Чудесная молекула - страница 5

Схематическое изображение молекул аспирина и новокаина. Молекула эфира

Некоторые полезные молекулы изменили наш образ жизни, например молекулы смол и пластмасс. Другие способствовали прогрессу в медицине. Кому не приходилось глотать молекулы аспирина? Кому не делали обезболивания при помощи эфира или новокаина! Молекулы эфира могут моментально проникать в нервные клетки и нарушать их работу. При вдыхании этих молекул мы теряем сознание. А молекулы новокаина, попадая в наш организм, вмешиваются в движение электрически заряженных частиц и мешают нервным клеткам проводить электрический сигнал, который нужен для нервного импульса. Сигнал о боли больше не достигает мозга. Таким способом молекулы новокаина и многих подобных ему веществ оказывают восстановительное и успокаивающее действие.

Возьмите медную проволоку, кусочек сахара. Каково взаимоотношение между этой проволокой и атомами меди, между куском сахара и молекулой сахарозы?

Те, кому приходилось путешествовать, хорошо знают, что в тщательно упакованном чемодане умещается гораздо больше вещей, чем в чемодане, где вещи набросаны в беспорядке. И будь то круглые мячи, подобно атомам меди, или овальные мячи, как довольно плоские молекулы сахарозы, их нужно очень тщательно укладывать, чтобы плотнее заполнить чемодан. Похоже, что природа сама знает этот закон: так она складывает миллионы миллиардов атомов меди один за другим. Этот великолепный чемодан атомов меди мы и наблюдаем в виде маленькой медной проволоки. Значит, проволока-это скопление огромного числа атомов. И кусок сахара — тоже скопление великого множества молекул сахарозы, похожих, как сестры-близнецы.

Упаковка атомов меди в медной проволоке (фрагмент): 8 атомов меди образуют куб, в центре граней которого расположены еще 6 атомов меди и т. д. до бесконечности

Таким образом, медную проволоку или кусок сахара мы можем видеть невооруженным глазом именно благодаря тому, что они состоят из огромного числа атомов и молекул. То же самое можно сказать про все вещества, которые нас окружают: дерево, бумагу, ткань, металл. Когда вы от куска сахара отщепляете маленькую крупицу, знайте, что вы отщепляете такое огромное число молекул, для которого в нашем языке нет соответствующего слова!

Основной фрагмент структуры алмаза. Каждый атом углерода связан с четырьмя другими, находящимися в вершинах тетраэдра

Наверное, вам случалось любоваться алмазом в перстне. В чем секрет исключительной твердости этого камня? Он заключается в том, что при упаковке между атомами возникает очень много связей. Если атомы углерода уложены так, что каждый из них окружен четырьмя другими (при этом, как в случае молекулы метана, образуется тетраэдр), то все атомы оказываются связанными между собой. Построенное таким способом твердое вещество и есть не что иное, как наш великолепный камень. Любое испытание на твердость алмазу нипочем. И когда вы берете в руки алмаз, знайте, что берете одну гигантскую молекулу. Попробуйте его поскрести: вы не сможете отделить ни единого атома!

Основной фрагмент структуры стекла. Каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, расположенными в вершинах тетраэдра. Но каждый атом кислорода при этом связан лишь с двумя атомами кремния

Свойства твердого тела, получаемого при упаковке атомов, определяются главным образом природой атомов и числом образуемых связей. Например, заменим атом углерода в скелете алмаза на атом кремния и окружим его четырьмя атомами кислорода. Каждый атом кислорода может образовать связь всего лишь с двумя атомами кремния, поэтому сооружение получается более гибкое и менее компактное. Тут можно найти цепи разных размеров из сцепленных атомов кремния и кислорода. В таком кремний — кислородном чемодане, упакованном быстро и без особой тщательности, порядка значительно меньше, чем в алмазе. А невооруженным глазом мы видим... стекло! Если же такой чемодан собирать очень медленно и тщательно, мы получим... кварц.