ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

Физика в химии

Любопытная история произошла в 1981 г. с Нобелевскими премиями по науке. Премии по химии были удостоены два человека, которые использовали квантовую механику—основу современной физики-для объяснения того, как образуются молекулы. А премия по физике была присуждена трем исследователям, сумевшим найти способ установления химического состава столь сложных смесей, как загрязняющие вещества и ржавчина. Но если объявленные премии (по 180 тыс. долл. каждая) показывают, что физика и химия встретились на субатомном уровне, то они свидетельствуют также и о том, что западная и восточная наука в настоящее время очень несхожи. Работа 63-летнего японского ученого Кеничи Фукуи (профессора Университета в г. Киото), который разделил премию по химии с 44-летним Роаль-дом Хоффманом (из Корнеллского университета в США), не получила должного признания на его родине. «Японцы очень консервативны, когда дело касается новой теории, сказал он,- но как только вы получили признание в США или в Европе, оно приходит и в Японии».

Хоффман и Фукуи основывали свои исследования на современных представлениях о строении атома. Старая модель атома представляла собой аналогию с солнечной системой: атом рассматривался как крохотная планетарная система, в которой роль «солнца» играло ядро, а роль «планет»-электроны на дискретных круговых орбитах. Квантовая механика, рассматривающая частицы как волны, исходит из существенно иной картины: ядро окружено электронными облаками, которые могут иметь, в частности, такую форму, как гантели либо как листья клевера. Фукуи исходил из того, что основную роль в химических реакциях играют самые внешние электронные облака. Его «теория граничных орбиталей» позволяет химикам почти полностью пренебрегать внутренними электронами и. вычисляя форму и плотность внешних электронных облаков, приближенно предсказывать, как молекулы лолжны соединяться друг с другом.

Кеничи Фукун.

Роальд Хоффман.

 

 

Хоффман независимо от Фукуи усовершенствовал теорию, которую тот сформулировал 25 лет назад, и на этой основе вывел свои собственные правила, указывающие, в каком случае возможна химическая реакция. «Если нам известны орбитали исходных молекул и конечных продуктов, то можно сделать выводы о том, разрешена или запрещена реакция»,-объясняет он. Эти правила позволяют теперь химикам выбрать правильные маршруты для синтеза новых лекарственных препаратов.

Японские коллеги Фукуи не уделяли должного внимания его теории, возможно потому, считает он, что «в Японии недостаточно ученых, занимающихся фундаментальными исследованиями по химии, чтобы применять ее». Действительно, технологические достижения Японии иногда не дают увидеть относительную слабость этой страны в фундаментальных научных исследованиях. «Мы, японпы, очень сильны в учебе и понимании нового, когда имеем перед собой ясную цель, но, возможно, не так сильны, когда дело касается поисков нового направления»,-признавался Макото Кикучи, сотрудник Исследовательского центра Сони, в журнале "Physics Today".

Для лауреата Нобелевской премии по физике, 63-летнего шведа Кая Зигбана из Уппсальского университета, эта награда имела особое значение: его отец тоже получил Нобелевскую премию в 1925 г. «Есть несомненное преимущество в том, что вы начинаете обсуждать физику ежедневно еще за завтраком», сказал он. Зигбан разработал спектроскопию электронов, которая позволяет ученым делать выводы о химическом строении неизвестных образцов, исследуя электроны, выбиваемые из атомов светом либо рентгеновскими лучами. Эта методика настолько чувствительна, что позволяет обнаруживать ржавчину даже в том случае, если на поверхности ею затронут всего 1% самого верхнего слоя атомов.

Другую половину Нобелевской премии по физике разделили между собой два человека, которые в буквальном смысле пролили свет на самые сокровенные секреты материи. 60-летний Артур Шавлов из Станфордского университета и 61-летний Николаас Бломберген из Гарвардского университета (США) создали лазерную спектроскопию, возбуждая атомы интенсивным спектрально чистым пучком света, который излучается лазером. Поглощая, рассеивая и вновь излучая свет, возбужденные атомы сообщают о себе большую информацию. Шавлов был одним из изобретателей лазера; Бломберген смешал три лазерных пучка в четвертый, получив инфракрасное и ультрафиолетовое лазерное излучение, которое позволяет исследовать самые разнообразные явления, начиная от взрыва газов в двигателе внутреннего сгорания и кончая движением молекул в тканях живых организмов. Это предвещает тематику будущих Нобелевских премий: изучая жизнь на атомном уровне, ученые постепенно превращают и биологию в область знаний об атомах и электронах.

Шарон Беглей («Ньюсуик», 2 ноября 1981 г.)

 

Оглавление: