Kaip paprastas moksleivis pakeitė chemijos mokslą: atliko namų darbus ir įrodė, kad visuose chemijos vadovėliuose yra klaida

Anglis – vienas iš esminių gyvybės elementų – taip pat sudaro deimantus, grafitą, be jos neįsivaizduojama jokia organinė molekulė. O visai neseniai vienas moksleivis iš Oklahomos valstijos, JAV, nusprendė paprieštarauti visiems į galvą kalamoms vadovėlinėms žinioms ir pamokyti garbingus chemijos profesorius.

Praėjusią savaitę žurnale „Journal of Molecular Modeling“ buvo publikuotas mokslinis darbas, kurį moksleivis parašė kartu su savo mokyklos chemijos mokytoju. Šiame darbe jis įrodinėja, kad anglis gali sudaryti kur kas daugiau jungčių nei manyta iki šiol.

Neįprastas atradimas buvo padarytas dėl to, kad paskutinės klasės moksleivis George'as Wangas namų darbus atliko ne atmestinai. Chemijos mokytojas, dr. Fazluras Rahmanas, moksleiviams aiškino temą apie anglį ir keturias standartines jos sudaromas chemines jungtis, o taip pat pristatė 2016 m. publikuotą vokiečių mokslininkų tyrimą, kuriuo nustatyta, kad itin specifinėmis sąlygomis jungčių kiekis gali būti padidintas iki 6.

„Paklausiau moksleivių, ar įmanoma kaip nors padaryti, kad jungčių būtų daugiau nei šešios“, – pasakojo mokytojas. G. Wangas iššūkį priėmė ir sugebėjo parodyti, kad anglis gali sudaryti ne tik 4, ne tik 6, bet ir 7 jungtis.

„Pasakiau jam, kad tai įdomu, bet turėsiu peržiūrėti jo skaičiavimus“, – sakė dr. F. Rahmanas. O dabar tie skaičiavimai publikuoti tarptautiniame recenzuojamame chemijos žurnale.

G. Wangas pasakojo, kad panaudojęs kiek anksčiau išmoktą VASP atomų modeliavimo metodą ir į pagalbą pasitelkęs gretimo universiteto specialistus, jis sugebėjo nustebinti visą chemijos pasaulį. Mokytojo apibūdinamas kaip „iš esmės savamokslis“, G. Wangas savo talentą apibūdina labai kukliai: „chemija mane domina nuo pradinės mokyklos, kai perskaičiau daugybę chemijos knygų“.

Priežastis, dėl kurios mes anglį apibūdiname kaip „keturvalentę“ – turinčią galimybę sudaryti keturias jungtis – yra ta, jog šis cheminis elementas iš prigimties turi keturis laisvus elektronus savo išoriniame elektronų sluoksnyje. Fundamentalieji chemijos dėsniai aiškina, kad išoriniame elektronų sluoksnyje turi būti aštuoni elektronai, užtikrinantys atomų pastovumą. Vienas būdas, kuriuo galima būtų įvykdyti šį stabilumo reikalavimą – suporuoti laisvuosius elektronus su elektronais iš kokių nors kitų atomų. Taigi, jeigu kiekvienas iš keturių laisvųjų anglies elektronų sudaro po jungtį, gaunama stabili aštuonių elektronų konfigūracija. Teorija apie anglies „keturvalentiškumą“ yra viena esminių organinės chemijos atramų.

Bet, kaip įprasta girdėti chemijos pamokose, išimtys tik patvirtina taisykles. Kartais susidaro „hiperanglis“, kurią galima apibūdinti pagal gebėjimą sudaryti jungtis su daugiau nei keturiais kitais atomais. Praėjusio amžiaus viduryje buvo įrodyta, kad tam tikromis sąlygomis anglis gali sudaryti šešias jungtis, o jau minėti Vokietijos mokslininkai 2016 m. publikavo darbą apie 6 jungtis.

Dabar G. Wangas, dr F. Rahmanas ir Oklahomos universiteto chemikas dr. Binas Wangas naujausiame moksliniame darbe įrodė, kad anglis pasižymi ir iki šiol niekada negirdėtu gebėjimu sudaryti septynias jungtis, kuomet ji yra „tropilinio trikatijono“ formoje. Ir tai ne šiaip įdomi seniai žinomų chemijos dėsnių anomalija: tokie „hiperanglies“ junginiai gali būti naudingi chemijos sintezėje ir vandenilio laikymo srityje, tvirtina G. Wangas.

Moksleivio atradimas yra stebėtinas iškart dėl kelių priežasčių. Negalima nekreipti dėmesio į tai, kad atradimo autorius yra vis dar tik moksleivis. Beje, istorijoje jau yra buvę genialaus chemijos suvokimo jauname amžiuje blykstelėjimų: 1874 m. 22 metų jaunuolis Jacobas Henricas van’t Hoffas įrodė, kad anglis yra ne plokščia, o trimatė molekulė – šis atradimas pakeitė visą tolesnę organinės chemijos raidą ir mokslininkui pelnė pačią pirmą Nobelio chemijos premiją.

Esama ir kitų priežasčių žavėtis moksleivio atradimu: Oklahomos valstija, kurioje mokosi G. Wangas, daugelį metų paeiliui pasirodo kaip viena iš silpniausių valstijų pagal išsilavinimą (paskutiniais duomenimis – ji yra 46 vietoje iš 50 valstijų).

G. Wangas, įveikęs vieną mokytojo namų darbų užduotį, dabar ėmėsi kitos mįslės, kurią jam uždavė F. Rahmanas – ji susijusi su organine sinteze. Mokytojas tikisi, kad jo užduoties pakaks užimti moksleivio smegenis iki tol, kol jis pradės studijas kitoje ugdymo įstaigoje: G. Wangas jau yra priimtas į Stenfordo universitetą, kur ketina studijuoti chemiją.