Занимательно о химии

У алмаза они лежат в вершинах геометрической фигуры, именуемой тетраэдром. Атомы связаны здесь чрезвычайно прочно. Потому алмаз и отличается небывалой твердостью.

Атомы углерода в графите, напротив, имеют плоскостное расположение. Отдельные же плоскости связаны между собой довольно слабо. Благодаря этому графит мягок и легко расслаивается на чешуйки.

О строении сажи много спорили. Долгое время господствовало мнение, что сажа не является кристаллическим веществом. Ее рассматривали как аморфную разновидность углерода. И вот сравнительно недавно выяснилось: графит и сажа практически одно и то же. Их молекулярное устройство одинаково. Итак, остались алмаз и графит. Третьего не дано.

Ученые, однако, задались целью искусственно создать третью разновидность углерода. Задача формулировалась следующим образом.

В алмазе и графите цепочки атомов углерода замкнутые, хотя и по-разному расположены в пространстве. Но нельзя ли заставить углеродные атомы вытянуться в длинную линейную цепочку? Иными словами, нельзя ли получить полимерную молекулу, состоящую только из углеродов, расположенных на одной прямой?

Для изготовления любого химического продукта требуется исходное сырье. Для получения «углерода номер 3» выбор такого сырья однозначен.

Начальным продуктом может быть только ацетилен — соединение двух атомов углерода и двух атомов водорода, С₂Н₂.

Почему ацетилен? Да потому, что в его молекуле с атомами углерода связано наименьшее из возможных количество водородных атомов. А лишние водороды оказались бы помехой для синтеза.

У ацетилена есть еще одна особенность: он, как говорят химики, весьма реакционноспособен. Атомы углерода связаны в его молекуле тремя химическими связями (Н—СС—Н), причем две из них сравнительно легко разрываются и могут быть использованы на соединение с атомами других молекул, например, того же ацетилена.

Итак, первый шаг задуманного: из мономера — ацетилена приготовить полимер — полиацетилен.

Попытка эта не первая. Еще в прошлом веке немецкий химик Байер пытался провести такую реакцию. Но единственно, чего достиг, — получил учетверенную молекулу ацетилена — тетраацетилен. Однако она оказалась феноменально непрочной. Этим путем шли и другие химики разных стран. Увы, результаты их работ приносили лишь разочарование.

Только могущественные методы органического синтеза наших дней позволили, наконец, получить полиацетилен. Его родиной стал Советский Союз. Наши ученые создали новый класс органических соединений, так называемые полиины. Новорожденные вещества сразу нашли практическое применение, оказавшись превосходными полупроводниками.

Теперь предстоял второй шаг на пути к синтезу третьей разновидности углерода: изгнание из молекулы полиацетилена атомов водорода. Так, чтобы сохранилась цепочка из одних углеродов.

Процесс, с помощью которого хотели выгнать водородные атомы, на языке химиков носит длинное и нудное название — окислительная дегидрополиконденсация. Не будем вдаваться в объяснение сути процесса. В лабораторных дневниках его описание заняло десятки страниц, ибо освободить полиацетилен от водорода оказалось весьма непросто. Многие опыты кончались неудачей.

И все-таки советские ученые достигли блестящего успеха!

…Невзрачный, напоминающий сажу, черный порошок. Химический анализ показал: на 99 процентов он состоит из чистого углерода. На девяносто девять, но пока еще не на все сто.

Собственно, на пути к полной победе предстоит сделать еще один шаг. Нужно избавиться от этого пресловутого процента водорода. Именно он мешает углеродным атомам собраться в едином ровном строю, вытянуться в параллельные цепочки. Именно он последнее препятствие на пути к «углероду номер 3».

Синтезированную «почти третью» разновидность углерода химики назвали карбином. Он уже продемонстрировал свои удивительные способности. Прекрасный полупроводник, обладает фотоэлектрическими свойствами и потрясающе устойчив к нагреванию: полторы тысячи градусов для него ничто!

И мы уверены, недалеко время, когда «стопроцентный» карбин станет реальностью.

Кое-что о комплексных соединениях

Много великих химиков жило и творило в девятнадцатом столетии. Но трое из этого блестящего созвездия ученых — химики величайшие. Они сделали для своей науки больше чем кто бы то ни было. Они заложили основу современной химии.

Это Дмитрий Иванович Менделеев, открывший периодический закон и периодическую систему элементов.

Александр Михайлович Бутлеров, создавший теорию строения органических соединений.

Третий — немецкий химик Альфред Вернер. Его открытие умещается всего в два слова: «координационная теория». Оно — целая эпоха в развитии неорганической химии.

…Все началось с того, что химики стали изучать, как металлы взаимодействуют с аммиаком. Они брали обычную соль, например хлористую медь. Добавляли нашатырного спирта. Раствор выпаривали. Получали красивые сине-зеленые кристаллы. Анализировали их. Вещество имело простой состав, но эта простота оказывалась загадочной.

Формула хлористой меди — CuCl₂. Здесь медь двухвалентна, все предельно ясно. Кристаллы «аммиачного» соединения тоже устроены не бог весть как сложно: Cu(NH₃) ₂Cl₂.

Но благодаря каким силам две молекулы аммиака прочно и надежно связываются с атомом меди? Ведь обе ее валентности израсходованы на связь с атомами хлора. Выходит, в этом соединении медь должна быть четырехвалентной?

А вот другой пример, аналогичное кобальтовое соединение Co(NH₃) ₆Cl₃. Кобальт, типичный трехвалентный элемент, здесь девятивалентен?!

Такие соединения синтезировались во множестве, и каждое из них представляло собой мину замедленного действия, заложенную в фундамент здания теории валентности.

Концы не сходились с концами. У многих металлов обнаруживались валентности совершенно необычные.

Альфред Вернер объяснил это странное явление.

Он полагал так: атомы, после того как насытили свои обычные, законные валентности, могут проявлять еще валентности дополнительные. Скажем, медь, затратив две основные валентности на атомы хлора, изыскивает две дополнительные для присоединения аммиака.

Соединения, подобные Cu(NH₃)₂Cl₂, называют комплексными. Здесь комплексным является катион [Cu(NH₃)₂]²⁺. Во многих веществах сложное строение у аниона, например у K₂[PtCl₆] комплексный анион [PtCl₆]^2–.

Но сколько побочных валентностей может проявлять металл? Это количество определяется величиной координационного числа. Наименьшее его значение равно 2, наибольшее — 12. Так, в аммиачном соединении меди оно 2. Именно столько молекул аммиака присоединено к медному атому.

Загадка необычных валентностей была решена. Родился новый раздел неорганической химии — химия комплексных соединений.

Их ныне известно великое множество, более сотни тысяч. Их изучают во всех химических институтах и лабораториях мира. Ими интересуются не только химики-теоретики, которые хотят знать, как что устроено и почему так устроено.

Без комплексных соединений нет жизни. Ведь и гемоглобин, важная составная часть крови, и хлорофилл, основа жизнедеятельности растений, — комплексные соединения. Многие ферменты и энзимы устроены «по-комплексному».

Аналитики с помощью комплексных соединений проводят сложнейшие анализы самых различных