Morgunblaðið - 13.09.1987, Blaðsíða 6

6 B
MORGUNBLAÐIÐ, SUNNUDAGUR 13. SEPTEMBER 1987
Nýtt úr heimi efnafræðinnar
Friedrich Augnst Kekulé fékk hugmyndina um lögun bensen-
mólekúlsins þegar hann dreymdi sex apa sem dönsuðu i hring
og héldu í fæturna á hver á öðrum.
(1) sýnir eina kúlulagaða s-rafeindadreifingu og þrjár ilangar
p-rafeindadreifingar (als sexangar). (2) sýnir flata, þríhyming-
slagaða sp(2)-rafeindadreifingu, sem myndast þegar s-rafeinda-
dreifing tengist tveimur p-rafeindadreifingum. Eftir stendur ein
p-raf eindadreif ing.
Nýjustu rannsóknir vísindamanna i Bandaríkjunum benda til þess
að bensenhringnum verði best lýst með því að gera ráð fyrir þvi
að tengslin á milli kolefnisatómanna séu tU skiptis einföld og
tvöföld, þar sem tvöföldu tengslin eru í laginu eins og bananar.
Vlsindi______________
Sverrir Ólafsson
Það er ekki á hveijum degi að
vísindamenn grípa til gamalla og
að því er virðist úreltra hugmynda
til að skýra niðurstöður athug-
anna sinna. Slíkt gerðist þó nýlega
á sviði þeirrar greinar efnafræð-
innar sem fæst við rannsóknir á
efnatengslum atóma. I tveimur
greinum, sem birtar voru í virtum
vísindatímaritum í október síðast-
liðnum og í júlí nú í ár, eru leidd
að því rök að vísindamenn þurfi
að endurskoða hugmyndir sínar
um eðli kolefnistengsla.
Bensenmólekúlið, CeHö sem
samanstendur af sex kolefnisa-
tómum (C) og sex vetnisatómum
(H), hefur lengi verið fræðilega
þenkjandi efnafræðingum nokkur
ráðgáta. Það var Friedrich Aug-
ust Kekulé (1829—1896), prófess-
or í efnafræði við Háskólann í
Berlín, sem fyrstur setti fram
hugmyndina um það að kolefnis-
atóm bensenmólekúlsins væru
bundin saman í sexhymta, lokaða
keðju. Sagt er að þessi hugmynd
hafi fyrst kviknað hjá honum eft-
ir tvo drauma sem hann dreymdi.
í þeim fyrri sá hann snák sem
beit í endann á sjálfum sér og
snerist í hringi, en í þeim síðari
birtust honum sex apar sem döns-
uðu í hring og héldu í fætuma á
hver öðmm.
Kekulé hugsaði sér að tengslin
á milli kolefnisatómanna í keðj-
unni væm til skiptis einföld og
tvöföld, þijú einföld og þijú tvö-
föld. Síðar fundu efnafræðingar
út að allar hliðar bensenmólekúls-
ins vom jafn langar þ.e. það virtist
fullkomlega jafnhliða sexhyming-
ur. Erfiðlega gekk að samræma
þessa staðreynd tilgátu Kekulé,
því hún gerði ráð fyrir því að
tvíbundnu hliðarnar væm styttri
en þær einbundnu. Einnig reynd-
ist erfítt að samræma hugmynd-
ina um tvöföld efnatengsl
þekktum staðreyndum um hvarf-
gimi bensenmólekúlsins.
Upp úr þessu fóm efnafræðing-
ar að hugsa sér efnatengsl
bensenmólekúlsins sem sambland
einfaldra og tvöfaldra efna-
tengsla. Uppistaða einfaldra
efnatengsla em tvær rafeindir,
sem bundin atóm skipta á milli
sín, en þegar um tvöföld efna-
tengsl er að ræða em rafeindirnar
fjórar. Samblönduð efnatengsl
höfðu það í för með sér að ekki
var lengur hægt að tileinka
ákveðnum efnatengslum tvær eða
Qórar rafeindir, heldur dreifðust
þær jafnt um allan hringinn. Sagt
er að rafeindirnar séu óstað-
bundnar.
Þessar nýju hugmyndir styrkt-
ust í sessi við framkomu
skammtakenningarinnar á þriðja
áratug þessarar aldar og hafa æ
síðan verið ríkjandi á meðal efna-
fræðinga, sem hafa beitt þeim
með góðum árangri.
í október síðastliðnum birtu
David Cooper frá Háskólanum í
Liverpool, Joseph Gerratt frá
Háskólanum í Bristol og Mario
Raimondi frá Háskólanum í
Mílanó grein þar sem greint er
frá niðurstöðum sem talið er að
samræmist betur kenningu Kek-
ulé en blönduðu kenningunni.
