अणुओं की संरचना का अध्ययन करना। अणुओं की संरचना का अध्ययन करने की विधियाँ। प्राकृतिक इतिहास और आणविक गुण

अध्याय 1. पदार्थ की संरचना और दृश्य मॉडलिंग 14-54 के माध्यम से इसके प्रावधान पर ग्रेड 8-11 के लिए रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम की सामग्री का विश्लेषण।

1.1. स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के उद्देश्य और विशेषताएं। 14

1.2. वैज्ञानिक अनुसंधान की एक विधि के रूप में मॉडलिंग और पदार्थ की संरचना के बारे में समग्र ज्ञान के निर्माण में इसकी भूमिका। 27

1.3. विज्ञान शिक्षण में प्रयुक्त परमाणुओं और अणुओं के पारंपरिक मॉडल। 45 - 54 अध्याय 1 का निष्कर्ष। 55

अध्याय 2. पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए मॉडल के निर्माण और उपयोग के लिए शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताएं। 57

2.1. विज्ञान के सिद्धांत और शिक्षण के लिए नए वैज्ञानिक डेटा का अनुकूलन। मॉडलिंग के विकास में आधुनिक रुझान। 57

2.2. परमाणुओं और अणुओं के मॉडल और उनकी नई उपदेशात्मक क्षमताओं के लिए शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताएं। 75

2.3. पदार्थों की संरचना का अध्ययन करने के लिए मॉडलों के एक सेट की विशेषताएं। 104 -

अध्याय 2 का निष्कर्ष. 110

अध्याय 3. हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थ की संरचना का अध्ययन करते समय मॉडलों के एक सेट के उपयोग का संगठन। 112

3.1. हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थों की संरचना का अध्ययन करते समय रिंग-साइडेड मॉडल को शामिल करने के साथ कॉम्प्लेक्स का उपयोग करने की पद्धतिगत संभावनाएं। 112

3.2. अकार्बनिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान में व्यावहारिक कार्य का प्रदर्शन और संचालन करने के लिए संपार्श्विक मॉडल सहित मॉडलों के एक सेट का उपयोग करने के लिए पद्धतिगत तकनीक। 122

3.3 हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए परमाणुओं और अणुओं के मॉडल के एक परिसर की शैक्षणिक प्रभावशीलता का प्रायोगिक परीक्षण। 156

अध्याय 3 का निष्कर्ष. 168

शोध प्रबंधों की अनुशंसित सूची

पदार्थ की संरचना की मॉडल अवधारणाओं के आधार पर प्रारंभिक पाठ्यक्रम में रसायन विज्ञान की बुनियादी अवधारणाओं के निर्माण की पद्धति 1984, शैक्षणिक विज्ञान की उम्मीदवार कुज़नेत्सोवा, लिलिया मिखाइलोव्ना
माध्यमिक विद्यालयों में रसायन विज्ञान में प्रणालीगत ज्ञान के निर्माण के लिए पद्धतिगत नींव 1984, शैक्षणिक विज्ञान के डॉक्टर टायल्डसेप, अर्ने अल्बर्ट-रोमानोविच
बुनियादी स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम में परमाणु और परमाणु नाभिक के सैद्धांतिक मॉडल का अध्ययन 2002, शैक्षणिक विज्ञान के उम्मीदवार पेक्शिएवा, इरीना व्लादिमीरोवना
माध्यमिक विद्यालय में रसायन विज्ञान पढ़ाने के भौतिक साधनों की एक प्रणाली के निर्माण और उपयोग के लिए सैद्धांतिक नींव 1988, शैक्षणिक विज्ञान के डॉक्टर नज़रोवा, तात्याना सर्गेवना
छात्रों को कार्बनिक रसायन विज्ञान और भौतिकी के बीच अंतःविषय संबंधों के कार्यान्वयन को पढ़ाने के लिए पद्धतिगत अवसर 1985, शैक्षणिक विज्ञान की उम्मीदवार द्युसुपोवा, लिडिया ज़ेनेलोव्ना

निबंध का परिचय (सार का हिस्सा) विषय पर "हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए परमाणुओं और अणुओं के एक जटिल मॉडल का निर्माण और उपयोग"

अनुसंधान की प्रासंगिकता

एक आधुनिक माध्यमिक विद्यालय में, रासायनिक प्रक्रियाओं की सचेत समझ के लिए परमाणुओं, अणुओं, पिंडों की क्रिस्टल संरचनाओं की संरचना और रासायनिक बंधों की प्रकृति के गहन अध्ययन की आवश्यकता होती है। हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम परमाणु-आणविक सिद्धांत, अवोगाद्रो के नियम, संरचना की स्थिरता और पदार्थ के द्रव्यमान के संरक्षण के नियम, डी. आई. मेंडेलीव की रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली और पदार्थों की संरचना के सिद्धांत पर आधारित है।

पदार्थ की संरचना के बारे में अवधारणाओं का निर्माण रसायन विज्ञान पढ़ाने में सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक है।

मॉडलिंग मॉडल के माध्यम से किसी वस्तु के अध्ययन किए गए गुणों को समझने की एक विधि है: मॉडल के साथ क्रियाएं जो हमें किसी वस्तु या प्रोटोटाइप के व्यक्तिगत गुणों, पहलुओं या गुणों का अध्ययन करने की अनुमति देती हैं जो हमारी रुचि रखते हैं।

शैक्षिक मॉडल शैक्षिक और पद्धतिगत सेट का एक अनिवार्य घटक बनाते हैं, जिसमें केंद्रीय स्थान पाठ्यपुस्तकों और शैक्षिक साहित्य का है।

मॉडल को शैक्षिक दृश्य सहायता के रूप में परिभाषित किया जाता है जो प्राकृतिक वस्तुओं को प्रतिस्थापित करता है और उनकी संरचना, आवश्यक गुणों, कनेक्शन और संबंधों को बताता है।

उन प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय मॉडलों का उपयोग विशेष महत्व रखता है जिन्हें समय या स्थानिक पैमाने में बड़े अंतर के कारण नहीं देखा जा सकता है। मॉडल एकमात्र वस्तु बन जाता है जो किसी प्रक्रिया या घटना के बारे में जानकारी का वाहक होता है। ऐसे में एक मॉडल प्रयोग का बहुत महत्व है. एक मॉडल प्रयोग प्रयोग का एक विशेष रूप है, जो प्रयोगात्मक अनुसंधान के विशेष साधन के रूप में मौजूदा सामग्री मॉडल के उपयोग की विशेषता है। एक मॉडल प्रयोग, जिसमें वस्तु के बजाय एक स्थानापन्न मॉडल का अध्ययन किया जाता है, उन मामलों में सहारा लिया जाता है जहां अध्ययन की वस्तु सूक्ष्म जगत की वस्तु की तरह दृश्य चिंतन के लिए दुर्गम है। इसलिए, मॉडलिंग की समस्या प्राकृतिक विज्ञान में विशेष रूप से प्रासंगिक है। भौतिकी और रसायन विज्ञान में, यह सूक्ष्म वस्तुओं, यानी परमाणुओं और अणुओं के मॉडलिंग की समस्या है।

एक व्यक्ति दृष्टि के माध्यम से सबसे बड़ी मात्रा में जानकारी प्राप्त करता है, इसलिए "स्पष्ट" मॉडल पहले प्रस्तुत किए जाने चाहिए। यह बेहतर है कि वे मूर्त अर्थात् भौतिक भी हों। रसायन विज्ञान पढ़ाने की प्रक्रिया में मॉडलों का उपयोग करने के कई वर्षों के अनुभव ने सीखने की प्रक्रिया में उनकी महान भूमिका और उनकी मदद से छात्र पर शिक्षक के प्रभाव की प्रभावशीलता को दिखाया है। दृश्य मॉडलों का उपयोग करने की आवश्यकता, उनका निरंतर सुधार और नए मॉडलों का उद्भव एक विज्ञान के रूप में रसायन विज्ञान के विकास और शिक्षण प्रौद्योगिकी विधियों के चल रहे विकास के कारण है।

शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताओं को पूरा करने वाले मॉडल के निर्माण को रोकने वाला एक महत्वपूर्ण कारक मॉडलिंग में उपयोग की जाने वाली अधिकांश सरल और दृश्य छवियों के साथ आधुनिक वैज्ञानिक अवधारणाओं की असंगति है। स्कूल में सीखने की प्रक्रिया में वैज्ञानिक डेटा को अनुकूलित करने का प्रयास सरलीकृत मॉडल के निर्माण की ओर ले जाता है और गुणों के प्रदर्शन में कुछ त्रुटियों से जुड़ा होता है। वास्तव में, शैक्षिक मॉडल का निर्माण जटिलता की अलग-अलग डिग्री और अलग-अलग दृश्य शक्ति के मॉडल के बीच इष्टतम विकल्प की समस्या पर निर्भर करता है। उपदेशात्मक दृष्टिकोण से, यह अनिवार्य रूप से परस्पर संबंधित मॉडलों का एक सेट बनाने की आवश्यकता की ओर ले जाता है, जिनकी वर्णनात्मक विशेषताओं को दृश्य मॉडलिंग की सभी आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

रासायनिक विज्ञान की बारीकियों और शिक्षण के दृश्य के उपदेशात्मक सिद्धांत के दृष्टिकोण से शैक्षिक उपकरणों और इसके औचित्य को व्यवस्थित करने का पहला प्रयास ए. ए. ग्रैबेत्स्की और के. हां. पर्मेनोव द्वारा "रसायन विज्ञान में प्रशिक्षण उपकरण" पुस्तक में किया गया था। ” लेखकों ने निष्कर्ष निकाला है कि एक निश्चित प्रणाली में सीखने की प्रक्रिया में दृश्य सहायता का उपयोग सोच-समझकर किया जाना चाहिए, क्योंकि वे एक महत्वपूर्ण उपदेशात्मक उपकरण के रूप में मूल्यवान हैं जो शैक्षिक लक्ष्यों को प्राप्त करने में मदद करते हैं।

हालाँकि, पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले मॉडल प्रशिक्षण के लिए मॉडलों का एक सेट बनाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। उनकी मदद से तैयार किए गए गुणों की चयनात्मकता, मॉडलों की पारस्परिक असंगति और उनके बीच संरचनात्मक और तार्किक संबंधों की कमी सीखने में बाधाएं पैदा करती है और जानकारी को आत्मसात करने की प्रक्रिया को जटिल बनाती है। अनुशंसित मॉडलों की सूची को ऐसे आधुनिक मॉडलों के साथ पूरक किया जाना चाहिए जो हमें परमाणु के ऐतिहासिक मॉडलों को एक साथ जोड़ने की अनुमति देंगे, जो परमाणु (डेमोक्रिटस, थॉमसन, रदरफोर्ड) के बारे में ज्ञान के विकास को दर्शाते हैं, जो मॉडल पहले से ही अध्ययन में पारंपरिक हो गए हैं। रसायन विज्ञान के (बॉल-एंड-स्टिक, स्टीवर्ट-ब्रिग्लेब, या पॉलिंग), कम्प्यूटेशनल वैज्ञानिक तरीकों (एम.ओ. विधि) में उपयोग किए जाने वाले मॉडल। मॉडलों की एक पदानुक्रमित प्रणाली बनाना आवश्यक है, जिसके भीतर विभिन्न मॉडल बनाए जा सकते हैं और आवश्यकता के आधार पर, कुछ निश्चित पहलुओं को दर्शाते हुए, परमाणु की संरचनात्मक विशेषताओं को समझाया जा सकता है।

क्वांटम रसायन विज्ञान के बुनियादी सिद्धांतों को प्रस्तुत करने की जटिलता के कारण, आठवीं और नौवीं कक्षा की पाठ्यपुस्तकें नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की नियुक्ति के कारणों की आवश्यक व्याख्या प्रदान नहीं करती हैं, और ऊर्जा परत में इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करने की संभावना नहीं है। माना। इससे परमाणुओं, अणुओं और क्रिस्टलीय पिंडों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना के बारे में विचार बनाना मुश्किल हो जाता है। और यह माध्यमिक विद्यालय की आठवीं कक्षा से शुरू होने वाले रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के अध्ययन के मुख्य कार्यों पर लागू होता है।

आवधिक कानून और रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली डी.आई. के अध्ययन में मॉडल और सिमुलेशन की समस्याएं प्रासंगिक बनी हुई हैं। मेंडेलीव: स्थिर इलेक्ट्रॉन कोशों के मॉडल प्रदर्शित करना आवश्यक है, जो रासायनिक तत्वों की तालिका का प्रकार निर्धारित करते हैं। रासायनिक बंधों का अध्ययन करते समय, एक सामान्य आणविक खोल के निर्माण के साथ परमाणुओं की परस्पर क्रिया की सरल छवियों की भी आवश्यकता होती है। ऐसी घटना के साथ एक दृश्य छवि होनी चाहिए, न कि केवल एक प्रतीकात्मक पदनाम।

विज़ुअल मॉडल की आवश्यकता इतनी अधिक है कि स्कूलों ने इलेक्ट्रॉनिक फ़ार्मुलों को प्रदर्शित करने के लिए कई विज़ुअल मॉडल तैयार किए हैं। एक परमाणु से दूसरे परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन को प्रदर्शित करने के लिए, विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है: एक बिंदु (इलेक्ट्रॉन) की छवि वाला एक चुंबकीय बोर्ड; इलेक्ट्रॉनों का प्रतिनिधित्व करने वाले बहुरंगी चिप्स वाले बक्से और विभिन्न पदार्थों और आयनों के परमाणुओं का प्रतिनिधित्व करने वाले वृत्त; रंगीन प्लास्टिक आकृतियों का एक सेट जो विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉन बादलों, गोलार्धों को चुंबकीय आधार पर परमाणुओं या आयनों का प्रतिनिधित्व करता है। उपरोक्त और समान दृश्य सामग्री एक व्हाइटबोर्ड पर इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बनाने के बराबर हैं। अंतर यह है कि मॉडल, प्रतिष्ठित रहते हुए, भौतिकता की कुछ विशेषताएं प्राप्त कर लेते हैं - वे मूर्त और गतिशील हो जाते हैं, लेकिन इससे उनकी सूचना क्षमता में वृद्धि नहीं होती है।

एक जरूरी समस्या नए शैक्षिक मॉडल का निर्माण है जो वैज्ञानिक मॉडल के समान हों और उनमें उपदेशात्मक गुण हों। वैज्ञानिक मॉडलों के सुधार के दौरान पद्धतिविज्ञानी इस समस्या पर बहुत ध्यान देते हैं। ए.आई. शपाक ने अंतरिक्ष में इसके स्थान और इलेक्ट्रॉन बादल के आकार को ध्यान में रखते हुए, आठवीं कक्षा में पहले मॉडल के रूप में एक इलेक्ट्रॉन का उपयोग करने का सुझाव दिया। एस. एन. ड्रोज़डोव ने इस उद्देश्य के लिए नरम तांबे या एल्यूमीनियम तार से बने मॉडल का उपयोग करने की सिफारिश की।

ईसा पूर्व अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉन बादलों की दिशा का प्रश्न प्रस्तुत करने के लिए, पोलोसिन ने गेंदों और गुब्बारों के मॉडल के साथ-साथ विभिन्न रंगों में चित्रित तार से बने एस- और पी-ऑर्बिटल्स के बंधनेवाला मॉडल का उपयोग किया। स्कूली बच्चों के साथ काम करने के परिणामों के आधार पर, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि माइक्रोवर्ल्ड की घटनाओं का अध्ययन करते समय, कोई खुद को केवल एक प्रकार के दृश्य एड्स तक सीमित नहीं कर सकता है, विभिन्न मॉडलों और अन्य दृश्य एड्स के एक जटिल का उपयोग करना आवश्यक है।

यू. आई. बुलाविन ने भागों को घुमाने के लिए यांत्रिक और विद्युत उपकरणों का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा जो इलेक्ट्रॉन बादलों के विभिन्न रूपों को पुन: उत्पन्न करते हैं।

एस.एस. बर्डोनोसोव ने कहा कि सबसे सरल अणुओं (सीएचसी, एनएच 3, एचजीओ, आदि) की संरचना को समझाने का दृष्टिकोण, जो पारंपरिक रूप से हाई स्कूल में उपयोग किया जाता है, कई कृत्रिम मान्यताओं के आधार पर बहुत दृश्य और बहुत जटिल नहीं है। , वह उचित रूप से आर गिलेस्पी के मॉडल का उपयोग करने का सुझाव देते हैं, जो बहुत सरल हैं और न केवल सरल बंधन वाले अणुओं की संरचना को समझाना संभव बनाते हैं, बल्कि बहुत अधिक जटिल संरचना वाले पदार्थों की भी व्याख्या करते हैं जो दोहरे और ट्रिपल बंधन बनाते हैं।

शैक्षिक मॉडल, शोध मॉडल की तरह, जानकारीपूर्ण होने चाहिए, अर्थात, उनके उपयोग से मॉडल की गई वस्तु के बारे में एक अवधारणा बनाने के लिए आवश्यक और पर्याप्त जानकारी से भरपूर एक छवि बननी चाहिए। साथ ही, शिक्षण मॉडलों की जानकारीपूर्ण (वैज्ञानिक) समृद्धि को शैक्षिक प्रक्रिया की विशिष्टताओं के प्रति उनकी अनुकूलनशीलता के साथ संघर्ष नहीं करना चाहिए। एक वस्तु या घटना के अनुसंधान प्रशिक्षण मॉडल के विपरीत, उन्हें विश्व कानूनों के साथ संघर्ष नहीं करना चाहिए और एक दूसरे के साथ संगत होना चाहिए। संगतता को मॉडलों के बीच ऐसे संबंध के रूप में समझा जाता है जिसमें अध्ययन की जा रही घटना की समग्र वैज्ञानिक तस्वीर से समझौता किए बिना एक मॉडल को दूसरे के साथ बदलना संभव है। अनुशंसित मॉडल के बजाय एक संगत मॉडल के उपयोग से विरोधाभास नहीं होना चाहिए, बल्कि या तो स्पष्टीकरण की विधि की जटिलता हो सकती है, या चरम मामलों में, वस्तु के मॉडल किए गए पक्ष का नुकसान हो सकता है।

सामान्य तौर पर, विभिन्न मॉडलों के उद्भव को मॉडलिंग की जा रही घटनाओं की जटिलता के विभिन्न स्तरों और उनके अनुप्रयोग के विभिन्न क्षेत्रों द्वारा समझाया जाता है। इसलिए, विभिन्न मॉडलों के अनुप्रयोग की सीमाएँ आवश्यक रूप से प्रतिच्छेद होनी चाहिए। चौराहे का एक क्षेत्र अवश्य होना चाहिए जिसमें कम से कम दो मॉडलों का उपयोग किया जा सके। आदर्श रूप से, किसी भी जटिल मॉडल को किसी भी सरल मॉडल के साथ संगत होना चाहिए, केवल उपयोग की सीमा में अंतर होना चाहिए। अन्यथा, किसी वास्तविक वस्तु या घटना के बारे में सीखने और ज्ञान को आत्मसात करने की प्रक्रिया स्वयं मॉडलों की विशेषताओं और विभिन्न परिस्थितियों में उनके संबंधों के अध्ययन के क्षेत्र में आगे बढ़ने का जोखिम उठाती है। सूचना क्षमता में भिन्न संगत मॉडल को शिक्षण मॉडल की एक प्रणाली में जोड़ा जा सकता है, या शिक्षण मॉडल का एक जटिल रूप बनाया जा सकता है, जिसके उपयोग से सूचना आत्मसात के विखंडन और विखंडन से बचा जा सकेगा, सुसंगतता और व्यवस्थित ज्ञान सुनिश्चित होगा।

शोध की समस्या विज्ञान के आधुनिक विकास के स्तर के अनुसार छात्रों को सूचित करने की आवश्यकता और पारंपरिक उपदेशात्मक साधनों - परमाणुओं और अणुओं के मॉडल की कम सूचना क्षमता के बीच विरोधाभास में निहित है; शिक्षण के अपेक्षाकृत नए रूप को पेश करने की आवश्यकता के बीच - एक मॉडल प्रयोग और स्पष्टता की कमी, और अक्सर उपयोग किए गए मॉडलों की पारस्परिक असंगति।

अध्ययन का उद्देश्य हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में परमाणुओं और अणुओं के मॉडल का उपयोग करके पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने की प्रक्रिया है। शोध का विषय: हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए परमाणुओं और अणुओं के मॉडल का एक सेट बनाने और उपयोग करने का सिद्धांत और अभ्यास।

अध्ययन का उद्देश्य: पदार्थों की संरचना, उनके भौतिक और रासायनिक गुणों का अध्ययन करने के लिए परमाणुओं और अणुओं के आधुनिक मॉडलों का एक सेट बनाने और उपयोग करने के तरीकों और साधनों को निर्धारित करना। अनुसंधान परिकल्पना: यदि परमाणुओं और अणुओं के शैक्षिक मॉडल का एक परिसर, पारंपरिक और नए मॉडल के आधार पर मॉडलिंग में आधुनिक रुझानों को ध्यान में रखते हुए बनाया गया है, उच्च सूचना क्षमता की आवश्यकताओं को पूरा करता है, इसमें व्यापक उपदेशात्मक क्षमताएं हैं और इसका उपयोग एक नए रूप को पेश करने के लिए किया जाता है। शिक्षण - एक मॉडल प्रयोग, तो यह योगदान देगा : पदार्थ की संरचना के बारे में छात्रों में समग्र और सचेत ज्ञान का निर्माण; पदार्थों के गुणों को समझना; ज्ञान का गहनीकरण और दीर्घकालिक संरक्षण; अंतःविषय संबंधों को मजबूत करना और दुनिया की एक एकीकृत वैज्ञानिक तस्वीर बनाना। अनुसंधान के उद्देश्य

1. पदार्थ की संरचना और दृश्य मॉडलिंग टूल के साथ इसके प्रावधान पर ग्रेड 8-11 के लिए रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम की सामग्री का विश्लेषण करें।

2. मॉडलों के लिए शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताओं को तैयार करना और पारस्परिक रूप से सुसंगत वैज्ञानिक रूप से आधारित शैक्षिक मॉडल (पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले और नए रिंग-आकार वाले मॉडल दोनों सहित) का एक सेट बनाना, सबसे प्रभावी तरीकों से शैक्षणिक लक्ष्यों की उपलब्धि सुनिश्चित करना। 3. अंगूठी के आकार वाले मॉडलों सहित शैक्षिक मॉडलों के एक सेट का उपयोग करने के लिए पद्धतिगत तकनीक विकसित करें, उनकी मदद से मॉडल प्रयोग करने की संभावना की जांच करें और स्कूल अभ्यास में इसके उपयोग की शैक्षणिक प्रभावशीलता का मूल्यांकन करें। अनुसंधान का पद्धतिगत आधार शिक्षाशास्त्र, मनोविज्ञान, विभिन्न प्रकार की शिक्षण सहायक सामग्री और उनके परिसरों के निर्माण और उपयोग के सिद्धांत (ए.ए. ग्रैबेट्स्की, एल.एस. ज़ज़्नोबिना, ए.ए. मकरेन्या, ई.ई. मिनचेनकोव, टी.एस.) के क्षेत्र में मौलिक अनुसंधान है। नाज़ारोवा, एस.जी. शापोवालेंको), रसायन विज्ञान पढ़ाने के तरीके (ओ.एस. ज़ैतसेव, एन.ई. कुज़नेत्सोवा, एल.ए. त्सेत्कोव, जी.एम. चेर्नोबेल्स्काया, आई.एन. चेर्टकोव), मनोवैज्ञानिक और शैक्षणिक और एर्गोनोमिक सिद्धांत (वी.वी. डेविडोव, वी.पी. ज़िनचेंको, वी.एम. मुनिपोव), वैज्ञानिक विश्लेषण के परिणाम और प्राथमिक कणों, परमाणुओं और उनके रासायनिक यौगिकों के मॉडल बनाने के क्षेत्र में तकनीकी उपलब्धियाँ। तलाश पद्दतियाँ

ज्ञान के सिद्धांत पर शैक्षणिक, पद्धतिगत, रासायनिक, मनोवैज्ञानिक और शैक्षणिक साहित्य का विश्लेषण और ज्ञान प्राप्त करने की प्रक्रिया के प्रबंधन, पदार्थ की संरचना, निर्माण और अध्ययन में मॉडलों के उपयोग की समस्याओं पर शिक्षण सहायक सामग्री के डिजाइन और निर्माण पदार्थ की संरचना.

स्कूल की कक्षाओं के शैक्षणिक अनुभव, उन्नत शिक्षकों और पद्धतिविदों के अनुभव, शैक्षणिक नवाचारों के साथ-साथ छात्रों के स्कूल के बाहर क्लब के काम के अनुभव का अवलोकन और सामान्यीकरण।

शिक्षा की गुणवत्ता पर व्यक्तिगत मॉडल और समग्र रूप से परिसर के प्रभाव की तुलनात्मक शैक्षणिक प्रभावशीलता का प्रायोगिक परीक्षण।

अनुसंधान चरण

पहले चरण (1996-1998) में, हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में पदार्थ की संरचना का अध्ययन करते समय शिक्षकों और छात्रों के सामने आने वाली समस्याओं और कठिनाइयों की पहचान की गई, जो परमाणु की जटिल संरचना और कानूनों को जानने की तत्काल आवश्यकता से जुड़ी थीं। इसकी संरचना का. सभी घटकों के अंतर्संबंध और नए उपदेशात्मक अवसरों की विशेषता वाले मॉडलों के एक सेट का उपयोग करके शैक्षिक सामग्री में महारत हासिल करने और ज्ञान की गुणवत्ता में सुधार के लिए स्थितियां बनाने की समस्याओं को हल करने के लिए एक विधि की पहचान की गई है।

दूसरे चरण (1999-2001) में, आधुनिक मॉडलिंग में रुझान, मॉडलों के लिए शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताओं पर विचार किया गया, शैक्षिक मॉडल का एक सेट प्रस्तावित किया गया, जिसमें नए रिंग-साइडेड मॉडल शामिल थे, और कॉम्प्लेक्स की उपदेशात्मक क्षमताओं पर विचार किया गया।

तीसरे चरण (2002-2003) में, पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए मॉडलों के एक सेट का उपयोग करने की तकनीक और तरीके निर्धारित किए गए, पद्धति संबंधी सिफारिशें तैयार की गईं और इसके उपयोग की शैक्षणिक प्रभावशीलता का परीक्षण किया गया।

अध्ययन की वैज्ञानिक नवीनता एवं सैद्धांतिक महत्व

आधुनिक मॉडलिंग प्रवृत्तियों को ध्यान में रखते हुए, उपयोग किए गए मॉडलों के लिए बुनियादी और विशिष्ट शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताओं सहित पदार्थ की संरचना का अध्ययन करने के लिए परमाणुओं और अणुओं के शैक्षिक मॉडल के एक सेट के निर्माण और उपयोग के लिए एक अवधारणा विकसित की गई है।

नए शैक्षिक मॉडलों की एक श्रृंखला प्रस्तावित है, जो आधुनिक शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताओं को पूरा करने वाले दृश्य मॉडलिंग टूल का एक सेट बनाने के लिए आवश्यक घटक हैं।

हाई स्कूल में रसायन विज्ञान पढ़ाने के लिए, छात्रों के ज्ञान अधिग्रहण की प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए, रिंग-साइड वाले सहित मॉडलों के एक सेट का उपयोग करने के लिए पद्धतिगत तकनीक विकसित की गई है।

शोध परिणामों का व्यावहारिक महत्व

परमाणुओं और अणुओं के शैक्षिक मॉडल का एक सेट बनाया गया है, जिसमें नए रिंग-साइडेड मॉडल भी शामिल हैं।

कुंडलाकार मॉडल के सेट विकसित किए गए हैं और उत्पादन में लगाए गए हैं, और कुंडलाकार मॉडल से परिचित कराने के लिए कंप्यूटर ग्राफिक प्रोग्राम बनाए गए हैं।

स्कूलों में कार्यान्वयन के लिए "पदार्थ की संरचना" विषय पर तालिकाओं की एक श्रृंखला तैयार की गई है, जो रिंग-साइड वाले को शामिल करने के साथ परमाणुओं और अणुओं के शैक्षिक मॉडल के एक सेट के आधार पर विकसित की गई है।

कंप्यूटर-ग्राफिक कार्यक्रमों के रूप में शिक्षण में नए मॉडल का उपयोग करने की संभावना, जो पदार्थ की संरचना के मुद्दों का अध्ययन करते समय छात्रों द्वारा ज्ञान को आत्मसात करने की प्रभावशीलता को सुनिश्चित और नियंत्रित करते हैं, का परीक्षण किया गया है।

समान शोध प्रबंध विशेषता में "शिक्षण और शिक्षा के सिद्धांत और तरीके (शिक्षा के क्षेत्रों और स्तरों के अनुसार)", 13.00.02 कोड एचएसी

माध्यमिक विद्यालयों में इलेक्ट्रॉनिक शैक्षिक उपकरणों के एकीकृत उपयोग के लिए पद्धतिगत दृष्टिकोण: ग्रेड 5-6 में गणित पढ़ाने का उदाहरण 2007, शैक्षणिक विज्ञान की उम्मीदवार निकोनोवा, नताल्या वासिलिवेना
माध्यमिक विद्यालय के रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के साथ मीडिया शिक्षा का एकीकरण 2004, शैक्षणिक विज्ञान के डॉक्टर ज़ुरिन, एलेक्सी अनातोलियेविच
हाई स्कूल कार्बनिक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में रासायनिक प्रयोग के साथ संयोजन में स्क्रीन मीडिया की शैक्षणिक प्रभावशीलता 1984, शैक्षणिक विज्ञान के उम्मीदवार नुगुएन मैन डंग, 0
प्राथमिक विद्यालय में उन्नत भौतिकी पाठ्यक्रम के निर्माण के लिए पद्धतिगत नींव 1997, शैक्षणिक विज्ञान के डॉक्टर डेमर, मनाना दिमित्रिग्ना
सीखने की प्रक्रिया में कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग: माध्यमिक विद्यालय में आणविक भौतिकी के अध्ययन के उदाहरण का उपयोग करना 2002, शैक्षणिक विज्ञान की उम्मीदवार रोज़ोवा, नतालिया बोरिसोव्ना

शोध प्रबंध का निष्कर्ष विषय पर "प्रशिक्षण और शिक्षा का सिद्धांत और कार्यप्रणाली (शिक्षा के क्षेत्रों और स्तरों के अनुसार)", कोज़ेवनिकोव, दिमित्री निकोलाइविच

अध्याय 3 के निष्कर्ष.

1. सामान्य शिक्षा कक्षाओं में शिक्षण के स्वीकृत बुनियादी स्तर और परमाणु की संरचना के बारे में आधुनिक वैज्ञानिक विचारों के आलोक में भौतिकी और रसायन विज्ञान का अध्ययन करने की मौजूदा आवश्यकता के बीच का अंतर, सरल पारंपरिक मॉडल के साथ आणविक कक्षीय मॉडल की वैचारिक असंगति की ओर जाता है। सामग्री को न केवल ऐतिहासिकता, बल्कि वैज्ञानिक, मौलिक, अनुकूलनीय और तकनीकी सिद्धांतों के अनुरूप लाने की आवश्यकता है। बुनियादी शिक्षा में मॉडलों की पारस्परिक असंगति विरोधाभासी ज्ञान को जन्म देती है। रिंग-किनारे वाले इलेक्ट्रॉन गोले का एक मॉडल परमाणु की संरचना और उसके गुणों के बारे में जटिलता के विभिन्न स्तरों के ज्ञान का वाहक हो सकता है। इसकी पद्धतिगत सरलता और पहुंच इसे मानविकी कक्षाओं सहित माध्यमिक विद्यालयों में उपयोग करने की अनुमति देती है, और इसकी परिवर्तनशीलता और जटिल मॉडल (पहचानने योग्य रिंग-पक्षीय: लहरदार-किनारे, या बंद सर्पिल से) का उपयोग करने की संभावना इसे इसका उपयोग करने की अनुमति देती है गहन अध्ययन की कक्षाएं।

2. रिंग-साइडेड मॉडल का उपयोग आवधिक कानून के अध्ययन की शुरुआत से ही पूरे रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के शिक्षण के दौरान किया जा सकता है। दृश्य मॉडल का उपयोग विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए प्रदान किया जाता है: "आवधिक कानून और डी.आई. मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली। परमाणु की संरचना। पदार्थों की संरचना।"

3. पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले मॉडलों की जटिलता और अत्यधिक असंगतता से उत्पन्न प्रशिक्षण सामग्री की हीनता की समस्या को प्रशिक्षण में नए मॉडलों की शुरूआत से जुड़ी सामग्री में खंडित परिवर्तन द्वारा हल किया जा सकता है।

4. ग्रेड 8-11 के लिए रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के मुख्य विषयों में नए मॉडलों का उपयोग करने के लिए विभिन्न पद्धतिगत तकनीकें प्रस्तावित हैं: प्रदर्शनों के लिए नए मॉडलों का उपयोग प्रदान किया जाता है; परिचयात्मक वीडियो सामग्री का उपयोग करना और कंप्यूटर पाठ संचालित करना; छात्रों द्वारा स्वतंत्र रूप से या एक टीम के हिस्से के रूप में किए गए मॉडल प्रयोगों के रूप में फ्रंटल कार्य के साथ-साथ प्रयोगशाला और व्यावहारिक कार्य करने का प्रस्ताव है।

5. रिंग-साइडेड मॉडल, इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और ऑर्बिटल मॉडल दोनों के फायदों को मिलाकर, मॉडल प्रयोगों के रूप में नए उपदेशात्मक अवसर प्रदान करते हैं, जिसके लिए छात्रों के लिए तकनीकी मानचित्रों के नमूने विकसित किए गए हैं, साथ ही "संरचना" विषय पर तालिकाएँ भी विकसित की गई हैं। मामले की” और शिक्षकों के लिए पद्धति संबंधी सिफारिशें।

6. कार्यक्रम सामग्री की अनुमानित विषयगत योजना पर विचार किया जाता है, संगठनात्मक रूपों और कार्यप्रणाली तकनीकों को तालिका के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।

7. इस तरह से तैयार, नए रिंग-साइडेड मॉडल का उपयोग आपको सीखने को सूचना धारणा के एक नए स्तर पर स्थानांतरित करने की अनुमति देता है: आलंकारिक-दृश्य-प्रभावी।

पूरा किया गया शोध सैद्धांतिक और व्यावहारिक प्रकृति का है और इसका उद्देश्य शैक्षिक मॉडल और स्कूल में इसे प्रभावी ढंग से उपयोग करने के तरीकों की वैज्ञानिक रूप से आधारित प्रणाली बनाने की समस्या को हल करना है।

1. ग्रेड 8-11 के लिए रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम की सामग्री का विश्लेषण किया गया और हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के लिए परमाणुओं और अणुओं के शैक्षिक मॉडल के निर्माण और उपयोग में रुझान निर्धारित किए गए। "पदार्थ की संरचना" खंड का अध्ययन करते समय शिक्षक और छात्र गतिविधि के लिए एक उपकरण के रूप में मॉडल की भूमिका दिखाई गई है। स्वतंत्र कार्य के लिए प्रदर्शन शिक्षण सहायता और शैक्षिक उपकरणों के कोष के विश्लेषण के आधार पर, मॉडल की एक नई पीढ़ी बनाने की आवश्यकता की पहचान की गई है जो सूचना आत्मसात के विखंडन और विखंडन से बचेंगे, सुसंगतता और व्यवस्थित ज्ञान सुनिश्चित करेंगे, जो मॉडल बनाते हैं प्रत्येक परमाणु या अणु में इलेक्ट्रॉन कोशों में इलेक्ट्रॉनों के वितरण की एक स्पष्ट छवि।

2. रसायन विज्ञान पढ़ाने के लिए शैक्षिक मॉडलों की एक प्रणाली के निर्माण और अनुप्रयोग के लिए सैद्धांतिक सिद्धांत तैयार किए गए हैं, जिन्हें मॉडलों के लिए शैक्षणिक और एर्गोनोमिक आवश्यकताओं के रूप में प्रस्तुत किया गया है। शैक्षिक मॉडलों का एक सेट विकसित किया गया है, जिसमें नए रिंग-साइडेड मॉडल शामिल हैं जो हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रमों में पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले मॉडलों के पूरक हैं। "पदार्थ की संरचना" खंड में रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम का अध्ययन करने के लिए मॉडलों की घटक संरचना निर्धारित की गई है। रासायनिक बंध।" वैज्ञानिक ज्ञान को अनुकूलित करने के लिए, विभिन्न प्रकार के रिंग-साइडेड मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं, जिनका उपयोग छात्रों की गतिविधियों के लिए एक उपकरण के रूप में किया जाता है, जिसके बिना शैक्षिक सामग्री को समझना और इसकी वैज्ञानिक सामग्री को आत्मसात करना मुश्किल है।

3. हाई स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में दृश्य मॉडल (रिंग-साइड वाले सहित) के एक सेट का उपयोग करने के लिए एक पद्धति विकसित की गई है, और प्रदर्शन, प्रयोगशाला और व्यावहारिक कार्य के रूप में मॉडल प्रयोगों का संचालन करने के लिए उनका उपयोग करना संभव है। नए उपकरणों और प्रौद्योगिकियों के अंतर्निहित घटकों के साथ मॉडलों के एक जटिल उपयोग की सुविधा और आसानी के लिए, छात्रों को वीडियो प्रदर्शन और कंप्यूटर पाठों के माध्यम से प्रारंभिक परिचय प्रदान किया जाता है। न केवल प्रदर्शनों के लिए, बल्कि कक्षाओं के विभिन्न संगठनात्मक रूपों (व्यक्तिगत और समूह) में छात्रों द्वारा मॉडलिंग प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए भी नए रिंग-एज मॉडल का उपयोग करके प्रशिक्षण के लिए उपदेशात्मक वीडियो सामग्री और कंप्यूटर प्रोग्राम विकसित किए गए हैं, जो प्रशिक्षण को एक नए में स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। सूचना की धारणा का स्तर - आलंकारिक रूप से-दृश्य रूप से। प्रभावी। स्कूल अभ्यास में परमाणुओं और अणुओं के मॉडल के एक जटिल का उपयोग करने की शैक्षणिक प्रभावशीलता के एक प्रायोगिक परीक्षण ने इस अध्ययन की परिकल्पना की पुष्टि की।

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कृपया ध्यान दें कि ऊपर प्रस्तुत वैज्ञानिक पाठ केवल सूचनात्मक उद्देश्यों के लिए पोस्ट किए गए हैं और मूल शोध प्रबंध पाठ मान्यता (ओसीआर) के माध्यम से प्राप्त किए गए थे। इसलिए, उनमें अपूर्ण पहचान एल्गोरिदम से जुड़ी त्रुटियां हो सकती हैं। हमारे द्वारा वितरित शोध-प्रबंधों और सार-संक्षेपों की पीडीएफ फाइलों में ऐसी कोई त्रुटि नहीं है।

आज तक, अणुओं की संरचना और गुणों का अध्ययन करने के लिए सैकड़ों विभिन्न तरीके विकसित किए गए हैं और सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते हैं। उनमें से कई को जटिल भौतिक सिद्धांतों में महारत हासिल करने और महंगे उपकरणों के उपयोग की आवश्यकता होती है। इस खंड में हम अणुओं की संरचना का अध्ययन करने के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली कुछ विधियों पर विचार करेंगे और इन विधियों को रेखांकित करने वाली भौतिक घटनाओं के सार की एक सरल व्याख्या देने का प्रयास करेंगे। लेकिन पहले, आइए हम अंतरिक्ष में परमाणुओं और अणुओं की गति और अणुओं में बंधे परमाणुओं की गति पर विचार करें। यह इस तथ्य के कारण है कि अणुओं की संरचना का अध्ययन करने के लिए उपयोग की जाने वाली कई विधियां अणुओं में इलेक्ट्रॉनों और परमाणुओं की गति और स्वयं अणुओं की गति के अध्ययन पर आधारित हैं।

स्वतंत्रता की कोटियां

एक बिंदु कण में स्वतंत्रता की तीन ज्यामितीय डिग्री होती हैं: यह तीन परस्पर लंबवत दिशाओं में घूम सकता है। कहा जाता है कि एक कण में स्वतंत्रता की तीन डिग्री होती है।

अंतर्गत आज़ादी की श्रेणीऊर्जा विनिमय वाली प्रक्रियाओं में, हम एक कण की स्वतंत्रता की डिग्री को समझते हैं जो ऊर्जा विनिमय की प्रक्रिया में भाग ले सकता है।

आइए परमाणुओं के गतिज व्यवहार पर विचार करें। उदाहरण के तौर पर हीलियम का उपयोग करके एक मोल परमाणुओं की औसत गतिज ऊर्जा का अनुमान लगाना आसान है। यह सर्वविदित है कि हीलियम के एक मोल की ताप क्षमता 12.47 J/(mol K) है। इसका मतलब यह है कि हीलियम के एक मोल को एक डिग्री तक गर्म करने के लिए 12.47 J ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

गर्म होने पर, हीलियम परमाणु तीनों अक्षों के साथ अंतरिक्ष में तेजी से चलना शुरू कर देते हैं, जो समान हैं। दरअसल, हीलियम परमाणुओं में केवल गतिज ऊर्जा होती है, जिसे तीन अक्षों के संबंध में समतुल्य रूप में दर्शाया जा सकता है

इसका मतलब यह है कि तापमान में एक डिग्री की वृद्धि के साथ एक अक्ष के साथ थर्मल गति के त्वरण के लिए केवल 4.15 J की आवश्यकता होती है। बाद वाला मान बिल्कुल R/2 के बराबर है, जहां R 8.314472(15) J/ के बराबर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है। (मोल -प्रति)। हम इस निष्कर्ष को किसी भी परमाणु और अणु तक विस्तारित करते हैं, जो प्रयोग के अनुरूप है: कण की स्वतंत्रता की एक ट्रांसलेशनल डिग्री के अनुसार ट्रांसलेशनल ताप क्षमता बराबर होती हैआर/2.

