Биология в 3 томах. Tом 3 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003687-3
Скачать (прямая ссылка):
Некоторые комбинации протонов и нейтронов способны в течение длительного времени существовать без изменений. Такие атомные ядра называются стабильными. В других случаях ядра нестабильны, т. е. склонны к распаду с испусканием частиц или излучения. Эти ядра называются радиоактивными. Их легко обнаружить с помощью различных приборов, таких, как счетчики Гейгера—Мюллера, сцинтилляционные счетчики и т. п. С возрастанием атомного номера ядра возрастает и доля нейтронов в ядре, необходимых для того, чтобы оно оставалось стабильным. Ядро урана содержит, например, 92 протона и для стабильности ему требуется 138 нейтронов. Изотопы урана с большим числом нейтронов радиоактивны, их ядра нестабильны.
Скорость распада часто выражают через период полураспада т. е. время, на протяжении которого распадается в среднем половина всех присутствующих атомов. На-
БОТАНИКА
ММА им. И.М. Сеченова
Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. БИОЛОГИЯ, т. 3
пример, для изотопа углерода 14C период полураспада составляет 5570 лет.
Радиоактивные изотопы могут испускать «лучи» (частицы и излучения) трех разных типов.
1. а-Частицы. Они представляют собой не что иное, как ядра атомов гелия, т. е. состоят из двух протонов и двух нейтронов. Эти частицы несут два положительных заряда.
Ниже приведен пример испускания сс-частиц (см. также рис. П.4.1). (Верхний индекс при символе каждого элемента означает его массовое число, а нижний — атомный номер.)
2f2U — 2540 Th+ 42 Не
Ядро 238U, испуская ос-частицу, теряет тем самым четыре единицы массы и две единицы заряда, т. е. превращается в изотоп тория.
2. ?-Частицы. Это быстро движущиеся электроны, испускаемые ядром, когда один из нейтронов превращается в протон. ?-Частицы несут один отрицательный заряд (см. также рис. П.4.1).
Испусканием ?-частиц сопровождается, например, распад тория:
23^Th- 1W Pa + ?(e-)
Ядро тория испускает один электрон; таким образом, один из его нейтронов превращается в протон. Атомная масса при этом не изменяется, но атомный номер (число протонов) увеличивается на единицу, т. е. образуется изотоп протактиния.
3. у-Лучи. Это электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, возникающее при а- и ?-распаде. у-Л учи обладают очень высокой энергией и преградить им путь весьма трудно; они способны, например, проходить через толстый слой свинца.
а-Частицы легко задерживаются даже слоем воздуха или тонким листом бумаги. У ?-частиц проникающая способность выше, но от них может защитить толстый слой алюминия или тонкий слой свинца. Эти частицы и излучение оказывают вредное воздействие на живые организмы.
П. 1.4. Растворы и коллоидное состояние
Растворы состоят по меньшей мере из двух частей, или фаз: непрерывной (дисперсионной) фазы, или растворителя, и распределенной в ней дисперсной фазы, или растворенного вещества.
В 1861 г. Грэхем (Graham) выделил два типа растворенных веществ, которые он назвал кристаллоидами и коллоидами. Грэхем разделял их в зависимости от способности молекул растворенного вещества проходить через пергаментную (частично проницаемую) мембрану. На самом деле в биологических системах четкого различия между ними нет, поскольку роль биологического раство-
Приложения 371
рителя всегда играет вода, а свойства любого водного раствора зависят от размеров молекул растворенного вещества и от проявления силы тяжести. Различают три типа растворов.
1) Истинные растворы. В истинных растворах частицы растворенного вещества невелики и сравнимы по величине с молекулами растворителя, т. е. система гомогенна и ее частицы не разделяются под действием силы тяжести. В качестве примера можно указать солевые растворы и раствор сахарозы. Химики рассматривают такие растворы как системы, состоящие из одной фазы.
2) Коллоидные растворы. Частицы растворенного вещества велики по сравнению с молекулами растворителя, т. е. система гетерогенна, но ее частицы все еще не разделяются под действием силы тяжести; примером может служить глина в воде.
3) Суспензии или эмульсии. Частицы растворенного вещества настолько велики, что оставаться в диспергированном состоянии, не оседая под действием силы тяжести, они могут лишь при непрерывном перемешивании. Если в растворителе находятся частицы твердого вещества, то такой раствор называется суспензией, а если капельки жидкости, то — эмульсией. Примером суспензии может служить ил.
Все три перечисленные системы могут считаться дисперсными, поскольку частицы распределены здесь в дисперсионной среде. В дисперсных системах встречаются все три агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное, например газ в воде (содовая вода), твердое вещество в воде (раствор поваренной соли) и твердое вещество в твердом веществе (цинк в меди, т. е. латунь). Во всех этих случаях можно говорить о растворах, но обычно растворами называют системы, в которых роль растворителя играет жидкость.
Многие биологические системы существуют в виде коллоидных растворов, которые могут быть гидрофобными или гидрофильными; гидрофобный золь (например, глина или древесный уголь в воде) отталкивает воду, а гидрофильный золь (крахмальный клейстер, студень, желатин и агар) притягивает ее. Большая часть коллоидных растворов, содержащихся в организмах, в частности белковые растворы, представляют собой гидрофобные золи. Вязкость гидрофобного золя, например студня, можно увеличить, повышая его концентрацию или понижая температуру. В конце концов при увеличении вязкости золь может застыть. Такой застывший золь называют гелем. Гель представляет собой более или менее плотную коллоидную систему, хотя, вообще говоря, строгого различия между золем и гелем нет. На переходы золь—гель влияют и такие факторы, как ионный состав, pH и давление. Все это при определенных обстоятельствах может играть важную роль в живых клетках.
