მოლეკულათა ფერისცვალება

ფერისცვალების ფენომენი პირველად პეტრემ, იაკობმა და იოანემ შეამჩნიეს თაბორის მთასთან. მას შემდეგ კაცობრიობის დიდი ნაწილი დიდი ინტერესით აკვირდება ბუნებას 19 აგვისტოს. ამ დღეს თითქოს ერთბაშად გადაჰკრავს მოახლოებული შემოდგომის ელფერი ტყეებსა და ველ-მინდვრებს. მახსოვს, ბავშვობაში, თუ ამ დღეს ფშავში მომიწევდა ყოფნა, უბისთავის მთას გავცქეროდით დიდი და პატარა. ფერისცვალების დადგომას უმალვე გრძნობდა მთის წვერი – თითქოს ზეცით ჩამოძახილი პირველად მის ყურს მისწვდაო, მერე და მერე კი შემოდგომის ფერი ნელ-ნელა იღვრებოდა მთის კალთებზე, არაგვის ხეობისკენ.

ფერისცვალების ერთგვარი ნაირსახეობაა „უხილავი ნათების” ფენომენი. ზოგჯერ შეხედავ ცივ ქვას და სითბოს იგრძნობ, ქუჩაში ვინმე ყარიბს, ჩამოხეულ-ჩამოძონძილს, გადაეყრები და გაგაკვირვებს მისი მიმზიდველობა, მთის მწვერვალზე შედგამ ფეხს და, ნაცვლად შიშისა და დაღლილობისა, უცნაური სიმშვიდე დაგეუფლება… ამ უხილავ ნათებას საკრალური მნიშვნელობაც მივანიჭეთ და სახელად შარავანდედი დავარქვით.

რა ხდება მოლეკულათა სამყაროში? მათაც ჰყავთ შარავანდედიანი თვისტომნი? რა თქმა უნდა. მოლეკულების ნათების უნარი პირველად 1602 წელს შეამჩნიეს და, რა გასაოცარიც უნდა იყოს, ის ქიმიკოსმა კი არა, ბოლონიელმა მეწაღემ აღმოაჩინა. ისტორიამ მისი სახელიც შემოინახა – ვინჩენცო კასკარიოლო. სიბნელეში მანათობელ მინერალს, მინარევების მქონე ბარიუმის სულფიდს კი ბოლონიის ფოსფორი ეწოდა. სწორედ მისი სახელი ესახსოვრა მოგვიანებით, 1677 წელს, ბრანდტის მიერ აღმოჩენილ ელემენტს – ფოსფორს, რადგან მისი ერთ-ერთი ალოტროპი ანათებდა, მაგრამ ამ უკანასკნელის ნათება წვასთან (ჟანგვასთან) არის დაკავშირებული და მასში „იდუმალება” ნაკლებია.

რატომ ანათებს ან იცვლის ფერს ზოგიერთი მოლეკულა? ამის გარკვევას მეწაღის აღმოჩენის შემდეგ საუკუნეები დასჭირდა. საბოლოოდ დაადგინეს, რომ ეს იმ ელექტრონების ქცევით არის განპირობებული, რომლებიც გატკეპნილ ბილიკებზე სიარულს ახალი გზების ძიებას ამჯობინებენ.

დავაკვირდეთ პერნინ-იაბლონსკის დიაგრამას. ყველა მოლეკულა, განურჩევლად ფერისა და წარმოშობისა, შთანთქავს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას. შთანთქმის შედეგად მათი შინაგანი ენერგია იზრდება და მოლეკულა მოსვენებული (სტაბილური) ფორმიდან მისთვის უჩვეულო (აღგზნებულ) მდგომარეობაში გადადის. ძალიან მცირე ხნის შემდეგ იგი კვლავ უბრუნდება პირვანდელ ფორმას და, შესაბამისად, სამყაროს უკლებლივ უბრუნებს უკან იმ ენერგიას, რომელზეც ცოტა ხნის წინ ხელი წაუცდა. ამრიგად, შთანთქმული და გამოსხივებული ენერგიები ტოლია. ენერგია კი ტალღის სიგრძის პირდაპირპროპორციულია – მოლეკულამ რა „ფერის” სხივიც შთანთქა, იგივე გამოასხივა, ამიტომ მისი ფერი უცვლელი დარჩა. მოლეკულის აღგზნებულ მდგომარეობაში გადასვლა ელექტრონების ქვედა ქანდარიდან (დონიდან) ზედაზე გადასვლას ნიშნავს, მაგრამ ზედა ენერგეტიკულ დონეზე გადასკუპებული ელექტრონი ზოგჯერ ისეთი „ცელქი” აღმოჩნდება, რომ უკან დასაბრუნებლად ნაცნობ ბილიკს აღარ სჯერდება. ახალი გზების ძიებაში იგი სინგლეტურ (S1) მდგომარეობას გაივლის. ამ მოგზაურობისას იგი განსაზღვრული ოდენობის ენერგიას მოიხმარს, თუმცა გამოსხივება ხდება. სინგლეტური მდგომარეობიდან სტაბილურ ფორმაში დაბრუნებისას მოლეკულა ისევ გამოასხივებს ენერგიას, მაგრამ მისი მნიშვნელობა ნაკლები იქნება, ვიდრე შთანთქმულისა (ნაწილი ახალი გზების ძიებაში დაიხარჯა). ნაკლები ენერგია ნიშნავს უფრო გრძელ ტალღას, გრძელ ტალღას კი უკვე სხვა ფერი შეესაბამება. ასე მიიღება ფლუორესცენცია – მოვლენა, როდესაც მოლეკულები დასხივებისას ფერს იცვლიან.

