Вісті з Російської академії наук
"Хімія - це найскладніша фізика, фізики віддали її хімікам"
Академік Бучаченко - лауреат Ленінської премії, Державної премії СРСР, один з творців нової галузі науки - фізики і хімії магнітно-спінових явищ, в 1976, спільно з Ю. М. Моліна і Р. З. Сагдеева відкрив нове явище фундаментальної важливості - магнітний ізотопний ефект, сформулював новий принцип поділу ізотопів, передбачив важливі наслідки цього ефекту для геології, геохімії, космохімії. Анатолій Леонідович Бучаченко відкрив радіовипромінювання хімічних реакцій.
Ці роботи стали основою хімічної радіофізики - нової галузі науки на кордоні хімії та радіофізики.
У доповіді академіка йшлося про надтонкий взаємодії молекул. Подібні дослідження проводяться в Сибірському відділенні РАН. Відзначимо, що це чисто російський напрямок досліджень, подібні дослідження не ведуться в інших країнах. У доповіді говориться про можливості, які відкриваються в цьому напрямі науки.
Фундаментальність фізичних проблем хімії та самостійність фізики хімічних процесів ясно усвідомлював великий фізик Р. Фейнман, висловивши це однією фразою: "Хімія - це найскладніша фізика; фізики віддали її хімікам".
"Нова земля" в хімічній науці - спінова хімія. (Частка, яку можна (а іноді навіть слід) вважати точковою, здатна "обертатися". Правильніше сказати так: така частка має власний моментом обертання, або спіном (по-англійськи spin - обертатися). Спін - незмінне, непереборні властивість частки, таке ж, як її маса і заряд.
Спінова хімія заснована на фундаментальному і універсальному принципі збереження спина в хімічних реакціях: все реакції селективні по спину - вони дозволені тільки для таких спінових станів продуктів, в яких повний спін ідентичний спину реагентів. Реакції заборонені, якщо в них потрібно змінити спін.
Спінова хімія унікальна: вона вводить в хімію магнітні взаємодії. Будучи нехтує малими по енергії, магнітні взаємодії перемикають реакцію між спін-забороненими і спін-дозволеними каналами. В кінцевому рахунку, вони контролюють хімічну реакційну здатність і пишуть новий, магнітний сценарій реакції.
Наприклад, в хімічно значимому випадку двох радикалів - частинок з неспареним, одиночним електроном і електронним спіном, спини обох електронів радикальної пари складаються. Цей стан пари нереакционноспособниє. Магнітні взаємодії змінюють спин пари, перетворюючи даний стан в реакційно, з якого народжуються продукти.
Ці взаємодії є джерелом численних магнітно-спінових ефектів в хімії: хімічно индуцированная магнітна поляризація електронів і ядер; хімічно детектується магнітний резонанс; радіовипромінювання хімічних реакцій; магнітний ізотопний ефект; мікрохвильової ізотопний ефект; спінова когерентність в хімічних реакціях; магнітно-польової ефект; спіновий каталіз.
Всі вони засновані на спиновом контролі хімічних реакцій, і цей контроль здійснюється енергетично нікчемними магнітними взаємодіями - в цьому велич і унікальність спінової хімії. Більшість ефектів в спину хімії, причому найбільш значущих, відкрито російськими вченими.
Академік Бучаченко в своїй доповіді розповів про фракціонуванні ізотопів в хімічних і біохімічних реакціях, індукованих ізотопними ефектами. Цей процес заснований на двох фундаментальних властивостях атомних ядер - масі і магнітному моменті. Класичний, мас-залежний ізотопний ефект (КІЕ) сортує ізотопні ядра по їх масам; магнітний ізотопний ефект фракционируют ядра по їх магнітним моментам. Перший символізує стару, класичну ізотопів, другий відкриває нову, магнітну ізотопів. Магнітний ізотопний ефект з'являється в реакціях, заборонених за електронною спину.
Магнітний ізотопний ефект був відкритий в 1976 р. значно пізніше класичного, мас-залежного ефекту. З тих пір він був виявлений у багатьох реакціях, для багатьох ізотопних пар і тріад.
Міе є свідчення того, що молекула народжується в спін-селективної реакції, що її "батьки" є спін-несучими, парамагнітним частинками з відкритими електронними оболонками. На відміну від класичного ефекту (КІЕ), який існує у всіх реакціях, незалежно від їх механізму, Міе - індикатор спін-селективної реакції і тому він розповідає про хімічний механізм набагато більше, ніж КІЕ.
Реакційна здатність хімічно тотожних спін-несучих реагентів сильно залежить від того, містять ці реагенти магнітні або немагнітні, бесспіновие ядра. Це означає ядерно-спіновий контроль хімічних реакцій - унікальне явище, коли магнітний момент ядра (а не його маса) управляє хімією.
Новий, магнітний ізотопний ефект значно розширює обрії класичної изотопии і тому можна говорити про изотопии нового рівня, про нову изотопии. Те, що в старій изотопии вважалося ізотопними аномаліями, тепер перетворюється в закономірність. Це відноситься, зокрема, до изотопии кисню в вуглистих хондрити - мінералах космічного походження.
Відомі й інші ізотопні аномалії, які раніше залишалися загадковими. У новій изотопии не можна ігнорувати магнетизм ядер: в ньому зберігається нова, непередбачена інформація про хімічних події; в першу чергу це відноситься до біохімії.
Синтез молекулярних енергоносіїв в живих організмах здійснюється ферментами - молекулярними машинами. Всі вони працюють тільки в присутності іонів магнію. Але якщо в ферментах замінити природний магній його чистою изотопной формою 25 М g. то виробництво енергоносіїв зростає в 2-3 рази. Це видатне відкриття послужило основою створення нових медичних засобів проти гіпоксії і серцевої недостатності.
Виступив в дебатах по доповіді академік Сергій Михайлович Алдошин зауважив: «Академік Андрєєв колись сказав, що поділ науки на області закінчується, і все науки інтегруються в одну, умовно звану фізикою. Хімія останнім часом дедалі тісніше об'єднується з фізикою ».
На завершення обговорення віце-президент РАН академік Геннадій Андрійович Місяць подякував за прекрасний доповідь і чудове виклад найскладніших проблем.