Взрывчатка из шариков

Можно ли собрать взрывчатое вещество в прямом смысле слова на коленке? Да, и без особых хлопот, но, к счастью, взрываться оно не будет, потому что состоит из пластмассовых деталек, абсолютно безопасных.

Читатели «Химии и жизни» наверняка видели или даже держали в руках такие модели: шарики, которые можно соединять палочками, изображающими химические связи. Число углублений у шарика, в которые вставляются палочки, соответствует валентности атома, у углерода их четыре, у азота три, у кислорода два. Расположены углубления так, чтобы палочки располагались под углами, соответствующими большинству реальных молекул (валентные углы). Чтобы соединить два атома углерода двойной связью, берут изогнутые палочки или гибкие пружинки. Углеродный шарик черный, водород белый, кислород красный; азот синий, хлор зеленый, сера желтая, окраска остальных элементов произвольная. Используя эти модели, химик может увидеть, как выглядит молекула, что особенно удобно в тех случаях, когда соединение пока не получено. Любят «химическое Lego» и преподаватели.

Вот учитель химии Кеннет Бур из американского Канзас-сити и предложил школьникам проявить фантазию — собрать из набора цветных шариков произвольные молекулы. Девочка по имени Клер Лайзен, стараясь получить изящную симметричную конструкцию, построила такую молекулу из атомов углерода, кислорода и азота, что Бур переслал ее фотографию по электронной почте своему приятелю, профессору химии Роберту Цёльнеру, и попросил выяснить, известно ли такое соединение.

Оказалось, что в литературе вещество не описано. Тогда профессор Цёльнер решил выяснить, каковы его свойства. Это можно сделать с помощью компьютерного моделирования. Расчет показал, что молекула напряжена, неустойчива и, скорее всего, склонна к быстрому распаду, то есть вещество может взрываться. Результаты он опубликовал в журнале «Computational and Theoretical Chemistry», включив в число соавторов и учителя, и ученицу. Таким образом, у десятилетней школьницы появилась статья в серьезном химическом журнале. Это сразу было замечено некоторыми средствами массовой информации, а в теленовостях одного из американских каналов даже показали видеоролик с участием Клер Лайзен.

История имела продолжение. В 2013 году к изучению новой молекулы подключились сотрудники исследовательской лаборатории ВВС США, которые опубликовали результаты в журнале «Propellants, Explosives, Pyrotechnics» (2013, 38, 1, 9—13; doi: 10.1002/prep.201200156). Их стараниями, во-первых, вещество, согласно номенклатуре называемое тетракис(нитратоксикарбон)метан, получило более благозвучное имя — CLL-1 (от инициалов Клер Лайзен). А во-вторых, квантовомеханический расчет электронной структуры позволил определить температуру разложения, скорость детонации и возникающее при этом давление. Значения оказались близки к тем, которые установлены для широко известного взрывчатого вещества гексогена. Но CLL-1 менее стабильно, то есть синтезировать его нет смысла.

Можно не сомневаться, что химики, изучающие взрывчатые вещества, способны нарисовать или собрать из шариков множество структур с интересными предполагаемыми свойствами. Тем не менее вариант, случайно найденный школьницей, придал всей истории привлекательность, и потому серьезные химики посчитали возможным выразить свое доброе расположение Клер Лайзен.

Все сказанное открывает простор для творчества юным химикам. Разумеется, вероятность случайно найти что-то действительно важное невелика, однако попробовать стоит. Пластмассовые наборы из цветных шариков есть далеко не во всяком кабинете химии, но существует удобная замена. В Интернете имеются в свободном доступе химические 3D-моделирующие программы, которые позволяют собирать цветные шарики-атомы, соединяя их стерженьками — химическими связями. Программа может сама подровнять молекулу, установив правильные длины связей и валентные углы, а заодно проверить, не нарушили ли вы правила валентности. Не старайтесь собирать сложное «ветвистое дерево», молекула должна быть компактной и желательно симметричной. Покажите результат знающему химику: вдруг он заинтересуется? Если же он объяснит, почему проку от вашего «продукта синтеза» не будет, в любом случае вы узнаете что-то новое.