Читаем Чудесная молекула полностью

Чудесная молекула

Вудворд и Хофман заметили, что для этой реакции возможны два пути в зависимости от того, вращаются ли оба конца молекулы в одном и том же направлении или в противоположных. Они установили, что разрешен лишь один из этих путей.

Замыкание молекулы бутадиена в молекулу циклобутена: перестройка менее удобной волны-ленты в случае двух возможных движений (при замыкании амплитуды волн двух центральных атомов углерода исчезают)

Японский химик Фукуи доказал, что ход реакции определяется наименее удобной из волн, занятых электронами. В данном случае волна-лента, охватывающая всю цепь (как в молекуле бензола), на одном конце имеет гребень, а на другом — впадину как над плоскостью молекулы, так и под ней. Для того чтобы образование углерод-углеродной связи протекало в благоприятной ситуации, требуется, очевидно, встреча двух гребней. А для обеспечения такой встречи гребней на концах цепи — что напоминает змею, кусающую себя за хвост, — оба конца должны вращаться в одном направлении.

5.7. Столкновения между молекулами происходят по правилам бокса

Как мы уже говорили, реагирующая молекула подобна велосипедисту-гонщику. Ее путь представляет собой извилистую трассу, изобилующую поворотами. Но если все гонщики стремятся выполнить вираж след в след, то каждая молекула мчится по своей трассе, отличной от трасс других молекул, и при этом еще вертится волчком и делает танцевальные па. Ясно, что движение по такой трассе должно быть очень сложным.

Реакция происходит, так как атом застает молекулу в момент растяжения

Для примера рассмотрим встречу атома дейтерия и молекулы водорода (одинокий электрон атома старается разделить электронную пару молекулы). Пока атом приближается, молекула продолжает совершать свои танцевальные па: связь между атомами водорода то растягивается, то сжимается. Если атом застигает молекулу в момент растяжения связи, происходит реакция и атом связывается с одним из атомов молекулы. Если же атом застает молекулу в момент сжатия связи, реакции не происходит.

Реакция не происходит, так как атом застает молекулу в момент сжатия

Эта ситуация очень напоминает встречу боксеров. Если боксер наносит удар противнику в тот момент, когда тот отступает или уклоняется, удар гораздо менее эффективен, чем тот, который нанесен "в лоб", в момент сближения.

Выходит, что для результативного взаимодействия между молекулами еще недостаточно соответствующего расположения электронных волн; необходимо также, чтобы соблюдалось соответствие в расположении атомов в каждый момент, т.е. порядок системы.

5.8. Сигналы молекул

Как же молекулы дают о себе знать? Прежде всего вращательное движение изолированной молекулы и колебательные движения ее атомов подчиняются строгим законам. В любой момент молекула может изменить свои движения, обменявшись с внешней средой крупицей энергии. Это изменение выражается в виде какого-то сигнала, который может быть зарегистрирован и который несет важную информацию о молекуле.

Желтый тюльпан (молекулы его лепестков имеют очень неудобные волны) и фиолетовый тюльпан (в его лепестках молекулы с довольно удобными волнами)

Такой сигнал подается также, когда свет разбивает электронную пару и выбрасывает один из электронов в неудобную волну. Во время этого электронного прыжка молекула поглощает частицу световой энергии; молекула и ее сестры-близнецы поглощают при этом строго определенный свет, и составленное из них вещество покажется нашим глазам окрашенным. Если в каждой молекуле электрон прыгает в очень неудобную волну, вещество не окрашено; если волна чуть поудобней, мы видим желтый или оранжевый цвет; если же волна только немного неудобная — цвет будет красным, зеленым или голубым. Значит, если в тюльпане молекулы, поглощающие свет, имеют очень неудобные волны, то его лепестки будут желтыми, а если волны неудобны лишь самую малость — вот вам фиолетовые лепестки!

Таким образом, чудесная молекула имеет множество способов дать о себе знать, хотя мы и не можем ее видеть. Жизнь — это труд бесконечного множества молекул. И даже приходя в волнение при виде матери, целующей ребенка, или футболиста, забивающего гол, может быть, мы в душе улыбнемся, вспомнив о невидимках, ответственных за эти действия.