Причина кристаллизации, т.е. перегруппировки беспорядочно расположенных частиц в регулярную кристаллическую постройку, заключается в том, что энергетически выгодно такое состояние, при котором силы, действующие на частицы, окажутся уравновешенными, а это дос-

18

тигается лишь в случае упорядоченного расположения материальных частиц. Каждый растущий кристалл, стремясь к равновесному состоянию, приобретает в целом определенную для того или иного вещества форму. Но на эту форму определенное влияние оказывают также и изменяющиеся условия кристаллизации - температура, давление, химизм и динамика кристаллообразующей среды и т.д. И кристалл, приспосабливаясь к этим изменяющимся условиям, может менять, иногда и существенно, свой облик.

• ■ •! ! | I I I I I I I •■*

а б Рис. 9. Схема зарастания быстро растущих граней кристалла

Теория Кооселя-Странского объясняет явление послойного роста граней кристаллов с позиций атомно-молекулярного состояния поверхности растущего кристалла, опираясь на энергетическую выгодность присоединения отдельных частиц вещества в зависимости от положения на свободной поверхности кристалла. На рис. 10 показаны позиции присоединения идеализированных (в форме кубов) частиц к поверхности растущего кристалла. Нетрудно понять, что новые частицы присоединяются к поверхности кристалла в самых энергетически выгодных позициях. Например, как показано для позиции 1 на рис. 10, где присоединившаяся частица, входя в угол постройки, наиболее прочно свяжется с кристаллом с трех сторон, обеспечивая, с точки зрения термодинамики, максимальное выделение свободной энергии, в результате чего достройка получит энергетическое преимущество. Это в принципе понятно и из чисто механических представлений: присоединение частицы к угловому углублению постройки свяжет ее наиболее прочной связью. Следующей по энергетической выгодности и механической прочности будет положение 2, вследствие связи в двух направлениях. И, наконец, наименее благоприятно положение 3 - на гладкой поверхности грани. Связь таких частиц слаба - в одном направлении, и поэтому они не в состоянии на ней удержаться. Чтобы грань росла, на ее по-

19

верхности необходим устойчивый двухмерный зародыш (позиция 4), который может образоваться из нескольких случайно столкнувшихся частиц. Вероятность появления такого двухмерного зародыша зависит от степени пересыщения или переохлаждения. Такую теоретическую схему роста кристаллов сравнивают с кирпичной кладкой, где каждый новый слой не будет выложен, пока не закончится кладка предыдущего, поскольку достраивать всегда легче, чем начинать заново.

Рис. 10. Различные способы присоединения частиц к поверхности растущего

кристалла

Далее перейдем к характеристике атомов и молекул органического мира природы в изложении авторов книги "Молекулярная биология клетки" (Албертс и др., 1994).

Главнейшие отличия живой природы от неживой обусловлены удивительными свойствами атомов углерода, которые он проявляет в условиях земной поверхности, входя в состав почти всех органических молекул биологической клетки. Уникальная роль углерода в клетке определяется его способностью к образованию четырех сильных кова-лентных связей с другими атомами углерода, благодаря малому размеру и наличию на внешней оболочке четырех электронов. В результате этого атомы могут соединяться друг с другом, образуя цепи, разветвленные деревья или кольца, создавая большие и сложные молекулы, на размеры которых не накладываются никаких видимых ограничений (рис. 11). Другие атомы, широко представленные в клетке (Н, N и О), имеют, как и углерод, небольшие размеры и способность также образовывать прочные ковалентные связи с углеродом и друг с другом, присоединяясь к цепочкам углерода. На разных звеньях цепочки количество соединенных таким образом атомов в одной биологической молекуле может достигать нескольких тысяч и даже миллионов.