Ускоренная постановка эксперимента по кристаллизации методом висячей капли

Методы кристаллографии с диффузией паров используют силу испарения для удаления воды из раствора белка, повышая концентрацию белка до состояния пересыщения, когда воды становится недостаточно, и молекулы белка связываются друг с другом (желательно в виде кристаллов, а не просто комков «осадка»). Блог: https://bit.ly/vapordiffusion Для обеспечения испарения мы помещаем каплю нашего белка над «резервуаром» более концентрированного раствора. Раствор более концентрирован с точки зрения осадителей (химических веществ, снижающих растворимость белка для стимулирования кристаллизации), НО менее «концентрирован» с точки зрения молекул воды (потому что там больше «других веществ»), и именно вода будет перемещаться, потому что она ЛЕТУЧАЯ (легко испаряется), тогда как другие вещества обычно НЕЛЕТУЧИЕ, поэтому они остаются неподвижными. Молекулы стремятся к свободе — они пытаются выйти из жидкого состояния, где они «связаны» связями с другими молекулами, в газообразное состояние (где они могут перемещаться по своему желанию), но ниже точки кипения только молекулы, находящиеся близко к поверхности, имеют шанс освободиться. Но мы проводим диффузию пара в герметичных лунках → если молекула освобождается, она все равно остается в лунке. Молекула стремится как можно больше «освободиться», удаляясь от поверхности капли, где много другой воды → она движется к резервуару, где концентрация молекул воды ниже. Но когда она достигает резервуара, её «втягивает» в него, и она КОНДЕНСИРУЕТ обратно в жидкость. Изначально мы наблюдаем чистое движение воды от капли к резервуару, но в конечном итоге количество воды в воздухе над каплей (наличие которой мы измеряем как ДАВЛЕНИЕ ПАРА) становится таким же, как и количество воды над резервуаром, поэтому нет никакой «выгоды» в движении к резервуару — молекулы продолжают покидать каплю (и резервуар), но другие молекулы поступают с той же скоростью, и мы говорим, что достигли РАВНОВЕСИЯ давления пара. Обратите внимание, что РАВНОВЕСИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРА ОТЛИЧАЕТСЯ от РАВНОВЕСИЯ РАСТВОРЕННОГО/НЕРАСТВОРЕННОГО СОСТОЯНИЯ, которое относится к тому, растворен ли наш белок. Мы можем понять это движение воды с помощью закона Рауля, который гласит, что добавление растворенного вещества в раствор уменьшает испарение и, следовательно, давление пара. Это коллигативное свойство, поэтому чем больше растворенного вещества — любого растворенного вещества — тем ниже давление пара. Это происходит потому, что растворенное вещество: 1. занимает часть ценного пространства у поверхности, где молекулы имеют возможность покинуть его; 2. увеличивает энтропию (случайность) раствора, поэтому переход в газообразное состояние менее выгоден. Увеличение количества растворенного вещества приводит к уменьшению испарения и снижению давления пара. Подробнее о законе Рауля здесь: блог: https://bit.ly/raoultslaw Следствием этого является то, что степень испарения из капли зависит от разницы концентраций растворителя между каплей и резервуаром (точнее, от разницы их давлений пара). Закон Рауля показывает прямую связь между количеством растворенного вещества (и, соответственно, уменьшением доли растворителя). Чем больше разница между каплей и резервуаром, тем более выраженным становится эффект (хотя многие явления отклоняются от идеальных предположений закона, поэтому будьте осторожны, результаты могут отличаться от ваших ожиданий). Таким образом, вода перемещается из капли в резервуар. Это действительно похоже на каплю в ведре — поскольку в резервуаре гораздо больше жидкости, капля не может существенно изменить его состав, поэтому конечный состав маточного раствора практически совпадает с исходным составом резервуара. И это движение воды в газообразном состоянии можно назвать «диффузией пара». Диффузия — это перемещение молекул из области, где вещества больше, в область, где его меньше (здесь больше), чтобы выровнять концентрацию. Проще всего это представить, если подумать о капле пищевого красителя в воде и наблюдать, как он растекается. В процессе диффузии пара молекулы воды перемещаются из капли, содержащей наш белок, в резервуар — и поскольку эти два раствора разделены, молекулы воды движутся в виде газа (водяного пара). Это может сбивать с толку, потому что концентрация осадителя в резервуаре ВЫШЕ. Но движутся не осадители (как правило), а вода. И с точки зрения воды, она МЕНЕЕ «концентрирована», когда вокруг меньше других молекул. Еще один момент, который может сбивать с толку — что насчет концентрации белка? В резервуаре его нет, но в капле его много! Белок нелетуч, поэтому он не может двигаться, и вода пытается «выровнять» не концентрации различных молекул, а косвенное равновесие — ДАВЛЕНИЕ ПАРА. (Завершено в комментариях)