इस बिंदु तक, हमने परमाणुओं और अणुओं की आंतरिक संरचना को नजरअंदाज कर दिया है। अब आइए विचार करें कि ऊर्जा विनिमय प्रक्रियाओं में इलेक्ट्रॉन और परमाणु नाभिक क्या भूमिका निभाते हैं।

लगभग 300 K तापमान पर, परमाणुओं और अणुओं के एक मोल की औसत गतिज ऊर्जा, अभिव्यक्ति के अनुसार होती है

लगभग 3740 जे/मोल। एक अणु की औसत गतिज ऊर्जा की गणना समीकरण का उपयोग करके की जाती है

जहां k, बोल्ट्ज़मैन का स्थिरांक R/L/d = 1.38 10 -23 J/K के बराबर है।

300 K पर एक अणु की औसत गतिज ऊर्जा 6.2 · 10 -21 J या 0.039 eV प्रति अणु है। टकराव के दौरान लगभग समान मात्रा में ऊर्जा स्थानांतरित होती है। हमने पहले दिखाया है कि इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों की उत्तेजना ऊर्जा के लिए लगभग 3-10 eV की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, जो ऊर्जा औसतन एक अणु से दूसरे अणु में स्थानांतरित की जा सकती है वह इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरों को उत्तेजित करने के लिए पूरी तरह से अपर्याप्त है। इसलिए, परमाणुओं और अणुओं में इलेक्ट्रॉन, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के लिए स्वतंत्रता की तीन अनुवादात्मक डिग्री के अस्तित्व के बावजूद, एक नियम के रूप में, कुल ताप क्षमता में योगदान नहीं करते हैं। अपवाद केवल निम्न इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तर की उपस्थिति में ही संभव है।

आइए हम परमाणुओं के नाभिक की ओर मुड़ें जो अणुओं का हिस्सा हैं। प्रत्येक कोर में स्वतंत्रता की तीन अनुवादात्मक डिग्री होती हैं। लेकिन अणुओं की संरचना में, नाभिक रासायनिक बंधों द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं, और इसलिए उनकी गति पूरी तरह से अव्यवस्थित रूप से नहीं हो सकती है। रासायनिक बंधों के अस्तित्व के कारण, एक दूसरे के सापेक्ष नाभिकों की गति केवल कुछ सीमाओं के भीतर ही हो सकती है, अन्यथा अणु रासायनिक परिवर्तनों से गुजरेंगे। यदि सभी नाभिक एक साथ गति करें, तो ऐसी गतियाँ महत्वपूर्ण हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, यह समग्र रूप से एक अणु की स्थानान्तरणीय गति के दौरान होता है। इस मामले में, अणु के सभी नाभिकों में स्थानान्तरणीय गति की दिशा में समान वेग घटक होता है।

अनुवादात्मक गति के साथ-साथ, नाभिक की तुल्यकालिक गति के प्रकट होने की एक और संभावना है - यह समग्र रूप से अणुओं का घूमना है। अरैखिक अणुओं के सामान्य मामले में द्रव्यमान के केंद्र से गुजरने वाली तीन परस्पर लंबवत अक्षों के आसपास स्वतंत्रता की तीन घूर्णी डिग्री होती हैं। द्रव्यमान का केंद्र आवश्यक रूप से घूर्णन अक्ष पर होना चाहिए, अन्यथा अणु के घूमने पर यह स्थानांतरित हो जाएगा, जो बाहरी बलों की अनुपस्थिति में असंभव है।

यह पहले दिखाया गया था कि घूर्णी ऊर्जा की मात्रा निर्धारित की जाती है और घूर्णी ऊर्जा की मात्रा H 2 /(2/) के बराबर घूर्णी स्थिरांक द्वारा निर्धारित की जाती है। अणुओं के घूर्णी स्थिरांक आमतौर पर k से काफी कम होते हैं टी(300 K के आसपास सामान्य तापमान पर k का मान होता है टीलगभग 200 सेमी -1 या 0.026 ईवी, या 400 10 -23 जे, या 2500 जे/मोल) है और लगभग 10 सेमी -1 (120 जे/मोल या 0.0012 ईवी/अणु) के बराबर है। इसलिए, सामान्य तापमान पर आणविक घूर्णन आसानी से उत्तेजित हो जाते हैं। स्वतंत्रता की प्रति घूर्णी डिग्री की ताप क्षमता भी R/2 के बराबर है।

अरैखिक अणुओं के विपरीत, रैखिक अणुओं में दो परस्पर लंबवत अक्षों के सापेक्ष स्वतंत्रता की केवल दो घूर्णी डिग्री होती हैं, जो अणु के अक्ष के लंबवत होती हैं। क्या अणु की धुरी के साथ मेल खाने वाली धुरी के बारे में स्वतंत्रता की कोई घूर्णी डिग्री है? कड़ाई से बोलते हुए, स्वतंत्रता की ऐसी डिग्री मौजूद है, लेकिन अणु की धुरी के चारों ओर घूमने की उत्तेजना का मतलब नाभिक के केंद्रों से गुजरने वाली धुरी के चारों ओर नाभिक के घूमने की उत्तेजना है। नाभिक की घूर्णी ऊर्जा का क्वांटा भी घूर्णी स्थिरांक h 2 /(2) द्वारा निर्धारित किया जाता है 1), कहाँ 1 - अब कोर की जड़ता का क्षण. नाभिक के लिए, घूर्णी स्थिरांक परिमाण (1.054) 2 10 _68 /(2 1.7 10 -27 यू -30) = 3.2 10 -12 जे के क्रम का है, जो कि के से बहुत अधिक है टी।नतीजतन, नाभिक की घूर्णी गति की उत्तेजना भी सामान्य स्थितियों के करीब नहीं हो सकती है।

सामान्य तौर पर, एक अणु ही हो सकता है 3एनस्वतंत्रता की डिग्री, कहाँ एन-कोर की संख्या. इनमें से 3 एनट्रांसलेशनल अणुओं के लिए स्वतंत्रता की तीन डिग्री हैं, और गैर-रेखीय अणुओं के लिए तीन या स्वतंत्रता की घूर्णी डिग्री के लिए रैखिक अणुओं के लिए दो डिग्री हैं। स्वतंत्रता की शेष कोटि कंपनात्मक हैं। अरैखिक अणुओं में 3 होते हैं एन-स्वतंत्रता की कंपनात्मक डिग्री, और रैखिक -3एन-5.

स्वतंत्रता की घूर्णी और अनुवादात्मक डिग्री के विपरीत, स्वतंत्रता की प्रत्येक कंपन डिग्री की ताप क्षमता R के बराबर होती है, R/2 के बराबर नहीं। यह इस तथ्य के कारण है कि जब कंपन गति उत्तेजित होती है, तो ऊर्जा न केवल नाभिक की गतिज ऊर्जा को बढ़ाने पर खर्च होती है, बल्कि कंपन गति की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने पर भी खर्च होती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि स्वतंत्रता की कंपन डिग्री के साथ स्थिति अनुवादात्मक और घूर्णी डिग्री की तुलना में बहुत अधिक जटिल है। तथ्य यह है कि कंपन आवृत्तियों के विशिष्ट मान 1000-3000 सेमी -1 की सीमा में होते हैं। (1 सेमी -1 ~ 1.24 · 10 -4 ईवी।) नतीजतन, कंपन उत्तेजना क्वांटा लगभग 0.1-0.3 ईवी होगा, जो थर्मल गति की ऊर्जा (300 के पर 0.04 ईवी) से केवल कई गुना अधिक है। इसलिए, कमरे के तापमान (300 K) से नीचे के तापमान पर, अणुओं में कंपन गति कमजोर रूप से उत्तेजित होती है, लेकिन कमरे के तापमान से ऊपर के तापमान पर, कंपन, विशेष रूप से बहुपरमाणु अणुओं में, पहले से ही प्रभावी रूप से उत्तेजित होते हैं। कमरे का तापमान मध्यवर्ती सीमा में गिर जाता है।

अणुओं में सभी कंपनों को खिंचाव और झुकने में विभाजित किया जा सकता है। खिंचाव कंपन के मामले में, रासायनिक बंधन की लंबाई मुख्य रूप से बदलती है, और विरूपण कंपन के मामले में, बंधन के बीच के कोण बदलते हैं। झुकने वाले कंपन की तुलना में खींचने वाले कंपन की आवृत्ति अधिक होती है, क्योंकि कोण को बदलने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। खिंचाव कंपन की संख्या अणु में परमाणुओं के बीच बंधों की संख्या के बराबर होती है (इस मामले में दोहरे और तिगुने बंधों को परमाणुओं के बीच एक बंध माना जाता है!)। खिंचाव कंपन की आवृत्तियाँ सी-एच, ओ-एच, आदि बांडों के लिए हैं। लगभग 3000-3400 सेमी" 1, सी-सी - लगभग 1200 सेमी" 1, सी=सी - 1700 सेमी 4, ओएस - 2200 सेमी 4, सी=0 - 1700 सेमी 1, विरूपण कंपन आमतौर पर 1000 सेमी" 1 के क्षेत्र में होते हैं प्रस्तुत आंकड़ों से यह स्पष्ट है कि जैसे-जैसे बांड बहुलता बढ़ती है, सी-सी बांड के खिंचाव कंपन की आवृत्ति बढ़ती है। इसे बांड की ताकत में वृद्धि से समझाया जा सकता है।

आइए इस घटना पर अधिक विस्तार से चर्चा करें। चित्र में दिखाए गए थरथरानवाला की आवृत्ति। 2.7, व्यंजक द्वारा निर्धारित होता है

कहाँ टी- दोलनशील कण का द्रव्यमान। एक थरथरानवाला (चित्र 2.7) के मामले में, दोलनशील द्रव्यमान टीदीवार से एक स्प्रिंग द्वारा जुड़ा हुआ है, जिसका द्रव्यमान बहुत बड़ा है, और इसलिए दीवार दोलन गति में भाग नहीं लेती है। अणुओं के मामले में, प्रत्येक कंपन करने वाला परमाणु स्प्रिंग्स के रूप में कार्य करने वाले रासायनिक बंधनों से जुड़ा होता है, अन्य परमाणुओं के साथ जिनका द्रव्यमान असीम रूप से बड़ा नहीं होता है। इसलिए, रासायनिक बंधों से जुड़े सभी परमाणु कंपन गति में भाग लेते हैं। उदाहरण के लिए, HC1 अणु में हाइड्रोजन परमाणु और क्लोरीन परमाणु दोनों कंपन करते हैं। दोलन गति के सिद्धांत के अनुसार, HC1 प्रकार के थरथरानवाला की दोलन आवृत्ति के सूत्र का रूप होना चाहिए

जहाँ p घटा हुआ द्रव्यमान है, के बराबर

कहाँ टी( ,टी 2 -रासायनिक बंधन में भाग लेने वाले परमाणुओं का द्रव्यमान, और k बंधन की ताकत को दर्शाने वाला बल स्थिरांक है। एक एकल सी-सी बांड की ऊर्जा लगभग 410 केजे/मोल है, एक डबल वाले -

710 kJ/mol, ट्रिपल - 960 kJ/mol। सी-सी ऑसिलेटर का कम हुआ द्रव्यमान कनेक्शन की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है। इस प्रकार, एकल से त्रिबंध में जाने पर, कोई 1.5 के कारक द्वारा थरथरानवाला आवृत्ति में वृद्धि की उम्मीद कर सकता है, जो प्रयोगात्मक रूप से देखा गया है।

सी-सी बांड की आवृत्ति सी-एच बांड की आवृत्ति से लगभग 2.5 गुना कम है। यह इस तथ्य के कारण है कि सी-सी बांड के कंपन के लिए कम द्रव्यमान सी-एच बांड की तुलना में अधिक है, और सी-सी बांड की ऊर्जा कम है।

आइए विशिष्ट अणुओं के कुछ उदाहरण देखें जिनके कंपन मोड चित्र में दिखाए गए हैं। 7.1.

