книги / Физическая химия.-1

при ее раздавливании и разрушении клеточных структур; они могут привести к сильному посмертному повышению осмотиче­ ского давления. Фредерик предложил предварительно под­ вергать ткань быстромунагреванию, чтобы сразу разрушить тканевые ферменты и тем самым остановить дальнейшие химиче­ ские изменения. G этой целью измельченный орган погружается в закрытом сосуде на несколько минут в кипяток: белки коагули­ руют и сжимаются, отделяя легко отфильтровывающуюся опалес­ цирующую жидкость. Трудно все же сказать, вполне ли безопасно пользоваться нагреванием, которое, раньше чем разрушить фер­ менты, может кратковременно усилить их действие. Предпочти­ тельнее поэтому вместо кипячения останавливать ферментативную деятельность быстрым охлаждением — погружением ткани в жид­ кий воздух. (Критику различных методов приготовления ткане­ вого сока см. Dumont, 1926).

Чтобы избежать возможных ошибок, связанных с приготов­ лением тканевого сока, были предприняты опыты криоскопии целых тканей и органов, температуру замерзания которых из­ меряли термоэлектрической иглой. Но такие измерения оказа­ лись не более надежными. Живые ткани замерзают обычно при очень сильном переохлаждении. Температуру мышцы, например, удается понизить до —10°, иногда даже до —18°, и лишь после этого она внезапно начинает застывать, причем температура под­ нимается до точки замерзания органа, лежащей лишь на несколько десятых градуса ниже нуля. Такие же значительные и непостоян­ ные охлаждения требуются для замораживания целых животных: в опытах Бахметьева у одного и того же вида бабочки (Vanessa atalanta) замерзание начинается в одних случаях при —2.1°, в других при —12.9°. При таких условиях определение истинной точки эамер8ания делается крайне неточным.

Е с л и в предыдущем способе измерения ошибка была обусловлена раз­ рушением клеточных структур, то здесь она зависит от их сохранения. Со­ вершенно сходным образом можно переохладить растворы, находящиеся вне организма в тонких, капиллярных сосудах: в капиллярной трубке попе­ речником в 0.4 мм вода остается жидкой при — 7° и даже — 10°. С увеличе­ нием капиллярности сосудов возрастает и степень необходимого для замо­

трубках и полостях, представляет важное защитное средство, предохраня­ ющее их 8имой от замораживания. Чем крупнее калибр сосуда, тем меньше препятствует ои замерзанию находящейся в нем жидкости. В теле животного прежде всего должны поэтому замерзать находящиеся вне клеток жидкости, кровь и лимфа, заключенные в более крупных сосудах и полостях. Только их точку замерзания, вероятно, в действительности измеряют при замора­ живании целых животных или их органов; внутреннее содержимое клеток и тканей должно промерзать значительно позже. Вследствие подобной за­ висимости вамораживанин от капиллярности выносливость живых орга­ низмов к охлаждению большей частью возрастает по мере уменьшения их размеров. Этим, вероятно, отчасти объясняется необычайная выносливость к понижению температуры,обнаруживаемая почти всеми микроорганизмами,

в отличие от более крупных животных и растений. Предположение о том, что замерзанию бактерий препятствует чрезвычайно высокое осмотическое давление, не было подтверждено опытом: для осмотического давлении в теле многих бактерий путем плазмолиза были найдены весьма низкие значения, лежащие между 1 и 10 атм. Главной защитой от холода служат им их ни­ чтожно малые размеры, крайне сильно задерживающие их промерзание даже при значительном переохлаждении.

Переохлаждение устраняется при внесении в раствор кристаллика льда, служащего центром кристаллизации, вокруг которого быстро застывает вся масса раствора. В нормальных условиях клеточная оболочка препят­ ствует проникновению в клетку таких очагов кристаллизации; при ее повре­ ждении окруженная льдом переохлажденная клетка легко промерзает. Толстая оболочка зимних яиц мелких ракообразных и червей, плотные цисты, которыми при наступлении холодов окружаются простейшие, изо­ лируя их от внешней среды, служат им, вероятно, защитой от замерзания.

