографией», поскольку этот подход должен был включать в себя классическую кристаллографию как частный случай [47, 117]. Этот подход был далее развит его учеником А. Л. Маккеем [118–120]. Систематизировав характерные черты обобщённой кристаллографии, обозначенные Дж. Берналом, Маккей назвал её «новой наукой о структуре вещества на атомном уровне» и сформулировал постановку задачи, перечислив проблемы нахождения таких структур, требующие математического решения. Естественно, как и для всех задач, включающих процессы нелинейной самоорганизации, эта задача не имеет аналитического решения. Однако Н. А. Бульенков, введя в кристаллографию новый для неё критерий «кристаллического модуля» — структуры, с помощью которой в системе достигается «полная связанность» всех составляющих её атомов [121], создал ранее отсутствовавший математический аппарат для решения задач обобщённой кристаллографии. Им были также разработаны принципы модульного дизайна [86, 87] и соответствующие алгоритмы для расчёта кристаллических структур, в том числе и применительно к кристаллизации воды [122]. Это и позволило обойти не решаемую до того в кристаллографии проблему достижения полной связанности при самоорганизации апериодических структур. В большом комплексе работ Н. А. Бульенков показал, что такие структуры невозможно достоверно изучать теоретическими и экспериментальными методами, принятыми в современной кристаллографии, поскольку в основе и тех, и других методов лежит понятие «решётка». Решение проблемы, предложенное им, состоит в отказе от представления о решетке кристалла и формулировании таких нелинейных кооперативных преобразований растущих кристаллических модулей, которые, не нарушая связанности их структуры и изменяя их собственную евклидову природу, обеспечивают при этом сплошное заполнение ими трехмерного евклидова пространства.29

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (Еще не оценили)
Загрузка...

Выразить свое мнение:

Копирование и использование материалов сайта разрешено только при наличии прямой ссылки на источник.
Голубая глина и белая для масок для лица и волос. Фитотерапия и спирулина