जल का अणु.इसमें स्वतंत्रता की 9 डिग्री हैं, जिनमें से तीन अनुवादात्मक हैं, तीन घूर्णी हैं, तीन दोलनात्मक हैं। तीन कंपन आवृत्तियों में से, पहले दो कंपन को खींच रहे हैं, और तीसरा झुकने वाला है।

अणुसी0 2. इसमें स्वतंत्रता की 9 डिग्री हैं: तीन - अनुवादात्मक, दो - घूर्णी, चार - दोलनात्मक। चार कंपन आवृत्तियों में से दो खिंचाव कंपन हैं और दो विरूपण कंपन हैं।

चावल। 7.1. अणुओं के कंपन रूप H 2 0, C0 2, H 2 CO, सटीक सिद्धांत के आधार पर प्राप्त किए गए

चिह्न "+" और "-" शीट के तल के लंबवत कंपन की दिशा दर्शाते हैं। दोनों विरूपण कंपन केवल परस्पर लंबवत विमानों में भिन्न होते हैं जिनमें कंपन होता है। इन दोलनों की आवृत्ति समान होती है और इन्हें अपक्षयी कहा जाता है।

नॉनलाइनियर फॉर्मेल्डिहाइड अणुस्वतंत्रता की 12 डिग्री हैं: तीन - अनुवादात्मक, तीन - घूर्णी, छह - दोलनात्मक। छह कंपनों में से तीन खींचने वाले कंपन हैं और तीन झुकने वाले कंपन हैं।

चित्र से. 7.1 से पता चलता है कि खिंचाव वाले कंपन आमतौर पर पूरे अणु तक फैलते हैं: केवल एक बंधन के कंपन बहुत दुर्लभ होते हैं। उसी तरह, विरूपण कंपन सभी कोणों को एक या दूसरे डिग्री तक प्रभावित करते हैं।

आइए अब हम अणुओं की ऊष्मा क्षमता की गणना पर लौटते हैं। परमाणुओं (मोनएटोमिक अणुओं) के लिए मुख्य रूप से (3/2)R के बराबर एक अनुवादक ताप क्षमता होती है। द्विपरमाणुक अणुओं के लिए स्वतंत्रता की तीन अनुवादात्मक डिग्री, दो घूर्णी और एक कंपनात्मक होती हैं। फिर कम (कमरे के) तापमान के मामले में, स्वतंत्रता की कंपन डिग्री को ध्यान में रखे बिना, हम C = (3/2 + 3/2)R = (5/2)R प्राप्त करते हैं। उच्च तापमान के मामले में, ताप क्षमता (7/2)R होती है।

पानी के एक अणु में हमारी स्वतंत्रता की तीन अनुवादात्मक, तीन घूर्णी और तीन कंपनात्मक कोटि होती है। कम तापमान के मामले में, कंपन की स्वतंत्रता की डिग्री को ध्यान में रखे बिना, C = (3 / 2 + 3 / 2)R = 3R। उच्च तापमान के मामले में, आपको इस मान में एक और 3R जोड़ना होगा। परिणाम 6R है.

आणविक संरचना

अणु किसी पदार्थ का सबसे छोटा कण होता है, जो रासायनिक बंधों द्वारा परस्पर जुड़े हुए समान या अलग-अलग परमाणुओं से बना होता है, और इसके मूल रासायनिक और भौतिक गुणों का वाहक होता है। रासायनिक बंधन परमाणुओं के बाहरी, संयोजकता इलेक्ट्रॉनों की परस्पर क्रिया के कारण होते हैं। अणुओं में प्रायः दो प्रकार के बंधन पाए जाते हैं: आयनिक और सहसंयोजक.

आयनिक बंधन (उदाहरण के लिए, NaCl, KBr अणुओं में) एक परमाणु से दूसरे परमाणु में इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के दौरान, यानी सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के निर्माण के दौरान परमाणुओं के इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन द्वारा किया जाता है। एक सहसंयोजक बंधन (उदाहरण के लिए, H2, C2, CO अणुओं में) तब होता है जब वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को दो पड़ोसी परमाणुओं द्वारा साझा किया जाता है (वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का स्पिन एंटीपैरल होना चाहिए)। सहसंयोजक बंधन को समान कणों की अप्रभेद्यता के सिद्धांत के आधार पर समझाया गया है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन अणु में इलेक्ट्रॉन। कणों की अविभाज्यता उनके बीच एक विशिष्ट अंतःक्रिया को जन्म देती है, जिसे कहा जाता है आदान-प्रदान बातचीत.यह विशुद्ध रूप से क्वांटम प्रभाव है जिसकी कोई शास्त्रीय व्याख्या नहीं है, लेकिन इसकी कल्पना इस तरह की जा सकती है कि हाइड्रोजन अणु के प्रत्येक परमाणु का इलेक्ट्रॉन दूसरे परमाणु के नाभिक पर कुछ समय बिताता है और, परिणामस्वरूप, का संबंध अणु का निर्माण करने वाले दोनों परमाणु होते हैं। जब दो हाइड्रोजन परमाणु बोर त्रिज्या के क्रम पर दूरियों पर एक साथ आते हैं, तो उनका परस्पर आकर्षण होता है और एक स्थिर हाइड्रोजन अणु बनता है।

अणु एक क्वांटम प्रणाली है; इसका वर्णन श्रोडिंगर समीकरण द्वारा किया गया है, जो एक अणु में इलेक्ट्रॉनों की गति, अणु के परमाणुओं के कंपन और अणु के घूर्णन को ध्यान में रखता है। इस समीकरण को हल करना एक बहुत ही कठिन समस्या है, जिसे आमतौर पर दो भागों में विभाजित किया जाता है: इलेक्ट्रॉनों और नाभिक के लिए।

एक पृथक अणु की ऊर्जा

ईई एल +ई गिनती +ई रोटेशन, (1)

जहां ई एल नाभिक के सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों की गति की ऊर्जा है, ई गिनती - कंपन ऊर्जा

नाभिक (जिसके परिणामस्वरूप नाभिक की सापेक्ष स्थिति समय-समय पर बदलती रहती है), ई घूर्णन नाभिक के घूर्णन की ऊर्जा है (जिसके परिणामस्वरूप अंतरिक्ष में अणु का अभिविन्यास समय-समय पर बदलता रहता है)। सूत्र (1) अणु के द्रव्यमान के केंद्र की स्थानांतरीय गति की ऊर्जा और अणु में परमाणु नाभिक की ऊर्जा को ध्यान में नहीं रखता है। उनमें से पहले को परिमाणित नहीं किया गया है, इसलिए इसके परिवर्तनों से आणविक स्पेक्ट्रम का उद्भव नहीं हो सकता है, और दूसरे को अनदेखा किया जा सकता है यदि हाइपरफाइन संरचना पर विचार नहीं किया जाता है

वर्णक्रमीय रेखाएँ. रिश्ते ई एल: ई गिनती: ई रोटेशन = 1: एम/एम , कहाँ टी- इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान, एम- एक अणु में परमाणु नाभिक के द्रव्यमान के क्रम की एक मात्रा, m/M10 -5  10 -3। इसलिए, ई एल >> ई गिनती >> ई रोटेशन। यह सिद्ध हो चुका है कि E el 1  10 eV, E col 10 -2  10 -1 eV, E घूर्णन 10 -5  10 -3 eV।

अभिव्यक्ति (1) में शामिल प्रत्येक ऊर्जा को परिमाणित किया गया है (यह अलग-अलग ऊर्जा स्तरों के एक सेट से मेल खाती है) और क्वांटम संख्याओं द्वारा निर्धारित की जाती है। एक ऊर्जा अवस्था से दूसरी ऊर्जा अवस्था में संक्रमण करते समय, ऊर्जा E=h अवशोषित या उत्सर्जित होती है। ऐसे संक्रमणों के दौरान, इलेक्ट्रॉन गति की ऊर्जा, कंपन और घूर्णन की ऊर्जा एक साथ बदलती है। सिद्धांत और प्रयोग से यह पता चलता है कि घूर्णी ऊर्जा स्तर E सड़ांध के बीच की दूरी कंपन स्तर E टकराव के बीच की दूरी से बहुत कम है, जो बदले में, इलेक्ट्रॉनिक स्तर E el के बीच की दूरी से कम है। चित्र में. चित्र 1 योजनाबद्ध रूप से एक द्विपरमाणुक अणु के ऊर्जा स्तर को दर्शाता है (उदाहरण के लिए, केवल दो इलेक्ट्रॉनिक स्तरों पर विचार किया जाता है - बोल्ड लाइनों में दिखाया गया है)।

आणविक स्पेक्ट्रा. रमन बिखर रहा है

अणुओं की संरचना और उनके ऊर्जा स्तर के गुण प्रकट होते हैं आणविक स्पेक्ट्रा- अणुओं के ऊर्जा स्तरों के बीच क्वांटम संक्रमण के दौरान उत्पन्न होने वाला उत्सर्जन (अवशोषण) स्पेक्ट्रा। किसी अणु का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम उसके ऊर्जा स्तरों की संरचना और संबंधित चयन नियमों द्वारा निर्धारित किया जाता है (उदाहरण के लिए, कंपन और घूर्णी गति दोनों के अनुरूप क्वांटम संख्याओं में परिवर्तन ± 1 के बराबर होना चाहिए)।

तो, स्तरों के बीच विभिन्न प्रकार के संक्रमणों के साथ, विभिन्न प्रकार के आणविक स्पेक्ट्रा उत्पन्न होते हैं। अणुओं द्वारा उत्सर्जित वर्णक्रमीय रेखाओं की आवृत्तियाँ एक इलेक्ट्रॉनिक स्तर से दूसरे में संक्रमण के अनुरूप हो सकती हैं (इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्ट्रा)या एक कंपनात्मक (घूर्णी) स्तर से दूसरे तक (कंपनशील (घूर्णी) स्पेक्ट्रा)।इसके अलावा, ई गिनती के समान मूल्यों के साथ संक्रमण भी संभव है और ई को उन स्तरों पर घुमाया जाता है जिनमें तीनों घटकों के अलग-अलग मूल्य होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनिक-कंपनात्मक और कंपन-घूर्णी स्पेक्ट्रा।इसलिए, अणुओं का स्पेक्ट्रम काफी जटिल है।

विशिष्ट आणविक स्पेक्ट्रा धारीदार होते हैं, जो पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त क्षेत्रों में अधिक या कम संकीर्ण बैंड के संग्रह का प्रतिनिधित्व करते हैं। उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले वर्णक्रमीय उपकरणों का उपयोग करके, कोई यह देख सकता है कि बैंड इतनी निकट दूरी पर स्थित रेखाएँ हैं कि उन्हें हल करना मुश्किल है। आणविक स्पेक्ट्रा की संरचना विभिन्न अणुओं के लिए अलग-अलग होती है और अणु में परमाणुओं की बढ़ती संख्या के साथ और अधिक जटिल हो जाती है (देखा गया) केवलठोस चौड़ी धारियाँ)। केवल बहुपरमाणुक अणुओं में कंपनात्मक और घूर्णी स्पेक्ट्रा होते हैं, जबकि द्विपरमाणुक अणुओं में ये नहीं होते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि द्विपरमाणुक अणुओं में द्विध्रुव क्षण नहीं होते हैं (कंपनात्मक और घूर्णी संक्रमण के दौरान, द्विध्रुवीय क्षण में कोई परिवर्तन नहीं होता है, जो संक्रमण संभावना के शून्य से भिन्न होने के लिए एक आवश्यक शर्त है)।

1928 में, शिक्षाविद जी.एस. लैंड्सबर्ग (1890-1957) और एल.आई. मंडेलस्टाम और उसी समय भारतीय भौतिक विज्ञानी सी. रमन (1888-1970) और के. कृष्णन (जन्म 1911) ने इस घटना की खोज की। रमन प्रकाश का प्रकीर्णन.यदि कड़ाई से मोनोक्रोमैटिक प्रकाश किसी पदार्थ (गैस, तरल, पारदर्शी क्रिस्टल) पर पड़ता है, तो बिखरे हुए प्रकाश के स्पेक्ट्रम में, अपरिवर्तित वर्णक्रमीय रेखा के अलावा, नई रेखाओं का पता लगाया जाता है, जिनकी आवृत्तियाँ आवृत्ति का योग या अंतर होती हैं आपतित प्रकाश और आवृत्तियों का  मैंप्रकीर्णन माध्यम के अणुओं का प्राकृतिक कंपन (या घूर्णन)।

रमन स्पेक्ट्रम में आवृत्तियों के साथ रेखाएँ  -  मैं , कम आवृत्तियाँ

 आपतित प्रकाश कहलाते हैं स्टोक्स (या लाल) उपग्रह,आवृत्तियों वाली रेखाएँ + मैं, बड़ा ,- एंटी-स्टोक्स (या बैंगनी) उपग्रह।रमन स्पेक्ट्रा के विश्लेषण से निम्नलिखित निष्कर्ष निकलते हैं: 1) उपग्रह रेखाएं अपरिवर्तित रेखा के दोनों किनारों पर सममित रूप से स्थित हैं; 2) आवृत्तियाँ  मैंपदार्थ पर आपतित प्रकाश की आवृत्ति पर निर्भर नहीं होते हैं, बल्कि केवल प्रकीर्णन पदार्थ द्वारा निर्धारित होते हैं, अर्थात, वे इसकी संरचना और संरचना की विशेषता बताते हैं; 3) उपग्रहों की संख्या प्रकीर्णन पदार्थ द्वारा निर्धारित होती है; 4) एंटी-स्टोक्स उपग्रहों की तीव्रता स्टोक्स उपग्रहों की तीव्रता से कम होती है और बिखरने वाले पदार्थ के बढ़ते तापमान के साथ बढ़ती है, जबकि स्टोक्स उपग्रहों की तीव्रता व्यावहारिक रूप से तापमान पर निर्भर नहीं होती है।

क्वांटम सिद्धांत रमन प्रकाश के प्रकीर्णन के नियमों की व्याख्या करता है। इस सिद्धांत के अनुसार, प्रकाश प्रकीर्णन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक फोटॉन अवशोषित होता है और एक अणु द्वारा एक फोटॉन उत्सर्जित होता है। यदि फोटॉन ऊर्जा समान है, तो बिखरे हुए प्रकाश में एक अपरिवर्तित रेखा देखी जाती है। हालाँकि, प्रकीर्णन प्रक्रियाएँ संभव हैं जिनमें अवशोषित और उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जाएँ भिन्न होती हैं। फोटॉन ऊर्जा में अंतर एक अणु के सामान्य अवस्था से उत्तेजित अवस्था में संक्रमण से जुड़ा होता है (उत्सर्जित फोटॉन की आवृत्ति कम होगी - एक स्टोक्स उपग्रह दिखाई देता है) या उत्तेजित अवस्था से सामान्य अवस्था में (उत्सर्जित फोटॉन होगा) उच्च आवृत्ति होती है - एक एंटी-स्टोक्स उपग्रह प्रकट होता है)।

