Борис Ляпунов: Химия завтра

Математика сказала свое слово, она внесла в химию свежую струю, помогла привлечь новейшую физику для объяснения многих «каверз» органики. Теперь «приключения и опасности», а значит, и искусство органического синтеза неразрывно связаны с ультрамикроструктурой вещества. Пришлось заглянуть в самые глубочайшие недра микромира, куда раньше химики не заглядывали.

Это — уже настоящее. Машина получает сведения о свойствах атомов разных сортов. Всего несколько секунд — и она выдает ответ, предсказывая, какие вещества и с какими свойствами можно из заданных атомов создать!

Пока что машина-химик имеет дело лишь с несколькими видами атомного сырья, но и тут экономятся годы человеческого труда. Пока что она предсказывает вещества, но ведь она сможет и конструировать их по заданным ей, нужным нам свойствам, скажет, из каких атомов и как синтезировать.

Сюда надо добавить еще и физику: то, что происходит с атомами и молекулами, это и в ее ведении.

Ход реакции физика вместе с химией опишет математическим языком. Химические формулы будут выражены математически. А отсюда уже один шаг до электронной автоматики.

Математика моделирует великое множество самых различных явлений — от движения спутников до какого-либо заводского процесса.

Техника умеет создавать «электрическую картину» многих явлений, преобразуя изменения разных величин в разные электрические токи.

Она может создавать и «электрические модели» различных процессов. На языке математики многие не похожие друг на друга явления описываются совершенно одинаково.

Вместо «настоящего» явления, скажем, действия сил на летящую ракету, составляется электрическая цепь, где токи, напряжения и другие величины, с какими имеет дело электротехника, заменят определенные силы, скорости, нагрузки. То и другое явления описываются совершенно одинаковыми формулами.

А для математики безразлично, что именно мы решаем. Формулы-то ведь одни и те же. Поэтому по изменению электрических величин можно судить о других, их «заменителях», о том, что делается с ракетой, когда меняются условия полета.

Как, например, узнать, что сделать, чтобы точно выдержать заданный режим — температуру, давление, плотность? Меняются одни величины, какими же будут другие? Опять уравнение, и языком математики можно описать технологические процессы — хотя бы получения материала. И электромодель дает ответ с поразительной быстротой.

Перебрав все варианты, машина остановится на наилучшем. Она подскажет, как устроить химический реактор, как наладить его работу.

Какую же, в конце концов, ставит цель это вторжение математики и физики в химию?

Проверяя себя опытом, теория должна добыть как можно больше сведений о строении молекул. Она должна выяснить, какая существует связь между молекулярной архитектурой и свойствами самих молекул — физическими, химическими, биологическими. В далекой перспективе физика, химия, биология должны вместе нарисовать единую картину мира.

Однако молекул — и тех, что уже созданы, и тех, какие еще создадут, — фактически бесконечное множество. Если каждую из них изучать отдельно, работа окажется невыполнимой. Но для соединений удастся, вероятно, построить какую-то классификацию, установить какой-то порядок, систему. Тогда и появится возможность разобраться в безумной сложности органики и предсказать, какие новые ее детища могут появиться.

Уже сейчас раздвинулись рамки «синтетического» творчества. А потом они раздвинутся еще шире. Будут создаваться разнообразные материалы с наперед заданными свойствами, какие потребуются людям.

Творец новых веществ, химия прокладывает дорогу к неведомым сейчас тайникам превращений. Раскрываются секреты химических реакций, механизмов химических связей и всего того, что происходит с молекулами, атомами, группами атомов, ионами, электронами. И открытия, уже сделанные сегодня, прокладывают пути в будущее иной раз неожиданные и очень важные для химической практики завтрашнего дня.

Мы привыкли считать, что молекулы состоят из атомов. Но возможно ли, чтобы не атомы, а целые молекулы или ионы послужили стройматериалом тоже для молекулярного здания, только более сложной кладки?

Оказалось, что в природе существует множество таких сложных построек — комплексов. В центре — атом или ион, комплексообразователь. Это может быть и металл, и почти любой из элементов периодической системы. Вокруг него находятся связанные с ним группы атомов или ионы. Это — лиганды. Они могут располагаться в вершинах невидимых многоугольников или многогранников — квадрата или тетраэдра, куба или октаэдра и других. Связи от центрального атома могут расходиться как клешни краба или щупальца осьминога.