СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Все известные вещества построены из протонов, нейтронов и электронов, представляющих собой элементарные частицы. Протоны и нейтроны образуют ядро атома (см. Ядро атомное). Атом (см.) является устойчивой электронейтральной системой, состоящей из электронов и ядра. Взаимодействие между атомами приводит к образованию молекулы (см.), устойчивость к-рой объясняется возникновением хим. связи между атомами. В зависимости от числа атомов в молекуле и ее структуры различают простые молекулы (двухатомные, трехатомные, многоатомные), сложные молекулы (состоят из нескольких простых атомных группировок), полимерные молекулы (состоят из большого числа элементарных участков — мономерных звеньев). Если межмолекулярные (межатомные) взаимодействия малы и плотность вещества невелика, а размеры молекул сравнимы с межмолекулярными (межатомными) расстояниями, то вещество существует в газовом состоянии (см. Газы). В случае полной ионизации атомов газа возникает состояние вещества с особыми свойствами, называемое плазмой. При больших плотностях межмолекулярные (межатомные) взаимодействия становятся существенными и вещество переходит в конденсированное состояние. В этом состоянии структура вещества определяется соотношением энергии теплового и межмолекулярного (межатомного) взаимодействия, а также степенью однородности вещества.

Так, однородные по хим. составу вещества, между молекулами к-рых существует взаимодействие в определенном интервале температур (от температуры абсолютного нуля до температуры плавления), могут существовать в кристаллическом состоянии (см. Кристаллы), характеризующемся высокой степенью упорядоченности пространственного расположения молекул (атомов). Ионные и ковалентные кристаллы при плавлении переходят в жидкое состояние (см. Жидкости), молекулярные кристаллы в зависимости от свойств образующих их молекул — либо в жидкое, либо в жидкокристаллическое состояние (см. Жидкие кристаллы).

Изучение С. в. ведется в различных разделах физики и химии (напр., физика конденсированного состояния, физика плазмы, квантовая химия, теория растворов, ядер-ная и атомная физика, физическая и коллоидная химия и др.). Общей теоретической основой изучения С. в. служат квантовая теория (см.) и статистическая механика. На их основе могут быть теоретически рассчитаны как физ.-хим. свойства индивидуальных молекул, так и свойства макроскопических объектов, образованных этими молекулами (см. Поляризация, Спектральный анализ).

Экспериментальные методы исследования С. в. можно разделить на методы изучения структуры вещества и на методы изучения свойств молекул. К числу методов первой группы относятся оптическая микроскопия, в т. ч. ультрафиолетовая, инфракрасная, люминесцентная, фазовоконтрастная, интерференционная, поляризационная (см. Микроскопические методы исследования), а также электронная микроскопия (см.), рентгеноструктурный анализ (см.), электронография, нейтронография и др.

Методы второй группы условно делят на спектроскопические (см. Спектроскопия), поляризационно-оптические (см. Оптические методы исследования), кинетические (связанные с изучением явлений переноса) и методы изучения поверхностных явлений. Спектроскопические методы включают методы абсорбционной оптической спектроскопии (в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах), методы лазерной и нелинейной спектроскопии, радиоспектроскопии, в т. ч. электронный парамагнитный резонанс (см.) и ядерный магнитный резонанс (см.), а также мессбауэровскую, рентгеновскую, фотоэлектронную спектроскопию и гамма-спектроскопию. Поляризационно-оптические методы основаны на изучении явления двойного лучепреломления (см.). К кинетическим методам относятся методы измерения диффузии (см.), вязкости (см.), теплопроводности, осмотических свойств, электрофизических свойств (электропроводность, фотоэлектрические, гальваномагнигные и термоэлектрические эффекты, электродные и мембранные потенциалы, потенциометрия). Поверхностные свойства изучают с помощью методов измерения адгезии, когезии, адсорбции, поверхностного натяжения. Одним из методов определения атомного состава вещества служит масс-пектрометрия (см.).

Данные о С. в. служат теоретической базой для изучения молекулярной структуры биол. систем, молекулярных основ биол. процессов; они широко используются в молекулярной биологии (см.), молекулярной генетике (см.), биохимии (см.), биоэнергетике (см.) и молекулярной биофизике (см.), представляя собой единую общую основу физико-химической биологии. Так, при построении моделей структуры и функции биол. мембран (см. Мембраны биологические) используют представления физики жидкокристаллического состояния, а для объяснения динамических свойств биол. макромолекул, их взаимодействия, процессов внутри-и межмолекулярного переноса энергии и заряда — представления физики твердого тела. На основе достижений в области изучения С. в. формируются такие направления исследований, как квантовая фармакология, квантовая генетика, квантовая теория канцерогенеза, квантовая теория работы мышц, к-рые в целом могут быть объединены в рамках квантовой биологии.

Библиография: Давыдов А. С. Биология и квантовая механика, Киев, 1979; JI а-д и к Я. Квантовая биохимия для химиков и биологов, пер. с ием., М., 1975; X е д в и г П. Прикладная квантовая химия, пер. с нем., М., 1977.

М. М. Горшков.