प्रकाश का प्रकीर्णन विभिन्न कंपन या घूर्णी स्तरों के बीच अणु के संक्रमण के साथ होता है, जिसके परिणामस्वरूप कई सममित रूप से स्थित उपग्रह दिखाई देते हैं। इस प्रकार उपग्रहों की संख्या अणुओं के ऊर्जा स्पेक्ट्रम द्वारा निर्धारित की जाती है, यानी, यह केवल बिखरने वाले पदार्थ की प्रकृति पर निर्भर करती है। इसलिएचूँकि उत्तेजित अणुओं की संख्या अउत्तेजित अणुओं की संख्या से बहुत कम है, इसलिए स्टोक्स विरोधी उपग्रहों की तीव्रता स्टोक्स उपग्रहों की तुलना में कम है। तापमान बढ़ने से उत्तेजित अणुओं की संख्या बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप एंटी-स्टोक्स उपग्रहों की तीव्रता भी बढ़ जाती है।

आणविक स्पेक्ट्रा (रमन स्पेक्ट्रा सहित) का उपयोग अणुओं की संरचना और गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग आणविक वर्णक्रमीय विश्लेषण, लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी, क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स आदि में किया जाता है।

एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण: 1) जब एक एक्स-रे किरण क्रिस्टल से गुजरती है तो प्राप्त विवर्तन पैटर्न से, अंतरपरमाणु दूरियां निर्धारित की जाती हैं और क्रिस्टल की संरचना निर्धारित की जाती है; 2) व्यापक रूप से लागू किया गया प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड अणुओं की संरचना निर्धारित करने के लिए; 3)छोटे अणुओं के लिए सटीक रूप से स्थापित बॉन्ड की लंबाई और कोणों को इस धारणा के तहत मानक मान के रूप में उपयोग किया जाता है कि वे अधिक जटिल बहुलक संरचनाओं में समान रहते हैं; 4) प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की संरचना का निर्धारण करने के चरणों में से एक पॉलिमर के आणविक मॉडल का निर्माण है जो एक्स-रे डेटा के अनुरूप हैं और बंधन लंबाई और बंधन कोण के मानक मूल्यों को बनाए रखते हैं।

नाभिकीय चुबकीय अनुनाद: 1) महत्वपूर्ण या मुख्य स्थान पर - परमाणु नाभिक द्वारा रेडियो फ्रीक्वेंसी रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों का अवशोषण एक चुंबकीय क्षण होना; 2) ऊर्जा क्वांटम का अवशोषण तब होता है जब नाभिक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर के मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में होते हैं; 3) विभिन्न रासायनिक वातावरण वाले नाभिक थोड़े अलग वोल्टेज के चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा को अवशोषित करें (या, निरंतर वोल्टेज पर, थोड़ी अलग आवृत्ति रेडियो आवृत्ति दोलन); 4) परिणाम है एनएमआर स्पेक्ट्रम एक पदार्थ जिसमें चुंबकीय रूप से असममित नाभिक को कुछ संकेतों द्वारा दर्शाया जाता है - किसी भी मानक के संबंध में "रासायनिक बदलाव" ; 5) एनएमआर स्पेक्ट्रा किसी यौगिक में किसी दिए गए तत्व के परमाणुओं की संख्या और किसी दिए गए तत्व के आसपास के अन्य परमाणुओं की संख्या और प्रकृति को निर्धारित करना संभव बनाता है।

इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद (ईपीआर): 1) इलेक्ट्रॉनों द्वारा विकिरण के गुंजयमान अवशोषण का उपयोग किया जाता है

इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी:1) वे एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करते हैं जो वस्तुओं को लाखों गुना बड़ा करता है; 2) पहला इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी 1939 में सामने आया; 3) ~0.4 एनएम के रिज़ॉल्यूशन के साथ, एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप आपको प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के अणुओं को "देखने" की अनुमति देता है, साथ ही सेलुलर ऑर्गेनेल की संरचना का विवरण भी देता है; 4) 1950 में इन्हें डिज़ाइन किया गया था माइक्रोटोम्स और चाकू , प्लास्टिक में पूर्व-एम्बेडेड ऊतकों के अल्ट्राथिन (20-200 एनएम) अनुभाग बनाने की अनुमति देता है

प्रोटीन अलगाव और शुद्धिकरण के तरीके:एक बार प्रोटीन स्रोत का चयन हो जाने के बाद, अगला कदम इसे ऊतक से निकालना है। एक बार जब रुचि के प्रोटीन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा युक्त अर्क प्राप्त हो जाता है और कण और गैर-प्रोटीन सामग्री हटा दी जाती है, तो प्रोटीन शुद्धिकरण शुरू हो सकता है। एकाग्रता . यह प्रोटीन के अवक्षेपण के बाद अवक्षेप को कम मात्रा में घोलकर किया जा सकता है। आमतौर पर, अमोनियम सल्फेट या एसीटोन का उपयोग किया जाता है। प्रारंभिक घोल में प्रोटीन सांद्रता कम से कम 1 मिलीग्राम/मिलीलीटर होनी चाहिए। तापीय विकृतीकरण . शुद्धिकरण के प्रारंभिक चरण में, कभी-कभी प्रोटीन को अलग करने के लिए ताप उपचार का उपयोग किया जाता है। यह प्रभावी है यदि प्रोटीन हीटिंग परिस्थितियों में अपेक्षाकृत स्थिर है जबकि साथ वाले प्रोटीन विकृत हो गए हैं। इस मामले में, समाधान का पीएच, उपचार की अवधि और तापमान अलग-अलग होते हैं। इष्टतम स्थितियों का चयन करने के लिए, पहले छोटे प्रयोगों की एक श्रृंखला की जाती है। शुद्धिकरण के पहले चरण के बाद, प्रोटीन एक सजातीय अवस्था से बहुत दूर हैं। परिणामी मिश्रण में, प्रोटीन घुलनशीलता, आणविक भार, अणु का कुल आवेश, सापेक्ष स्थिरता आदि में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। कार्बनिक विलायकों के साथ प्रोटीन का अवक्षेपण।ये पुराने तरीकों में से एक है. यह औद्योगिक पैमाने पर प्रोटीन शुद्धिकरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले सॉल्वैंट्स इथेनॉल और एसीटोन हैं, कम अक्सर - आइसोप्रोपेनॉल, मेथनॉल और डाइऑक्सेन। प्रक्रिया का मुख्य तंत्र: जैसे-जैसे कार्बनिक विलायक की सांद्रता बढ़ती है, चार्ज किए गए हाइड्रोफिलिक एंजाइम अणुओं को घोलने की पानी की क्षमता कम हो जाती है। प्रोटीन घुलनशीलता में उस स्तर तक कमी आ जाती है जिस स्तर पर एकत्रीकरण और अवक्षेपण शुरू होता है। वर्षा को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण पैरामीटर प्रोटीन अणु का आकार है। अणु जितना बड़ा होगा, प्रोटीन अवक्षेपण करने वाले कार्बनिक विलायक की सांद्रता उतनी ही कम होगी। जेल निस्पंदन जेल निस्पंदन विधि का उपयोग करके, मैक्रोमोलेक्यूल्स को उनके आकार के अनुसार जल्दी से अलग किया जा सकता है। क्रोमैटोग्राफी के लिए वाहक एक जेल है, जिसमें एक क्रॉस-लिंक्ड त्रि-आयामी आणविक नेटवर्क होता है, जो स्तंभों को आसानी से भरने के लिए मोतियों (कणिकाओं) के रूप में बनता है। इसलिए सेफैडेक्सेस- ये निर्दिष्ट छिद्र आकार के साथ क्रॉस-लिंक्ड डेक्सट्रांस (माइक्रोबियल मूल के α-1→6-ग्लूकन) हैं। डेक्सट्रान श्रृंखलाएं एपिक्लोरोहाइड्रिन का उपयोग करके तीन-कार्बन पुलों के साथ क्रॉस-लिंक की जाती हैं। जितने अधिक क्रॉस-लिंक होंगे, छेद का आकार उतना ही छोटा होगा। इस प्रकार प्राप्त जेल एक आणविक छलनी की भूमिका निभाता है। जब पदार्थों के मिश्रण का घोल सूजे हुए सेफैडेक्स कणिकाओं से भरे स्तंभ से गुजारा जाता है, तो सेफैडेक्स के छिद्र आकार से बड़े बड़े कण तेजी से आगे बढ़ेंगे। छोटे अणु, जैसे नमक, कणिकाओं के अंदर जाते समय धीरे-धीरे आगे बढ़ेंगे। वैद्युतकणसंचलन

वैद्युतकणसंचलन विधि का भौतिक सिद्धांत इस प्रकार है। अपने आइसोइलेक्ट्रिक बिंदु से भिन्न किसी भी पीएच पर समाधान में एक प्रोटीन अणु का एक निश्चित औसत चार्ज होता है। इससे प्रोटीन विद्युत क्षेत्र में गति करने लगता है। प्रेरक शक्ति विद्युत क्षेत्र की ताकत के परिमाण से निर्धारित होती है इकण के कुल आवेश से गुणा किया जाता है जेड. इस बल का विरोध माध्यम के श्यान बलों द्वारा किया जाता है, जो श्यानता गुणांक के समानुपाती होता है η , कण त्रिज्या आर(स्टोक्स त्रिज्या) और गति वी.; ई ·जेड = 6πηआरवी.

प्रोटीन आणविक भार का निर्धारण.मास स्पेक्ट्रोमेट्री (मास स्पेक्ट्रोस्कोपी, मास स्पेक्ट्रोग्राफी, मास स्पेक्ट्रल विश्लेषण, मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक विश्लेषण) द्रव्यमान-से-आवेश अनुपात निर्धारित करके किसी पदार्थ का अध्ययन करने की एक विधि है। प्रोटीन कई सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज प्राप्त करने में सक्षम हैं। रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का एक विशिष्ट द्रव्यमान होता है। इस प्रकार, विश्लेषण किए गए अणु के द्रव्यमान का सटीक निर्धारण किसी को इसकी मौलिक संरचना निर्धारित करने की अनुमति देता है (देखें: मौलिक विश्लेषण)। मास स्पेक्ट्रोमेट्री विश्लेषण किए जा रहे अणुओं की समस्थानिक संरचना के बारे में भी महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करती है।

एंजाइमों को अलग करने और शुद्ध करने की विधियाँ जैविक सामग्री से एंजाइमों को अलग करना ही एंजाइम प्राप्त करने का एकमात्र वास्तविक तरीका है . एंजाइम स्रोत:कपड़े; एक उपयुक्त सब्सट्रेट वाले माध्यम पर विकसित बैक्टीरिया; सेलुलर संरचनाएं (माइटोकॉन्ड्रिया, आदि)। सबसे पहले जैविक सामग्री में से आवश्यक वस्तुओं का चयन करना आवश्यक है।

एंजाइमों को अलग करने की विधियाँ: 1) निष्कर्षण(समाधान में अनुवाद):बफर समाधान (अम्लीकरण को रोकता है); एसीटोन से सुखाना ; सामग्री को ब्यूटेनॉल और पानी के मिश्रण से संसाधित करना ; विभिन्न कार्बनिक सॉल्वैंट्स, डिटर्जेंट के जलीय घोल के साथ निष्कर्षण ; परक्लोरेट्स, हाइड्रोलाइटिक एंजाइमों (लाइपेस, न्यूक्लीज, प्रोटीयोलाइटिक एंजाइम) के साथ सामग्री का प्रसंस्करण

ब्यूटेनॉल लिपोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स को नष्ट कर देता है, और एंजाइम जलीय चरण में चला जाता है।

डिटर्जेंट के साथ उपचार से एंजाइम का वास्तविक विघटन होता है।

विखंडन.परिणामों को प्रभावित करने वाले कारक: पीएच, इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता। एंजाइम गतिविधि को लगातार मापना आवश्यक है।

पीएच परिवर्तन के साथ आंशिक वर्षा

गर्म करके आंशिक विकृतीकरण

कार्बनिक विलायकों के साथ आंशिक अवक्षेपण

· नमक के साथ अंशीकरण - नमकीन बनाना

आंशिक सोखना (ए. हां. डेनिलेव्स्की): अधिशोषक को एंजाइम समाधान में जोड़ा जाता है, फिर प्रत्येक भाग को सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा अलग किया जाता है

§ यदि एंजाइम अधिशोषित हो जाता है, तो इसे अलग कर दिया जाता है और फिर अधिशोषक से निक्षालित कर दिया जाता है

§ यदि एंजाइम अधिशोषित नहीं होता है, तो गिट्टी पदार्थों को अलग करने के लिए अधिशोषक के साथ उपचार का उपयोग किया जाता है

एंजाइम समाधान को अधिशोषक के साथ एक स्तंभ के माध्यम से पारित किया जाता है और अंश एकत्र किए जाते हैं

एंजाइमों को चयनात्मक रूप से अधिशोषित किया जाता है: स्तंभ क्रोमैटोग्राफी; वैद्युतकणसंचलन; क्रिस्टलीकरण - अत्यधिक शुद्ध एंजाइम प्राप्त करना।

कोशिका जीवन की न्यूनतम इकाई है.

