Мала академія наук запустила цикл зустрічей із Нобелівськими лауреатами. На лекціях зіркових науковців можна почути історії успіху та епікфейлів, надихнутися прикладами та поставити вченим власні запитання.

17 червня з МАНівцями спілкувався американський хімік Рудольф Артур Маркус — володар Нобелівської премії з хімії 1992 року за внесок у теорію реакцій перенесення електрона в хімічних системах.

Лектор поділився історією розробки власної кінетичної теорії, а опісля продовжив спілкування у форматі «запитання — відповідь». Подаємо конспект найцікавіших тез лекції вченого!

Розпочнемо з історії успіху Рудольфа Маркуса… То як учений розробив власну теорію?

А все почалося з того, що Рудольф натрапив на публікацію 1952 року про симпозіум з радіаційної хімії в «Journal of Physical Chemistry». Цей захід свого часу організував Мілтон Бертон, професор із радіаційної лабораторії Університету Нотр-Дам. Рудольф Маркус прочитав декілька статей на основі промов, що виголошували вчені-учасники симпозіуму, але особливо його заінтригувала робота Вілларда Франка Ліббі.

Справа в тому, що Ліббі застосував принцип Франка–Кондона, аби пояснити, чому деякі реакції перенесення електронів швидкі, а інші — повільні. Цей принцип враховує, що електронні переходи в молекулі відбуваються так швидко, що за час переходу не змінюється ані положення її атомів, ані швидкості їхніх ядер. 

Віллард Ліббі зазначив, що коли один йон (чи молекула) передає електрон до іншого —- це миттєвий «стрибок», і ядерне середовище навколо кожного йона не встигає змінитися за цей  час. У такому випадку система тепер має набагато вищу енергію, ніж до «стрибка», оскільки нові заряди — в нерівноважному середовищі. 

Рудольф вперше побачив застосування цього принципу в хімії — його це насторожило, але водночас сильно зацікавило. Якою б великою не була ідея Ліббі, його теорія порушувала закон збереження енергії. Тож перед Рудольфом Маркусом постало завдання застосувати принцип Франка–Кондона в інший спосіб, і врешті він знайшов рішення — вивів рівняння для вільної енергії активації реакції перенесення електрона. На проміжному етапі дослідження вираз був надзвичайно складним, але вчений використав теорему про інтеграли, що допомогла його спростити — саме так і з’явилася теорія Рудольфа Маркуса. 

Теорія Рудольфа Маркуса —- кінетична теорія, яку лектор розробив у 1956 році для реакцій переносу електронів зовнішньої сфери відповідно до поляризації розчинника. Її широко використовують для опису кінетики хімічних реакцій.

…Продовжимо відповідями на запитання аудиторії. Про що запитували Рудольфа Артура Маркуса та як він відповідав?

Як ви зацікавилися наукою? Коли були дитиною, ви думали, що станете лауреатом Нобелівської премії? 

У дитинстві, звісно, я не думав про Нобелівську премію. Мене цікавив конструктор, я постійно щось будував із нього. Вже у 10 класі переді мною був вибір —- курс латини чи хімії, і я схилився до другого варіанту. Нині думаю, що будівництво з конструктора дуже схоже з наукою, особливо з теоретичною хімією: постійно з’єднуєш якісь елементи та свої знання між собою. 

Як електрон насправді «стрибає»?

Те, що ми бачимо, це не електрон у польоті, а електрон після або до «стрибка». Ми не бачимо щось, що говорить: «Я електрон, я стрибаю». Насправді спостерігаємо своєрідні зміни системи за дуже короткий час.

Ви помічаєте, що люди занадто повільні порівняно з електронами? 

Звісно, ми набагато повільніші. Будь-який об’єкт має часовий масштаб, тобто час, за який він рухається, відповідно до швидкості світла. За секунду електрон рухається в 10-12 разів швидше, ніж ми. 

За допомогою яких матеріалів чи інструментів вимірюєте час і швидкість перенесення електронів?

Здебільшого оптичні вимірювання робимо за допомогою дуже коротких лазерних імпульсів. За останнє десятиріччя відбулися розробки лазера, до прикладу, нині маємо електронні промені, що дозволяють робити точніші дослідження. 

Чи можемо використовувати комп’ютерні програми — такі, як Gaussian або HyperChem — для хімічних досліджень?

Так, взагалі одне з найбільших напрацювань, яке я бачив, — це застосування комп’ютера в хімії. Ці пристрої дуже змінили науку за останні 50 років — нині можемо заощаджувати час і використовувати різноманітні методи дослідження. На мою думку, майбутнє за комп’ютерами та фізичними ідеями людей — останнє навіть більш важливе.

Яка галузь хімії —- найприбутковіша? 

Для декого може здатися смішним або дивним, але для вчених наука — то щось священне. Знання й нові відкриття — захоплива річ, яку важко обговорювати у контексті грошей. Проте, думаю, що гроші є в будь-якій сфері, але нині особливо актуальна та прибуткова робота з джерелами альтернативної енергії. 

Попереду ще багато цікавих лекцій! 

Посилання на форми реєстрації шукай на сайті МАН у розділі «Наукові івенти» ➡️ https://man.gov.ua/events

І читай найцікавіше з інших лекцій серії ➡️

Про світлодіоди, шлях до «Нобелівки» та мрії: конспект лекції фізика Хіросі Амано

Про мозок, навчання уві сні та саморозвиток у складні часи: конспект лекції Барбари Оклі

Про пам’ять, орієнтацію у просторі та лікування хвороби Альцгеймера: конспект лекції Мей-Брітт Мозер

Фейки про рослин-мутантів, користь від ГМО і небезпека їхньої заборони: конспект лекції Річарда Джона Робертса

Про нейтрино та історію дослідження цієї частинки: конспект лекції Шелдона Лі Ґлешоу

Про вивчення нейронів, дослідження неврологічних хвороб і різницю між мозком і комп’ютером: конспект лекції Едварда Мозера

Про нейтрино, таємниці осциляцій і нові закони Всесвіту: конспект лекції Такаакі Кадзіти

Про аквапорини, важливість їх дослідження та єднання націй через науку: конспект лекції Пітера Егра

Про мову генів, РНК-інтерференцію та сортування фейків: конспект лекції Крейга Мелло

Про вірусні ідеї, біологію наукового прогресу та головну мотивацію для вчених: конспект лекції Джорджа Сміта

Про шлях до «Нобелівки» з хімії, заморожування біомолекул і вивчення коронавірусу: конспект лекції Йоахіма Франка
Про моделювання молекул, органокаталіз і майбутнє медицини: конспект лекції Девіда Макміллана

Про «непотрібні» знання та секрети наукового мислення: конспект лекції Мартіна Чалфі

Про важливість занять наукою й алгоритми вдумливого навчання: конспект лекції Ліланда Гартвелла

Про соціальну відповідальність бізнесів і навіщо вона потрібна: конспект лекції Олівера Гарта

Про гравітаційні хвилі та чорні діри: конспект лекції Райнера Вайса

Про війну росії проти свободи в Україні, Казахстані й Ірані: конспект лекції Ширін Ебаді

Про пошук покликання, соціальні експерименти та боротьбу з бідністю у світі: конспект лекції Естер Дюфло

Про волатильність, глобальне потепління та його вплив на економіку: конспект лекції Роберта Енґла ІІІ

Про причини хвороби Паркінсона та науки, що допоможуть у лікуванні: конспект лекції Ренді Шекмана

Про гонку озброєнь бактерій і вірусів та спосіб редагування генома: конспект лекції Емманюель Шарпантьє

Про дитячі роки Всесвіту й таємниці космосу: конспект лекції Джона Мазера

Про флуоресцентну мікроскопію та поради майбутнім ученим: конспект лекції Вільяма Мернера

Про революційні зміни в метричній системі: конспект лекції Вільяма Філліпса

Про наукові експерименти і те, як відкрили захисників наших хромосом: конспект лекції Керол Грейдер

Про економічну модель минулого та економічні реалії сьогодення: конспект лекції Джозефа Стігліца

Про мутації вірусів, ДНК та РНК: конспект лекції Ендрю Фаєра

Про нейтрино й загадки темної матерії: конспект лекції Артура Макдональда

Про (не)ідеальну соціальну політику Данії та США: конспект лекції Джеймса Джозефа Хекмана