Геометрическая строгость форм, не так уж частая в окружающей нас природе, издавна приковывала к кристаллам пристальное внимание. Убеждение в неслучайности правильной формы заставляло на заре познания мира видеть в них нечто таинственное, искать некий «магический кристалл». В конечном же итоге поиск сверхъестественного привел к углубленному познанию естественных свойств вещества. Синтез геометрической кристаллографии и стереохимии — науки о пространственном расположении атомов — вызвал рождение кристаллохимии. Идеи и представления ее, непрерывно обогащаемые развивающейся химией, в свою очередь, питают и химию, и физику твердого тела. Служат они и современной технологии.
В распоряжении кристаллохимии имеется уникальный метод — рентгеноструктурный анализ кристаллов, основанный на дифракции рентгеновских лучей. Он позволяет осуществить мечту каждого химика, синтезирующего новое вещество: воочию «увидеть» составляющие его атомы, с большой точностью измерить расстояние между ними, установить структурную формулу. Это особенно важно в тех случаях, когда обычные приемы определения строения нового соединения (а иногда и его правильной химической формулы) оказываются бессильными. Рентгеноструктурный же анализ позволяет выявить все нюансы строения разнообразных — подчас весьма сложных — молекул. Этот метод сочетает в себе тонкий физический эксперимент, его математическую обработку с широким использованием ЭВМ и, наконец, химическую интерпретацию результатов.
Особенно велика роль рентгеноструктурного анализа применительно к одной из важнейших областей химии — химии координационных соединений. Последние обладают разнообразными технологически полезными свойствами. Они, например, широко используются при получении драгоценных, редких и цветных металлов, служат катализаторами многих промышленных процессов, а некоторые имеют ценные лекарственные свойства. Небезынтересно, что и столь важные природные вещества, как гемоглобин, хлорофилл и некоторые витамины, относятся к классу координационных соединений.
Такие соединения очень разнообразны по геометрическому строению. Это обусловлено сложной игрой междуатомных взаимодействий металла и связанных с ним органических и неорганических группировок. Здесь никогда нельзя заранее предвидеть, как построено вещество. И лишь рентгеноструктурный анализ позволяет четко и однозначно разобраться в деталях его структуры.
Кристаллохимические исследования координационных соединений получили особенно широкое развитие за последние полтора-два десятилетия. Это вызвано как быстрым расширением областей практического применения координационных соединений, так и принципиальной важностью их для дальнейшего развития теоретической химии. Исследования такого рода широко проводятся сейчас во многих странах.
Весомый вклад в них сделан группой исследователей, работающих под руководством профессора М. Порай-Кошица в двух московских лабораториях — в Институте общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова Академии наук СССР и в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова. Эти две лаборатории составляют ядро большой школы советских кристаллохимиков, плодотворно изучающих проблемы строения координационных соединений.
Классическая химия координационных соединений развивалась в основном в пределах металлов платиновой группы. Советские исследователи существенно расширили этот круг. Так, широкое и систематическое рентгеноструктурное изучение координационных соединений кобальта и никеля дало возможность создать общие основы кристаллохимии этих металлов и их аналогов. Тем самым внесены существенные коррективы в господствовавшие с начала пятидесятых годов представления о стереохимии четвертого периода менделеевской системы, обоснованием которых служили косвенные — и, как оказалось, не всегда верные — физико-химические данные.
Другим ярким примером активного вклада в химию координационных соединений может служить расшифровка структуры ацетата родия (синтез и химическое исследование этого вещества проведены в Институте общей и неорганической химии под руководством академика И. Черняева). М. Порай-Кошиц и его сотрудники впервые для элементов платиновой группы обнаружили прочные связи между атомами металла в самом комплексе. Это объяснило особенности протекания химических реакций всего класса карбоксилатных соединений родия, а также послужило стимулом для дальнейших химических и кристаллохимических исследований как в этой области, так и в познании связей металла — металл в других соединениях.
В последние годы ученые провели рентгеноструктурные исследования соединений редкоземельных элементов, основные композиционные принципы строения которых долгое время оставались скрытыми. Материалы, в состав которых входят атомы этих соединений, сейчас занимают все более ведущую роль в технике. Поэтому найденные общие кристаллохимические закономерности оказались чрезвычайно важными. На их основе, например, удалось объяснить многие экспериментальные факты, касающиеся оптической генерации лазеров.
Академик И. Белов, СССР, 1974 г.
