Чудесная молекула

'Изотопные' атомы дейтерия, изображенные голубыми точками, помогают распознать реакцию скручивания молекулы

 

Даже для разделения одной внешней электронной пары нужно придать молекуле солидное количество энергии путем нагревания по крайней мере до 500°С. Чтобы удостовериться, что реакция действительно происходит, химик заранее метит молекулу двумя атомами дейтерия, которые во всем похожи на атомы водорода: и своими волнами, и единственным электроном, — но у которых ядра тяжелее. Благодаря этим "изотопным" атомам дейтерия, можно отличить получившуюся после вращения молекулу от исходной.

4.5. Союз двух... и вечный треугольник

Вообще говоря, разделение электронной пары, будь то временное или окончательное, дело еще более трудное, чем разрыв внешней электронной пары молекулы этилена. Разводы "по-молекулярному" редки. Можно сказать, что молекулярными реакциями управляет заповедь: "Не разбивай электронных пар". В мире молекул она соблюдается строже десяти библейских заповедей.

Одиночный электрон атома хлора отрывает электрон от пары, осуществляющей связь углерода с водородом. Так, атом хлора отрывает атом водорода

 

Самыми прочными, противящимися разрыву являются пары, скрепляющие простой связью атомы углерода и водорода или два атома углерода. Как раз такие связи между атомами углерода и водорода существуют в молекуле метана. В самом деле, электронная пара, обеспечивающая каждую связь, прочно закреплена в очень удобной волне, и потому пребывает в состоянии полного счастья. Путем сильного нагревания мы добьемся своего, но, вероятнее всего, при этом будет разорвана вся молекула. А для того чтобы достичь цели мягким обращением, нужно использовать весьма изощренные внешние средства.

Разрыв электронной пары чаще всего происходит, как и у людей, когда ее покой нарушает третий, одинокий электрон. Если такой электрон, принадлежащий другой молекуле, оказывается поблизости от нашей пары, события развиваются стремительно. Одиночка-гурман стремится занять в паре место электрона с таким же сокровенным свойством, как и у него. Если одиночке удается вытеснить законный электрон (а так часто случается), то в атакованной молекуле связь рвется, а в напавшей молекуле образуется новая связь. Например, атом хлора может отнять у молекулы метана атом водорода и образовать молекулу хлористого водорода.

Однако следует заметить, что вместо первой пары электронов появляется другая пара — на второй молекуле, — и поэтому можно считать, что просто первая электронная пара поменялась местами с электроном-одиночкой (ведь у электронов нет собственного лица, и отличить их один от другого невозможно). А значит, заповедь не нарушена.

4.6. Электрохимия

Электрохимия — это раздел химии, разработанный английским ученым Фарадеем. Метод электрохимии дает возможность обеднять или обогащать молекулу электронами. Подведем молекулу к электроду — электрически заряженной металлической пластинке. Если электрод страдает электронным голоданием (положительно заряжен), он захочет отнять электрон у молекулы, а если он переполнен электронами (заряжен отрицательно), то захочет отдать их избыток молекуле.

Молекула ацетона

 

В молекуле ацетона, как и в молекуле метана, имеются связи, где электронные пары устроились основательно. Это особенно относится к связям между атомами углерода.

Подведем молекулу ацетона к электроду с недостатком электронов: один электрон покинет молекулу. Если при этом затрачено достаточно большое количество энергии, этим электроном может оказаться один из партнеров пары, обеспечивающей углерод — углеродную связь. Так как в удобной волне остался только один электрон, связь может довольно легко разорваться, и тогда образуются ацильная частица с электроном-одиночкой и обедненная электронами метильная частица[3].

Потеряв под действием электрода один из своих электронов, углерод — углеродная связь разрывается, и образуются две частицы: ацильная и обедненная метальная

 

В других молекулах удается добиться разрыва пары, добавляя третий электрон с электрода с избытком электронов. Этот электрон проникает в неудобную волну, принадлежащую связи, о которой идет речь. Так же как в описанном ранее случае с двумя атомами гелия, присутствие электрона-одиночки в неудобной волне разрушит прочность связи: благополучная пара распадется и связь разорвется.

Поэтому электрохимия представляет собой мощный промышленный метод создания новых молекул: их получают, разделяя некоторые молекулы на части, из которых потом составляют подходящие композиции. В частности, электрохимический синтез служит для получения уже известных нам молекул найлона.

4.7. Фотохимия