close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3500

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Молекулысимплексы
К
ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПЕЧАТАННОМУ
огда-то в журнале «Химия и жизнь» (1979, № 11) была опубликована заметка с интригующим
названием «Молекулы-симплексы, или
Загадка алкагеста». Симплекс — математический термин для обозначения
фигуры, у которой расстояния между
любыми парами вершин одинаковы.
Отрезок прямой — 1-симплекс, правильный треугольник — 2-симплекс,
тетраэдр — 3-симплекс и т. д. (таблица).
Алкагест же — гипотетический алхимический растворитель, который способен
растворять все; в заметке утверждалось,
что это гипотетическое вещество могло
существовать в пространстве более трех
измерений и иметь структуру симплекса. Действительно, объект, способный
перемещаться в более чем трехмерном
пространстве вдоль «новых» измерений,
способен в некоторых случаях покидать
замкнутые в трехмерии поверхности. А
именно — переместившись вдоль высшего измерения туда, где эта поверхность не
замкнута, и при необходимости вернувшись в точку с теми же первыми тремя координатами. Вопрос о реализации такого
эффекта сложен и в настоящее время не
решен. Обратимся пока что к более изученному вопросу — к симплексам.
Для высших симплексов в многомерных
пространствах математики вычислили все
их параметры, например угол между направлениями из центра на вершины
θ = arccos(-n-1) = 90о + arcsin(n-1).
Для n = 3 имеем знакомый всем со
школьной скамьи тетраэдрический
угол 109 градусов и 28 минут. В таблице
показаны плоский угол между направлениями из центра симплекса к любой
паре его вершин, n+1 — координационное число симплекса, n — размерность
пространства, в котором он существует.
n
1
2
Угол
180
120
Симплекс
линия
треугольник
В упомянутой заметке была сделана
попытка обобщить ряд известных молекул-симплексов — одномерный диоксид
углерода, двумерный карбонат-ион,
трехмерный метан, продлив этот ряд в
пространство с четырьмя и более измерениями. Как видим, каждый симплекс
имеет n+1 вершину в зависимости от
мерности пространства, в котором он
существует.
Но как быть с пентахлоридом фосфора
PCl5 или, скажем, с недавно выделенными солями с катионом метония СН5+, они
ведь тоже подходят под формулу АВ5?
Отвечаем: сходство только в бруттоформуле. В трехмерном пространстве не
существует молекул или ионов, которые
имели бы пять равноценных пар атомов.
У реальных соединений с брутто-формулой АВ5 (рисунок) пары атомов В всегда
неравноценны. Например, PCl5 имеет
строение тригональной бипирамиды, то
PCl5
CH5+
ICl5
109,5
тетраэдр
есть содержит три равноценных атома
хлора в вершинах треугольника и два
других, отличных от них, на его оси выше
и ниже его плоскости. Аналогично построены многие другие молекулы типа
АВ5, такие, как PF5, ClF5, IF5, AsF5, SbCl5,
газообразный VF 5. Молекула ICl 5 выглядит иначе: она имеет вид квадратной
пирамиды наподобие пирамиды Хеопса, в центре основания которой лежит
Границы симплекса
2 вершины
3 линии
Примеры веществ-симплексов
диоксид углерода О=С=О
карбонат-ион СО 3
4 треугольника
метан
H
H
4
5
6
52
104,5
101,5
99,6
пентатоп
гексатоп
гептатоп
PF4+ F-
Модели некоторых химических соединений с брутто-формулой АВ5
H
3
атом иода, а хлор занимает остальные
пять вершин. Катион метония — это, по
сути, комплекс [СН3+ H2], состоящий из
пирамидального карбокатиона СН3+ (три
равноценных атома водорода) и молекулы Н2, расположенной параллельно основанию пирамиды (то есть два других,
тоже равноценных, атома водорода).
Гипотетическая соль с тетраэдрическим
катионом тетрафторфосфония PF 4+ и
фторид-анионом F- завершает ряд соединений с брутто-формулой АВ5. Все
эти случаи показаны на рисунке. Пентафториды висмута BiF5, ванадия VF5
(в твердом состоянии), ниобия NbF5 и
тантала TaF5 представляют собой ди-,
три-, тетрамеры и полимеры. Как видим, природа находит всевозможные
решения для структуры молекул типа
АВ5, но ни в одном случае молекулысимплексы не образуются. Это еще раз
подтверждает, что наш мир трехмерен!
5 тетраэдров
6 пентатопов
7 гексатопов
H
тиотимолин Айзека Азимова
?
?
Поэтому к гипотезам о большем количестве измерений химики пока относятся
скептически.
Что же касается научно-фантастического алкагеста (алкахеста), который
способен растворить любое вещество,
то заметим, что «доказательство» невозможности существования универсального растворителя, предложенное в конце
XVII века немецким алхимиком Иоганном
Кункелем: «Если алкагест растворяет все
тела, то он растворит и сосуд, в котором
содержится; если он растворяет кремень, то он обратит в жидкость и стеклянную реторту...» — неверно. Эксперимент
можно поставить в невесомости, а можно подвесить алкагест в неоднородном
магнитном поле, воспользовавшись его
магнитными свойствами (впрочем, на
сегодня недостаточно изученными).
М.Ю.Корнилов
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
78 Кб
Теги
3500
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа