Чтение онлайн

В начале 60-х годов приобрел известность метод вычисления электронных орбиталей молекул, предложенный молодым химиком Роальдом Хофманом. Впоследствии Хофман, работая вместе с известным химиком Робертом Бёрнсом Вудвордом, разработал правила сохранения орбитальной симметрии молекул при химических реакциях. Эти результаты были связаны с теорией пограничных орбиталей Фукуи. В последние годы Роальд Хофман занимается неорганической химией, с большим успехом применяя там свои идеи.

Научные результаты Кенити Фукуи и Роальда Хофмана сыграли большую роль в развитии химии. Их концепция об орбитальных взаимодействиях сегодня широко применяется в этой науке. Признанием крупных успехов двух исследователей явилось присуждение им в 1981 г. Нобелевской премии по химии за вклад в исследование механизма химических реакций.

В 1983 г. внимание научной общественности вновь было привлечено к этой области химии. Профессор Станфордского университета Генри Таубе был удостоен Нобелевской премии по химии за работы по исследованию механизма химических реакций с перенесением электронов, в частности при образовании комплексов металлов. Он стал сотым нобелевским лауреатом по химии.

В 60-е и 70-е годы Таубе с сотрудниками изучил множество химических реакций переноса электронов между комплексами переходных металлов в растворах.

Таубе выявил два механизма этого переноса. Впоследствии оказалось, что его опыты были упрощенной моделью различных процессов, протекающих при биохимических реакциях и окислительно-восстановительном катализе.

Особо интересным было приложение его работ к изучению образования комплексов молекулярного азота.

Такие комплексы в 1966 г. получил А.Е. Шилов. Подобные процессы, протекающие в некоторых микроорганизмах, привлекают внимание ученых, ибо их исследование даст возможность получать важные для растений соединения азота непосредственно из атмосферы.

Процессы с переносом электронов, к которым относятся и такие сложные явления, как фотосинтез и биологическое окисление (дыхание живых организмов), все больше интересуют ученых. Результаты, полученные Таубе, явились крупным вкладом в развитие биохимии и заслуженно принесли ему звание лауреата Нобелевской премии.

К середине XIX в. в органической химии было обнаружено довольно много соединений, которые, имея одинаковый состав, обладали различными химическими свойствами. Некоторые молекулы — изомеры — при одинаковом составе отличаются такими физическими характеристиками, как, например, поляризация света, проходящего через растворы, и т. д. Все это наводило на мысль, что кроме химического состава молекулы должны характеризоваться и определенной пространственной структурой. Само понятие структуры введено в химию известным русским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым, создавшим в 1861 г. теорию химического строения органических соединений и первым объяснившим явление изомерии.

И только более чем через 10 лет после этого возникла новая наука — стереохимия. Одним из ее основателей был Якоб Вант-Гофф. В 1874—1875 гг., в возрасте всего лишь 22 лет, он написал свою замечательную книгу «Химия в пространстве», где развил теорию пространственного размещения атомов в молекулах органических веществ (стереохимическая гипотеза). В то время ученый преподавал в ветеринарном училище, и некоторые его коллеги язвили, что не иначе как какой-нибудь «пегас» из конюшни училища подтолкнул его необузданную фантазию.

Стереохимическая гипотеза быстро прижилась в органической химии, и благодаря ей в XX в. были достигнуты большие успехи в описании структуры сложных органических веществ и биомолекул. Значительно медленнее эти представления проникали в неорганическую химию. Развитие этого процесса связано с именем швейцарского химика Альфреда Вер мера. По своему значёнию его деятельность сравнима с работами Вант-Гоффа. Вернер не только побудил многих химиков заняться изучением структуры молекул неорганических соединений, но и создал так называемую координационную теорию комплексных соединений.

Выделение комплексных соединений в самостоятельную группу в известной мере условно, поскольку нельзя провести четкую грань между комплексными и обычными соединениями. В «комплексах» вокруг центрального атома группируются атомы, радикалы и даже целые молекулы в количестве большем, нежели можно предположить, исходя из валентности атома. Вернер объяснил это явление, предположив, что наряду с основными валентностями, которые он назвал первичными, существуют и так называемые дополнительные, или вторичные, валентности. Сегодня это хорошо объясняется с позиций представлений об электронных конфигурациях центрального атома.

Идеи Альфреда Вернера постепенно распространились в неорганическую химию и даже проникли в органическую. Своими исследованиями пространственной структуры молекул он углубил представления о химической связи. В 1913 г. за большие заслуги в развитии химической науки Альфред Вернер был удостоен Нобелевской премии по химии.

Работы Макса фон Лауэ, Уильяма Генри Брэгга, Уильяма Лоренса Брэгга и других ученых позволили создать мощный метод исследования структуры молекул с помощью рентгеновского излучения. Крупный вклад в эти исследования внес Петер Йозеф Дебай.

В 1916 г. совместно с Паулем Шеррером Дебай разработал метод исследования структуры вещества с помощью дифракции рентгеновских лучей. В отличие от предыдущих методов метод Дебая — Шеррера позволял исследовать вещества в порошкообразном состояний, т. е. в виде очень мелких кристаллов. В том же году Дебай вместе с Арнольдом Зоммерфельдом применил квантово-механические представления для объяснения эффекта Зеемана (расщепления спектральных линий в магнитном поле) и ввел магнитное квантовое число.

Успехи в исследовании магнетизма побудили Дебая заняться изучением магнитных дипольных моментов молекул. Состоящие из различных атомов, молекулы имеют несимметричные электронные оболочки, в силу чего (как целое) они электрически заряжены и подобны маленьким магнитикам. Например, в молекуле воды более крупный атом кислорода притягивает к себе электроны, в то время как у атома водорода накапливается положительный заряд. Именно это приводит к возникновению у молекулы воды магнитного дипольного момента.

Наряду с методом рентгеновской дифракции Петер Дебай стал широко применять для исследования структуры химических соединений электронные пучки. Это произошло после того, как было установлено, что элементарные частицы обладают также и волновыми свойствами, т. е. могут порождать такие «оптические» явления, как интерференция и дифракция. Метод электронной дифракции — один из самых мощных инструментов исследования в современной химии.

За большие заслуги и разносторонний вклад в исследование молекулярных структур с помощью магнитных дипольных моментов молекул и дифракции рентгеновских лучей и электронов Петер Дебай был удостоен в 1936 г. Нобелевской премии по химии.