123456789
Czas, rytmy chemiczne i przyszłość chemii
Chemia jutra w pół godziny
Lucjan Piela
Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego
 

W artykule wykorzystano fragmenty książki Idee chemii kwantowej1.


Chemia to przemiany jednych związków chemicznych w drugie, przemiany zachodzące w czasie. Rozpiętość szybkości reakcji chemicznych jest gigantyczna. Najszybsze z nich zachodzą w czasie 10-15 sekundy - tyle czasu potrzeba atomom, aby poruszyły się w molekule na odległość porównywalną z długością wiązania chemicznego.2 Na przykład zmieszanie tlenu i wodoru i zainicjowanie między nimi reakcji prowadzi do niezwykle wybuchowej i niebezpiecznej reakcji powstawania wody. Najwolniejsze z reakcji chemicznych mają praktycznie zerową prędkość. Istotnie, spójrzmy na kawałek marmuru. Jego bogata struktura i paleta barw świadczy o tym, że kiedyś szalały w nim gwałtowne reakcje chemiczne, teraz ich szybkość zwolniła tak bardzo, że wydaje się, iż wszystko zastygło w bezruchu.3

Przemiany chemiczne zachodzące na przykład w probówce to rezultat ogromnej liczby reakcji elementarnych, które są katastrofami molekuł (pojedynczych lub ich par). O atomach (z których składają się molekuły) i o molekułach chemia wie całkiem sporo. W połowie XX wieku zakończył się etap poznawania podstawowego budulca chemii: rodzajów pierwiastów chemicznych (typy atomów) i typów wiązań między atomami tych pierwiastków. Teraz nadszedł czas budowania, czyli tworzenia molekularnej architektury według naszych życzeń. Ambitne to i fascynujące zadanie!

Jest jednak pewien problem. Rozedrgana i rotująca molekuła pędzi w przestrzeni i zderza się z inną molekułą. Po tym wielkim „bum” z miejsca wypadku odlatują już zupełnie inne molekuły - zaszła bowiem reakcja chemiczna. Zderzenie nie jest całkiem przypadkowe, bo zderzające się obiekty często nakierowują się na siebie wskutek wzajemnego oddziaływania (przez przestrzeń). Byłoby wspaniale, gdybyśmy umieli tak precyzyjnie nakierowywać molekuły na siebie, aby zaszła reakcja chemiczna, jakiej sobie życzymy. Cała maestria chemików polega na umiejętności rozpędzania i nakierowywania na siebie obiektów (molekuł) 10 miliardów razy mniejszych od człowieka i to bez możliwości ich dotykania.

Pogranicze między biologią, chemią i fizyką to róg obfitości problemów naukowych. Uniwersalnym językiem tych dziedzin jest lub będzie matematyka. Bezpośrednio do matematyki nawiązuje fizyka opisująca już nie wyidealizowany, lecz realny świat.4 Na drugim biegunie nauk ścisłych jest biologia, która w zawrotnym tempie poznaje swoje nowe lądy. W triadzie fizyka-chemia-biologia chemia pełni rolę pomostu. Dobrze jest od czasu do czasu sobie przypomnieć, że fizycy, chemicy i biolodzy - wszyscy badamy te same elektrony i jądra. Czasami odnosi się wrażenie, że tak nie jest, że są to trzy różne światy. W matematyce, fizyce, chemii i biologii istnieje kilka ważnych wspólnych pojęć. W każdym z tych działów jednej i niepodzielnej nauki są one czasem inaczej nazywane, ale we wszystkich odgrywają rolę wyjątkową. Chciałbym opowiedzieć o kilku takich pojęciach, które torowały sobie drogę w XX-wiecznej matematyce, fizyce, chemii i... telekomunikacji i dopiero całkiem niedawno okazało się, że mówią o tym samym. Oto w skrócie najważniejsze elementy tej układanki - zgrupowałem je w dwóch sekcjach, które nazwałem: Struktury molekularne (czyli statyka) oraz Dynamika.

123456789
powrót na górę strony
Wykład
Czas, rytmy chemiczne i przyszłość chemii
Strona
1/9
Autor
Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska