Электричество органических молекул / Наука / Независимая газета

Два электрода, подведенные к молекуле фермента, синтезирующего ДНК (желтая и зеленая цепи). Иллюстрация Physorg

Электронщики Национального университета Сингапура обнародовали свое очередное достижение – квантовый чип размером чуть более 3 мм, что в 1000 раз меньше ныне существующих. Он может использоваться в системах связи с повышенным уровнем безопасности.

Протеины – хорошие изоляторы. Поэтому, кстати, ороговевшие частицы кожи тока не проводят. В мозге белково-жировые (миелиновые) оболочки надежно изолируют нервные отростки, и нарушение этих оболочек приводит к нейродегенеративным заболеваниям, рассеянному склерозу в частности. В то же время нервные импульсы генерируются ионными токами сквозь оболочки нейронов и их отростков с помощью протеиновых каналов, по которым в клетки и из них проходят положительно заряженные катионы (Na, К и Са) и отрицательно заряженные анионы (Cl).

Нарушения в натриевом канале (SCC – Sodium Cation Channel) могут приводить к аналгезии, то есть отсутствию болевой чувствительности. Такое происходит и при действии нейротоксического ботокса – ботулинового токсина, нарушающего нервно-мышечную передачу. У мышей введение синтетического ботокса в спинной мозг блокирует соединение нейропептида Р (англ. pain – «боль») с болевыми рецепторами. Нейробиологи Университетского колледжа в Лондоне добились полной потери животными чувства боли в течение трех недель. Их статья в приложении к журналу Science так и называется – «Селективное нейрональное выключение с помощью синтетического ботокса облегчает хроническую боль у мышей».

Нейропептиды представляют собой цепочки аминокислот. Известно, что аминокислота – это нанодиполь, на одном конце которого азот несет плюсовой заряд, а кислород на другом – минусовый. Помимо этого тот же азот в силу своей электроотрицательности может атаковать концевой фосфор молекулы АТФ, главного энергоносителя клетки. Примером такой аминокислоты является тирозин, несущий азот. Но помимо участия в энергообмене тирозин дает еще и дофамин, представляющий собой нейротрансмиттер (медиатор), который очень важен для поддержания жизнеспособности нервных клеток.

Квантовый чип размером 3–4 мм. Иллюстрация  Physorg

Другая аминокислота, триптофан, необходима для синтеза серотонина, называемого веществом счастья. Без него человек впадает в депрессию. Не остается в стороне и глютаминовая аминокислота, являющаяся одним из главных веществ возбуждения, но заодно участвующая и в синтезе гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Последняя регулирует суточный ритм, подавляя нейронную активность и погружая нас в сон. Поэтому она используется для введения людей в терапевтическую кому (СВ). Отсутствие ГАМК приводит к резкому возрастанию ионов кальция в нейронах и сбою ритма сна и бодрствования.

Но одно дело – ионные токи и двуполярные аминокислоты, а совсем другое – колебания электропроводности в протеинах. Этот эффект был открыт еще в 2017 году. В Аризонском университете в г. Финикс было показано проведение молекулой белка интегрина электрического тока между двумя электродами (от катода к аноду). Наносекундные скачки проводимости достигали двух наноампер при приложении напряжения около 100 милливольт (сходные параметры имеют и нервные импульсы).

По прошествии времени в Финиксе с помощью биотина (витамина Н) и «цепляющего» протеины стрептавидина обездвижили молекулу ДНК-полимеразы, то есть фермента синтеза вещества генов. С помощью сканирующего туннельного микроскопа к ней подвели два золотых электрода, благодаря которым были зафиксированы отличающиеся друг от друга скачки проводимости. Разница была обусловлена тем, какую букву генетического кода, или нуклеотид, захватывал фермент, чтобы включить его в синтезируемую цепь ДНК.

В далеком уже 1990 году ученым был выделен миллиард долларов на программу «Геном человека». Благодаря этому через 13 лет был прочитан (секвенирован) первый геном человека. Впрочем, «текст» этого генома уточняется по сей день. Из более чем 20 тыс. генов, кодирующих белки, функция 80% до сих пор неизвестна. А ведь мутация в каждом из них может приводить к заболеваниям. До сих пор не осуществлен амбициозный проект дешифровать геном любого человека за 1 тыс. долл. И это сдерживает развитие биологии и медицины, а также создание новых лекарств – эффективных и одновременно безопасных. Именно поэтому противораковые средства стоят десятки тысяч долларов, а две иммунотерапии – сотни.

Ученые, давшие описание «электрического» подхода к ДНК-полимеразе в журнале Американского химического общества (ACS Nano), полагают, что размещение многих тысяч молекул фермента на чипе позволит быстро и с высочайшей скоростью читать самые разные геномы за ничтожные деньги. Помимо этого энзим-чипы могут удешевить и обезопасить весьма токсичное сегодня чиповое производство.

Добавим только, что уже давно биотехнология использует иммобилизованные ферменты в таких продуктах, как тесты на ВИЧ и др. А химики еще раньше предложили женщинам энзимные порошки для деликатной стирки белья и одежды.

Электричество

Жизнь современного человека невозможно представить без электричества. Мы не задумываясь, включаем свет, приходя в теплые дома, в нашей жизни присутствует большое количество электроприборов, которые делают нашу жизнь комфортной. Все это возможно благодаря использованию человеком электричества. Но что же такое электричество?

В соответствии с Большой советской энциклопедией «электричество» — это совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием электрически заряженных тел или частиц.

 

Электрическая энергия – это наиболее разносторонне и широко применяемый тип энергий из всех используемых человечеством. Она используется для освещения, обогрева, охлаждения, передвижения, связи и других повседневных целей.

В соответствии с теорией атомного строения материи наименьшей структурной единицей вещества является атом. В центре атома находится ядро, которое в свою очередь состоит из протонов и нейтронов. Протоны обладают энергией, называемой положительной. Нейтроны не обладают зарядом и остаются нейтрально заряженными. Вокруг ядра вращаются электроны, имеющие отрицательный заряд. Количество электронов равно количеству протонов, в результате атом в сумме имеет нейтральный заряд. В некоторых ситуациях атом может получать дополнительные электроны или терять их. В этом случае он становится положительно или отрицательно заряженным и называется ионом

Электрический заряд (ион), помещенный рядом с одним или несколькими другими зарядами будет испытывать электрические силы. Один из основных законов электричества состоит в притяжении разно заряженных зарядов и отталкивании одноименно заряженных зарядов. Область пространства, в котором заряды взаимодействуют друг с другом, называют электрическим полем. Как правило, электрическое поле изображается в виде линий, которые носят название силовых . Линии показывают направление, по которым следуют положительные заряды к отрицательным.

Когда атомы, которые образуют какой-либо материальный объект, теряют свои электроны, объект становится отрицательно заряженным. В этом случае он будет отталкиваться от отрицательно заряженных объектов и притягиваться к положительно заряженным.

Существует термин «статическое электричество», которое возникает, когда объект имеет положительный или отрицательный заряд, но электроны не втекают и не вытекают из него. Если такой объект прикоснется к другому объекту, который нейтрально заряжен, либо положительно заряжен, то он потеряет часть или весь свой заряд.

Электрический ток возникает, когда имеется поток электрически заряженных частиц. В качестве таких частиц чаще всего выступают электроны. Некоторые электрические токи состоят из отрицательных и положительных ионов. Направлением электрического тока называется направление, противоположное движению электронов. Электрический ток обладает энергией, которая может быть преобразована в тепловую, световую или другой вид энергии

Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой движение электронов от отрицательного полюса к положительному. В повседневно используемых электрических устройствах протекают миллиарды и миллиарды электронов каждую секунду. Однако отдельные электроны преодолевают расстояние со скоростью лишь около 14 см в час. Основная их сила в их числе!

Существую два основных вида тока: постоянный и переменный. Постоянный ток течет в одном постоянном направлении. Переменный ток течет попеременно в каждую сторону. В бытовой электрической сети течет переменный ток, направление его движения меняется 50 раз в секунду.

Переменный ток обладает рядом преимуществ: его параметры могут быть легко изменены, т.е. его легко трансформировать. Кроме того, устройства для переменного тока сделать и спроектировать гораздо проще, чем для постоянного. В тоже время постоянный ток проще хранить, поэтому те устройства, которые питаются от батареек и аккумуляторов работают преимущественно на постоянном токе.
Электрический ток по некоторым материалам течет более легко, чем по другим. Другими словами разные материалы обладают разным электрическим сопротивлением. Материалы с небольшим сопротивлением называются проводниками. Практически все металлы являются проводниками, так как их атомы легко теряют и принимают электроны. Жидкости, которые также обладают низким сопротивлением, называют электролитами.

Наряду с проводниками существуют диэлектрики, которые имеют высокое электрическое сопротивление. К ним относятся резина, стекло, бумага, древесина и т.д.. Несмотря на то, что диэлектрики плохо проводят ток, они также широко используются в электрической технике. Например, диэлектрики используются для изоляции проводов.
Материалы с сопротивлением между проводниками и диэлектриками называются полупроводниками. Они широко используются при построении электронных схем.

