Секрет аромата. От молекулы до духов. Как запах становится произведением искусства

Фейнман этого не говорил, но молекулы – это группы атомов. Атомы представлены в различных ароматах, или элементах, и элементы различаются своей способностью контактировать друг с другом. Как было установлено более ста лет назад, атомы несколько похожи на маленькие солнечные системы со звездой в центре (ядром) и окружающими ее планетами (электронами). Ядро содержит положительный заряд, электроны – отрицательный. Для симпатичного, благонравного атома необходимо равное количество положительного и отрицательного заряда. Отрицательно заряженные планеты не просто носятся по все расширяющимся орбитам, а образуют группы, по восемь в каждой, если быть точным. Словно на каждой орбите есть место только для восьми планет; когда орбита считается заполненной, создается новая.

Главное во всем этом то, что социальное поведение атомов – область науки, которая называется химией – зависит преимущественно от того, сколько атомов находится на внешней орбите. Они как бы комфортнее себя чувствуют на полностью занятой орбите и находятся в постоянном поиске партнеров, чтобы обмениваться электронами и пребывать в покое. Например, если у атома на внешней орбите – семь электронов, он ведет себя как коллекционер, стремящийся заполнить пустующее пространство у себя на полке, и готов прихватить любой электрон, оказавшийся поблизости. Аналогичным образом, если атом только начинает создавать новую орбиту и на ней пока один электрон, он охотно готов с ним расстаться и вернуться в прекрасно организованное спокойное состояние с орбитами, заполненными восемью электронами. Вполне можно представить, что, когда такая великодушная персона встречает коллекционера-маньяка, между ними вспыхивает Любовь. Именно так происходит, когда металлический натрий (тот сверкающий маслянистый брусочек, который мы резали ножом на уроках химии) встречается с газообразным хлором (противный, тяжелый, желтый газ). Они моментально заключают сделку по обмену электроном, после чего мирно сосуществуют в виде хлорида натрия, или поваренной соли.

Кстати, таблица химических элементов называется периодической именно потому, что элементы, имеющие одинаковое количество электронов на внешней орбите, должны вести себя сходным образом. Углерод (C), вещество, из которого состоит почти все, что внутри и вовне нас, имеет четыре электрона для связи, и поэтому составляет максимум четыре союза со своими соседями. Следующий в ряду – кремний (Si), элемент, из которого, говоря языком «Звездного Пути», состоят все «неуглеродные объекты». У него на восемь электронов больше, чем у углерода. Поскольку его следующая орбита заполнена так же (четыре электрона), кремний несколько крупнее углерода, но тоже образует четыре связи, например с водородом, и при этом образуется, например, силан – газ с неприятным запахом. У кислорода и азота на внешней орбите по два или три электрона и они, соответственно, могут устанавливать по две или три связи с соседями, также как их кузены по периодической таблице сера и фосфор. Каждый, кто разделяет любовь к периодической таблице, относится к ней по-своему. Для меня она как групповая фотография одноклассников. Толстые парни – внизу, тощие – наверху, расставлены слева направо по темпераменту, т. е. меланхолики (восемь электронов) на правом краю, сидят рядышком с фосфатами, у которых по семь электронов. Бездумно щедрым типам с одним электроном уютно на краешке слева, а гармоничные и уравновешенные личности, те, кто пойдут (и пошли) далеко по жизни, располагаются где-то посередине.

Хлорид натрия не распадается потому, что его удерживает то, что держит вместе всё остальное – электрические силы. Трудно спокойно воспринимать факт, что весь наш мир склеен теми же силами, которые заставляют клочки бумаги прилипать к натертому пластмассовому стержню, но это так. В случае с хлоридом натрия натрий потерял один электрон и стал положительно заряженным, а хлор приобрел один и стал заряженным отрицательно.

Поэтому они держатся вместе. Но даже нейтральные атомы удерживаются электрическими силами, и причина этого иллюстрируется рисунком вверху, где облако – отрицательное, а ядро – положительное. Если сдвинуть два нейтральных атома (вверху) так, чтобы орбиты их электронов перекрывали друг друга (в середине), то в области перекрытия возникнет аккумуляция электронов. Возьмем два ядра и эту пересекающуюся область (внизу) и получим чудесный маленький сэндвич из положительного-отрицательного-положительного зарядов, которые стремятся быть вместе.

Однако не все так просто, иначе химики не получали бы такие большие зарплаты и не занимали престижные профессорские должности. Каждый электрон на внешней орбите самостоятельно создает свое маленькое облако перекрытия. Это означает, к примеру, что углерод, имеющий на внешней орбите четыре электрона, может создать четыре таких облака, в то время как водород, с одним-единственным электроном, может создать одно.