Текст книги "Единая картина мира. Системно структурным методом"

В течение двух лет группа Гейзенберга провела исследования, необходимые для создания атомного реактора с использованием урана и тяжелой воды. Было подтверждено, что взрывчатым веществом может служить лишь один из изотопов, а именно – уран-235, содержащийся всего 1% от всего природного урана. Одной из проблем было обогащение урана. Другой проблемой программы создания бомбы был атомный реактор, для которого – в качестве замедлителя реакции – требовался графит либо тяжелая вода. Немецкие физики выбрали воду, создав себе тем самым серьезную проблему. Оккупировав Норвегию, у которой был единственный в мире завод по производству тяжелой воды, но французы тут же вывезли всю продукцию, а англичане вывели завод из строя. В Лейпциге взорвался опытный ядерный реактор.

Однако в начале 1945 года Гейзенберг имел все необходимое для монтажа новой большой реакторной установки, которая была развернута в конце февраля. Реактор содержал 664 кубика урана общим весом 1525 кг, окруженных графитовым замедлителем-отражателем нейтронов весом 10 т, кроме того в активную зону дополнительно влили 1,5 т тяжелой воды. 23 марта в Берлин доложили, что реактор заработал, но реактор не достиг критической точки, цепная реакция не пошла. Было недостаточно урана и тяжелой воды. 23 апреля в Хайгерлох вошли американские войска. Реактор был демонтирован и вывезен в США.

С небольшим отставанием шла разработка ядерного оружия в США и Англии. 16 марта 1939 года организовали встречу Джорджа Пеграм, Лео Силард, Энрико Ферми и Юджин Вигнер. Ученые договорились держать свои исследования в секрете, а также о необходимости связаться с правительством США и военным командованием, чтобы получить финансирование. 18 марта Ферми проинформировал власть о возможности применения атомной энергии в военных целях. Однако власти не проявили заинтересованности возможно из-за того, что Ферми довольно осторожно описал возможности, а также потому, что на беседе не присутствовало высокое командование.

Поговорив с приятелем Вигнеров, а также с Силордом 2 августа 1939 года, Эйнштейн подписал письмо президенту США Рузвельту, в котором рассказывалось о прогрессе физической науки в исследованиях цепных ядерных реакций, на ее основе возможности создания мощной бомбы нового типа, и просил сформировать комиссию из физиков, работающих в этой области и представителей правительства, т. к. Германия также ведет работы в этом направлении. В октябре Рузвельт создал комиссию. Сразу же от вооруженных сил США были выделены необходимые средства на секретные исследования цепных реакций. Кроме того Рузвельт создал «Национальный совет по оборонным исследованиям (NDRC)» и в его составе – «Урановый комитет» (UC), в который вначале вошли только ученые, имеющие гражданство США. Главой Уранового комитета Рузвельт назначил Лаймана Бриггса из Национального бюро стандартов. Позднее привлекались известные ученые прибывшие из других стран, но к иностранным ученым относились с большим подозрением: среди них могли оказаться шпионы. Руководителями групп по исследованию урана назначались только граждане США. Несмотря на итальянское происхождение Ферми, заслужив доверие методолога и организатора научных исследований и научного сообщества Вэнивера Буша, назначен руководителем ядерного реактора в Чикаго.

Ключевой проблемой создания реактора была урановая руда. Расщепляемым был уран-235, составляющий 07%, природный уран-238 составляет 99,03%, естественной оказалась проблема обогащения урана. Получением необходимого количества материалов занимался Силард, а Ферми проектировал ураново-графитовый ядерный реактор, пытаясь найти наилучший вариант их размещения и соотношения, чтобы получить самоподдерживающую цепную реакцию. К этому времени было известно, что чем больше размеры реактора, тем лучше протекает диффузия нейтронов. В 1941 году с трудом получено большое количество минералов урана и чистого графита. В июне 1942 года Рузвельт совместно с армейскими руководителями и управлением научных исследований начал непосредственную работу по созданию атомной бомбы. В августе эта программа была названа «Манхеттен проект», а Ферми получил пост руководителя теоретического отдела проекта. Общее руководство проектом осуществлял Джулиус Роберт Оппенгеймер.

В проекте было задействовано около 129 000 служащих, среди них специалисты строительных работах, операторы, военные специалисты. В проекте участвовали физики и другие учёные с мировым именем: Рудольф Пайерлс, Отто Фриш, Эдвард Теллер, Энрико Ферми, Нильс Бор, Клаус Фукс, Лео Силард, Джон фон Нейман, Ричард Фейнман, Джозеф Ротблат, Исидор Раби, Станислав Улам, Роберт Уилсон, Виктор Вайскопф, Герберт Йорк, Кеннет Бэйнбридж, Сэмюэл Аллисон, Эдвин Макмиллан, Роберт Оппенгеймер, Джон Лоуренс, Георгий Кистяковский, Ганс Бизе, Эрнест Лоуренс, Р. Робертс, Ф. Молер, Александр Сакс, Ханс Бете, Швебер, Буш, Эккерс, Халбан[en], Симон, Э. Вагнер, Филипп Хауге Абельсон, Джон Кокрофт, Эрнест Уолтон, Роберт Сербер, Джон Кемени, Альберт Бартлетт, Ник Метрополис, Джеймс Франк, Миртл Бачелдер.

Главной проблемой монтажа основного реактора была безопасность, поэтому пришлось перенести его в более отдаленное место. С сентября по ноябрь 1942 года соорудили 16 экспоненциальных реакторов с измерением необходимых параметров. Кроме того был спроектирован особый стержень, названный Zip, это был избыточный механизм безопасности. Расположение металлического урана идеальной чистоты в центре реактора должно увеличить коэффициент размножения, который показывает количество тепловых нейтронов, переходящих из одной реакции в другую. В ночь на 2 декабря уложен 57-й слой урана и графита, все это по расчетам Ферми должно создать критическое состояние, учитывая соотношение свободных нейтронов, участвующих в цепных реакция и нейтронов, поглощенных средствами безопасности.

Ферми внимательно наблюдал за всем происходящим. Вынимая защитные кадмиевые стержни один за другим, постепенно росло количество активных нейтронов, приближаясь к критическому. Когда достали последний стержень, Ферми улыбнулся и нарушил всеобщее молчание: «Реакция поддерживается сама». Достигнуто критическое состояние, работал первый в мире реактор с самоподдерживающейся ядерной реакцией. Открыли бутылку лучшего итальянского вина кьянти, все выпили в знак уважения Ферми и за то, что ничего не взорвалось.

Первый реактор, так называемый «Чикагская поленница» (CP-1) проработала до февраля 1943 года. Перевезена в Аргоннскую лабораторию, где она была доработана с добавлением радиологической защиты, получила название (CP-2). В 1944 году был закончен новый ядерный реактор (СР-3)с защитой на тяжелой воде.

Сразу же после удачного запуска атомного реактора был создан проект Y2 по проектированию атомной бомбы в Лос-Аламосе, которым руководил тот же Оппенгеймер, которому не раз приходилось обращаться к Ферми, мировому авторитету атомной физики, с возникшими проблемами. Было решено изготовить бомбу на основе урана-235, другую на плутоние-239 с изотопом плутония-240, которые готовились в разных реакторах. Идея создания атомной бомбы на основе урана-235 оказалась проще: при соединении двух частей данного вещества, достигается критическая масса, при которой происходит вышедшая из под контроля цепная реакция, с выделением большого количества энергии за короткое время, чтобы произошел взрыв. С плутониевой бомбой было несколько вариантов. В итоге остановились на таком: плутониевый шар взрывной волной сжимается вдвое и достигает надкритичности.

Первые сведения о работах, проводимых по разработке атомной бомбы, как союзниками, так и противником, были доложены Сталину разведкой в 1943 году. Сразу же было принято решение о развертывании подобных работ в Союзе. В одном из зданий Казанского университета начала работать секретная «Лаборатория № 2», ее руководителем назначен Курчатов. Так начался советский атомный проект. Задания получили не только ученые, но и разведчики, для которых добыча ядерных секретов стала проблемой № 1. Ценнейшие сведения о работе над атомной бомбой в США, добытые разведкой, очень помогли продвижению советского ядерного проекта. Участвовавшие в нем ученые сумели избежать тупиковых путей поиска, тем самым существенно ускорив достижение конечной цели.

33-й президент США Трумэн, сменивший Рузвельта, планировал завершить войну в мае 1945 гола. Советские войска вошли в Берлин, и 8 мая Германия капитулировала, но продолжал действовать японский фронт, союзник Германии. Трумэн провел совещание с физиками-разработчиками ядерной бомбы с целью выяснения возможности ее применения. 11 мая физики отправили Трумэну письмо, в котором не рекомендовали использовать атомную бомбу в военных целях, самое большее, продемонстрировать японцам ее мощь на пустом пространстве, хотя мнения ученых было различным.

По окончании войны из СССР в Германию была направлена группа советских физиков, среди которых были будущие академики Арцимович, Кикоин, Харитон, Щелкин. Все были в форме полковников Красной армии. Операцией руководил первый заместитель наркома внутренних дел Иван Серов, что открывало любые двери. Кроме нужных немецких ученых «полковники» разыскали тонны металлического урана, что, по признанию Курчатова, сократило работу над советской бомбой не менее чем на год. Немало урана из Германии вывезли и американцы, прихватив и специалистов, работавших над проектом. Всего по атомному проекту в СССР работали не менее 1000 немецких специалистов не только физиков, химиков, но и механиков, электротехников и других специалистов. Из Берлина была целиком вывезена лаборатория фон Арденне с урановой центрифугой, оборудование Кайзеровского института физики, документация, реактивы. В рамках атомного проекта были созданы лаборатории «А», «Б», «В» и «Г».

16 июля 1945 года, в 6:29 в пустынной местности штата Нью-Мексико Оппенгеймер дал команду взрыва первой атомной бомбы «Тринити». Испытание было успешным и произвело ужасное впечатление. Это была плутониевая бомба луковичной формы, на которую использовано 4,5 кг плутония 239. Энергия бомбы соответствовала 10 тысячам тонн тринитротолуола. Объехав место взрыва на танке, покрытом свинцом, был обнаружен кратер диаметром 365 м, покрытый твердым стеклообразным слоем ярко-зеленого цвета – расплавленным и застывшим песком. Этот новый минерал назвали тринититом, по имени бомбы.

Тем не менее, 6 августа 1945 года американский бомбардировщик B-29 сбросил на японский город Хиросиму атомную бомбу «Малыш» на основе урана-235, от 13 до 18 килотонн в тротиловом эквиваленте, от которой погибло 100 тысяч человек. 9 августа 1945, плутониевая бомба «Толстяк» стерла с лица Земли город Нагасаки, уничтожив 40 тысяч человек. Через неделю умерли еще тысячи японцев. Долгие последующие годы умирали от лучевой болезни, включая несколько поколений. После этих двух величайших катастроф в истории человечества, и стремительного продвижения Советских войск, 14 августа Япония капитулировала.

Так закончился Манхэттенский проект, оба вида бомб были протестированы в военных условиях. Жертвы среди гражданского населения официально считались «неизбежным побочным эффектом». Ученые переживали эти события совсем по-другому. Те, кто принимал активное участие в проекте, 19 марта 1946 года награждены медалями за заслуги. В дипломах, врученных вместе с медалями, отмечено, что он «внес основополагающий вклад в успех создания атомной бомбы».

В СССР первое успешное испытание атомной бомбы совершено 29 августа 1949 года на территории Казахстана. Руководил проектом Курчатов Игорь Васильевич. Так нарушена монополия США на владение разрушительного ядерного оружия, ведь единственной ядерной державой с 1945 года были именно они. Воинственный президент США Трумэн намеревался использовать это смертоносное оружие против СССР, но не решился.