Какие вещества проводят электричество за счет движения ионов?

Ответить

Проверено

185,4 тыс.+ просмотров

Подсказка: Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала нужно узнать, что это значит для электричества. Вещество, через которое может течь звук, тепло или электричество, называется проводником. Следовательно, можно сказать, что электрический проводник проводит электричество.

Полный ответ:
Способность вещества проводить электричество называется проводимостью и зависит от проводимости этого вещества.
Теперь электричество проводят различные материалы, такие как плазма, полупроводники, сверхпроводники, электролиты, металлы и некоторые неметаллы, такие как проводящие полимеры и графит.
Итак, электролиты проводят электричество за счет движения ионов. Это связано с тем, что при растворении соединения в водном растворе оно диссоциирует на ионы. Эти растворенные ионы движутся и текут по всему раствору и, следовательно, проводят электричество.
Если соединение почти полностью диссоциирует на ионы в водных растворах, оно образует сильный электролит. Они образуют сильные кислоты и основания.
С другой стороны, если соединение в небольшом количестве диссоциирует на ионы в водных растворах, оно образует слабый электролит. Они образуют слабые кислоты и основания.
Поскольку почти все ионные соединения полностью диссоциируют в водном растворе, они образуют сильные электролиты.

Дополнительная информация:
Металлы проводят электричество благодаря движению свободных электронов внутри металлов. Точно так же электричество проводят примеси, содержащие полупроводники при комнатной температуре и графит.
Проводящие полимеры проводят электричество, когда они легированы добавлением или удалением электронов. При легировании электроны пи-связи прыгают вокруг молекулы, и это движение электронов в полимерной цепи позволяет ей проводить электричество.

Примечание:
Следует отметить, что ионные соединения, существующие в твердом состоянии, также проводят электричество за счет движения ионов через свои дефекты в кристаллической решетке из одного узла в другой.

Недавно обновленные страницы

В Индии по случаю бракосочетания фейерверк 12 класса химии JEE_Main

Щелочноземельные металлы Ba Sr Ca и Mg могут быть организованы 12 класса химии JEE_Main

Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал 12 класса химии JEE_Main

Что из нижеперечисленного является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 класс 12 по химии JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом A 11 класс по химии JEE_Main

Фосфин получают из следующей руды A Кальций 12 класса по химии JEE_Main

В Индии по случаю бракосочетания фейерверк 12 класса химии JEE_Main

Щелочноземельные металлы Ba Sr Ca и Mg могут быть организованы 12 класса химии JEE_Main

Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал 12 класса химии JEE_Main

Что из нижеперечисленного является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 класс 12 по химии JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом A 11 класс по химии JEE_Main

Фосфин получают из следующей руды A Кальций 12 класса по химии JEE_Main

Актуальные сомнения

Какое вещество при растворении в воде будет проводить электрический ток? | Научный проект

Научный проект

Безопасность: не проглатывайте вещества, используемые в этом проекте

Некоторые вещества, растворенные в воде для получения раствора, будут проводить электрический ток. Такие вещества при растворении в воде образуют ионы, и именно ионы переносят ток через раствор. Исследовательский аспект этого проекта научной ярмарки заключается в использовании устройства проводимости, чтобы определить, могут ли различные вещества, растворенные в воде, проводить электричество.

Скачать проект

Оценка

Пятый класс средней школы

Этот проект научной ярмарки фокусируется на использовании устройства проводимости, которое позволит исследователю определить, может ли вещество, растворенное в воде, проводить электричество или нет, и если может, то к какому типу проводника (электролита) оно относится.

На основе сделанных наблюдений будет создана таблица данных, а результаты отображены в виде графика.

Кондуктометр, пластиковые стаканчики, большие канцелярские скрепки, клейкая лента, дистиллированная вода, минеральная вода, столовый сахар, газированная сода, поваренная соль и домашний уксус.

За исключением устройства для измерения проводимости, все материалы можно приобрести в местном супермаркете или крупных розничных магазинах (Wal-Mart, Target, Dollar General и т. д.) со скидкой. Доска Tri-fold можно приобрести в магазине товаров для творчества и рукоделия.

Прибор для измерения проводимости можно приобрести у следующих онлайн-продавцов:

• Наука в сумке «Индикатор печатной платы проводимости» продается по цене около 16 долларов США и включает бесплатную доставку.
• ScienceKit, Inc Каталог «Аудио/визуальный индикатор проводимости» # WW45354M50 продается по цене около 42,00 долларов США, а иногда предлагается бесплатная доставка и обработка.

