Лионель Салем Чудесная молекула

Предисловие редактора перевода

Простота, остроумие и лаконичность книги Лионеля Салема делают ненужными долгие объяснения в виде предисловия к этой талантливой книжке. Переверните страницу — и книга начнет говорить сама за себя. Может быть, вы, уважаемый читатель, стоите сейчас у книжного прилавка и, читая предисловие, раздумываете, покупать ли эту книгу? Не раздумывайте, покупайте!

Лионель Салем — ученый с мировым именем, один из виднейших специалистов в области теоретической органической химии. Вместе с тем он талантливый педагог и увлеченный пропагандист химической науки. Во Франции книга Салема получила почетный приз как образец научно-популярной литературы. Автор адресовал ее в равной мере и химикам, и нехимикам. И действительно, знакомство с этой книжкой приятно и полезно читателям любого возраста и самого разного уровня научной подготовки. Единственное требование к читателю — чтобы у него было желание получше уяснить себе химические основы окружающего нас материального мира.

Если вы, уважаемый читатель, учитесь где-то в седьмом-девятом классе, эта книжка в живой и наглядной форме дополнит многие важные разделы школьного учебника химии. Если преподаете химию в школе или в институте, книга Салема, безусловно, поможет вам в работе. Даже если вы имеете честь быть академиком, внесшим огромный вклад в развитие химической науки, не пренебрегайте этой книжкой, ибо с ростом наших знаний и опыта растет и тяга к синтезу понятий и обретению ясности и простоты в сложной картине мира. Наконец, если вы не имеете и не собираетесь иметь никаких серьезных взаимоотношений с миром химии, а просто любознательны, эта книжка все равно будет вам полезна, как интересный рассказ об основных закономерностях, составляющих суть многих важных процессов в технике, биологии и медицине.

Нужно, однако, предупредить, что "Чудесная молекула" — это не учебное пособие и не краткая химическая энциклопедия. Автор ставил перед собой другую задачу: доказать, что о сложнейших понятиях физики, химии и молекулярной биологии можно ясно и кратко рассказать языком повседневной жизни, рассказать образно, с юмором и одновременно с уважением к читателю, т.е. не переступая грани, отделяющей простоту от упрощенчества. При таком подходе "спортивный интерес" заставлял Салема обсуждать именно те аспекты современной химии, где, казалось бы, невозможно обойтись без научной абстракции: волновые свойства электрона, принцип Паули, значение граничных орбиталей, ароматичность, сохранение орбитальной симметрии, реакции электронно-возбужденных состояний и т. п. Руководствуясь принципом "от простого к сложному", он с этими трудностями блестяще справился, и успех его предприятия должен стимулировать качественный рост научно-популярной литературы по химии.

В книге нет отдельных глав, посвященных таким фундаментальным проблемам, как валентность, периодический закон, электролитическая диссоциация, теория лигандов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные равновесия, двойственная реакционная способность, но эти вопросы в той или иной мере затронуты Салемом при обсуждении других вдохновлявших его проблем, и для грамотного химика не составит труда, идя по намеченному автором следу, развить его мысль и дать образное объяснение названным феноменам. Зато как легко преподнесен "дополнительный материал" (внимание, учащиеся и преподаватели!) о макроциклических ионофорах, о хеморецепции и фармакологии, о жидких кристаллах и поверхностно-активных веществах. Если вы любите химию или хотя бы относитесь к ней с некоторым интересом, книга Салема вас не разочарует.

Ее стоит читать. И даже перечитывать.

Э. Серебряков

Предисловие

"Ах! Наука идет недостаточно быстро для нас!"

А. Рембо. Лето в аду

Все, кто интересуется окружающим нас миром, хотели бы знать, как устроена материя. Но желающие проникнуть в тайны науки зачастую робеют перед грудным для понимания специальным научным языком, которым ученые порой прикрывают свое безразличие к популяризации добытых ими знаний. А ведь логика ученых так же проста, как и логика детей.

Эта книга — попытка снять с науки ореол таинственности. Я хочу в ней показать, что о современной науке можно говорить обычным языком. Во всех случаях, кроме области элементарных частиц, я намеренно отказался от любых научных терминов и использовал подходящие понятия разговорного языка.

В качестве объекта для такой попытки я выбрал молекулу. Составленные из атомов, как слова из букв алфавита, молекулы чрезвычайно разнообразны. В мире существует по крайней мере столько же разных молекул, сколько разных слов в словаре. Все, что нас окружает: живые существа, дома, мебель, пища, одежда, — построено из молекул.

Как и окружающие нас предметы, молекулы имеют вполне определенную форму. Обычно при описании формы молекулы используют повседневные слова: эта молекула похожа на кресло, та на куб, та — на кольцо. Читатель этой книги тоже должен постараться думать о молекулах как о маленьких предметах, которые можно потрогать, пощупать, положить перед собой на стол, чтобы полюбоваться их формой со всех сторон. Впрочем, и химики, желая проверить свои соображения, строят модели молекул из дерева или металла.

К тому же молекулы ведут себя, как одушевленные предметы. Конечно, они не являются живыми в том смысле, как мы понимаем жизнь. Но, наделенные энергией благодаря теплу окружающей среды, они движутся, колеблются и, самое главное, обладают удивительной способностью к превращениям. Эта способность проявляется в том, что называется реакцией: две молекулы встречаются и превращаются в две совершенно другие! Но и тут читатель, восхищаясь происходящим, может не искать ничего сверхъестественного: просто встреча двух молекул позволяет некоторым атомам менять свое положение.

Разумеется, настоящие молекулы так малы, что для образования частички материи, видимой невооруженным глазом, нужны миллиарды и миллиарды молекул. Ну и что! Пусть вас это не смущает — войдем в этот мир бесконечно малого.

Л. Салем

Октябрь 1978

1. Форма и фантазия (геометрия молекул)

1.1. Молекула воды

Возьмите каплю воды и измерьте ее. Разделите полученную величину на тысячу, потом еще на тысячу и еще на сто — и вы получите размер молекулы воды. Требуется множество миллиардов таких молекул, чтобы получилась капля воды, точно так же, как для постройки дома нужно огромное число кирпичей.

Молекула воды. Она напоминает персик (атом кислорода), к которому прикреплены два абрикоса (атомы водорода)

 

Молекула воды похожа на персик, к которому прикреплены два абрикоса. Персик, расположенный в центре, — это атом кислорода. Два маленьких абрикоса по бокам — два атома водорода. Атом кислорода связан с каждым атомом водорода отдельной связью. Эту связь обозначают черточкой, которая соединяет центры кружков, изображающих атомы. Иногда контуры атомов опускают и рисуют такие черточки между центрами атомов, изображаемых в виде точек. (Некоторые атомы могут быть связаны друг с другом двумя или тремя связями — тогда между их центрами рисуют две или три параллельные черточки.) Такими схемами и пользуются химики.

Схема молекулы воды. Ее легко получить, соединив черточками центры атомов

 

С давних времен природа этой связи занимает воображение ученых. Немного позже мы поговорим о ней подробнее. Эта связь так прочна, что для разрыва молекулы воды нашу каплю нужно поместить в специальную печь и нагреть выше 2000°С.

1.2. Волчок и танцевальные па

Выделим из капли воды одну молекулу — например, ту, которая вылетела в воздух. Подобно волчку, она вращается вокруг своей оси с фантастической скоростью. За одну секунду она совершает множество миллионов оборотов. У молекулы-волчка есть три способа вращения, показанные на рисунке.

Молекула воды подобна волчку. Молекула-волчок может вращаться тремя способами

  ...