Биологические методы измерения

От физических методов измерения осмотического давления перейдем теперь к методам, которые могут быть названы биоло­ гическими. В основе всех их леншт принцип осмометра, с той лишь особенностью, что ячейкой осмометра служит сама живая клетка, плазматическая оболочка которой представляет наиболее совер­ шенное приближение к свойствам идеальной полупроницаемой мембраны. Особого внимания заслуживает плазмолитический ме­ тод де-Фриза (стр. 69), как в виду его исторического значения в раз­ работке учения об изотонических коэффициентах, так и в виду того, что при помощи этого метода было произведено большинство из­ мерений осмотического давления растительных клеток. При его применении необходимо, однако, точно учитывать ряд дополни­ тельных условий.

Растительная клетка нормально содержит в своей вакуоле раствор, сильно гипертонический по сравнению с окружающей средой. Но эндосмосу воды и увеличению объема клетки препят­ ствует эластическая целлюлозная стенка; осмотическпе силы, так же как в пфефферовском осмометре, создают в клетке повышенное осмотическое давление — так называемое тургорное давление клетки. Эластическое напряжение растянутой целлюлозной стенки, уравновешивающее осмотическое давление клеточного сока, назы­ вается ее тургесцещией. Благодаря этой добавочной эластической силе клетка начинает сжиматься при повышении концентрации наружного раствора, прежде чем последний достигнет изотонии с клеточным содержимым. Только в момент начинающегося плаз­ молиза, после исчезновения тургесценции спавшихся целлюлоз­ ных стенок, наружное осмотическое давление в точности рав­ няется внутреннему. Давление этого предельного, едва плазмолпзующего раствора, однако, несколько выше действительного тургорного давления — осмотического давления нормальной, несжавшейся клетки. При сжатии клетки, предшествующем началу плазмолиза (рис. 7, I и II), вследствие частичного отнятия воды концентрация клеточного сока несколько увеличивается. Для

большого количества однородных клеток. Так, для измерения осмотического давления красных кровяных телец Гедин предло­ жил центрифугировать одинаковые количества крови с солевыми растворами различной концентрации. Клеточному содержимому эритроцитов, очевидно, изотоничен тот раствор, который не из­ меняет их первоначального объема (определенного путем центри­ фугирования такого же количества крови без добавления соле­ вого раствора). Центрифугирование крови производится в гема- токрите — капиллярной градуированной трубке, снабженной в своей верхней части коническим расширением для добавления со­

вообще не вызывают длительного плазмолиза расти­ тельных клеток. Если, применяя их в достаточно высокой кон­

центрации, вызвать плазмолиз, через короткий промежуток времени сжавшийся протопласт вновь расправляется, наступает деплазмолиз. Причиной ослабленногоосмотического действия подобных веществ является их способность более или менее быстро проникать внутрь клетки: поверхность протопласта не ведет себя по отношению к ним как полупроницаемая обо­ лочка. Аналогичное явление можно наблюдать в пфефферовском осмометре. Если поместить в него вещество, свободно диффундирующее через стенку осмометра, оно равномерно распре­ делится во внутреннем и в наружном растворах, не создавая между ними разницы осмотического давления. Впрочем, как бы быстро ни выравнивалась концентрация растворенного вещества

solution. Proceed. Roy Soc. A, 127, 9, 1930.

H ô f l e r K. Die ph.smolytisch-volumetrische Methode und ihre Anwendbarkeit zur Messung des osmotischen Wertes lebender Pflanzenzellen. Ber.

Н+ и анион С1~, в случае азотнокислого серебра — Ag+ и N03- и т. д. Дойдя до металлических электродов, ионы отдают им свои заряды и превращаются в нейтральные атомы. Точнее говоря, отрицательно заряженные анионы отдают аноду принесенные ими электроны, между тем как катионы нейтрализуют свой поло­ жительный заряд путем отнятия недостающего им электрона у ка­ тода; на катоде электроны поглощаются, на аноде столько же электронов выделяется.

Таким образом, в противоположность металлам, обладающим электронной проводимостью, в растворах прохождение электри­ ческого тока сводится к переносу электрических зарядов ионами. Производимое электрическим током разложение растворенного вещества Фарадей назвал электролизом, а самое вещество, раз­ лагаемое электрическим током, — электролитом.

Чтобы нейтрализовать определенное количество ионов и выде­ лить их на электроде, требуется строго определенное количество электричества. Химия называет грамм-эквивалентом атома или радикала то весовое количество данного вещества (в граммах), которое реагирует с 1 г (точнее, с 1.008 г), водорода или заме­ щает то же количество его в соединениях. Согласно установлен­ ному Фарадеем закону электролиза, для выделения одного граммэквивалента любого вещества требуется всегда одинаковое коли­ чество электричества; это количество, называемое в настоящее время фарадеем (F), равняется по наиболее точным определе­ ниям 96494 кулонам. Так как кулон представляет количество электричества, проходящего в 1 сек при силе тока в 1 ампер, то 1 ампер-час равняется 3600 кулонам, a 1JP =26.8 ампер-часа. Это 1{оличество требуется для выделения 107.88 г Ag из AgN03, 1.008 г Н из НС1 и т. д. В случае кальция или другого двух­ валентного элемента его грамм-эквивалент равняется половине его атомного веса:

^ = 2 0 . 0 4 г.

Если один и тот же элемент обладает в разных соединениях различной валентностью, как, например, медь в CuCl и в СиС12, то электрохимический эквивалент равняется в первом случае 63.57, во втором 31.79 г.

Такое выделение нейтральных атомов представляет, однако, лишь первичный процесс в электролизе. Выделяющиеся на элек­ тродах свободные атомы или радикалы вступают обычно в различ­ ные вторичные реакции. Так, в случае AgN03 серебро выделяется на катоде, a N03 растворяет металл анода, вновь образуя моле­ кулу нитрата, или же разлагает воду, образуя молекулу азотной кислоты и выделяя газообразный кислород. Наступающие при электролизе вторичные реакции могут быть весьма разнообразны.

По количеству электролитически выделенного вещества можно определить количество прошедшего через раствор электричества.

но было бы поэтому предположить частичный (а прп достаточ­ ном разведении — полный) распад молекулы КС1 на две части. Однако продуктами диссоциации, очевидно, не могут быть атомы

с гипотезой диссоциации электролитов, которую нужно было при­ нять, чтобы объяснить с точки зрения теории вант-Гоффа их ано­ мальное осмотическое давление. Согласно Фарадею, только при пропускании через раствор гальванического тока, под действием внешних электрических сил часть молекул электролита расщепляет­ ся на ионы. Этому противоречит, однако, ряд фактов, заставляющих признать, что электролиты в растворе постоянно частично дис­ социированы на ионы, независимо от того, проводят ли они в дан­ ный момент электрический ток. Это видно хотя бы из того, что про­ ведение тока и электролиз наступают при действии сколь угодно малой электродвижущей силы: для диссоциации электролита на ионы не требуется какой-либо определенной минимальной силы. Самый электролиз и выделение его продуктов на обоих электро­ дах наступают немедленно после замыкания тока, что было бы невозможно, если бы остаток расщепившейся на катоде молекулы должен был дойти до анода и выделиться там (ионы, как можно установить, движутся с определенной скоростью, которая для наиболее подвижных из них не превышает нескольких микронов в секунду). Наконец, если бы диссоциация на ионы наступала только при прохождении тока, в то же время должно было бы на­ блюдаться заметное повышение осмотического давления, которое, например в растворах сильных минеральных кислот, участву­ ющих в проведении тока почти всеми своими молекулами, возра­ стало бы почти вдвое. Между тем Дж. Дж. Томсон показал, что осмотическое давление раствора не изменяется при пропускании тока.

Таким образом, известная часть молекул электролита подвер­ гается в растворе диссоциации, «электролитической диссоциации», на противоположно заряженные ионы. В растворе хлористого калия, на ряду с молекулами К Cl, находятся ионы К + и С1“ или, как их обычно обозначают, К’ и Cl'y ионы обозначают тем же сим­ волом, что и соответствующий химический элемент или радикал, прибавляя справа над ним столько точек или запятых, сколько он несет положительных или отрицательных зарядов (число заря­ дов, в свою очередь, равно числу валентностей). Присутствием электрических зарядов объясняются отмеченные выше харак­