В 1955 году зародилось Пагуошское движение ученых, выступающих за мир, разоружение и международную безопасность, за предотвращение мировой термоядерной войны и научное сотрудничество. Первыми были 11 всемирно известных учёных, в том числе А. Эйнштейн, Ф. Жолио-Кюри, Б. Рассел, М. Борн, П. У. Бриджмен, Л. Инфельд, Л. Полинг, Дж. Ротблат, выступили с манифестом, в котором призвали созвать конференцию против использования ядерной энергии в военных целях. В 1987 году создано Международное студенческое и молодёжное Пагуошское движение. Идей участников Пагуошского движения распространяются выпуском периодических изданий, а также специальных монографий и докладов. Тем не менее, гонка вооружения продолжается. На его совершенствование и создание нового оружия работают достаточно много ученых.

Создание атомной бомбы совершенно не касалось квантовой теории, однако квантовая физика принята с большой уверенностью официальной наукой именно в «копенгагенской интерпретации». Однако даже видные ученые сторонники квантовой физики намеревались создать «теорию всего», чтобы с концептуальной точки зрения объяснить как можно больше явлений как можно меньшим числом гипотез. Неудачная попытка Эйнштейна объединить теорию тяготения с электромагнетизмом, чтобы одной функцией описать гравитацию и электромагнетизм как два аспекта одного явления. Гейзенберг совместно с Паули тоже пытались унифицировать все взаимодействия элементарных частиц, чтобы три фундаментальных взаимодействия симметрии в квантовой и релятивистской теории описать одним полем. Однако, через несколько лет сотрудничества, Паули овладел скептицизм, со временем и Гейзенберг вынужден оставит работу над этой теорией. Можно еще привести подобные примеры, но достаточно, чтобы понять атмосферу неудовлетворенности основателей квантовой физики, не говоря о ее противниках. Многие ученые молодого поколения считают квантовую теорию почти доказанной, осталось совсем немного, чтобы понять суть запутанности и других проблем.

Одна из последних теория, пытающейся объяснить ранее несовместимые квантовую теорию поля, прекрасно работающей на малых масштабах, и общую теорию относительности, работающей на больших масштабах, случайно открытой теорией струн. Уже не раз фантазия физика-теоретика выдвигала идею, над которой начинали работать многие другие физики, превращая ее в теорию. Эту идею предложил в 1968 году молодой итальянский физик-теоретик Габриеле Венециано. Листая математические справочники, он обратил внимание на известную бета-функцию Эйлера, выведенную экспериментально, описывая колебание струны. В результате объединения двух противоречивых теорий пришлось ввести дополнительное измерение – туго свернутое комплексное многообразие Калаби-Яу. Теория струн имеет несколько версий. Экспериментальные подтверждения этой теории нет, возможно, потому что еще больше усложняет субатомный мир при условии несовершенства экспериментальных технологий и самой теоретической основы. Некоторые ученые отрицают научность этой теории, другие предполагают получить результаты экспериментов на БАК.

В заключении вынужден привести свою позицию по субатомному уровню. «Теория всего» возможна только в виде «единой картине мира», с использованием системно структурной методологии, которая не позволит объединять и объяснять одними законами разные уровни структурной организации материи. Субатомный уровень и космический – разные уровни, они могут иметь некоторые общие моменты, но объединять их в какое-то единое целое, рассматривать их как общую систему нельзя. Каждый уровень структурной организации материи имеет свои, только ему присущие качественные характеристики, благодаря чему эта часть реальности и выделяется как самостоятельный уровень структурной организации.

Попробую пофантазировать, как это делают теоретики-физики: соединим в виде гантели долгоживущие пары субатомных частиц, имеющих разные электрические заряды, с помощью туго свернутого волнового многообразия, являющееся полем взаимодействия, как в нейтроне. Такого рода соединения, связи можно разбить в реакторах, используя большую энергию, хотя нейтрино распадается в свободном виде без усилий через определенное время. При всем при этом никакой квантовой физики, никакой постоянной Планка, не имеющей к этому никакого отношения. Эту фантазию можно продолжить, что и было продемонстрировано на атомном уровне структурной организации материи, и этим займемся на следующих уровнях структурной организации материи.

Молекулярный уровень структурной организации материи

Следующим за атомным, более высшим уровнем структурной организации материи, является молекулярный уровень. Молекула (новолат. molecula, уменьшительное от лат. moles – масса) – наименьшая стабильная частица химического вещества, элементами которой являются атомы (объекты предыдущего уровня) объединенных ковалентными связями – это совокупность сил, которые удерживают атомы в пределах молекулы, обладающей всеми ее химическими свойствами, как целостность нового химического вещества. Понятие молекулы и ее состав в научной сфере были приняты на международном съезде химиков в Карлсруэ в 1860 году, первичной основой, которой стали молекулярные веса (как в таблице Менделеева). Через год русский химик А. М. Бутлеров сделал доклад «О химическом строении веществ» на химической секции съезда естествоиспытателей и врачей в немецком городе Шпейере, который можно считать фундаментом химии. Были также разграничены понятия «атом», «молекула», и принято основное структурное положение «атомы при взаимодействии образуют молекулу» с ее новыми качественными характеристиками.

Химические связи образуются одной, двумя или тремя парами, внешних валентных электронов, находящихся в совместном владении молекулы. Другие внутренние электроны атомов обычно не участвуют в образовании химических связей. Обычно молекулы нейтральны, не имеют электрических зарядов, т. к. не несут неспаренных электронов. Однако молекулы могут иметь заряженные атомы, называемые ионами, Положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно заряженные ионы – анионами. Данные термины предложил Майкл Фарадей в 1834 г.

В самом общем виде сложные вещества, (химического синтеза) или разделения сложных веществ на простые элементы (химического анализа) может быть представлено в виде формулы:

где

E – простые вещества (элементы в свободном виде),

C – сложные вещества (химические соединения),

S – синтез,

A – анализ.

Химическая связь, как совокупность сил, которые удерживают атомы в пределах молекулы, образуя восьми электронную оболочку соединенных атомов (кроме молекулы водорода, ограниченного двумя электронами). Данная связь является наиболее предпочтительной, т. к. является аналогичной благородным газам. Отдельные атомы до соединения в молекулу, взаимодействуют между собой с помощью сил отталкивания: два положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны отталкиваются, в то же время ядро одного атома и электроны другого притягиваются. Движущей силой, соединяющей атомы в молекулу, является минимум энергии: 2 отдельных атома имеют большую энергию, нежели энергия молекулы, полученной из этих атомов, минимум энергии, указанный на графике, есть момент образования молекулы.

Число и тип атомов, соединенных в молекулу, определяется химической формулой, показывающей количественный и качественный состав. Химическое соединение определяется валентностью и окислением химических элементов. Валентность это способность одних химических элементов присоединять к себе других и соответствует номеру группы в таблице Д. И. Менделеева.

Разновидности молекул

Одноатомные молекулы – их можно не считать молекулами, т. к. это простые атомы, но они встречаются в самостоятельном виде в природе наряду с другими молекулами, взаимодействуют с ними, и поэтому вправе называться простейшей молекулой (инертные газы).

Двух и более атомные молекулы, состоящие из одинаковых атомов с полным правом считаются молекулами (H₂, O₂, O₃ – озон – аллотропная модификация кислорода). Есть большее количество атомов одного вида, соединенных в кристаллы. Например, углерод с различными видами соединения его атомов (кристаллических решеток) дают отличительные качества вещества:

• алмаз, имеющий форму тетраэдра, в центре которого находится атом углерода, прочно связанный с соседними атомами, образующими вершины тетраэдра, такая "конструкция" в свою очередь связана с соседними тетраэдрами – бесцветное вещество самое твердое в природе;

• графит, в котором атомы углерода образуют правильные шестиугольники, лежащие в одной плоскости, организованные в бесконечные слои, причем слои тоже связаны – мягкое вещество серого цвета, хорошо проводит электричество;

• карбин, в котором атомы связаны чередующимися одинарными и тройными связями и составляют полимерные линейные молекулы – черного цвета, полупроводник.

Существует значительно больше аллотропных модификаций углерода, радикально отличающихся друг от друга, от мягкого к твёрдому, непрозрачного к прозрачному, абразивного к смазочному, недорогого к дорогому. Кроме того имеется множество соединений углерода с другими атомами, как и основная часть молекул состоит из многоатомных соединений.

Однако, следует иметь ввиду, что кристалл – это уже не молекула, а межмолекулярные связи (взаимодействия) с элементами-молекулами в целостности дающее вещество – новое качество материи. Любое новое качество материи, когда оно не есть сумма качеств ее элементов (хотя от них зависимость и влияние есть) – это и есть квант материи данного уровня структурной организации. В одной из статей тоже была показана последовательность уровней материальной организации: атом – молекула – вещество – тело. Во многих других работах тоже можно увидеть эти ступени организации материи, но они не четкие и зачастую завуалированы официальной квантовой теорией.

Кроме простых веществ, указанных здесь, химики относят также металлы и неметаллы, встречающиеся в природе гораздо реже, имеются сложные вещества, которыми больше всего занимается химия. И так, химию как науку можно разделить на две большие части, два уровня: неорганическая химия и органическая.

Уровень неорганических соединений

При классификации необходимо строго придерживаться признаков, качеств, по которым она проводится, т. к. уровни структурных организаций химических соединений именно этим и определяются. В соответствии с этим выделяются основные уровни (классы) неорганических соединений:

• оксиды – соединения элементов с кислородом, степень окисления равна -2:

– основные – солеобразующие оксиды металлов, которым соответствуют основания – Na₂O, K₂O, MgO, CaO;

– кислотные – солеобразующие оксиды неметаллов или переходных металлов в высоких степенях окисления (от +4 до +7) – CO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇;

– амфотерные – солеобразующие оксиды, проявляющие в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства – ZnO, Al₂O₃, PbO;

– двойные – оксиды, образованные элементом с разными степенями окисления – FeO∙Fe₂O₃, (CaTi)O₃;

– несолеобразующие – оксиды неметаллов, которые не взаимодействуют со щелочами и кислотами и не вступают в реакции солеобразования – CO, NO, SiO;

• гидроксиды – неорганические соединения почти всех химических элементов, содержащие в составе гидроксильную группу OH:

– основание – основные гидроксиды, при диссоциации которых в водных растворах отщепляется только один вид анионов – гидроксид-ионы OH – NaOH, KOH, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂;

– кислотные – соединения, способные отдавать катион водорода, либо способные принимать электронную пару с образованием ковалентной связи – H₂CO₃, H₂SO₄, HNO₃;

– амфотерные – гидроксиды амфотерных элементов, в зависимости от условий проявляющие свойства кислотных или основных гидроксидов – Pb(OH)₂, Al(OH)3, AlO(OH);

• соли – вещества, которые могут быть получены при взаимодействии кислот и оснований с выделением воды:

– средние – соли, которые являются продуктом полного замещения атомов водорода соответствующей кислоты на атомы металла или ион NH4⁺ – N₂CO₃, K₂SO₄, Mg(NO₃)₂, Ca₃(PO₄)₂;

– кислые – соли, содержащие два вида катионов: катион металла (или аммония) и катион водорода, и многозарядный анион кислотного остатка – NaHCO₃, KHSO₄, Ca(H₂PO₄)₂, CaHPO₄;

– основные – продукты неполного замещения гидроксидных групп в молекулах многокислотных оснований кислотными остатками – Cu₂CO₃(OH)₂, F(NO₃)₂OH, Ca₂SO₄(OH)₂;

– двойные или комплексные – соли, состоящие из двух или более разных катионов и аниона одного типа – CaMg(CO₃)₂, KAl(SO₄)₂, K₂Mg(SO₄)₂;

• бинарные – химические вещества, образованные в основном двумя химическими элементами:

– бескислородные кислоты: HF, HCl, HBr, HI, H₂S, HCN;

– бескислородные соли: KBr, Na₂S, Ba(HS)₂, NH₄Cl, KMgCl₃;

– прочие бинарные соединения: OF₂, H₂O₂, NH₃, CaH₂, CaC₂, Mg₃N₂, SCl₂O₂.

По международной номенклатуре название соли каждой кислоты происходит от латинского названия элемента, например:

• соли серной кислоты называются сульфатами: СаSO₄ – сульфат кальция, Mg SO₄ – сульфат магния и т. д.;

• соли соляной кислоты называются хлоридами: NaCl – хлорид натрия, ZnCI₂ – хлорид цинка и т. д.;

• в название солей двухосновных кислот добавляют частицу «би» или «гидро»: Mg(HCl₃)₂ – бикарбонат или гидрокарбонат магния;

• при условии, что в трехосновной кислоте замещён на металл только один атом водорода, то добавляют приставку «дигидро»: NaH₂PO₄ – дигидрофосфат натрия.

Уровень органических соединений – это химические соединения, объединяющие почти все соединения, в составе которых имеется углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов). Органические соединения редки в земной коре, но являются основой всех известных форм жизни. В органических соединениях наряду с углеродом (C), чаще содержатся водород (H), кислород (O), азот (N), реже – серу (S), фосфор (P), галогены (F, Cl, Br, I), бор (B) и некоторые металлы. Органических соединений гораздо больше, чем в предыдущем уровне, но среди них также имеются соединения с общими и сходными свойствами, поэтому все они по общим признакам классифицированы, объединены в отдельные уровни структурной организации (классы и группы).

Последовательность уровней структурной организации органических соединений:

• углеводороды – соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, служащие фундаментальной основой органической химии, а молекулы любых других органических соединений рассматривают как их производные;

• ациклические соединения – соединения, в молекулах которых отсутствуют циклы, и все атомы углерода соединены друг с другом в прямые или разветвленные открытые цепи, в свою очередь среди них выделяют:

– предельные (или насыщенные) соединения, которые содержат в углеродном скелете только одинарные углерод-углеродные (С-С) связи;

– непредельные (или ненасыщенные), содержащие кратные – двойные (С=С) или тройные (С=С) связи:

– алкены,

– алкины,

– алкадиены (диеновые углеводороды);

• циклические соединения – химические соединения, в которых присутствует три или более связанных атомов, образующие кольцо, и от того, какими атомами образованы циклы, эти соединения различаются:

– карбоциклические (или изоциклические) – содержат в своих циклах только атомы углерода:

– алициклические соединения, о ароматические соединения;

– гетероциклические – содержат в составе углеводородного цикла еще один или несколько атомы кислорода, азота или серы;

• функциональные производные углеводородов:

• спирты, фенолы,

• простые эфиры,

• альдегиды, кетоны,

• карбоновые кислоты,

• сложные эфиры,

• жиры,

• углеводы:

– моносахариды,

– олигосахариды,

– полисахариды,

– мукополисахариды;

• амины,

• аминокислоты,

• белки,

• Нуклеиновые кислоты.

Органические вещества самые сложные молекулярные соединения, они составляют около 65% общей численности молекул. Можно еще добавить разновидностей, но надо на чем-то остановиться.

Таким образом, многоатомная молекула имеет определённую конфигурацию в пространстве, то есть определённую геометрию расположения связей, которая не может быть изменена без их разрыва. Молекула характеризуется той или иной симметрией расположения атомов. Если молекула не имеет плоскости и центра симметрии, то она может существовать в двух конфигурациях, которые представляют собой зеркальные отражения друг друга (зеркальные антиподы, или стереоизомеры). Все важнейшие биологические функциональные вещества в живой природе существуют в форме одного определённого стереоизомера.

Общая численность известных химических соединений больше 20 млн, и их число принципиально неограниченно, поэтому необходимо пользоваться чёткими правилами при их наименовании, чтобы по названию можно было воспроизвести их структуру. Для этого служит стандарт IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии).

На данном молекулярном уровне не затронута проблема квантовой химии, хотя в официальной науке без нее химия не была бы полноценной наукой. Я же убежден: квант является неотъемлемой основой частью каждого уровня структурной организации материи, правда в другом смысле, чем в квантовой механике. В данном понимании квант – это новое качество, полученное материальным объектом на каждом уровне структурой организации материи. Конечно, для данного понятия можно подобрать другое название и не использовать занятое имя, будущее покажет.