Санкт-петербургского государственного университета высшее профессиональное образование т. А. Степанова, И. Ю. Ступина

Similarly,  they  learned  when  to  consider  an  clcctron  as  a  particlc,  and 
when as a wave. In some experiments the wave charactcr and the particlc 
character both  contribute  significantly, and  it  is  then  necessary  to carry 
out  a  careful  theoretical  treatment,  using  the  equation  of quantum 
mechanics, in order to predict how the light or the clcctron will behave.
Text 20 
The Nature of Resonance
The  idea  of resonance  has  brought  clarity  and  unity  into  modem 
structural chcmistry, has led to the solution of many problems o f valcncc 
theory, and  has  assisted  in  the correlation o f the chcmical  properties of 
substanccs  with  the  information  obtained  about  the  structure  of their 
molcculcs by physical methods.
The goal o f a structure investigation of a system is the description of 
the system in terms of simpler entities. This description may be divided 
into two parts, the first relating to the material particles or bodies of which 
the system is considered to be composed, and the second to the ways in 
which these particles or bodies arc interrelated, that is, to their interactions 
and  interconnections.  In  describing a  system  it is  usually convenient to 
resolve  it  first  into  the  next  simpler  parts,  rather  than  into  its  ultimate 
constituents, and then to carry the resolution  further and further in steps. 
Wc  arc  thoroughly  accustomed  to  this  way  of describing  the  material 
constitution of substances. The use of the conccpt of resonance permits 
the extension of the  procedure to includc the discussion hot only of the 
next  simpler constituent  bodies  but  also o f their  interactions.  Thus  the 
material  description o f the  benzene  molcculc  as  containing  carbon  and 
hydrogen  atoms,  which  themselves  contain  electrons  and  nuclei,  is 
amplified  by  use  of the  resonance  conccpt  in  the  following  way:  The 
structure of the normal benzene molcculc corresponds to resonance be tween 
the  two  Kckulc  structures,  with  smaller contributions by other  valcncc 
bond structures, and the molcculc is stabilized and its other properties are 
changed somewhat by this resonance from those expected for either Kckulc 
structure alone; cach Kckulc structure consists of a certain distribution of 
single and double bonds, with essentially the properties associated with 
these bonds in other molcculcs; cach bond represents a type of interaction 
between atoms that can be dissolved in  terms of the resonance between 
structures differing in the interchange of electrons between atomic orbitals.
Text 21 
Benjamin Franklin and Electricity
January 17,2006, will be the 300th anniversary of the birth of Franklin.
Kant once remarked that Benjamin  Franklin was a new  Prometheus 
who had stolen fire from heaven. In his own day, Franklin was celebrated
248

throughout all Europe as the world’s foremost electrician and his book on 
the subject was in demand in many countries. Far-reaching in its influence, 
the book became an important Text in the electrical field and even today 
wc still write of electricity in terms introduced in print by Franklin. Used 
in the electrical sense, probably for the  first time,  in the inventor’s book 
were words such as armature, battery brush, charged, charging, condense, 
conductor, discharge,electrical fire, electrical shock, electrician, electrified, 
electrify, Leyden bottle, minus, negative, non-conducting, non-conductor, 
non-clcctric, plus, positive, and others.
Franklin saw his first electrical demonstration in Boston in  1746. He 
purchased all the apparatus used by the British experimenter, Dr. Spence, 
and  proceeded  in  electrical  experiments  of his  own  with  great  interest. 
The work  that  he  did  was  soon  far ahead  of the  European  discoveries. 
With  great  enthusiasm,  he  described  new  discoveries  that  were  to  him 
unique, for he had no way of telling what work his predecessors had done. 
Foremost among the observations was the discovery of the action of points 
in  drawing  off and  throwing  off the  electrical  fire.  One  of Franklin’s 
scicntific  achievements  was  his  experiment  with  the  Leyden jar.  He 
explained the startling discovery that the electrified jar bccamc  chargcd 
positively on the outside, negatively on the inside, and showed by means 
of experiment that the positive charge on the outer coating of the jar was 
exactly equal and opposite to the negative inner charge.
Besides the importance and usefulness of Franklin’s discoveries, die 
world knows him well for his hypothesis concerning the electrical nature 
of lightning. Up to his discoveries the general impression was that lightning 
was caused by the explosion of poisonous gases in the air. In 1749, Franklin 
established that clcctrical fluid and lightning had similar properties of giving 
light, colour of the light, crooked direction, swift motion, being conducted 
by metals, crack or noise in exploding, subsisting in water or icc, rending 
bodies  it  passes  through,  destroying  animals,  melting  metals,  firing 
inflammable substanccs, sulphureous smell.
Text 22 
Future Perspectives
The production of protein from chemicals is not the only proccss one 
can employ  for converting chemicals  to food, but  it  is representative o f 
one  major  type  of proccss:  fermentation.  Microorganisms  arc  able  to 
efficiently  producc  nutrients,  including  proteins,  fats,  carbohydrates, 
vitamins, etc., with high productivity. With microorganisms, it is possible 
to intensively convert chemicals to food regardless of climatic variation 
and environmental pressures. Thus, this route to food production is likely 
to increase in both developed and developing countries. The needs o f the 
future arc to develop more efficient methods of converting chemicals to 
foods and  to  develop more  applications of the  final  product. This  latter
249

point is cspccially important when wc remember that “a food is not a food 
until  it  is  eaten”,  and  it  is  ncccssary  that  someone be  willing  to  buy  it 
before it can be sold. In fact, developments in the area of application arc 
likely to be rate-limiting steps in the utilization of these novel  foods.
In addition to protein by fermentation, one can make specific products 
like essential amino acids (c. g., lysine, tryptophan, and threonine) which 
may be used to supplement plant protein sources as a way to increase their 
nutritive value. Again, the limitation is frequently in methods of application 
and/or economics.
There will continue to be a need to trap our widespread but difficult- 
to-usc resources such as coal and oil shale, and to utilize effectively our 
renewable resources such as cellulose, as initial starting products for food. 
Microorganisms arc quite unique  in  that they can take a wide variety of 
raw  materials  and  sufficiently  convert  them  to  foods.  In  a  sense,  they 
represent miniature farms and factories all in one. The future use of these 
organisms  to overcome  food  shortages  lies  in  the hands  of the creative 
scientist and engineer.
Text 23
Gas Chromatography Methods
Gas  chromatography  (GC),  or,  more  recently,  gas-liquid  chro­
matography, is based on the volatilization of thermally stable analytes which 
have a vapour pressure of approximately 
0.1
 mm or greater at temperatures 
less  than  400°C.  It  is  one  of die  outstanding  and  more  recent  methods 
which  have  revolutionized  the  chcmical  analysis  of major  and  minor 
components  (analytes)  for  both  organic  and  inorganic  analyses.  Trace 
organic  analysis  comprises  the  area  of greatest  application  for  gas 
chromatography, but there arc several GC techniques available for inorganic 
pollutants. Some of the inorganic constituents may be relatively involatilc 
and  may also be  of fairly high  molccular weight.  Spccial  sampling and 
processing  techniques  may  be  used  in  such  cases,  and  these  includc 
pyrolysis, dcrivatization, and the indirect analysis of reaction products. A 
promising  area  for tracc  analysis  of inorganic  constituents  involves  the 
conversion of the tracc element to a chelate compound or organomctallic 
and subsequent GC determination using clcctron capture detection. A flame 
photometric  detector  can  also  be  used  in  GC  for  metal-containing 
compounds. The time required for chcmical analysis using GC is normally 
from a few minutes to half an hour. However, for some complex samples, 
the time  involved  in  sample separation,  quantitative data reduction, and 
sample  identification can  extend  for several  hours.  The accuracy of GC 
analysis is governed by the sampling and injection procedures, attainable 
resolution, the detectors and dctcctor calibrations, peak area measurements, 
and the availability of suitable standards for GC. The precision attainable 
depends greatly on the particular analytical chemist’s experience and also 
varies for different concentration levels.
250

In rcccnt years, the versatility of GC has been greatly extended by the 
so-called  ancillary  techniques.  This  refers  to  the  coupling  of different 
instrumental or chcmical methods with GC in one unified system. Examples 
arc  the  coupling  of GC  with  infrared  and  Raman  spectroscopy,  mass 
spectrometry, NMR spectroscopy, thin-layer chromatography, microrcactor 
systems, and pyrolyzcrs.
Text 24 
Liquid Chromatography Detectors
During the last years, there has been a marked increase of interest in 
column liquid chromatography (LC). One reason that this technique, whose 
discovery preceded gas chromatography (GC) by many years, has not been 
used  extensively  until  relatively  rcccntly,  has  been  due  to  the  inherent 
shortcoming of suitable  detection  devices  to  times  involved.  Promising 
improvements in detector design during the last years, however, have made 
it possible to use a number of different modes of detection with highspeed, 
highcfTicicncy liquid chromatographic columns.
High  resolution  column  LC  is  a  technique  which  is  experimentally 
analogous to GC, in that one makes use o f small sample sizes (microlitrc 
quantities), long, narrow bore columns, fast moving liquids, and continuous 
and highly sensitive detection devices. The term “liquid chromatography” 
includes several distinct types of interaction, i. с., ( I) liquid-liquid, in which 
the  components  arc  separated  by  partitioning  between  a  mobile  and 
stationary liquid; (
2
) liquid-solid, in which the components arc selectively 
adsorbed  on  an  activc  surfacc;  (3)  ion  exchange,  in  which  ionic 
components  of the  sample  are  separated  by  selective  exchange  with 
replaceable ions of the support; (4) permeation, in which separations occur 
on a permeable gel by a sieving action based on molccular size.
The  advantage of liquid  chromatography  is  that  thermally  unstable, 
nonvolatile  compounds  which  cannot  be  eluted  by  GC,  can  often  be 
separated by LC, sincc columns arc operated at or near room temperature. 
Applications  therefore  seem  feasible  for  such  high  molccular  weight 
compounds  as  proteins  and  polymers.  Too,  the  interchange  of solvents 
can provide special selectivity effects in LC, sincc the relative retention of 
two solutes is strongly influenced by the nature of the eluent used. Although 
LC is not likely to replace GC as an analytical technique, the two methods 
should complement one another.
The current interest in column LC is evidenced by numerous articles 
which arc now appearing in the literature. Column liquid chromatography 
has  been  successfully  employed  by  several  workers  in  the  analysis  of 
steroids, hcrbicidcs, insccticidcs, metal organic compounds and biologically 
activc materials. Rcccntly, reports have appeared, describing improvement 
in  performance  and  efficicncy  of LC  columns  by  the  development  of 
controlled  surfacc porosity  supports  and  by  the  use  of high speeds  and 
high pressures, enabling the tcchniquc to bccomc competitive with GC.

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