 

თუ მოლეკულის ზედა ქანდარაზე გადასული ელექტრონები უკან დაბრუნებისას მეტისმეტად გაერთნენ ახალი გზების ძიებაში, შესაძლოა, მოლეკულაში რაიმე ტიპის გარდაქმნები დაიწყოს, ამას კი გარკვეული დრო სჭირდება – წამები, საათები, ზოგჯერ თვეებიც… გამოსხივებაც ამ ხნის განმავლობაში გრძელდება და მიიღება ფოსფორესცენცია.
 

ელექტრონების კრეატიულობას – ახალი გზების ძიებისადმი სწრაფვას – მეტად საინტერესო შედეგებამდე მივყავართ…

მე-19 საუკუნის ბოლოს ერთი საინტერესო ექსპერიმენტი ჩატარდა: დანუბეს სათავეში – ეს მდინარე შავ ზღვას ერთვის – რამდენიმე ლიტრი საღებარი ფლუორესცეინი ჩაასხეს. დანუბე გზად მრავალ მდინარეს იერთებს და არაერთ უბეს წარმოქმნის. 50 საათის შემდეგ აღმოაჩინეს, რომ მისი სათავიდან წამოსული წყლის მხოლოდ ძალიან მცირე ნაწილი აღწევს შავ ზღვამდე… ამ ექსპერიმენტს ფლუორესცენციის გამოყენების სხვა მაგალითები მოჰყვა.

 

დღეს ფლუორესცენტული საღებარი შეიძლება მდინარის მსგავსად „ჩავასხათ” ადამიანის სისხლძარღვებში, დავაკვირდეთ, როგორ მოძრაობს სისხლი ორგანიზმში და დავადგინოთ, სად არის შევიწროება ან გაუვალობა.

 

უფრო მეტიც – უკვე ვისწავლეთ ფლუორესცენტული მოლეკულების დაგეშვა ამა თუ იმ ანტისხეულზე. ორგანიზმში გაშვებისას ისინი მხოლოდ ამ ანტისხეულებს ებმიან. შედეგად ფლუორესცენტულ მიკროსკოპში ან სხვა მძლავ მოწყობილობაში თვალით ვპოულობთ საძიებელ ანტისხეულებს მანათობელი ფერადი წერტილების სახით.

 

ამ მეთოდს სხვა სფეროებშიც აქტიურად იყენებენ. მაგალითად, ფულის კუპიურებსა თუ მნიშვნელოვან დოკუმენტებს ჰოლოგრამებით – „უხილავი წარწერებით” – იცავენ. 24-ვატიანი, ე.წ. ეკონომიური ნათურა 100 ვატის სიმძლავრით იმიტომ ანათებს, რომ მასში მოთავსებულია ლურჯი, წითელი და მწვანე ნათების უნარის მქონე Eu(II), Eu(III),  Tb(III) იონები; როდესაც მათ ელექტრული დენით აცელქებული რამდენიმე ელექტრონი ჩაუქროლებს, მათი ელექტრონებიც ერთვებიან საერთო ფერხულში და ნათურის მილაკის შიგნით ელექტრონების დიდი ნაკადი მიიღება, გარეთ კი – მძლავრი ნათება.

 

უამრავი ასეთი მაგალითის მოყვანა შეიძლება და რაც დრო გავა, ისინი უფრო მეტად მომრავლდება. 2014 წლის ნობელის პრემია ქიმიაში კრეატიული ელექტრონების მქონე მოლეკულათა ფერისცვალების გამოყენების დარგში გაიცა.

სინათლეს სიმშვიდე, სიხარული,  და სითბო მოქვს, „უხილავ” ნათებას კი – სისპეტაკე,  აღფრთოვანება და სიყვარული. ჩვენ მუდამ გვახსოვს მასწავლებლები, რომელთაც ამ უხილავი ნათების შარავანდედი ჰქონდათ…

კომენტარები

comments