• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
124
Раздел: Химия
Сила слабых взаимодействий

Сила слабых взаимодействий

С именем академика В.В. Воеводского связаны широко известные работы по развитию и применению физических методов исследования в химии. В.В. Воеводский одним из первых в СССР осознал всю важность применения радиоспектроскопических методов, в особенности метода электронного парамагнитного резонанса, в химических исследованиях. Его по праву можно назвать одним из создателей новой области науки — химической магнитной радиоспектроскопии. Но разработка новых методов никогда не была для Воеводского самоцелью: ученый стремился выдвигать общие химические идеи, затрагивающие пограничные области различных наук. Одной из наиболее ярких стала идея о роли слабых взаимодействий в химии. Благодаря поразительной интуиции он предвидел появление нового направления в науке, известного сегодня как супрамолекулярная химия.

«В. В. Воеводский раньше других понял удивительную адекватность методов магнитной радиоспектроскопии химическим проблемам, адекватность, обусловленную, в конечном счете, тем, что диапазон частот, используемых в этих методах, близок к обратным временам элементарных химических актов. Он был убежден, что ход химического процесса определяют не только сильные взаимодействия, связанные с большими изменениями энергии реагирующих частиц, но и взаимодействия слабые, управляющие, влияющие на вероятность процесса, но практически не меняющие энергетического спектра» (Международный сборник памяти В. В. Воеводского, 1972).

Эти комментарии появились уже после безвременной кончины ученого. Ученики Воеводского активно включились в разработку и развитие прямых физических методов исследования слабых межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий, а также в поиск химических процессов, в которых такие взаимодействия могли бы играть решающую роль. 

1962 г. Вышла программная статья «О слабых взаимодействиях в органической химии», ставшая основой нового направления — спиновой химии

В новосибирской и московской лабораториях Воеводского был проведен обширный цикл исследований делокализации неспаренного электрона в комплексных соединениях и стабильных свободных радикалах. В дальнейшем исследования, которые осуществлялись в лабораториях Воеводского, сосредоточились на изучении процессов переноса спина (спиновый обмен) в растворах, где, как было показано, слабые взаимодействия, обусловленные делокализацией спиновой плотности, имеют важное значение. Монография, опубликованная по результатам этих работ (Spin Exchange, 1980), до сих пор широко цитируется, оставаясь теоретическим фундаментом для исследований по химии и молекулярной биологии, в которых используются спиновые зонды.

В конце 1960-х — начале 1970-х гг. были открыты новые явления, которые можно рассматривать как блестящую иллюстрацию роли слабых взаимодей­ствий в химических реакциях. Это так называемые магнитно-спиновые явления, включающие химическую поляризацию ядер и электронов, влияние постоянных и переменных магнитных полей и полей магнитных ядер на реакции свободных радикалов. В данных реакциях слабые магнитные взаимодействия оказывают «управляющее» воздействие на ориентацию электронных спинов и, следовательно, на протекание в растворах элементарного химического акта. Это направление исследований в дальнейшем получило широкое развитие и стало известно под названием спиновая химия.

Академик В. В. Воеводский:
«В современной экспериментальной и теоретической химии наблюдается повышенный интерес к взаимодей­ствиям в структурах, размеры которых велики по сравнению с межатомными расстояниями в молекулах. Речь идет о взаимодействиях, обусловленных электронным обменом или делокализацией электронов между отдельными слабо связанными центрами. Энергии этих взаимодействий, соответствующие частотам делокализации или обмена, как известно, весьма малы. Если исключить из рассмотрения тривиальный случай систем с очень большим сопряжением (конденсированные ароматические структуры, полиеновые цепочки и т. д.), то энергии взаимодействия оказываются настолько малыми (на несколько порядков меньше кТ), что они не могут сколько-нибудь существенно изменить энергетический спектр отдельных молекул. Однако даже столь слабые взаимодействия в коллективе, состоящем из достаточно большого числа молекул определенных типов, при выполнении некоторых геометрических условий могут привести к значительному изменению энергетики системы в целом, что может проявиться в возникновении новых физических свойств структуры. В макромолекулах полимеров и биополимеров, в различных конденсированных системах, на поверхности гетерогенных катализаторов элементарный химический акт, который можно формально описать через разрыв и образование лишь небольшого числа связей, в действительности нельзя, по-видимому, рассматривать в отрыве от взаимодействия с остальной структурой, в том числе с другими центрами реакции. С другой стороны, необходимо иметь в виду, что частоты слабых взаимодействий близки к частотам отдельных элементарных химических актов. По этой причине такие слабые взаимодействия могут оказывать большое влияние на химические процессы. Так, например, достаточно быстрая делокализация электрона может привести к резкому увеличению поперечного сечения реакции»*.

* Журнал Всесоюзного химического общества им. Менделеева. — 1962. — Т. VII. — № 4.




Первостепенный вклад в становление и развитие нового направления химической физики внесли отече­ственные ученые школы В. В. Воеводского, удостоенные в 1986 г. Ленинской премии за цикл работ «Магнитно-спиновые эффекты в химических реакциях».

Современные работы в области спиновой химии ведутся как за рубежом, так и в нашей стране, в том числе в СО РАН: в Институте химической кинетики и горения и в Международном томографическом центре. Все исследования координируются Международным комитетом по спиновой химии, в котором Россию представляют два новосибирских ученых. Каждые два года этот комитет проводит международные конференции в разных странах, причем делегации Сибирского отделения, как правило, самые представительные и молодые по возрасту.

Академик В. В. Воеводский умер, не дожив до 50-ти лет. Государственная премия за цикл работ «Физика и химия элементарных химических процессов» была присуждена ему посмертно. Каждые пять лет проводятся конференции, посвященные его памяти: попеременно в Москве и в Новосибирске; его имя носят улица в Академгородке, международная научная премия, премия для молодых ученых СО РАН, а также стипендия для студентов НГУ. Память об академике Воеводском увековечена на мемориальной доске, которая расположена на здании института, но главное: его мысли и идеи продолжают жить в работах его учеников.

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!

comments powered by HyperComments