- •1. Основная проблема химии
- •2. История химии как закономерный процесс смены способов решения ее основной проблемы
- •3. Принцип субординации дискретных уровней развития научного знания — основной принцип классификации науки
- •4. Принцип гомологии, или принцип уплотнения научной информации, и его значение для изучения химии
- •5. Иерархия дискретных уровней научного знания — основание теории развития химии
- •Литература
- •1. Решение проблемы химического элемента
- •2. Развитие учения о периодичности и теории валентности
- •3. Решение проблемы химического соединения
- •4. Учение о составе и появление технологии основных неорганических веществ
- •Литература
- •111 Химии. Вторая концептуальная
- •1. Возникновение первых структурных представлений
- •2. Эволюция понятия структуры в химии
- •3. Конец антиномии «структура — динамика»
- •4. Новые проблемы структурной химии
- •5. Пределы структурной химии. Ограниченность химической технологии, основанной на принципах структурных теорий
- •IV о химическом процессе.
- •1. Логические основы учения о химическом процессе
- •2. Рост исследований многофакторности кинетических систем — первая и основная тенденция развития учения о химическом процессе
- •3. Химия каталитическая и химия экстремальных состояний
- •4. Исследование гидродинамических факторов
- •6. Математическое моделирование в учении о химическом процессе
- •7. Новые методы управления химическими процессами. Спиновая химия
- •Литература
- •V концептуальная система.
- •1. «Лаборатория живого организма» — идеал химиков
- •2. Изучение ферментов в русле биохимии и биоорганической химии
- •3. Пути освоения каталитического опыта живой природы
- •4. Самоорганизация химических систем — основа химической эволюции
- •5. О понятиях «организация»
- •6. О различных подходах к проблеме самоорганизации предбиологических систем
- •7. Общая теория химической эволюции и биогенеза а. П. Руденко
- •8. Нестационарная кинетика и развитие представлений об эволюции химических систем
- •9. Явления саморазвития химических систем
- •Литература
- •VI и химического производства
- •2. Особенности интенсификации развития химии как науки и производства
- •3. Возможно ли предвидение научных открытий?
- •4. Пути интенсификации химических процессов
- •5. Наиболее перспективные направления исследований в области химии экстремальных состояний
- •6. Пути интенсификации развития химии и химического производства посредством катализа
- •7. Теория химической технологии вместо «технического оформления процессов» — важный путь интенсификации химического производства
- •8. О резервах интенсификации развития химии на уровне двух первых концептуальных систем
- •Литература
- •Глава 1. Основная проблема химии '4
- •Глава 1. Возникновение первых структурных представлений . . 75
- •Глава 1. Логические основы учения о химическом процессе . . .108
- •Глава V
- •Глава VI
7. Новые методы управления химическими процессами. Спиновая химия
В научной литературе время от времени появлялись сообщения о влиянии магнитных полей на химические реакции. Но при повторных экспериментах они каждый раз не подтверждались. Более того, сама мысль о таком влиянии считалась безграмотной с теоретической точки зрения, потому что энергия взаимодействия атомов и молекул с магнитным полем ничтожно мала и составляет миллионные доли по отношению к тепловой энергии или энергии облучения, необходимой для преодоления энергетического барьера реакции.
В середине 1960-х годов была пробита первая брешь в этом прочно удерживаемом, но, как оказалось, неверном убеждении: было открыто влияние магнитного поля на фотохимические процессы в молекулярных твердых телах. В 1972 г. установлено влия-
163
те магнитного поля на химические реакции в растворах. Но и это-X) тогда оказалось еще не достаточно, чтобы наступил коренной поворот во взглядах основной массы химиков на посредничество в управлении химическими процессами магнитного поля. Признание успехов в этом совершенно неожиданном направлении развития кимии, к тому же отмеченное Ленинской премией 1986 г., пришло после того, как коллектив ученых Института химической физики Академии наук СССР и Института химической кинетики и горения Сибирского отделения Академии в составе А. Л. Бучаченко, Ю. Н. Молина, Р. 3. Сагдеева, К. М. Салихова и Е. Л. Франкевича опубликовал целую серию работ, убедительно доказавших наличие эффективного влияния даже слабых магнитных полей напряженностью 100—1000 эрстед на химические процессы.
Было установлено изменение выхода продуктов и скорости химических реакций, достигнута интенсификация излучения света органическими люминофорами, обнаружено влияние магнитного поля на проводимость органических полупроводников и фотопроводимость полимеров. Особый интерес представляет открытие воздействия магнитного поля на окислительно-восстановительные реакции, происходящие при помощи хлорофилла, и, в частности, на фотосинтез в зеленых листьях.
Второй ступенью в развитии исследований магнитного эффекта по отношению к химическим процессам было открытие воздействия на них не только внешнего магнитного поля, но и внутреннего, создаваемого ядрами реагирующих частиц в тех случаях, когда эти ядра обладают магнитным моментом. Это новое явление было названо магнитным изотопным эффектом. В отличие от классического изотопного эффекта, зависящего от масс изотопных ядер, новый эффект зависит от магнитных свойств ядер. Величина его может в десятки и сотни раз превосходить величину классического эффекта. На основе этого эффекта был разработан новый способ фракционирования изотопов, который наряду с практической задачей разделения изотопных смесей позволяет решать задачи, относящиеся к химической эволюции вещества в геологических и космогонических масштабах путем анализа изотопного состава вещества и сравнения его с расчетным составом, вычисленным по магнитному изотопному эффекту.
Еще одной ступенью в развитии исследований новейшей маг- нетохимии является изучение ее связей с квантовой радиофизикой. Дело в том, что другим важным следствием магнитного изотопного эффекта оказалось открытие принципиально нового свойства хими ческих реакций — способности генерировать электромагнитное ра диочастотное излучение или поле. В условиях самопроизвольной ге нерации продукты химической реакции обладают когерентной ядер ной намагниченностью и ведут себя как молекулярные квантовые генераторы радиочастотного диапазона с химической накачкой, т. е. как химические мазеры. .
164
Все эти и другие эффекты воздействия магнитных Полей на химические процессы были исследованы не только в экспериментальном порядке, но и теоретически. Советские ученые показали, что природа этих эффектов не может быть понята в рамках классической химической кинетики и термодинамики; она объясняется с помощью квантовой механики.
Известно, что за образование химической связи, а равно и за ее преобразование в процессе химической реакции ответственны валентные электроны атомов. Известно также, что одним из очень существенных свойств электрона является спин, или момент вращательного движения электрона, наглядно моделируемый обычно посредством маленького заряженного волчка. Но с вращательным движением заряда всегда связан замкнутый ток, образующий магнит. И, действительно, спину электрона соответствует магнитный момент, равный 0,9273-10~20 эрг-гаусс"1. Заслуга советских ученых состоит в том, что они нашли разгадку парадокса: слабые магнитные воздействия, ничтожные по энергии, оказывают могучее влияние на химические реакции, изменяя спины неспаренных валентных электронов у атомов, входящих в свободный радикал или ион-радикал, и снимая спиновые запреты. Это и открывает новые возможности управления химическими процессами не на энергетической, а на спиновой основе.
Открытие новых магнетохимических явлений вскрыло, таким образом, фундаментальную роль магнитных воздействий на активацию реагентов и механизм химических реакций и послужило основанием появления новой химической науки — спиновой химии. Сегодня это активно развивающаяся область, в исследования которой вносят свой вклад десятки лабораторий как в нашей стране, так и за рубежом. Результаты этих исследований имеют значение не только для управления химическими процессами, но и для решения специальных задач гео- и космохимии. Уже теперь они становятся фундаментом для построения магнитобиологии, призванной решать проблемы взаимодействия магнитных полей и живых систем в целях развития растениеводства, животноводства и здравоохранения. Может быть, вскоре регистрируемые так часто геофизиками магнитные бури, которые представляют угрозу дополнительного риска для лиц, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, будут использованы в качестве стимуляторов биосинтеза и ингибиторов патологических явлений.