'Изотопные' атомы дейтерия, изображенные голубыми точками, помогают распознать реакцию скручивания молекулы
Даже для разделения одной внешней электронной пары нужно придать молекуле солидное количество энергии путем нагревания по крайней мере до 500°С. Чтобы удостовериться, что реакция действительно происходит, химик заранее метит молекулу двумя атомами дейтерия, которые во всем похожи на атомы водорода: и своими волнами, и единственным электроном, — но у которых ядра тяжелее. Благодаря этим "изотопным" атомам дейтерия, можно отличить получившуюся после вращения молекулу от исходной.
4.5. Союз двух... и вечный треугольник
Вообще говоря, разделение электронной пары, будь то временное или окончательное, дело еще более трудное, чем разрыв внешней электронной пары молекулы этилена. Разводы "по-молекулярному" редки. Можно сказать, что молекулярными реакциями управляет заповедь: "Не разбивай электронных пар". В мире молекул она соблюдается строже десяти библейских заповедей.
Одиночный электрон атома хлора отрывает электрон от пары, осуществляющей связь углерода с водородом. Так, атом хлора отрывает атом водорода
Самыми прочными, противящимися разрыву являются пары, скрепляющие простой связью атомы углерода и водорода или два атома углерода. Как раз такие связи между атомами углерода и водорода существуют в молекуле метана. В самом деле, электронная пара, обеспечивающая каждую связь, прочно закреплена в очень удобной волне, и потому пребывает в состоянии полного счастья. Путем сильного нагревания мы добьемся своего, но, вероятнее всего, при этом будет разорвана вся молекула. А для того чтобы достичь цели мягким обращением, нужно использовать весьма изощренные внешние средства.
Разрыв электронной пары чаще всего происходит, как и у людей, когда ее покой нарушает третий, одинокий электрон. Если такой электрон, принадлежащий другой молекуле, оказывается поблизости от нашей пары, события развиваются стремительно. Одиночка-гурман стремится занять в паре место электрона с таким же сокровенным свойством, как и у него. Если одиночке удается вытеснить законный электрон (а так часто случается), то в атакованной молекуле связь рвется, а в напавшей молекуле образуется новая связь. Например, атом хлора может отнять у молекулы метана атом водорода и образовать молекулу хлористого водорода.
Однако следует заметить, что вместо первой пары электронов появляется другая пара — на второй молекуле, — и поэтому можно считать, что просто первая электронная пара поменялась местами с электроном-одиночкой (ведь у электронов нет собственного лица, и отличить их один от другого невозможно). А значит, заповедь не нарушена.
4.6. Электрохимия
Электрохимия — это раздел химии, разработанный английским ученым Фарадеем. Метод электрохимии дает возможность обеднять или обогащать молекулу электронами. Подведем молекулу к электроду — электрически заряженной металлической пластинке. Если электрод страдает электронным голоданием (положительно заряжен), он захочет отнять электрон у молекулы, а если он переполнен электронами (заряжен отрицательно), то захочет отдать их избыток молекуле.
Молекула ацетона
В молекуле ацетона, как и в молекуле метана, имеются связи, где электронные пары устроились основательно. Это особенно относится к связям между атомами углерода.
Подведем молекулу ацетона к электроду с недостатком электронов: один электрон покинет молекулу. Если при этом затрачено достаточно большое количество энергии, этим электроном может оказаться один из партнеров пары, обеспечивающей углерод — углеродную связь. Так как в удобной волне остался только один электрон, связь может довольно легко разорваться, и тогда образуются ацильная частица с электроном-одиночкой и обедненная электронами метильная частица[3].
Потеряв под действием электрода один из своих электронов, углерод — углеродная связь разрывается, и образуются две частицы: ацильная и обедненная метальная
В других молекулах удается добиться разрыва пары, добавляя третий электрон с электрода с избытком электронов. Этот электрон проникает в неудобную волну, принадлежащую связи, о которой идет речь. Так же как в описанном ранее случае с двумя атомами гелия, присутствие электрона-одиночки в неудобной волне разрушит прочность связи: благополучная пара распадется и связь разорвется.
3
Описанная реакция всего лишь модель, реально она происходит с молекулами, подобными молекуле ацетона.