Chiralność - co to i czemu igra z moimi cząsteczkami? - Michael Evans

Pogłąb swoją wiedzę o właściwościach cząsteczek dzięki tej pochłaniającej lekcji o chiralności. Sekretem do zrozumienia tego dziwnego podobieństwa dwóch cząsteczek, które są prawie identyczne, są Twoje ręce.

Lekcję prowadzi Michael Evans, animacja wykonana przez Safwat Saleem oraz Qa'ed Tung.

W początkowych latach chemii organicznej

chemicy rozumieli,
że cząsteczki zrobione są z atomów

połączonych wiązaniami chemicznymi.

Niestety trójwymiarowy
kształt cząsteczek był niejasny,

bo nie dały się bezpośrednio obserwować.

Cząsteczki przedstawiano za pomocą
prostych wzorów strukturalnch

podobnych do tego, który tu widzimy.

Było jasne dla chemików
z połowy XIX wieku,

że płaskie odzwierciedlenia
nie mogą wytłumaczyć

wielu z ich obserwacji,

ale teoria chemii nie dawała
wystarczającego wyjaśnienia

dla trójwymiarowych struktur cząsteczki.

W 1874 roku chemik van 't Hoff
opublikował zadziwiającą hipotezę:

cztery nasycone wiązania węgla

wskazują na wierzchołki tetraedru.

Dopiero po 25 latach rewolucja kwantowa

wyjaśniła to zjawisko za pomocą teorii.

Van 't Hoff podparł swoja teorię
skręcalnością optyczną.

Vant 't Hoff zauważył, że związki,
które zawierają centralny atom węgla

związany z czterema różnymi atomami
lub grupami atomów

skręcają liniowo
spolaryzowaną wiązkę światła,

co wskazywało na wyjątkowość
tej klasy związków.

Popatrz na te dwie cząstki.

Obie charakteryzują się
centralnym atomem węgla

w geometrii tetraedrycznej

powiązanym z czterema różnymi atomami:

bromu, chloru, fluoru i wodoru.

Można by twierdzić,

że te dwie cząsteczki są takie same,

jeżeli brać pod uwagę jedynie ich skład.

Jednak spróbujmy
idealnie nałożyć je na siebie,

żeby sprawdzić,
czy naprawdę są takie same.

Możemy dowolnie obracać
i przekładać każdą z cząsteczek.

Okazuje się jednak,

że bez względu na przesunięcie,

nie da się ich idealnie nałożyć.

Teraz popatrz na swoje ręce.

Obie dłonie składają się
z tych samych części:

kciuka, palców, dłoni i tak dalej.

Tak samo jak nasze dwie molekuły,

obie dłonie mają te same składniki.

Odległości między składnikami ręki
też są takie same.

Palec wskazujący jest obok środkowego,

a ten obok palca serdecznego.

To samo widać w hipotetycznej cząsteczce.

Wszystkie wewnętrzne odległości
są takie same.

Pomimo podobieństw

ani ręce ani nasze molekuły

na pewno nie są takie same.

Spróbuj nałożyć dłonie jedna na drugą.

Tak samo jak w przypadku cząsteczek,

zauważysz, że to niewykonalne.

Teraz skieruj dłonie tak,
aby były naprzeciwko siebie.

Poruszaj palcami wskazującymi.

Zauważ, że lewa dłoń wygląda,
jak lustrzane odbicie prawej.

Innymi słowy,
dłonie są obrazami lustrzanymi.

To samo możemy powiedzieć
o naszych cząsteczkach

Możemy je obrócić tak,

aby jedna przypominała
lustrzane odbicie drugiej.

Twoje ręce i nasze cząsteczki

posiadają własność przestrzenną
zwaną chiralnością

lub skrętnością.

Chiralność jest dokładnie tym,
co przed chwilą opisaliśmy:

obiekt chiralny i jego odbicie
nie są identyczne.

Przedmioty z chiralnymi właściwościami

spotyka się w chemii i w prawdziwym życiu.

Na przykład: śruby są chiralne.

Dlatego mamy śruby prawo- i lewoskrętne.

Możesz temu wierzyć lub nie,
ale pewne rodzaje światła

też zachowują się jak skrętne śruby.

W liniowym, spolaryzowanym świetle

możemy wyróżnić prawo-
i lewoskrętne części,

których wspólna rotacja
tworzy polaryzację liniową.

Chiralne cząsteczki
poddane działaniu takiego światła

inaczej reagują
na różne rodzaje skrętności.

W efekcie jeden składnik światła

chwilowo zwalnia w stosunku do drugiego,

skutkiem czego następuje

rotacja płaszczyzny
polaryzacji wiązki światła,

znanej także jako skręcalność optyczna.

Van 't Hoff i jego następcy
uzmysłowili sobie, że chiralna natura

tetraedrycznych węgli może
tłumaczyć to fascynujące zjawisko.

Chiralność odpowiada też
za inne ciekawe zjawiska

w chemii i w życiu codziennym.

Ludzie uwielbiają symetrię,

więc chiralność rzadko występuje

w rzeczach zrobionych przez człowieka.

Lecz chiralne cząsteczki
są praktycznie wszędzie.

Zjawiska takie jak skręcalność optyczna,

skręcanie mebli,

czy klaskanie,

wszystkie wymagają tej
intrygującej własności przestrzennej.