Райт - Наука о запахах - 1966 (947297), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Кроме того, Дайсон подчеркивал, что, пол!имо наличия определенных характеристических колебательных частот, пахучее вещество должно обладать достаточной летучестью и определенной растворимостью. Итак, на первый взгляд вибрационная гипотеза кажется довольно правдоподобной, и, кроме того,— что совсем уж непривычно при рассмотрении теорий запаха,— ее можно детально проверить экспериментом. Для этого необходимо лишь сравнить колебательные частоты групп веществ, имеющих похожие запахи, н показать, таким образом, что запах этих веществ соответствует определенным частотам колебаний или комбинациям таких частот.

Но если это все, что необходимо, и методы инфракрасной спектроскопии и комбинационного рассеяния света доступны и пригодны для исследований, почему же их не применяют? Чего мы ждем? Поскольку эта книга частично представляет собой рассказ о том, как в действительности ведутся исследования и что из этого получается, мне придется отвечать на поставленный вопрос, детально излагая историю поисков, ошибок и полуправильных идей, мало отличающуюся от описанной в главе 111. Теория Дайсона сразу привлекла к себе огромное внимание, однако вскоре о ней забыли, потому что ее положение о связи запаха с колебательными частотами молекул, соответствующими значениям волновых чисел от 1400 до 3500, оказалось несостоятельным.

Дело в том, что, исходя из этих колебательных частот, нельзя было правильно предсказывать запахи, и, следовательно, эта теория не удовлетворяла самому главному требованию. В течение последующих двадцати лет никому и в голову не пришло, что основная идея этой теории была правильной, тогда как неправильным могло быть истолкование конкретных колебательных частот как осмических, а в результате с водой выплеснули и ребенка.

Сейчас об этом легко говорить, но остается фактом, что .,многие исследователи, в том числе и автор настоящей книги, несколько лет работали над этой проблемой, не видя того, что сама постановка ее была неправильной. Выше говорилось, что молекулярные колебания квантованы и что энергия одного колебания должна быть равна по меньшей мере одному кванту. Но источников, из которых молекула может получить эту энергию, Среднее число колебательных квантов на молекулу 0,008 0,022 0,069 О,!7 0,62 !,62 3,69 Волновал число !000 800 600 400 200 !00 60 Эти данные показывают, что среди молекул, характеристическая частота колебаний которых соответствует волновым числам, равным, например, 1000, только одна из каждых 125 молекул будет колебаться, тогда как остальные 124 будут «молчать» !потому что е/„ь=-0,008). Для волновых чисел, равных 400, часть активно колеблющихся ;юлекул составляет одну шестую, и лишь начиная с вол»овых чисел, меньших 200, каждая молекула приобре- вообще говоря, очень немного.

В пламени, например, эту энергию можно получить за счет энергии химической реакции, но в носу же нет пламени. Вне пламени, но рядом с ним молекула может получить энергию за счет излучения, но внутри носа темно, так что радиационное возбуждение колебаний молекул пахучих веществ также исключено.

В результате остается один-единственный источник возбуждения молекулярных колебаний — столкновение молекулы пахучего вещества с молекулами азота и кислорода воздуха. Сила этих межмолекулярных столкновений прямо пропорциональна абсолютной температуре; для условий, существующих в носу„это соответствует примерно 30 — 35', или, по абсолютной шкале, около 300' К. Это довольно низкая температура, и, следовательно, энергии, выделившейся в результате столкновения молекул, хватит лишь на возбуждение низкочастотных колебаний. Величина кванта энергии колебания определяется произведением йч, поэтому малое количество энергии соответствует малой величине че (то есть низкой частоте), и наоборот.

В 1953 г. я определил число квантов колебательной энергии, которое могло быть получено вибраторами различных частот от столкновения с молекулами воздуха при 300' К. Результаты были следующие: тает за счет столкновений в среднем один квант колебая тельной энергии. Таким образом, очевидно, что в результате столкновений молекул пахучего вещества с молекулами воздуха при 300' К существенное значение могут иметь только возбуждения колебаний с волновыми числами ниже 500, а частоты Дайсона в диапазоне волновых чисел 1400 — 3500 скорее всего вообще не являются осмическими. Последние находятся в диапазоне от 500 до 50.

Вибрационной теории запаха, однако, чрезвычайно не повезло в том смысле, что колебания в этом диапазоне частот почти не изучены. Одна из причин состоит в том, что фотографируемый спектр рассеянного света включает как очень слабые Раман-линии, так и ту гораздо более сильную линию, которая обусловлена частью пучка света, прошедшего сквозь объект и рассеившегося без изменения частоты.

Низкочастотные Раман-линии лежат очень близко к этой интенсивной линии, что сильно затрудняет их наблюдение. По этой причине информация о низкочастотном диапазоне обычно бывает весьма неполной. Аналогично обстоит дело в инфракрасной спектроскопии: частоты с волновыми числами от 500 до 50 соответствуют довольно большим длинам волн (от 20 до 200 микронов), а до самого недавнего времени во всем мире существовало, вероятно, не более полудесятка приборов, с помощью которых можно было бы на должном уровне исследовать эту часть спектра.

К тому же владельцы этих приборов использовали их обычно для изучения гораздо более простых молекул, чем молекулы душистых веществ. Ко всем этим экспериментальным и методическим трудностям следует добавить еще и то, что область колебательных частот молекул, представляющая ценность для вибрационной теории запаха, не вызывала сколько-нибудь значительного теоретического интереса ни у химиков, ни у физиков, которые в большинстве своем не занимаются запахами или не склонны признавать существование связи между запахом веществ и их молекулярными колебаниями.

Вероятно, именно по этим причинам некоторые критики вибрационной теории запаха были далеки от цели. Гипотеза Дайсона может быть верной или неверной, но нельзя отвергать ее лишь на основании того, что не обнаруживается связи высокочастотных колебаний молекул 190 данного вещества с запахом этого вещества, как это делали критики. Один из исследователей, например, изучал два вещества, имеющих совершенно различные запахи,— метилцианид СН,— Сл=И и метилизоцнанид СН,— 5! =С. Было обнаружейо, что эти вещества характеризуются следующими колебательными частотами (приведенный список, вероятно, не полон: возможно, сугцествуют еще и другие, пока не открытые дополнительные линии, особенно в низкочастотной области): Метилизояиаиид 3014,3 2965,8 2!66,0 !459,0 1410,0 !130,0 944,6 270,0 Метиеяианид 3009,0 2965,3 2267,3 !454,0 1400,0 1041,0 919,9 361,0 19! С позиции вибрациониой теории запаха важны, как уже говорилось, только волновые числа ниже 500, и наблюдаемое различие низких частот у названных выше двух соединений наиболее показательно именно с этой точки зрения, в то время как близость более высоких колебательных частот не имеет значения.

И все-таки эти соединения называли, чтобы свидетельствовать против теории, утверждающей связь запаха и низкочастотных колебаний молекул. Я привел этот пример только потому, что его автора довольно широко цитировали как «опровергнувшего» вибрационную теорию, но делали это в основном исследователи, видевшие только его выводы и не обращавшие внимания на доводы. Некоторые даже решили, что Дайсон предполагает, будто ощущение запаха создается каким-то образом за счет самого Раман-эффекта. Столь явное непонимание существа вопроса даже трудно себе представить! Поэтому, чтобы исключить возможную ошибку, позвольте мпе еще раз суммировать основные положения этой теории. 1. Ощущения запаха возникают в результате каких-то колебательных движений, свойственных молекулам пахучих веществ.

Характеристики

Список файлов книги