Электрический ток возникает в результате движения электрически заряженных частиц в ответ на силы, действующие на них со стороны приложенного электрического поля. Чистая вода не является хорошим проводником электричества. Некоторые вещества при растворении в воде для получения раствора будут проводить электрический ток. Такие вещества производят ионы (заряженные электрические частицы) при растворении в воде, и эти ионы переносят ток через раствор. Решения, содержащие эту возможность, называются электролитами. Поскольку электрический ток переносится ионами в растворе, проводимость увеличивается по мере увеличения концентрации ионов. Неэлектролиты – это вещества, которые при попадании в воду не образуют растворов, содержащих ионы, и, следовательно, не проводят электрический ток. Электролиты можно классифицировать как сильные электролиты или слабые электролиты в зависимости от их способности полностью или частично ионизироваться.

Электрическая проводимость может быть измерена с помощью устройства для измерения проводимости, состоящего из двух металлических электродов, обычно расположенных на расстоянии 1 см друг от друга (таким образом, единицей измерения является микросименс или миллисименс на сантиметр ). На электроды подается постоянное напряжение, в результате чего через тестируемый раствор протекает электрический ток.

Поскольку ток, протекающий через раствор, пропорционален концентрации растворенных ионов в воде, можно измерить электрическую проводимость. Чем выше концентрация растворенных ионов, тем больше проводимость образца и, следовательно, выше показания проводимости.  

Кондуктометр обычно используется в гидропонике, аквакультуре, плавательных бассейнах и пресноводных системах для контроля количества питательных веществ, солей или примесей в воде.

В процессе эксперимента можно делать цифровые фотографии, а следующие веб-сайты предлагают загружаемые изображения, которые можно использовать на плате дисплея:

• http://fondriest.com/fileshare/subpages/science_library/conductivity.jpg
• http://usm.maine.edu/chy/manuals/114/images/ConDiag.gif  

• Что такое электролит?
• Что такое проводимость?
• Основываясь на результатах вашего теста, какие вещества являются хорошими электролитами?
• Посмотрите на список ингредиентов, указанный на этикетке бутылки с минеральной водой. Какие из них, по вашему мнению, влияют на проводимость?
• Посмотрите на список ингредиентов, указанный на этикетке бутылки с газированной водой. Какие из них, по вашему мнению, влияют на проводимость?
• Жидкая химическая паста, обнаруженная внутри аккумуляторов коммерческих фонарей, представляет собой электролиты. Из материалов, проверенных на проводимость, какие вещества могут быть использованы в аккумуляторе?

1. Соберите дистиллированную воду, минеральную воду, собранную дождевую воду, газированную соду и бытовой уксус.
2. Приготовьте раствор сахара и соли, растворив эти два вещества в дистиллированной воде.
3. Наполните пластиковые стаканчики наполовину каждой тестируемой жидкостью.
4. Распрямите две скрепки и прикрепите их клейкой лентой к противоположным сторонам первой испытуемой чашки.
5. Не помещайте зажимы типа «крокодил» непосредственно в тестируемый раствор. Это приведет к возможной коррозии клипс. Вместо этого прикрепите зажимы типа «крокодил» к скрепкам и поместите их в раствор, как показано слева.
6. В зависимости от используемого устройства проводимости запишите, горит ли светодиод (если индикатор платы проводимости ^® ), и является ли свечение ярким, умеренно ярким или тусклым в таблице. Промойте скрепки и чашку дистиллированной водой между тестами.
7. Если поблизости есть небольшой проточный ручей, проверьте образец его воды на электропроводность. Если вода обладает проводимостью, какие вещества могли быть растворены в потоке и откуда они могли взяться?

Поместите

в таблицу, соответствующую свету, излучаемому светодиодом. Основываясь на яркости светодиода, классифицируйте жидкости как «сильные», «умеренные», «слабые» или «не электролитные».

	Интенсивность света светодиодов и Классификация проводимости
Название жидкости	Яркий	Умеренно яркий	Размер	Нет света	Электролит Тип
Дистиллированная вода
Водопроводная вода
Минеральная вода
Дождевая вода
Раствор поваренной соли
Раствор столового сахара
Сода газированная
Бытовой уксус

 

Список литературы

• Проводимость: обнаружение ионов в растворе
• Проводящие растворы 
• Измерение электропроводности 
• Электропроводность растворов — видеоролик You Tube

ПРИМЕЧАНИЕ: Интернет динамичен; указанные веб-сайты могут быть изменены без предупреждения или уведомления!

Отказ от ответственности и меры предосторожности

Education. com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для ознакомления только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и отказаться от любых претензий к Education.com, возникающих в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения об ответственности Education.com.

Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями. или другой надзор. Чтение и соблюдение мер предосторожности всех материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека.