В настоящее время механизм многих химических реакций изучен довольно подробно, хотя это потребовало длительных усилий больших коллективов исследователей. В 1986 году Нобелевская премия по химии была присуждена трём учёным «за изучение динамики химических реакций».
Химическая динамика как раз изучает детальный путь превращения одних молекул и активных частиц в другие молекулы и частицы в ходе элементарной реакции.
Такие исследования столь сложны, что член Шведской академии наук профессор Стуре Форсен сравнил работу химика с работой следователя. В своей вступительной речи на церемонии вручения премии он сказал: «Вот перед нами пламя — маленькое повседневное чудо, которое многих не перестаёт удивлять и восхищать.
Пламя — это химическая реакция с выделением тепла и света, которая в ходе истории человека изменила условия его жизни и сделала возможным развитие цивилизации даже в наших северных широтах. С другой стороны, пламя — химический процесс, продукты которого постепенно изменяют атмосферу нашей планеты и, скорее всего, будут изменять и её климат.
Горящее пламя — невероятно сложное явление.
В процессе горения молекулы кислорода воздуха реагируют с углеродом и водородом в составе молекул органических соединений. При этом образуется множество первичных продуктов, которые часто нестабильны и обладают высокой реакционной способностью.
В этих реакциях происходит отрыв атомов от исходных молекул.
Продукты одной реакции становятся исходными реагентами для следующей реакции. Одновременно протекают десятки или даже сотни межмолекулярных реакций.
Выявление всех деталей подобных превращений представляет собой сложнейшую научную проблему. А теперь представим себе, что мы выбрали для изучения только одну из многих химических реакций, которые идут в пламени.
На первый взгляд может показаться, что это очень простая и понятная реакция. Но при более подробном рассмотрении окажется, что тайны Природы неуловимы и выбранная „простая» реакция всё равно оказывается сложной.
Учёного, взявшегося за исследование наиболее тонких деталей превращения молекул в ходе химической реакции, ожидает множество трудностей. Собственно элементарный акт реакции — драматическое событие, происходящее за исключительно малый отрезок времени, который длится порядка миллионной доли от одной миллионной секунды.
Такое время учёные называют пикосекундой. Но как вообще можно получить подробную информацию о том, что же происходит за такое короткое время?
Помимо прочего, такая информация в значительной степени получена косвенным путем и основана на детальном анализе начальных условий данного процесса, а также его результатов. Возможно, читателю детективов понравится аналогия с концепцией „косвенных улик» как способа доказать виновность подозреваемого.
Задачу, стоящую перед исследователем, можно сравнить с положением зрителя, которому показали сильно сокращённую версию какой-нибудь классической драмы, например „Гамлета».
Он увидел только начало первого акта и финал. Сначала на сцене появляются главные персонажи, затем занавес опускают, за ним меняются декорации, и, когда занавес снова поднимается, наш воображаемый зритель видит множество лежащих „мёртвых» персонажей, а также нескольких, оставшихся в живых.
Для неискушённого зрителя непросто угадать, что же на самом деле произошло между началом и концом». Химикам как раз и нужно «угадать», что же происходит за скрытым от их глаз «занавесом» химического процесса, каким конкретным путём атомы, входящие в молекулы исходных веществ, перестраиваются в молекулы продуктов реакции.