בימיה הראשונים של הכימיה האורגנית,
הכימאים הבינו שהמולקולות מורכבות מאטומים
המקושרים ביניהם בקשרים כימיים.
אבל המבנה התלת-ממדי של המולקולות
היה לגמרי לא ברור, מכיוון שלא היה ניתן לצפות בהן בצורה ישירה.
המולקולות יוצגו בעזרת תרשימי קישוריות פשוטים
כמו התרשים שאתם רואים כעת.
באמצע המאה ה-19, כבר היה ברור לכימאים מביני עניין
שהייצוגים השטוחים האלו לא יכולים להסביר
רבות מהתצפיות שלהם.
אך תורת הכימיה לא סיפקה הסבר מספק
למבנים התלת-ממדיים של המולקולות.
בשנת 1874, הכימאי ואן'ט הוף פרסם השערה חשובה ביותר:
ארבעת הקשרים של אטום פחמן רווי
פונים לפינותיו של ארבעון.
נדרשו יותר מ-25 שנים
עד שהמהפכה הקוונטית נתנה תוקף תיאורטי להשערה שלו.
אך ואן'ט הוף תמך בתיאוריה שלו בעזרת סיבובים אופטיים.
ואן'ט הוף הבחין שרק רכיבים שמכילים פחמן מרכזי
המחובר לארבעה אטומים או קבוצות שונות
מסובבים את מישור הקיטוב של האור.
אין ספק שיש משהו מיוחד בסוג זה של רכיבים.
התבוננו בשתי המולקולות המוצגות.
כל אחת מהן מאופיינת באטום פחמן מרכזי טטרהדרלי
המחובר לארבעה אטומים שונים:
ברום, כלור, פלואור ומימן.
נוכל להתפתות ולהסיק ששתי המולקולות זהות,
אם נעסוק רק ברכיבים שלהן.
אך נבדוק האם נוכל לחפוף בין שתי המולקולות
בצורה מושלמת כדי להוכיח שהן זהות.
אנחנו יכולים לסובב ולהזיז את שתי המולקולות
כרצוננו.
אך בכל צורה שבה נזיז את המולקולות,
נגלה שבלתי אפשרי ליצור חפיפה מושלמת ביניהן.
הביטו על הידיים שלכם.
שימו לב שבשתי הידיים שלכם יש אותם חלקים:
אגודל, אצבעות, כף יד וכו'.
בדיוק כמו שתי המולקולות שאנו חוקרים,
שתי כפות הידיים מורכבות מאותם רכיבים.
יתר על כן, המרחקים בין הרכיבים בשתי הידיים זהים.
האצבע נמצאת ליד האמה,
שנמצאת ליד הקמיצה, וכו'.
הדבר נכון גם לגבי המולקולות ההיפותטיות שלנו.
כל המרחקים הפנימיים שלהן זהים.
ולמרות הדימיון שביניהן,
הידיים והמולקולות
אינן זהות.
נסו לחפוף את ידיכם זו על גבי זו.
בדיוק כמו המולקולות שלנו,
תגלו שבלתי אפשרי לבצע זאת.
כעת, הניחו את כפות ידיכם זו כלפי זו.
נענעו את האצבעות המורות שלכם.
שימו לב שידכם השמאלית נראית כאילו
היא מביטה במראה שבצד ימין שלכם.
במילים אחרות, הידיים שלכם הן תמונות מראה.
דבר זה נכון גם לגבי המולקולות שלנו.
אנחנו יכולים להפנות אותן זו לזו
כמו במראה. לידיים שלכם - ולמולקולות שלנו -
יש תכונה מרחבית משותפת הנקראת כיראליות,
או ידנות.
כיראליות משמעותה בדיוק מה שתארנו זה עתה:
אובייקט כיראלי אינו זהה לתמונת המראה שלו.
אובייקטים כיראליים מיוחדים מאוד בכימיה ובחיי היומיום.
ברגים, לדוגמא, גם הם כיראליים.
ולכן אנו זקוקים למונחים בורג ימני ובורג שמאלי.
ותאמינו או לא, סוגי אור מסויימים
יכולים להתנהג כמו ברגים כיראליים.
בכל מישור מקטב של קרני אור לינאריות
ישנם רכיבים ימניים ושמאליים
המסתובבים יחדיו כדי ליצור את מישור הקיטוב.
מולקולות כיראליות המוכנסות לקרן אור כזו,
מגיבות באופן שונה עם שני הרכיבים הכיראליים שלה.
כתוצאה מכך, רכיב אחד של האור מואט באופן זמני
יחסית לשני. ההשפעה על קרן האור
היא סיבוב של המישור שלה לעומת המישור המקורי,
הידוע כסיבוב אופטי.
ואן'ט הוף וכימאים מאוחרים יותר הבינו שטבעם הכיראלי
של פחמנים טטרהדרליים יכולה להסביר את התופעה המרתקת הזו.
כיראליות אחראית לסוגים שונים של השפעות מרתקות נוספות
בכימיה ובחיי היומיום.
אנשים נוטים לאהוב סימטריה
וכך אם תביטו סביבכם, תגלו שאובייקטים כיראליים
שנוצרו בידי אדם הם נדירים.
אך מולקולות כיראליות נמצאות בהחלט בכל מקום.
תופעות שונות כמו סיבוב אופטי,
חיבור רהיטים על ידי הברגה,
ומחיאת כפיים
כולן כרוכות בתכונה המרחבית המסקרנת הזו.