Михаил Левицкий - Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Существуют таблицы, где элементы показаны именно так, как они выглядят в реальности, а элементы, названные именами ученых, представлены соответствующими портретами (рис. 9.4).

Интересна таблица, где химические элементы отмечены флагами тех стран, где они были открыты, при этом флаг России использован десять раз – это элементы № 44, 102, 104, 106, 113–118 (рис. 9.5).

В виде менделеевской таблицы изготавливают даже плакаты, где представлены, например, коллекция эстампов, портреты исполнителей музыки в стиле техно или герои популярных японских мультфильмов. Подобных примеров великое множество, впрочем, ее строгий классический вид пользуется постоянным спросом у любителей кроссвордов, поскольку в них часто упоминается какой-нибудь химический элемент.

Существует пример, когда минимальное знание химии, дополненное фантазией, привело к популярности. В работе химику часто помогают пластмассовые модели атомов, которые можно соединять палочками, играющими роль химических связей. Число углублений у шарика, в которые вставляются палочки, соответствует валентности атома: у углерода таких углублений четыре, у азота – три, у кислорода – два. Расположены они таким образом, чтобы соединяющие палочки располагались под теми углами (так называемые валентные углы), которые соответствуют большинству реальных молекул. Для соединения двух атомов углерода двойной связью используют изогнутые палочки либо гибкие пружинки (рис. 9.6).

Для окраски наиболее употребимых элементов используют цвета, ставшие общепринятыми: углерод – черный, водород – белый, кислород – красный, азот – синий, хлор – зеленый, сера – желтая. Окраска остальных элементов произвольная. Используя эти модели, можно увидеть, как именно выглядит молекула, что особенно удобно в тех случаях, когда соединение пока не получено.

Преподаватель химии Кеннет Бур из г. Канзас-Сити, США, предложил пятиклассникам собрать из набора цветных шариков произвольные молекулы. Школьница Клер Лайзен, стараясь получить изящную симметричную конструкцию, неожиданно собрала интересную молекулу, состоящую из атомов углерода, кислорода и азота (рис. 9.7).

Преподавателю эта молекула показалась интересной, и он переслал по электронной почте снимок полученной конструкции своему приятелю – профессору химии Роберту Цельнеру – с просьбой выяснить, известно ли такое соединение химикам. Оказалось, что такое соединение в литературе не описано, однако профессор Цельнер на этом не остановился. Он решил выяснить ожидаемые свойства этого вещества. Такое возможно, поскольку компьютерное моделирование позволяет определить некоторые свойства неполученных еще веществ. И в итоге установил, что молекула напряжена, неустойчива и, скорее всего, склонна к быстрому распаду, что позволяет рассматривать ее в перспективе как новое взрывчатое вещество. Результаты он опубликовал в научном журнале Computational and Theoretical Chemistry («Вычислительная и теоретическая химия»), включив в число соавторов преподавателя химии Кеннета Бура, а также его ученицу Клер Лайзен. Таким образом, у десятилетней школьницы появилась статья в серьезном химическом журнале. Это заметили некоторые средства массовой информации, в теленовостях одного из американских каналов был даже показан видеоролик с участием Клер Лайзен, где также упомянули публикацию в журнале. В конце 2014 г. об этом факте рассказали некоторые российские СМИ, и известность Клер Лайзен вышла за пределы США.

В описанном событии присутствует некоторая доля мягкой улыбки: серьезное открытие не состоялось, но участие школьницы в этой истории сделало ситуацию рекламно заметной, теплой и доброжелательной.

Еще одна забавная деталь: некоторые журналисты в комментариях к событию отметили, что школьница предложила новый химический аккумулятор энергии. Этим термином обычно обозначают предмет, который постепенно отдает накопленную энергию по мере необходимости, но взрывчатое вещество аккумулятором энергии, как правило, не называют.

История имела продолжение: спустя некоторое время к изучению новой молекулы подключились сотрудники научно-исследовательской лаборатории ВВС США, которые опубликовали результаты в журнале Propellants, Explosives, Pyrotechnics («Ракетное топливо, взрывчатые вещества, пиротехника»). Они подробнее изучили ожидаемые свойства нового вещества, причем предложили для него сокращенное обозначение CLL-1 (первые буквы имени и фамилии Клер Лайзен в английском написании). С помощью расчетов удалось определить температуру разложения, скорость детонации и возникающее при этом давление. Значения оказались близки к тем, которые установлены для широко известного взрывчатого вещества гексогена, но CLL-1 имеет более низкую стабильность.

Можно не сомневаться, что химики, изучающие взрывчатые вещества, способны нарисовать или собрать из шариков множество структур с интересными предполагаемыми свойствами, и потому едва ли кто-то начнет синтезировать молекулу, собранную К. Лайзен из шариков, поскольку очевидных преимуществ у этого соединения нет. Тем не менее вариант, случайно найденный школьницей, придал истории привлекательность, и потому серьезные химики посчитали возможным сделать приветливый жест, выразив свое доброе расположение Клер Лайзен.

Все рассказанное открывает простор для творчества. Разумеется, случайно найти что-то действительно важное маловероятно, однако попробовать все же стоит. Пластмассовые наборы из цветных шариков довольно редки в химических кабинетах, но существует удобная замена. В интернете имеются в свободном доступе химические 3D-моделирующие программы, которые позволяют собирать цветные шарики – атомы, соединяя их стерженьками – химическими связями (рис. 9.8).

Программа может сама подравнять молекулу, установив правильные длины связей и валентные углы. Только не забывайте поглядывать в учебник, чтобы соблюдать правила валентности: например, к углероду можно присоединять четыре палочки, но не пять или шесть. Не старайтесь собирать сложное «ветвистое дерево», молекула должна быть компактна и, желательно, симметрична. Покажите результат преподавателю химии, и, как знать, может быть, вас ждет известность не меньшая, чем у американской школьницы.