Чудесная молекула

Каждый из вас замечал, как желтеют листы газетной бумаги, если долго лежат на свету, и как выцветают чернила от длительного действия солнечных лучей. Таким способом дают о себе знать реакции, вызванные светом, — так называемые фотохимические реакции. Свет заставляет электроны вести себя иначе, чем обычно. Прежде всего он очень быстро поставляет молекуле энергию, требуемую для разделения пары, действуя на электроны, как удар кулака. В одно мгновение один из электронов выбрасывается им в неудобную волну, расположенную в другой части молекулы.

Свет перебрасывает электрон из удобной волны, осуществляющей углерод-углеродную связь, в неудобную волну в области углерод-кислородной связи (с зоной покоя между этими атомами). В результате этого углерод-углеродная связь, удерживаемая всего одним электроном, может разорваться

 

Возьмем еще раз молекулу ацетона и осветим ее в течение короткого времени. Один из электронов углерод-углеродной связи отбрасывается в сторону углерод-кислородной связи. И на этот раз углерод-углеродная связь, осуществляемая одним только электроном, разрывается.

Свет облегчает превращение молекулы, перенося ее на верх энергетической горы

 

С энергетической точки зрения протекание такой фотохимической реакции просто поразительно. Свет чудесным образом меняет характер дороги, по которой должна пройти молекула. Вместо того чтобы подниматься на почти неприступный холм, молекула переносится светом на высокую гору и оказывается на совершенно другой дороге. Эта дорога отлого спускается вниз, и молекула, которую мы представляем в виде велосипедиста-гонщика, без труда достигает конечной цели — превращается в продукт реакции. Таким образом, солнце или искусственный свет действуют как природная "канатная дорога", которая переносит молекулы из долины на вершины самых высоких гор; спускаясь с них, молекулы могут легко преображаться.

4.8. Волшебная поверхность и таинственный катализ

Разрыв молекулы водорода катализатором — молекулой хлоротрис(трифенилфосфин)родия. Каждый из маленьких шестиугольников обозначает фенильную группу, похожую на молекулу бензола, которая одной из своих углеродных вершин соединена с атомом фосфора

 

Было бы идеально иметь возможность разрывать связь между атомами, не затрагивая электронную пару, осуществляющую эту связь. Некоторые молекулы, у которых в центре находится большой атом металла, способны выполнять такую операцию. Атом металла — например, родий, четырехкратно связанный в молекуле хлоротрис(трифенилфосфин)родия — подобен мозгу программирующего устройства. При приближении молекулы водорода этот мозг использует все свои многочисленные волны-лепестки для того, чтобы разорвать молекулу водорода. Тогда каждый из обоих атомов водорода образует новую связь с атомом родия, который в результате оказывается связанным шестикратно. Новая молекула химически очень активна, потому что атому родия хочется поскорее избавиться от двух лишних соседей: атомы водорода можно легко передать органической молекуле, чтобы "гидрировать" ее. В промышленности этот процесс позволяет улучшать качество некоторых пищевых масел.

На поверхности железа молекула азота, несмотря на ее три внутренние связи, легко разрывается

 

Теперь сложим из атомов железа такую частицу, которая, еще не будучи видимой невооруженным глазом, уже содержит множество тысяч атомов. На поверхности этой микроскопической частицы металла атомы железа уложены в определенном порядке. Поместим эту частицу в атмосферу азота, состоящего из молекул азота, которые беспорядочно перемещаются с большой скоростью. Время от времени какая-нибудь из молекул приближается к поверхности частицы железа и тут же оказывается ловко схваченной и разделенной! Все три связи между атомами азота рвутся, и каждый атом связывается с одним из поверхностных атомов железа.

Если мы имеем смесь молекул азота и водорода, последние будут также захватываться поверхностью (адсорбироваться) и разрываться. При этом атомы водорода могут фиксироваться на атомах азота. Эта реакция имеет огромное промышленное значение в производстве аммиака, который используется для получения моющих веществ и удобрений. Металлическое железо является мозгом этой реакции, ее катализатором. А вот механизм катализа пока остается загадкой.

5. Да или нет (об удивительной способности электронов принимать "самостоятельные" решения)

5.1. Да или нет для гребня или впадины

Вид застывших электронных волн имеет не только живописную ценность. В частности, сосуществование в волне-восьмерке гребня и впадины в большой степени определяет форму молекул, их реакции, а значит, и весь мир, который нас окружает. Большое разнообразие в реакционной способности молекул отражает двойственный характер волн.