Þeir félagar reiknuðu heildar-
orku bensenmólekúlsins með því
að ganga út frá tveimur mismun-
andi forsendum í samræmi við
kenningarnar tvær. Niðurstöður
reikninga þeirra voru þær að
heildarorkan var 197 kílójúl minni
á eitt mól bensens ef notast var
við líkan Kekulé. Eitt mól er það
magn efnisins sem hefur að
geyma 6x10 sameindir.
Niðurstöður þessar draga sann -
arlega taum kenningar Kekulés
því innan fræðilegrar efnafræði
er það þekkt staðreynd að kenn-
ingar sem segja fyrir um lága
orku eru líklegri til að vera réttar.
Vísindamennimir hafa ekki ein-
skorðað reikninga sína við bensen,
heldur hafa þeir reiknað út styrk-
leika efnatengsla í miklum §ölda
hringlagaðra lífrænna mólekúla
og niðurstöðumar hafa ævinlega
verið þær að kenning Kekulé hef-
ur gefíð lægra orkugildi en
blandaða kenningin. Reikningar
þessir sem eru verulega flóknir
eru einungis framkvæmanlegir
með aðstoð aflmikilla tölva.
Nú fyrir skömmu sögðu tveir
bandarískir eðlisfræðingar við
Háskólann í Pensilvanía frá niður-
stöðum stærðfræðilegra athugana
sem þeir gerðu á uppbyggingu
bensenmólekúlsins. Niðurstöðurn-
ar benda til þess að efnatengslin
Linus fauung
á milli kolefnisatóma bensen-
mólekúlsins séu til skiptis einföld
og tvöföld, þar sem tvöföldu
tengslin eru í laginu eins og tveir
bananar sem liggja hlið við hlið
og snúa kryppurnar undan.
Hugmyndin um bananalöguð
efnatengsl er ekki ný af nálinni,
en hún var fyrst sett fram af eðlis-
efnafræðingnum fræga Linus
Pauling fyrir meira en 50 árum.
Hugmyndin hlaut hins vegar ekki
almenna viðurkenningu þar sem
fræðimenn gátu á auðveldari hátt
skýrt þær staðreyndir sem þekkt-
ar voru um kolefnistengsl.
Linus Pauling hefur á undan-
förnum árum getið sér nokkurrar
frægðar fyrir mjög umdeildar
hugmyndir sínar um að C-vítamín
sé ekki einungis gott til vamar
gegn kvefi heldur geti það einnig
gegnt mjög mikilvægu hlutverki
í meðhöndlun krabbameins. Það
sem almenningur veit minna um
er að framlag hans til skilnings
okkar á efnatengslum, og þá sér
í lagi þróun svokallaðrar gildis-
tengjakenningar og notkunar
skammtafræði, er meira en flestra
annnarra lifandi vísindamanna.
Linus Pauling sem er 85 ára gam-
all er einn örfárra vísindamanna
sem tvisvar sinnum hafa hlotið
Nóbelsverðlaunin, fyrst fyrir upp-
götvanir á sviði efnafræðinnar og
öðru sinni fyrir störf sín í þágu
friðar- og afvopnunarmála.
Eitt merkilegasta framlag
Pauling til efnatengslakenningar-
innar byggist á svonefndri blönd-
unarkenningu. Upphaflega var
tilgangurinn með henni að út-
skýra rúmfræðilega lögun ákveð-
inna mólekúla. Rafeindadreifing
einstakra kolefnisatóma getur
ekki útskýrt lögun mólekúla, sem
hafa að geyma kolefni. Til að
mynda stefna ijögur tengsl kol-
efnis við vetni innan eins metan-
mólekúls CH4 út í hom rúms sem
líkist einna helst gömlu mjólkur-
femunum. Í ethylenmólekúlinu
C2H4 hins vegar, mynda efna-
tengslin á milli kolefnis og vetnis
flatan þríhyrning.
Kolefni býr yfir einni kúlulag-
aðri rafeindabraut (réttara sagt
rafeindadreifíngu) sem einkennd
er með bókstafnum s og þremur
ílöngum rafeindadreifingum sem
einkenndar eru með p og standa
homrétt hver á aðra. Samkvæmt
blöndunarkenningu Pauling geta
rafeindabrautimar lagst saman
með mismunandi vægi til að
mynda braut þ.e. rafeindadreif-
ingu með réttri lögun.