आधुनिक कोशिका सिद्धांत में निम्नलिखित बुनियादी प्रावधान शामिल हैं: कोशिका सभी जीवित जीवों की संरचना और विकास की मूल इकाई है, जीवित जीवों की सबसे छोटी इकाई है। सभी एककोशिकीय और बहुकोशिकीय जीवों की कोशिकाएँ संरचना, रासायनिक संरचना और महत्वपूर्ण कार्यों की बुनियादी अभिव्यक्तियों में समान (समजात) होती हैं। और चयापचय. कोशिका प्रजनन उन्हें विभाजित करके होता है, अर्थात। हर नई कोशिका. जटिल बहुकोशिकीय जीवों में, कोशिकाएँ अपने कार्य में विशिष्ट होती हैं और ऊतकों का निर्माण करती हैं; अंग ऊतकों से बने होते हैं। सीएल एक प्राथमिक जीवन प्रणाली है जो स्व-नवीकरण, स्व-नियमन और स्व-उत्पादन में सक्षम है।

सेल संरचना।प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं का आकार औसतन 0.5-5 माइक्रोन होता है, यूकेरियोटिक कोशिकाओं का आकार औसतन 10 से 50 माइक्रोन होता है।

सेलुलर संगठन दो प्रकार के होते हैं: प्रोकार्योटिकऔर यूकेरियोटिक. प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं की संरचना अपेक्षाकृत सरल होती है। उनके पास रूपात्मक रूप से अलग नाभिक नहीं है; एकमात्र गुणसूत्र गोलाकार डीएनए द्वारा बनता है और साइटोप्लाज्म में स्थित होता है। साइटोप्लाज्म में कई छोटे राइबोसोम होते हैं; कोई सूक्ष्मनलिकाएं नहीं हैं, इसलिए साइटोप्लाज्म गतिहीन है, और सिलिया और फ्लैगेल्ला की एक विशेष संरचना होती है। बैक्टीरिया को प्रोकैरियोट्स के रूप में वर्गीकृत किया गया है। अधिकांश आधुनिक जीवित जीव तीन साम्राज्यों में से एक से संबंधित हैं - पौधे, कवक या जानवर, जो यूकेरियोट्स के सुपरकिंगडम में एकजुट हैं। जीवों को एककोशिकीय और बहुकोशिकीय में विभाजित किया गया है। एककोशिकीय जीव एक एकल कोशिका से बने होते हैं जो सभी कार्य करती है। सभी प्रोकैरियोट्स एककोशिकीय होते हैं।

यूकैर्योसाइटों- जीव, जिनमें प्रोकैरियोट्स के विपरीत, एक गठित कोशिका नाभिक होता है, जो एक परमाणु झिल्ली द्वारा साइटोप्लाज्म से सीमांकित होता है। आनुवंशिक सामग्री कई रैखिक डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणुओं में निहित होती है (जीव के प्रकार के आधार पर, प्रति नाभिक उनकी संख्या दो से कई सौ तक हो सकती है), कोशिका नाभिक की झिल्ली के अंदर से जुड़ी होती है और एक जटिल बनाती है विशाल बहुमत में हिस्टोन प्रोटीन, जिसे क्रोमैटिन कहा जाता है। यूकेरियोटिक कोशिकाओं में आंतरिक झिल्लियों की एक प्रणाली होती है, जो नाभिक के अलावा, कई अन्य अंग (एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम, गोल्गी तंत्र, आदि) बनाती हैं। इसके अलावा, विशाल बहुमत में स्थायी इंट्रासेल्युलर प्रोकैरियोटिक सहजीवन होते हैं - माइटोकॉन्ड्रिया, और शैवाल और पौधों में भी प्लास्टिड होते हैं।

जैविक झिल्ली, उनके गुण और कार्य सभी यूकेरियोटिक कोशिकाओं की मुख्य विशेषताओं में से एक आंतरिक झिल्ली की संरचना की प्रचुरता और जटिलता है। झिल्ली पर्यावरण से साइटोप्लाज्म का परिसीमन करती है, और नाभिक, माइटोकॉन्ड्रिया और प्लास्टिड के गोले भी बनाती है। वे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और स्टैक्ड चपटे पुटिकाओं की एक भूलभुलैया बनाते हैं जो गोल्गी कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। झिल्लियाँ लाइसोसोम, पौधों और कवक कोशिकाओं की बड़ी और छोटी रसधानियाँ और प्रोटोजोआ की स्पंदित रसधानियाँ बनाती हैं। ये सभी संरचनाएँ कुछ विशिष्ट प्रक्रियाओं और चक्रों के लिए अभिप्रेत डिब्बे (डिब्बे) हैं। अत: झिल्लियों के बिना कोशिका का अस्तित्व असंभव है। प्लाज्मा झिल्ली,या प्लाज़्मालेम्मा,- सभी कोशिकाओं के लिए सबसे स्थायी, बुनियादी, सार्वभौमिक झिल्ली। यह एक पतली (लगभग 10 एनएम) फिल्म है जो पूरी कोशिका को कवर करती है। प्लाज़्मालेम्मा में प्रोटीन अणु और फॉस्फोलिपिड होते हैं। फॉस्फोलिपिड अणुओं को दो पंक्तियों में व्यवस्थित किया जाता है - अंदर की ओर हाइड्रोफोबिक सिरों के साथ, आंतरिक और बाहरी जलीय वातावरण की ओर हाइड्रोफिलिक सिरों के साथ। कुछ स्थानों पर, फॉस्फोलिपिड्स की बाईलेयर (दोहरी परत) प्रोटीन अणुओं (इंटीग्रल प्रोटीन) के माध्यम से प्रवेश करती है। ऐसे प्रोटीन अणुओं के अंदर चैनल-छिद्र होते हैं जिनसे होकर पानी में घुलनशील पदार्थ गुजरते हैं। अन्य प्रोटीन अणु एक तरफ या दूसरी तरफ (अर्ध-अभिन्न प्रोटीन) लिपिड बाईलेयर में आधे रास्ते प्रवेश करते हैं। यूकेरियोटिक कोशिकाओं की झिल्लियों की सतह पर परिधीय प्रोटीन होते हैं। हाइड्रोफिलिक-हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन के कारण लिपिड और प्रोटीन अणु एक साथ बंधे रहते हैं। झिल्लियों के गुण एवं कार्य. सभी कोशिका झिल्लियाँ गतिशील तरल संरचनाएँ हैं, क्योंकि लिपिड और प्रोटीन अणु सहसंयोजक बंधों द्वारा आपस में जुड़े नहीं होते हैं और झिल्ली के तल में काफी तेज़ी से चलने में सक्षम होते हैं। इसके कारण, झिल्लियाँ अपना विन्यास बदल सकती हैं, यानी उनमें तरलता होती है। झिल्लियाँ बहुत गतिशील संरचनाएँ हैं। वे क्षति से तुरंत उबर जाते हैं और सेलुलर गतिविधियों के साथ खिंचते और सिकुड़ते भी हैं। विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं की झिल्लियाँ रासायनिक संरचना और उनमें प्रोटीन, ग्लाइकोप्रोटीन, लिपिड की सापेक्ष सामग्री और, परिणामस्वरूप, उनमें मौजूद रिसेप्टर्स की प्रकृति दोनों में काफी भिन्न होती हैं। इसलिए प्रत्येक कोशिका प्रकार की एक वैयक्तिकता होती है, जो मुख्य रूप से निर्धारित होती है ग्लाइकोप्रोटीन।कोशिका झिल्ली से निकलने वाले शाखित श्रृंखला ग्लाइकोप्रोटीन शामिल होते हैं कारकों की पहचानबाहरी वातावरण, साथ ही संबंधित कोशिकाओं की पारस्परिक पहचान में भी। उदाहरण के लिए, एक अंडाणु और एक शुक्राणु एक दूसरे को कोशिका सतह ग्लाइकोप्रोटीन द्वारा पहचानते हैं जो पूरी संरचना के अलग-अलग तत्वों के रूप में एक साथ फिट होते हैं। ऐसी पारस्परिक मान्यता निषेचन से पहले एक आवश्यक चरण है। मान्यता से जुड़ा है परिवहन विनियमनझिल्ली के माध्यम से अणु और आयन, साथ ही एक प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रिया जिसमें ग्लाइकोप्रोटीन एंटीजन की भूमिका निभाते हैं। इस प्रकार शर्करा सूचना अणुओं (जैसे प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड) के रूप में कार्य कर सकती है। झिल्लियों में विशिष्ट रिसेप्टर्स, इलेक्ट्रॉन वाहक, ऊर्जा कनवर्टर और एंजाइम प्रोटीन भी होते हैं। प्रोटीन कोशिका के अंदर या बाहर कुछ अणुओं के परिवहन को सुनिश्चित करने में शामिल होते हैं, साइटोस्केलेटन और कोशिका झिल्ली के बीच एक संरचनात्मक संबंध प्रदान करते हैं, या पर्यावरण से रासायनिक संकेतों को प्राप्त करने और परिवर्तित करने के लिए रिसेप्टर्स के रूप में कार्य करते हैं। चयनात्मक पारगम्यता।इसका मतलब यह है कि अणु और आयन अलग-अलग गति से इससे गुजरते हैं, और अणुओं का आकार जितना बड़ा होता है, उनकी झिल्ली से गुजरने की गति उतनी ही धीमी होती है। यह गुण प्लाज्मा झिल्ली को इस प्रकार परिभाषित करता है आसमाटिक बाधा . पानी और उसमें घुली गैसों की भेदन क्षमता सबसे अधिक होती है; आयन झिल्ली से बहुत धीरे-धीरे गुजरते हैं। झिल्ली के माध्यम से जल का विसरण कहलाता है परासरण द्वारा.झिल्ली के पार पदार्थों के परिवहन के लिए कई तंत्र हैं।

प्रसार- एक सांद्रता प्रवणता के साथ एक झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का प्रवेश (उस क्षेत्र से जहां उनकी सांद्रता अधिक है उस क्षेत्र से जहां उनकी सांद्रता कम है)। सुगम प्रसार के साथविशेष झिल्ली परिवहन प्रोटीन चुनिंदा रूप से एक या दूसरे आयन या अणु से जुड़ते हैं और उन्हें एक सांद्रता प्रवणता के साथ झिल्ली के पार ले जाते हैं।

सक्रिय ट्रांसपोर्टइसमें ऊर्जा लागत शामिल होती है और पदार्थों को उनकी सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध परिवहन करने का कार्य करता है। वहविशेष वाहक प्रोटीन द्वारा किया जाता है जो तथाकथित बनाते हैं आयन पंप.सबसे अधिक अध्ययन पशु कोशिकाओं में Na - / K - पंप का है, जो K - आयनों को अवशोषित करते हुए सक्रिय रूप से Na + आयनों को बाहर निकालता है। इसके कारण, पर्यावरण की तुलना में कोशिका में K- की उच्च सांद्रता और Na+ की कम सांद्रता बनी रहती है। इस प्रक्रिया के लिए एटीपी ऊर्जा की आवश्यकता होती है। कोशिका में एक झिल्ली पंप का उपयोग करके सक्रिय परिवहन के परिणामस्वरूप, Mg 2- और Ca 2+ की सांद्रता भी नियंत्रित होती है।

पर एंडोसाइटोसिस (एंडो...- अंदर की ओर) प्लाज़्मालेम्मा का एक निश्चित क्षेत्र कब्जा कर लेता है और, जैसा कि यह था, बाह्य कोशिकीय सामग्री को ढक देता है, इसे एक झिल्ली रिक्तिका में बंद कर देता है जो झिल्ली के आक्रमण के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। इसके बाद, ऐसी रिक्तिका एक लाइसोसोम से जुड़ती है, जिसके एंजाइम मैक्रोमोलेक्यूल्स को मोनोमर्स में तोड़ देते हैं।

एन्डोसाइटोसिस की विपरीत प्रक्रिया है एक्सोसाइटोसिस (एक्सो...- बाहर)। इसके लिए धन्यवाद, कोशिका रिक्तिकाओं या पुटिकाओं में संलग्न इंट्रासेल्युलर उत्पादों या अपचित अवशेषों को हटा देती है। पुटिका साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के पास पहुंचती है, उसके साथ विलीन हो जाती है, और उसकी सामग्री पर्यावरण में छोड़ दी जाती है। इस प्रकार पाचन एंजाइम, हार्मोन, हेमिकेलुलोज आदि को हटा दिया जाता है।

इस प्रकार, जैविक झिल्ली, कोशिका के मुख्य संरचनात्मक तत्वों के रूप में, न केवल भौतिक सीमाओं के रूप में कार्य करती हैं, बल्कि गतिशील कार्यात्मक सतह भी होती हैं। ऑर्गेनेल की झिल्लियों पर कई जैव रासायनिक प्रक्रियाएं होती हैं, जैसे पदार्थों का सक्रिय अवशोषण, ऊर्जा रूपांतरण, एटीपी संश्लेषण, आदि।

जैविक झिल्लियों के कार्यनिम्नलिखित: वे कोशिका की सामग्री को बाहरी वातावरण से और कोशिकांगों की सामग्री को साइटोप्लाज्म से सीमांकित करते हैं। वे कोशिका के अंदर और बाहर पदार्थों के परिवहन को सुनिश्चित करते हैं, साइटोप्लाज्म से ऑर्गेनेल तक और इसके विपरीत। वे रिसेप्टर्स (पर्यावरण से रासायनिक पदार्थों की प्राप्ति और परिवर्तन, कोशिका पदार्थों की पहचान, आदि) के रूप में कार्य करते हैं। वे उत्प्रेरक हैं (निकट-झिल्ली रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए प्रदान करते हैं)। ऊर्जा रूपांतरण में भाग लें.

