Чудесная молекула: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

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

В это же время и тоже с очень большой скоростью, но все же в тысячу раз меньшей атомы молекулы воды совершают свой непрерывный танец: они немного удаляются друг от друга, приближаются, раскланиваются друг с другом и снова расходятся. При этом обе связи между атомом кислорода и атомами водорода сжимаются, потом растягиваются, как рессоры, а угол, образуемый этими связями, то увеличивается, то уменьшается. Так молекула воды непрерывно деформируется, следуя предустановленной гармонии. Все три атома действуют заодно, и их движения великолепно скоординированы.

В молекуле воды атомы совершают три разных танца: в первом танце связи между ними согласованно растягиваются и сжимаются; во втором — одна связь сжимается, другая растягивается; третий танец — это 'соло угла'

Атомы могут танцевать три разных танца. В первом танце обе связи одновременно растягиваются, во втором — одна связь удлиняется, а другая сокращается. Третий танец — настоящее "соло угла": молекула раскрывается и закрывается, как веер.

1.3. Детский конструктор из атомов

Для постройки молекул больше всего пригоден атом углерода. Ведь он может соединяться четырьмя различными связями с четырьмя другими атомами, причем каждая связь очень прочна. Благодаря этому в природе возможно создание молекул в пространстве по образцу детского конструктора. Из атомов углерода составлены каркасы ("скелеты") всех молекул органического мира: и молекул тела человека, и молекул растений, и молекул нефти.

Молекула метана. В вершинах тетраэдра расположены четыре атома водорода, а его центр занимает атом углерода

В семье органических молекул самая простая молекула состоит из одного атома углерода, связанного с четырьмя атомами водорода. Это молекула метана, которая имеет форму правильного тетраэдра и похожа на пакет молока. Углеродные скелеты могут принимать и другие формы: одни растянуты в виде цепей, другие складываются более компактно — в призмы или кубы.

Молекула паракарборана образует икосаэдр

Атом бора способен окружать себя еще большим числом соседей, поэтому формы его соединений еще более разнообразны, чем у углерода. Он образует великолепные пространственные фигуры. Например, молекула паракарборана с десятью атомами бора и двумя атомами углерода представляет собой икосаэдр с двенадцатью вершинами.

1.4. Молекулы-сэндвичи

Молекула гексакарбонила хрома образует октаэдр

Совершенно иные геометрические фигуры образуются вокруг атомов металлов: хрома, железа, никеля. Они стремятся окружить себя достаточно большим числом атомов-соседей: иногда четырьмя, расположенными в одной плоскости, а чаще шестью, для того чтобы получился октаэдр, как, например, в молекуле гексакарбонила хрома. Число соседей и направление связей зависят главным образом от природы центрального атома.

Супермолекула ферроцена имеет форму сэндвича

В некоторых случаях даже небольшие молекулы, не устойчивые сами по себе, прикрепляясь к атому металла, дают устойчивое сооружение. Например, два остатка органической молекулы циклопентадиена (они содержат на один атом водорода меньше и называются циклопентадиенилами) с пятиугольными скелетами из атомов углерода могут прикрепиться с двух сторон к атому железа. Образовавшаяся при этом супермолекула, которую называют ферроцен, похожа на сэндвич. Этот бесконечно малый мир вообще похож на мир, созданный руками человека, и даже превосходит его по фантазии.

Скелет молекулы трис-циклопентадиенилдиникеля по форме представляет собой двойной сэндвич (в этой молекуле не хватает отрицательно заряженной частицы, следовательно, она несет положительный заряд)