Bananakenning Pauling gerir
t.a.m. ráð fyrir því að skýra megi
efnatengsl ethylenmólekúlsins á
eftirfarandi hátt. Kúlulagaða raf-
eindadreifíng kolefnisatómsins
tengist tveimur ílöngum p-raf-
eindadreifingum, en við það
verður til flöt, þríhymingslöguð
rafeindadreifing, sem einkennd er
með tákninu sp(2) ásamt einnig
óblandaðri p-rafeindadreifíngu.
Sérhvert kolefnisatóm getur nú
tengst tveimur vetnisatómum fyr-
ir tilstuðlan sp(2) blandaðrar
brautar, en sín á milli tengjast
kolefnisatómin þannig að þriðja
sp(2) brautin blandast þeirri p-
braut sem enn er fijáls á sitthvoru
kolefnisatóminu. Við þetta verða
til tvær jafngildar brautir sem
líkjast tveimur banönum eins og
áður sagði.
Þrátt fyrir það að hugmynd
Paulings sé snjöll tókst henni ekki
að skýra nokkrar þekktar stað-
reyndir úr efnafræði ethylen-
mólekúlsins. Þegar ethylen hefur
efnahvörf við ákveðin efni virðist
hlutverk kolefnistengslanna ekki
jafngilt, annað þeirra virðist virk-
ara en hitt. Þetta samræmist illa
hugmyndum Paulings, að því er
virðist.
Nokkmm ámm eftir að Pauling
setti fram sína kenningu þróaði
þýski efnafræðingurinn Erich
Hueckel aðrar hugmyndir um eðli
kolefnistengslanna. Hueckel gekk
einnig út frá gildistengjakenning-
unni, en gerði einungis ráð fyrir
mismunandi blöndun gilda þ.e.
rafeindabrauta. Líkan þetta er
einfaldara og því tekst einnig bet-
ur að skýra ýmsar þekktar
staðreyndir en kenningu Paulings,
sem gerði það að verkum að það
varð vinsælla á meðal efnafræð-
inga. Það er líkan Hueckels sem
nú er kennt í flestum framhalds-
skólum.
Hvað sem þessu líður verður
það líkan að teljast harla gott sem
kemst næst því að segja fyrir um
rétta orku efnatengsla og sem
stendur benda reikningar ýmissa
starfshópa vísindamanna til þess
að samtenging kenningar Kekulé
og bananalíkans Paulings nái
bestum árangri. Engum dettur í
hug að enn sé ljóst orðið hvert
sé hið eina og sanna líkan (ef
svoleiðis lagað er yfirhöfuð til) og
því hafa eðlisefnafræðingar, sem
komast vilja til botns í bensen-
mólikúlinu, um ýmislegt að hugsa
á næstunni. Enn síður dettur
mönnum í hug að skammtakenn-
ingin og stærðfræðiapparat
hennar séu röng, en augljóst er
að niðurstöðumar þarfnast skýr-
ingar sem í augnablikinu liggja
ekki augljóslega fyrir.
Hljóðverið Gnýr
opnað í Reykjavík
FYRIR skömmu var opnað nýtt
hljóðver í Reykjavik og ber það
nafnið Gnýr. Það er fyrirtækið
Hljóðmynd h/f, sem rekur Gný
og er hljóðverið til húsa við
Holtaveg.
Að sögn aðstandenda fyrirtæk-
isins er hljóðverið nú búið 8-rása
segulbandstæki og 24-rása hljóð-
blöndunarborði (mixer). Borðið er
af gerðinni Soundtrack og er
„midi-tengt“, en þannig má tengja
það við hverslags tæki 0g tól önn-
ur. Er m.a. fyrirhugað að nýta
þennan kost með því að tölvu-
tengja hljóðblöndunarborðið, en
með því verður öll vinna við það
fljótari og markvissari, auk þess
sem alls konar nýir möguleikar
bjóðast fyrir vikið.
Aðstandendur Gnýs sögðust
gera ráð fyrir því að hljóðverið.
yrði einkum nýtt á tvo vegu; ann-
ars vegar til auglýsingagerðar 0g
hins vegar bjuggust þeir við að
Gnýr yrði vinsæll til prufuupptöku,
þar sem hljóðverið væri smærra
og um leið ódýrara en mörg önnur.
Morgunblaðifl/KGA
í Gný er margvíslegur tækja-
kostur eins og títt er í hljóðverum.
Auk margvíslegra hljóðferlistækja
em þar einnig hljóðfæri og má
nefna stafrænt píanó frá Roland,
Yamaha DX7 hljóðgervil og
„sampler" svokallaður, en með
honum má taka upp hverskonar
hljóð og leika það síðan af hljóm-
borði sem hljóðfæri væri.
Sigurður Ingi Ásgeirsson, aðal-
upptökumaður Gnýs, við hljóð-
blöndunarborðið.