"जहाँ भी हम जीवन पाते हैं हम उसे किसी प्रोटीनयुक्त शरीर से जुड़ा हुआ पाते हैं, और जहाँ भी हमें कोई प्रोटीनयुक्त शरीर मिलता है जो अपघटन की प्रक्रिया में है, हम बिना किसी अपवाद के जीवन की घटना पाते हैं।"

प्रोटीन उच्च-आणविक नाइट्रोजन युक्त कार्बनिक यौगिक होते हैं जिनकी विशेषता एक कड़ाई से परिभाषित मौलिक संरचना होती है और हाइड्रोलिसिस के दौरान अमीनो एसिड में विघटित हो जाते हैं।

वे विशेषताएँ जो उन्हें अन्य कार्बनिक यौगिकों से अलग करती हैं

1. संरचना की अटूट विविधता और साथ ही इसकी उच्च विशिष्ट विशिष्टता

2. भौतिक और रासायनिक परिवर्तनों की विशाल श्रृंखला

3. बाहरी प्रभावों के जवाब में अणु के विन्यास को उलटने और बिल्कुल स्वाभाविक रूप से बदलने की क्षमता

4. अन्य रासायनिक यौगिकों के साथ सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाएं और कॉम्प्लेक्स बनाने की प्रवृत्ति

प्रोटीन संरचना का पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत

केवल ई. फिशर (1902) ने पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत तैयार किया इमारतों. इस सिद्धांत के अनुसार, प्रोटीन जटिल पॉलीपेप्टाइड होते हैं जिनमें व्यक्तिगत अमीनो एसिड पेप्टाइड बॉन्ड द्वारा एक दूसरे से जुड़े होते हैं जो α-कार्बोक्सिल COOH और अमीनो एसिड के α-NH 2 समूहों की परस्पर क्रिया से उत्पन्न होते हैं। एलेनिन और ग्लाइसिन की परस्पर क्रिया के उदाहरण का उपयोग करते हुए, पेप्टाइड बॉन्ड और डाइपेप्टाइड के गठन (पानी के अणु की रिहाई के साथ) को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

पेप्टाइड्स के नाम में मुक्त एनएच 2 समूह के साथ पहले एन-टर्मिनल अमीनो एसिड का नाम शामिल है (अंत -yl के साथ, एसाइल के लिए विशिष्ट), बाद के अमीनो एसिड के नाम (अंत -yl के साथ भी) और मुक्त COOH समूह के साथ C-टर्मिनल अमीनो एसिड का पूरा नाम। उदाहरण के लिए, 5 अमीनो एसिड के एक पेंटापेप्टाइड को उसके पूरे नाम से निर्दिष्ट किया जा सकता है: ग्लाइसील-एलानिल-सेरिल-सिस्टीनिल-एलानिन, या संक्षिप्त रूप से ग्लाइ-अला-सेर-सीस-अला।

पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत का प्रायोगिक साक्ष्य प्रोटीन संरचना.

1. प्राकृतिक प्रोटीन में अपेक्षाकृत कम अनुमापन योग्य मुक्त COOH और NH 2 समूह होते हैं, क्योंकि उनमें से अधिकांश एक बाध्य अवस्था में होते हैं, पेप्टाइड बांड के निर्माण में भाग लेते हैं; पेप्टाइड के एन- और सी-टर्मिनल अमीनो एसिड पर मुख्य रूप से मुक्त COOH और NH 2 समूह अनुमापन के लिए उपलब्ध हैं।

2. अम्ल या क्षारीय जल अपघटन की प्रक्रिया में गिलहरीटाइट्रेटेबल COOH और NH 2 समूहों की स्टोइकोमेट्रिक मात्रा बनती है, जो एक निश्चित संख्या में पेप्टाइड बांड के विघटन का संकेत देती है।

3. प्रोटियोलिटिक एंजाइमों (प्रोटीनेज) की कार्रवाई के तहत, प्रोटीन को सख्ती से परिभाषित टुकड़ों में विभाजित किया जाता है, जिन्हें पेप्टाइड्स कहा जाता है, प्रोटीनेस की क्रिया की चयनात्मकता के अनुरूप टर्मिनल अमीनो एसिड होते हैं। अपूर्ण हाइड्रोलिसिस के इन टुकड़ों में से कुछ की संरचना उनके बाद के रासायनिक संश्लेषण द्वारा सिद्ध हुई थी।

4. ब्यूरेट प्रतिक्रिया (क्षारीय माध्यम में कॉपर सल्फेट के घोल की उपस्थिति में नीला-बैंगनी रंग) पेप्टाइड बॉन्ड और प्रोटीन युक्त दोनों ब्यूरेट द्वारा दी जाती है, जो प्रोटीन में समान बॉन्ड की उपस्थिति का भी प्रमाण है।

5. प्रोटीन क्रिस्टल के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न का विश्लेषण प्रोटीन की पॉलीपेप्टाइड संरचना की पुष्टि करता है। इस प्रकार, 0.15-0.2 एनएम के रिज़ॉल्यूशन के साथ एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण न केवल सी, एच, ओ और एन परमाणुओं के बीच अंतर-परमाणु दूरी और बंधन कोणों के आकार की गणना करने की अनुमति देता है, बल्कि सामान्य की तस्वीर को "देखने" की भी अनुमति देता है। पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में अमीनो एसिड अवशेषों की व्यवस्था और स्थानिक रूप से इसका अभिविन्यास (संरचना)।

6. पॉलीपेप्टाइड सिद्धांत की महत्वपूर्ण पुष्टि प्रोटीन संरचनापहले से ही ज्ञात संरचना के साथ विशुद्ध रूप से रासायनिक तरीकों से पॉलीपेप्टाइड और प्रोटीन को संश्लेषित करने की संभावना है: इंसुलिन - 51 अमीनो एसिड अवशेष, लाइसोजाइम - 129 अमीनो एसिड अवशेष, राइबोन्यूक्लिज़ - 124 अमीनो एसिड अवशेष। संश्लेषित प्रोटीन में प्राकृतिक प्रोटीन के समान भौतिक रासायनिक गुण और जैविक गतिविधि थी।

1852 में, अंग्रेजी रसायनज्ञ एडवर्ड फ्रैंकलैंड ने एक सिद्धांत सामने रखा जिसे बाद में संयोजकता सिद्धांत के रूप में जाना गया, जिसके अनुसार प्रत्येक परमाणु की एक निश्चित संतृप्ति क्षमता (या संयोजकता) होती है। सबसे पहले, "वैलेंस" की अवधारणा की शुरूआत के साथ, परमाणु भार और तत्वों के समकक्ष वजन के बीच अंतर को समझना संभव हो गया। 19वीं सदी के मध्य में भी, कई रसायनशास्त्री अभी भी इन अवधारणाओं को लेकर भ्रमित थे।

किसी परमाणु का समतुल्य भार उसके परमाणु भार को उसकी संयोजकता से विभाजित करने के बराबर होता है।

संयोजकता के सिद्धांत ने रसायन विज्ञान के सिद्धांत और विशेष रूप से कार्बनिक रसायन विज्ञान के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। पहले कार्बनिक अणु के निर्माण के बाद, यह पूरी तरह से स्पष्ट हो गया कि क्यों कार्बनिक अणु अकार्बनिक अणुओं की तुलना में बहुत बड़े और अधिक जटिल होते हैं।

केकुले के विचारों के अनुसार, कार्बन परमाणु अपने चार वैलेंस बांडों में से एक या अधिक का उपयोग करके एक दूसरे से जुड़ सकते हैं, जिससे लंबी श्रृंखलाएं बनती हैं। जाहिरा तौर पर, किसी भी अन्य परमाणु में यह उल्लेखनीय क्षमता उस हद तक नहीं होती जितनी कार्बन के पास होती है।

संरचनात्मक सूत्रों की उपयोगिता इतनी स्पष्ट थी कि कई कार्बनिक रसायनज्ञों ने उन्हें तुरंत अपना लिया। उन्होंने कार्बनिक अणुओं को रेडिकल्स से निर्मित संरचनाओं के रूप में चित्रित करने के सभी प्रयासों को पूरी तरह से अप्रचलित घोषित कर दिया। परिणामस्वरूप, किसी यौगिक का सूत्र लिखते समय उसकी परमाणु संरचना दर्शाना आवश्यक पाया गया।

रूसी रसायनज्ञ अलेक्जेंडर मिखाइलोविच बटलरोव ने कार्बनिक यौगिकों की संरचना के अपने सिद्धांत में संरचनात्मक सूत्रों की इस नई प्रणाली का उपयोग किया। 19वीं सदी के 60 के दशक में उन्होंने दिखाया कि कैसे, संरचनात्मक सूत्रों का उपयोग करके, आइसोमर्स के अस्तित्व के कारणों को स्पष्ट रूप से समझाया जा सकता है।

बटलरोव ने स्पीयर (सितंबर, 1861) में जर्मन प्रकृतिवादियों और डॉक्टरों की कांग्रेस के रासायनिक खंड में पढ़ी गई एक रिपोर्ट "पदार्थ की रासायनिक संरचना पर" में रासायनिक संरचना के सिद्धांत के बुनियादी विचारों को रेखांकित किया। इस सिद्धांत की मूल बातें इस प्रकार तैयार की गई हैं:

1) अणुओं में परमाणु अपनी संयोजकता के अनुसार एक निश्चित क्रम में एक दूसरे से जुड़े होते हैं। किसी अणु में अंतरपरमाण्विक बंधों के अनुक्रम को उसकी रासायनिक संरचना कहा जाता है और यह एक संरचनात्मक सूत्र (संरचना सूत्र) द्वारा परिलक्षित होता है।
2) रासायनिक संरचना का निर्धारण रासायनिक विधियों का उपयोग करके किया जा सकता है। (वर्तमान में आधुनिक भौतिक तरीकों का भी उपयोग किया जाता है)।
3) पदार्थों के गुण उनकी रासायनिक संरचना पर निर्भर करते हैं।
4) किसी दिए गए पदार्थ के गुणों के आधार पर, कोई उसके अणु की संरचना निर्धारित कर सकता है, और अणु की संरचना के आधार पर, कोई उसके गुणों का अनुमान लगा सकता है।
5) एक अणु में परमाणु और परमाणुओं के समूह एक दूसरे पर परस्पर प्रभाव डालते हैं।

बटलरोव के सिद्धांत का आधार एक अणु में परमाणुओं की रासायनिक परस्पर क्रिया के क्रम का विचार है। रासायनिक अंतःक्रिया के इस क्रम में रासायनिक बंधन के तंत्र और परमाणुओं की भौतिक व्यवस्था के बारे में विचार शामिल नहीं हैं। रासायनिक संरचना के सिद्धांत की यह महत्वपूर्ण विशेषता किसी अणु के भौतिक मॉडल का निर्माण करते समय हमेशा उस पर भरोसा करने की अनुमति देती है।

रासायनिक संरचना की अवधारणा स्थापित करने के बाद, ए.एम. बटलरोव ने पदार्थ की प्रकृति की एक नई परिभाषा दी: "एक जटिल कण की रासायनिक प्रकृति उसके प्राथमिक घटक भागों की प्रकृति, उनकी मात्रा और रासायनिक संरचना से निर्धारित होती है।"

इस प्रकार, ए.एम. बटलरोव यह स्थापित करने वाले पहले व्यक्ति थे कि प्रत्येक अणु में एक विशिष्ट रासायनिक संरचना होती है, यह संरचना किसी पदार्थ के गुणों को निर्धारित करती है, और किसी पदार्थ के रासायनिक परिवर्तनों का अध्ययन करके, इसकी संरचना स्थापित की जा सकती है।

ए.एम. के दृश्य रासायनिक संरचनात्मक सूत्रों के अर्थ के बारे में बटलरोव की समझ उनके सिद्धांत के मूल प्रावधानों से आती है। बटलरोव का मानना था कि ये सूत्र "विशिष्ट", "प्रतिक्रियावादी" नहीं, बल्कि संवैधानिक होने चाहिए। इस अर्थ में, प्रत्येक पदार्थ के लिए केवल एक तर्कसंगत सूत्र संभव है, जिसके आधार पर कोई उसके रासायनिक गुणों का आकलन कर सकता है।

बटलरोव पहले व्यक्ति थे जिन्होंने आइसोमेरिज्म की घटना को इस तथ्य से समझाया कि आइसोमर्स ऐसे यौगिक होते हैं जिनकी प्रारंभिक संरचना समान होती है, लेकिन रासायनिक संरचनाएं अलग-अलग होती हैं। बदले में, आम तौर पर उनकी रासायनिक संरचना पर आइसोमर्स और कार्बनिक यौगिकों के गुणों की निर्भरता को बांड के साथ प्रसारित "परमाणुओं के पारस्परिक प्रभाव" के अस्तित्व से समझाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप परमाणु, उनकी संरचनात्मक पर निर्भर करते हैं पर्यावरण, विभिन्न "रासायनिक अर्थ" प्राप्त करते हैं। बटलरोव स्वयं और विशेष रूप से उनके छात्र वी.वी. मार्कोवनिकोव और ए.एन. पोपोव ने इस सामान्य स्थिति को कई "नियमों" के रूप में स्पष्ट किया। पहले से ही 20वीं सदी में। इन नियमों को, परमाणुओं के पारस्परिक प्रभाव की संपूर्ण अवधारणा की तरह, एक इलेक्ट्रॉनिक व्याख्या प्राप्त हुई।

इस प्रकार, बटलरोव ने कार्बनिक यौगिकों के व्यवस्थित निर्माण का रास्ता खोला, जिसके बाद कार्बनिक रसायन विज्ञान लोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए भौतिक मूल्यों के निर्माण के लिए प्रकृति के साथ प्रतिस्पर्धा में एक के बाद एक जीत हासिल करना शुरू कर देता है।

आणविक संरचना में महत्वपूर्ण प्रगति में पाश्चर की ऑप्टिकल आइसोमर्स की खोज और अणु के त्रि-आयामी मॉडल को अपनाना शामिल है।