{"id":6371,"date":"2018-10-27T10:32:35","date_gmt":"2018-10-27T08:32:35","guid":{"rendered":"http:\/\/naukowy.blog.polityka.pl\/?p=6371"},"modified":"2018-10-27T12:07:01","modified_gmt":"2018-10-27T10:07:01","slug":"ai-laurie-lantar-lassi-surinen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/2018\/10\/27\/ai-laurie-lantar-lassi-surinen\/","title":{"rendered":"Ai lauri\u00eb lantar lassi s\u00farinen"},"content":{"rendered":"

\"\"Ach, niczym z\u0142oto sp\u0142ywaj\u0105 li\u015bcie z wiatrem<\/em> \u2013 tymi s\u0142owami zaczyna si\u0119 pie\u015b\u0144, kt\u00f3r\u0105 Galadriela \u017cegna Froda i reszt\u0119 Dru\u017cyny Pier\u015bcienia w pierwszej cz\u0119\u015bci W\u0142adcy Pier\u015bcieni. Tak zaczyna si\u0119 „Nam\u00e1ri\u00eb” (\u017begnaj), najd\u0142u\u017cszy tekst napisany w stworzonym przez Tolkiena sztucznym j\u0119zyku quenya. Zaczyna si\u0119 jesie\u0144, misja hobbita przypadnie na zim\u0119, a wiosn\u0105 zacznie si\u0119 upadkiem Saurona kolejna, Czwarta Era Ziemi. Na razie cz\u0142onkowie Dru\u017cyny Pier\u015bcienia opuszczaj\u0105 Z\u0142ocisty B\u00f3r Lothl\u03ccrien poro\u015bni\u0119ty wielkimi drzewami mellornami o srebrnych pniach i z\u0142otych li\u015bciach. A w\u0142a\u015bnie czemu li\u015bcie s\u0105 z\u0142ote?
\n
\nNawet obecnie, tysi\u0105clecia po wyniesieniu si\u0119 opiekuj\u0105cych si\u0119 mellornami elf\u00f3w za zachodnie morze, drzewa naszej strefy klimatycznej jesieni\u0105 przybieraj\u0105 inne ni\u017c wcze\u015bniej barwy li\u015bci: \u017c\u00f3\u0142te, z\u0142ote, pomara\u0144czowe, czerwone. Sk\u0105d si\u0119 one bior\u0105?<\/p>\n

Najprostsza odpowied\u017a, kt\u00f3rej ucz\u0105 w szkole, jest taka, \u017ce zielony barwnik, chlorofil, nadaj\u0105cy barw\u0119 li\u015bciom wiosn\u0105 i latem, ulega jesieni\u0105 rozk\u0142adowi, przez co inne barwniki (karoteny, ksantofile) zaczynaj\u0105 by\u0107 widoczne. No dobrze, ale sk\u0105d bierze si\u0119 ich barwa? Sk\u0105d bierze si\u0119 pomara\u0144czowa barwa marchwi czy innych ro\u015blin?<\/p>\n

Og\u00f3lnie barwa danej substancji wynika z jej budowy chemicznej (istniej\u0105 pewne wyj\u0105tki, gdy barw\u0119 \u0142atwiej wyja\u015bni\u0107 procesami czysto fizycznymi, tzw. barwy strukturalne na skrzyd\u0142ach motyli). R\u00f3\u017cne substancje poch\u0142aniaj\u0105 b\u0105d\u017a odbijaj\u0105 r\u00f3\u017cne d\u0142ugo\u015bci fali elektromagnetycznej.<\/p>\n

We\u017amy pod lup\u0119 karotenoidy, jak karoten marchwi, ale i cz\u0119\u015b\u0107 barwnik\u00f3w li\u015bci drzew. Z chemicznego punktu widzenia s\u0105 to w\u0119glowodory, maj\u0105 w cz\u0105steczce zwykle 40 atom\u00f3w w\u0119gla (nieprzypadkowo s\u0105 terpenami) i sporo wi\u0105za\u0144 podw\u00f3jnych. Skomplikowane? Zapewne. Zacznijmy od czego\u015b prostszego.<\/p>\n

Eten (etylen), H2C=CH2. Pomi\u0119dzy dwoma atomami w\u0119gla mamy wi\u0105zanie podw\u00f3jne. A wi\u0119c \u0142\u0105czy je \u201ezwyk\u0142e\u201d wi\u0105zanie C-C tworzone przez orbitale sp2, przenikaj\u0105ce si\u0119 czo\u0142owo i tworz\u0105ce nowy orbital oznaczany liter\u0105 \u03c3. Wszystkie atomy le\u017c\u0105 w jednej p\u0142aszczy\u017anie, a nad i pod ni\u0105 le\u017c\u0105 na kszta\u0142t balon\u00f3w obszary, w kt\u00f3rych przebywaj\u0105 elektrony tworz\u0105ce kolejne wi\u0105zanie: \u03c0.<\/p>\n

To teraz rozwa\u017cmy buta-1,3-dien, czyli zwi\u0105zek o czterech atomach w\u0119gla i dw\u00f3ch wi\u0105zaniach podw\u00f3jnych rozdzielonych pojedynczym: H2C=CH-CH=CH2. Wydawa\u0142oby si\u0119 \u2013 nic niezwyk\u0142ego, wi\u0105zania jak w etanie i etenie. No dobrze, przeprowad\u017amy do\u015bwiadczenie, poddajmy ten zwi\u0105zek reakcji addycji, czyli przy\u0142\u0105czenia czego\u015b, np. cz\u0105steczki bromu Br2. Brom przy\u0142\u0105cza si\u0119 do etenu, tworz\u0105 1,2-dibromoetan. Upraszczaj\u0105c, wi\u0105zanie podw\u00f3jne p\u0119ka i atomy bromu przy\u0142\u0105czaj\u0105 si\u0119 do obu atom\u00f3w w\u0119gla. To teraz przy\u0142\u0105czenie jednej cz\u0105steczki bromu do buta-1,3-dienu. Co powstanie? 3,4-dibromobut-1-en, H2C=CH-CHBr-CH2Br. Ale nie b\u0119dzie to g\u0142\u00f3wny produkt. W wi\u0119kszej ilo\u015bci powstanie co\u015b innego: BrH2C-CH=CH-CH2Br. Nazywa si\u0119 to 1,4-dibromobut-2-en, je\u015bli to kogo\u015b interesuje. Co w tym niezwyk\u0142ego? Bromy przyczepi\u0142y si\u0119 do atom\u00f3w w\u0119gla 1 i 4 (specjalnie wybra\u0142em brom, bo ma du\u017ce atomy, kt\u00f3re z du\u017c\u0105 trudno\u015bci\u0105 mieszcz\u0105 si\u0119 przy sobie i efekt jest wyra\u017aniejszy). Wi\u0105zanie podw\u00f3jne… przedzierzgn\u0119\u0142o si\u0119 i le\u017cy teraz mi\u0119dzy atomami 2 i 3. Jakim cudem?<\/p>\n

Dwa wi\u0105zania podw\u00f3jne rozdzielone pojedynczym maj\u0105 elektrony na orbitalach \u03c0, le\u017c\u0105cych nad i pod p\u0142aszczyzn\u0105 wyznaczan\u0105 przez j\u0105dra atom\u00f3w w\u0119gla. Orbitale te powstaj\u0105 przez boczne nak\u0142adanie si\u0119 orbitali p. Skoro orbitale takie mog\u0105 nak\u0142ada\u0107 si\u0119 od strony jednego boku, to mog\u0105 si\u0119 nak\u0142ada\u0107 i od strony drugiego. W efekcie dochodzi do cz\u0119\u015bciowej delokalizacji elektron\u00f3w, czyli cz\u0105steczka zachowuje si\u0119 tak, jakby nie wszystkie elektrony przypisane by\u0142y do konkretnych wi\u0105za\u0144 pomi\u0119dzy jednym a drugim atomem, tak jakby pomi\u0119dzy atomami 2 i 3 by\u0142o cz\u0119\u015bciowo wi\u0105zanie podw\u00f3jne, a mi\u0119dzy 1 i 2 oraz 3 i 4 cz\u0119\u015bciowo pojedyncze. Nie mo\u017cna tego przedstawi\u0107 na rysunku na jednym wzorze strukturalnym, zazwyczaj rysuje si\u0119 kilka odpowiadaj\u0105cych mo\u017cliwym do przedstawienia strukturom, m\u00f3wi\u0105c, \u017ce w\u0142a\u015bciwa budowach cz\u0105steczki le\u017cy \u201egdzie\u015b pomi\u0119dzy\u201d. Okre\u015bla si\u0119 j\u0105 jako hybryd\u0119 rezonansow\u0105.<\/p>\n

Gdyby\u015bmy wzi\u0119li sze\u015b\u0107 atom\u00f3w w\u0119gla po\u0142\u0105czonych na przemian wi\u0105zaniami podw\u00f3jnymi i pojedynczymi (tzw. wi\u0105zania sprz\u0119\u017cone) na kszta\u0142t sze\u015bciok\u0105ta foremnego, w og\u00f3le nie mo\u017cna stwierdzi\u0107, mi\u0119dzy kt\u00f3rymi atomami le\u017cy jakie wi\u0105zanie, wszystkie sze\u015b\u0107 wi\u0105za\u0144 jest dok\u0142adnie takich samych. To cz\u0105steczka benzenu C6H6.<\/p>\n

W przypadku naprzemiennych wi\u0105za\u0144 podw\u00f3jnych i pojedynczych nietworz\u0105cych uk\u0142adu aromatycznego, jak w benzenie, efekt ten jest znacznie s\u0142abszy, ale zachodzi, o czym \u015bwiadcz\u0105 dziwne produkty reakcji addycji. Jaki\u015b czas temu rozwa\u017cali\u015bmy orbitale cz\u0105steczki tlenu<\/a>. Ka\u017cde dwa przenikaj\u0105ce si\u0119 w istotnym stopniu orbitale skutkowa\u0142y dodawaniem si\u0119 ich i tworzeniem orbitali wi\u0105\u017c\u0105cych i antywi\u0105\u017c\u0105cych, o innej ni\u017c pocz\u0105tkowe orbitale energii. Teraz wyobra\u017amy sobie, \u017ce oddzia\u0142uje ze sob\u0105 wiele orbitali p. Powstanie wiele nowych orbitali o nieznacznie r\u00f3\u017cni\u0105cych si\u0119 energiach.<\/p>\n

To teraz zastan\u00f3wmy si\u0119, sk\u0105d si\u0119 bior\u0105 kolory. Barwa ma zwi\u0105zek z d\u0142ugo\u015bci\u0105 fali \u015bwiat\u0142a. D\u0142ugo\u015b\u0107 fali \u03bb zale\u017cy od energii fotonu E zgodnie z wzorem Maxa Plancka z 1900: E = hc \/ \u03bb<\/em> (h i c to sta\u0142e). Cz\u0105steczka absorbuje energi\u0119 ze \u015bwiat\u0142a, dok\u0142adniej poch\u0142ania j\u0105 elektron, kt\u00f3ry przez to przeskakuje na orbital o wy\u017cszej energii. W w\u0119glowodorach bez wi\u0105za\u0144 podw\u00f3jnych pierwszy wolny orbital, gdzie wybity ze swojego miejsca elektron mo\u017ce osi\u0105\u015b\u0107, ma energi\u0119 do\u015b\u0107 wysok\u0105, przez co r\u00f3\u017cnica energii mi\u0119dzy orbitalami przypada daleko za zakresem \u015bwiat\u0142a widzialnego. Im wi\u0119cej sprz\u0119\u017conych wi\u0105za\u0144 podw\u00f3jnych, tym r\u00f3\u017cnica energii mniejsza. W przypadku serii takich wi\u0105za\u0144, jak w cz\u0105steczce \u03b2-karotenu nadaj\u0105cego kolor marchwi, energia przypada ju\u017c na fiolet. Cz\u0105steczki poch\u0142aniaj\u0105 barw\u0119 z fioletowego kra\u0144ca \u015bwiat\u0142a widzialnego. Czerwony koniec (i centrum widma) jest odbijany \u2013 fotony docieraj\u0105 do naszych oczu i s\u0105 interpretowane przez nasz uk\u0142ad nerwowy jako czerwone czy \u017c\u00f3\u0142te. Powstaje pomara\u0144cz. Podobne zjawisko zachodzi w li\u015bciach drzew.<\/p>\n

Sprz\u0119\u017cone uk\u0142ady wi\u0105za\u0144 podw\u00f3jnych wielonienasyconych w\u0119glowodor\u00f3w z grupy izoprenoid\u00f3w nie brzmi\u0105 mo\u017ce zbyt romantycznie, a przeskok zdelokalizowanego elektronu ze stanu podstawowego na wy\u017cszy poziom energetyczny w obr\u0119bie cz\u0105steczki b\u0119d\u0105cej hybryd\u0105 rezonansow\u0105 nie kojarz\u0105 si\u0119 z poezj\u0105 czy malarstwem. Ale najwyra\u017aniej bez nich nie by\u0142oby naszych wra\u017ce\u0144, literatury czy malarstwa w ich obecnej formie.<\/p>\n

Ilustracja: zdj\u0119cie wykonane przez autora
\nFragment „W\u0142adcy Pier\u015bcieni” J.R.R. Tolkiena w t\u0142umaczeniu Jerzego \u0141ozi\u0144skiego<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nie jest to takie romantyczne, ale…<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":6393,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[241,11],"tags":[337,349,74,87,75,350,391,326,325],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6371"}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6371"}],"version-history":[{"count":8,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6371\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6401,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6371\/revisions\/6401"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media\/6393"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6371"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=6371"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.polityka.pl\/naukowy\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6371"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}