0064 2

Andrzej Pilawski, Marian Puchalik

3. STRUKTURALNE WŁAŚCIWOŚCI MATERII

Elementy strukturalne materii: atomy, jony, cząsteczki wiążą się w odpowiednich warunkach w większe zespoły. W zależności od tych warunków oraz od właściwości samych elementów tworzą się struktury determinujące właściwości fizyczne danej substancji: mechaniczno-sprężyste, cieplne, elektryczne, magnetyczne, optyczne itd. Struktury te są zależne od stanu, w jakim występuje dana substancja. Poza stanami skupienia: stałym, ciekłym, lotnym wyróżnić można także stany powierzchniowe i makrocząsteczkowe. Te ostatnie odgrywają ważną rolę w biologii. Makrocząsteczki, takie jak białka, kwasy nukleinowe, polisacharydy — zwane biopolimerami — stanowią podstawowe elementy żywych komórek. Funkcje biologiczne komórek uzależnione są z kolei od zmian strukturalnych tych elementów. Badania polimerów oraz funkcji z nimi związanych jest jednym z głównych badań biofizyki molekularnej.

Poznanie złożonych struktur biologicznych, zrozumienie ich funkcji, wymaga jednak znajomości praw rządzących podstawowymi elementami materii w ogóle, tj. atomami i molekułami. Rozmaitość stanów, w jakich występuje materia, związana jest z różnorodną konfiguracją atomów oraz ich wzajemnych oddziaływań, uzależnionych od różnych parametrów fizycznych, jak temperatura, ciśnienie itd. Tymi stanami strukturalnymi materii oraz ich właściwościami należy się zapoznać wpierw, przed przystąpieniem do poznawania struktur biologicznych.

3.1.    Stany skupienia

Podziału na trzy stany skupienia: stały, ciekły, gazowy dokonuje się z dwóch punktów widzenia, albo ze względu na właściwości mechaniczno-sprężyste, albo ze względu na budowę strukturalną substancji.

3.1.1.    Właściwości sprężyste

Właściwości sprężyste substancji opisuje się za pomocą współczynników wyrażających odporność na siły wywołujące odkształcenie — zwanych modułami sprężystości, względnie wyrażających podatność — zwanych współczynnikami sprężystości. Odróżnia się proste odkształcenia objętości lub postaci oraz odkształcenia złożone, jak wydłużanie, zginanie, skręcanie. Proste odkształcenie objętości zostaje wywołane ciśnieniem działającym na ciało równomiernie ze wszystkich stron, nosi ono nazwę naprężenia normalnego i definiuje się wzorem

a =    = Pa (paskal)

gdzie:

F oznacza wypadkową sil działających prostopadle na element powierzchniowy AS.

Proste odkształcenie postaci zostaje wywołane naprężeniem stycznym

70