Det tredje bud i Butlers teori. De vigtigste bestemmelser i teorien om den kemiske struktur af organiske stoffer A.M. Butlerov. De vigtigste udviklingsretninger for denne teori. Typer af hybridisering i organiske stoffer

Ligesom i uorganisk kemi er det grundlæggende teoretiske grundlag den periodiske lov og det periodiske system af kemiske grundstoffer i D. I. Mendeleev, så er det førende videnskabelige grundlag i organisk kemi teorien om strukturen af organiske forbindelser af Butlerov-Kekule-Cooper.

Ligesom enhver anden videnskabelig teori var teorien om strukturen af organiske forbindelser resultatet af en generalisering af det rigeste faktuelle materiale akkumuleret af organisk kemi, som tog form som en videnskab i begyndelsen af det 19. århundrede. Flere og flere nye kulstofforbindelser blev opdaget, hvis antal steg som en lavine (tabel 1).

tabel 1
Antal organiske forbindelser kendt i forskellige år

For at forklare denne række af organiske forbindelser, forskere fra det tidlige XIX århundrede. kunne ikke. Endnu flere spørgsmål blev rejst af fænomenet isomerisme.

For eksempel er ethylalkohol og dimethylether isomerer: disse stoffer har samme sammensætning C 2 H 6 O, men en anden struktur, det vil sige en anden rækkefølge af forbindelse af atomer i molekyler, og derfor forskellige egenskaber.

F. Wöhler, som du allerede kender, beskrev i et af sine breve til J. J. Berzelius organisk kemi således: ”Organisk kemi kan nu drive enhver til vanvid. Det forekommer mig at være en tæt skov, fuld af fantastiske ting, et grænseløst krat, hvorfra du ikke kan komme ud, hvor du ikke tør trænge ind ... "

Udviklingen af kemi var i høj grad påvirket af den engelske videnskabsmand E. Franklands arbejde, som, baseret på atomismens ideer, introducerede begrebet valens (1853).

I brintmolekylet H 2 dannes én kovalent kemisk binding H-H, dvs. hydrogen er monovalent. Valensen af et kemisk grundstof kan udtrykkes ved antallet af brintatomer, som et atom af et kemisk grundstof binder til sig selv eller erstatter. For eksempel er svovl i svovlbrinte og oxygen i vand divalente: H 2 S eller H-S-H, H 2 O eller H-O-H, og nitrogen i ammoniak er trivalent:

I organisk kemi er begrebet "valens" analogt med begrebet "oxidationstilstand", som man er vant til at arbejde med i forløbet af uorganisk kemi i folkeskolen. De er dog ikke ens. For eksempel i et nitrogenmolekyle N 2 er nitrogens oxidationstilstand nul, og valensen er tre:

I hydrogenperoxid H 2 O 2 er oxygenets oxidationstilstand -1, og valensen er to:

I ammoniumionen NH + 4 er nitrogens oxidationstilstand -3, og valensen er fire:

Normalt, i forhold til ioniske forbindelser (natriumchlorid NaCl og mange andre uorganiske stoffer med en ionbinding), bruges udtrykket "valens" af atomer ikke, men deres oxidationstilstand tages i betragtning. I den uorganiske kemi, hvor de fleste stoffer har en ikke-molekylær struktur, foretrækkes det derfor at bruge begrebet "oxidationstilstand", og i organisk kemi, hvor de fleste forbindelser har en molekylær struktur, bruger man som regel begrebet "valens".

Teorien om kemisk struktur er resultatet af en generalisering af ideerne fra fremragende organiske videnskabsmænd fra tre europæiske lande: tyskeren F. Kekule, englænderen A. Cooper og russeren A. Butlerov.

I 1857 klassificerede F. Kekule kulstof som et tetravalent grundstof, og i 1858, samtidig med A. Cooper, bemærkede han, at kulstofatomer kan kombineres med hinanden i forskellige kæder: lineære, forgrenede og lukkede (cykliske).

F. Kekules og A. Coopers værker tjente som grundlag for udviklingen af en videnskabelig teori, der forklarer fænomenet isomerisme, forholdet mellem sammensætning, struktur og egenskaber af molekyler af organiske forbindelser. En sådan teori blev skabt af den russiske videnskabsmand A. M. Butlerov. Det var hans nysgerrige sind, der "vovede at trænge ind" i den "tætte skov" af organisk kemi og begynde forvandlingen af dette "grænseløse krat" til en regulær park fyldt med sollys med et system af stier og gyder. Hovedideerne i denne teori blev først udtrykt af A. M. Butlerov i 1861 på kongressen for tyske naturforskere og læger i Speyer.

Formuler kort de vigtigste bestemmelser og konsekvenser af Butlerov-Kekule-Cooper-teorien om strukturen af organiske forbindelser som følger.

1. Atomerne i stoffernes molekyler er forbundet i en bestemt rækkefølge i henhold til deres valens. Kulstof i organiske forbindelser er altid tetravalent, og dets atomer er i stand til at kombinere med hinanden og danner forskellige kæder (lineære, forgrenede og cykliske).

Organiske forbindelser kan arrangeres i serier af stoffer, der ligner sammensætning, struktur og egenskaber - homologe serier.

Butlerov Alexander Mikhailovich (1828-1886)

For eksempel er methan CH 4 stamfaderen til den homologe serie af mættede kulbrinter (alkaner). Dens nærmeste homolog er ethan C2H6 eller CH3-CH3. De næste to medlemmer af den homologe serie af methan er propan C3H8 eller CH3-CH2-CH3 og butan C4H10 eller CH3-CH2-CH2-CH3 osv.

Det er let at se, at man for homologe serier kan udlede en generel formel for rækken. Så for alkaner er denne generelle formel C n H 2n + 2.

2. Stoffers egenskaber afhænger ikke kun af deres kvalitative og kvantitative sammensætning, men også af strukturen af deres molekyler.

Denne position af teorien om strukturen af organiske forbindelser forklarer fænomenet isomerisme. For butan C 4 H 10 er det naturligvis, ud over det lineære strukturmolekyle CH3-CH2-CH2-CH3, også en forgrenet struktur mulig:

Dette er et helt nyt stof med sine egne individuelle egenskaber, der er forskellige fra lineær butan.

Butan, i hvis molekyle atomerne er arrangeret i form af en lineær kæde, kaldes normal butan (n-butan), og butan, hvis kæde af kulstofatomer er forgrenet, kaldes isobutan.

Der er to hovedtyper af isomerisme - strukturel og rumlig.

I overensstemmelse med den accepterede klassificering skelnes der mellem tre typer af strukturel isomerisme.

Isomerisme af kulstofskelettet. Forbindelser adskiller sig i rækkefølgen af carbon-carbon-bindinger, f.eks. n-butan og isobutan taget i betragtning. Det er denne type isomerisme, der er karakteristisk for alkaner.

Isomerisme af positionen af en multipelbinding (C=C, C=C) eller en funktionel gruppe (dvs. en gruppe atomer, der bestemmer, om en forbindelse tilhører en bestemt klasse af organiske forbindelser), for eksempel:

Interklasse-isomerisme. Isomerer af denne type isomerisme tilhører forskellige klasser af organiske forbindelser, for eksempel ethylalkohol (klassen af mættede monovalente alkoholer) og dimethylether (klassen af ethere) diskuteret ovenfor.

Der er to typer af rumlig isomerisme: geometrisk og optisk.

Geometrisk isomeri er først og fremmest karakteristisk for forbindelser med en dobbelt carbon-carbon-binding, da molekylet har en plan struktur på stedet for en sådan binding (fig. 6).

Ris. 6.
Model af ethylenmolekylet

For eksempel, for buten-2, hvis de samme grupper af atomer ved carbonatomer i en dobbeltbinding er på den ene side af C=C-bindingsplanet, så er molekylet en cisisomer, hvis det på modsatte sider er en transisomer.

Optisk isomeri besidder for eksempel stoffer, hvis molekyler har et asymmetrisk eller chiralt carbonatom bundet til fire forskellige suppleanter. Optiske isomerer er spejlbilleder af hinanden, ligesom to håndflader, og er ikke kompatible. (Nu er det andet navn på denne type isomerisme åbenbart blevet klart for dig: græsk chiros - hånd - en prøve af en asymmetrisk figur.) For eksempel, i form af to optiske isomerer, er der 2-hydroxypropansyre (mælkesyre) ) syre indeholdende et asymmetrisk carbonatom.

Isomere par opstår i chirale molekyler, hvor isomermolekylerne er relateret til hinanden i deres rumlige organisation på samme måde som et objekt og dets spejlbillede er relateret til hinanden. Et par af sådanne isomerer har altid de samme kemiske og fysiske egenskaber, med undtagelse af optisk aktivitet: hvis en isomer roterer planet af polariseret lys med uret, så roterer den anden nødvendigvis mod uret. Den første isomer kaldes højredrejende, og den anden kaldes venstredrejende.

Betydningen af optisk isomerisme i organiseringen af livet på vores planet er meget stor, da optiske isomerer kan afvige betydeligt både i deres biologiske aktivitet og i kompatibilitet med andre naturlige forbindelser.

3. Atomerne i stoffernes molekyler påvirker hinanden. Du vil overveje den gensidige påvirkning af atomer i molekylerne af organiske forbindelser i det videre studium af kurset.

Den moderne teori om strukturen af organiske forbindelser er ikke kun baseret på den kemiske, men også på den elektroniske og rumlige struktur af stoffer, som overvejes i detaljer på profilniveauet for studiet af kemi.

Flere typer kemiske formler er meget udbredt i organisk kemi.

Molekylformlen afspejler den kvalitative sammensætning af forbindelsen, det vil sige, den viser antallet af atomer af hvert af de kemiske elementer, der danner stoffets molekyle. For eksempel er molekylformlen for propan C 3 H 8 .

Strukturformlen afspejler rækkefølgen af forbindelsen af atomer i et molekyle i henhold til valens. Strukturformlen for propan er:

Ofte er der ikke behov for at afbilde i detaljer de kemiske bindinger mellem kulstof- og brintatomer, derfor bruges i de fleste tilfælde forkortede strukturformler. For propan er en sådan formel skrevet som følger: CH 3 -CH 2 -CH 3.

Strukturen af molekyler af organiske forbindelser afspejles ved hjælp af forskellige modeller. De mest kendte er volumetriske (skala) og kugle-og-stik-modeller (fig. 7).

Ris. 7.
Modeller af ethanmolekylet:
1 - bold-og-pind; 2 - skala

Nye ord og begreber

Isomerisme, isomerer.
Valence.
Kemisk struktur.
Teori om strukturen af organiske forbindelser.
Homologisk serie og homologisk forskel.
Formler molekylære og strukturelle.
Modeller af molekyler: volumetrisk (skala) og sfærisk.

Spørgsmål og opgaver

Hvad er valens? Hvordan er det forskelligt fra oxidationstilstand? Giv eksempler på stoffer, hvor værdierne for oxidationstilstanden og atomernes valens er numerisk ens og forskellige,
Bestem valensen og oxidationstilstanden for atomer i stoffer, hvis formler er Cl 2, CO 2, C 2 H 6, C 2 H 4.
Hvad er isomerisme; isomerer?
Hvad er homologi; homologer?
Hvordan kan man ved at bruge viden om isomerisme og homologi forklare mangfoldigheden af kulstofforbindelser?
Hvad menes med den kemiske struktur af molekyler af organiske forbindelser? Formuler strukturteoriens position, som forklarer forskellen i isomers egenskaber Formuler positionen af strukturteorien, som forklarer mangfoldigheden af organiske forbindelser.
Hvilket bidrag ydede hver af videnskabsmændene - grundlæggerne af teorien om kemisk struktur - til denne teori? Hvorfor spillede den russiske kemikers bidrag en ledende rolle i dannelsen af denne teori?
Det er muligt, at der er tre isomerer af sammensætningen C 5 H 12. Skriv deres fulde og forkortede strukturformler ned,
I henhold til modellen for stofmolekylet præsenteret i slutningen af afsnittet (se fig. 7), skal du lave dets molekylære og forkortede strukturformler.
Beregn massefraktionen af kulstof i molekylerne af de første fire medlemmer af den homologe serie af alkaner.

Oprettelse af strukturteorien i Rusland er ikke en ulykke. Treserne af XIX århundrede var år med hurtig vækst af kapitalismen i Rusland. Dette stillede til gengæld en række krav til naturvidenskaben. Ved udformningen af verdensbilledet for datidens russiske naturforskere, D. I. Mendeleev, I. M. Sechenov, A. M. Butlerov og andre, aktiviteterne af de revolutionære materialistiske demokrater A. I. Herzen og V. G. Belinsky, N. G. Chernyshevsky og N. A. Dobrolyubov.

Butlerov tog fra dem materialistisk doktrin og en kritisk holdning til alle teorier. For første gang blev hovedideerne i strukturteorien udtrykt af A. M. Butlerov i sin rapport "Om stoffets kemiske struktur", lavet af ham den 19. september 1861 på en konference i Speyer, og derefter inkluderet i hans lærebog, som blev udgivet i Rusland i 1864-1866 ., og derefter oversat i Tyskland til tysk i 1867-1868.

Hovedideerne i teorien om A. M. Butlerov kan opsummeres som følger:

1. Alle atomer, som danner et molekyle af organisk stof, er forbundet i en bestemt rækkefølge, og en vis del af kemisk affinitet bruges på at forbinde dem med hinanden.

Quadrivalent kulstof og dens evne til at danne kæder kom ind i teorien som bestanddele. Kemisk affinitet - valens. Alt dette førte til skrivning af kemiske formler, som vi bruger på nuværende tidspunkt, dvs. åbne værdier af carbonatomer, en kæde af carbonatomer lukket i en ring.

2. Fra den kemiske struktur stoffer afhænger af dets kemiske og fysiske egenskaber. Denne teoris position forklarede fænomenet isomerisme.

3. Udforskning af egenskaber stof giver dig mulighed for at bestemme dets struktur og dermed dets egenskaber.

4. Atomers kemiske egenskaber og atomgrupper er uforanderlige og ændrer sig kun under indflydelse af de tilstedeværende atomer og atomgrupper, især direkte relateret til hinanden.

Butlerovs idé om gensidig indflydelse atomer i et molekyle blev efterfølgende genialt udviklet af hans elev VV Morkovnikov.

A. M. Butlerovs største fortjeneste består ikke kun i generaliseringen af en enorm mængde faktuelt materiale og fremme af avancerede ideer, men også i det strålende eksperimentelle bevis på den strukturteori, han skabte. Baseret på sin teori om struktur forudsagde L. M. Butlerov eksistensen af fuldstændig ukendte forbindelser og endda klasser på det tidspunkt (for eksempel tertiære alkoholer) og var derefter i stand til at syntetisere dem.

Ligesom D. I. Mendeleev, baseret på sit periodiske system forudsagde han ukendte grundstoffer, og A. M. Butlerov, baseret på teorien om struktur, forudsagde muligheden for eksistensen af nye stoffer og syntetiserede dem selv.

A. M. Butlerov for første gang udtrykte ideen om arrangementet af atomer ikke på et plan, men i rummet, og var grundlæggeren af ideen om rumlig isomerisme.

Han overvejede det kemiske molekyle ikke som noget dødt, men i konstant bevægelse. Denne idé førte L. M. Butlerov til ideen om "omvendt isomerisme", dvs. han var faktisk grundlæggeren af ideen om den såkaldte tautomerisme. Mere end hundrede år er gået siden teorien om A. M. Butlerov blev skabt, men selv nu bruger organiske kemikere den med samme succes.

Senere bestemte K. Schorlemmer i 1880 organisk kemi som "kemien af kulbrinter og deres derivater", ville han understrege dette:

1 Kulstofs evne til at danne kæder af C-C atomer.

2 Tilstedeværelsen af brint i de fleste organiske molekyler.

ARBEJDE I KEMI

TEORI OM KHIMICHK-STRUKTUREN

ØKOLOGISK

FORBINDELSER A.M. BUTLEROV

FULDFØRT:

Lebedev Evgeny

PLAN:

1. UDVIKLING AF INDUSTRIEN I FORBINDELSE MED PRODUKTION AF ORGANISKE STOFFER I FØRSTE HALVDEL AF XIX ÅRHUNDREDE .LINK AF VIDENSKAB OG PRAKSIS.

2. TILSTANDEN AF ORGANISK KEMI MIDT AF XIX ÅRHUNDREDE.

3. BAGGRUND FOR TEORIEN OM KEMISK STRUKTUR.

4. UDSIGT AF A.M. STOFFETS FLASKESTRUKTUR.

5. TEORIENS VIGTIGSTE BESTEMMELSER.

6. BETYDNING AF TEORIEN OM KEMISK STRUKTUR OG RETNINGER FOR DENS UDVIKLING.

Mennesket har været bekendt med organiske stoffer siden oldtiden. . Vores fjerne forfædre brugte naturlige farvestoffer til farvning af stoffer, brugte vegetabilske olier, animalsk fedt, rørsukker som mad, opnåede eddike ved at gære alkoholholdige væsker ...

Men videnskaben om kulstofforbindelser opstod først i første halvdel af det 10. århundrede. jeg X århundrede.

I 1828, en elev af J. Berzelius, den tyske videnskabsmand F. Wöhler syntetiserer organisk stof - urinstof - fra uorganiske stoffer. I 1845 opnåede den tyske kemiker A. Kolbe kunstigt eddikesyre. I 1854 syntetiserede den franske kemiker M. Berthelot fedtstoffer. Den russiske videnskabsmand A.M. Butlerov i 1861 opnåede for første gang et sukkerholdigt stof ved syntese.

Det er kendt, at udvikling af industri og praksis udgør nye udfordringer for videnskaben. Så snart et samfund har et teknisk behov, fremmer det

videnskab fremsender mere end et dusin universiteter.

Et eksempel kan gives for at bekræfte disse ord. Tekstilindustrien i 40'erne af det nittende århundrede kunne ikke længere

give naturlige farvestoffer - de var ikke nok. Videnskaben stod over for opgaven med at skaffe farvestoffer syntetisk. Eftersøgninger begyndte, som et resultat af hvilke forskellige anilinfarvestoffer og alizarin, der tidligere var ekstraheret fra rødderne af den gale plante, blev syntetiseret. De resulterende farvestoffer bidrog til gengæld til tekstilindustriens hurtige vækst.

På nuværende tidspunkt er der syntetiseret mange organiske stoffer, som ikke kun findes i naturen, men heller ikke findes i den, for eksempel talrige plastik, forskellige typer gummi, alle slags farvestoffer, sprængstoffer og stoffer.

Der kendes nu flere syntetisk fremstillede stoffer end dem, der findes i naturen, og deres antal er hastigt stigende. vokser. Synteser af de mest komplekse organiske stoffer - proteiner begynder at blive udført .

2. Organisk kemitilstand i midten af X jeg X århundrede.

I mellemtiden var der præ-strukturelle teorier - teorien om radikale og teorien om typer.

Teorien om radikaler (dens skabere J. Dumas, I. Berzelius) hævdede, at sammensætningen af organisk stof stv omfatter radikaler, der går fra et molekyle til et andet: radikaler er konstante i sammensætning og kan eksistere i fri form. Senere viste det sig, at radikalerne kan undergå ændringer som følge af substitutionsreaktionen (erstatning af brintatomer med kloratomer). Trichloreddikesyre blev således opnået. Teorien om radikaler blev gradvist forkastet, men den satte et dybt aftryk på videnskaben: Begrebet radikal er blevet solidt etableret i kemien. Påstandene om muligheden for eksistensen af frie radikaler, om overgangen i et stort antal reaktioner af visse grupper fra en forbindelse til en anden, viste sig at være sande.

Den mest almindelige i 40'erne. XIX århundrede var teorien om typer. Ifølge denne teori blev alle organiske stoffer betragtet som derivater af de simpleste uorganiske stoffer - såsom brint, hydrogenchlorid, vand, ammoniak osv. F.eks.

Ifølge denne teori udtrykker formler ikke den indre struktur af molekyler, men kun metoderne til dannelse og reaktion af et stof. Skaberen af denne teori, Sh. Gerard og hans tilhængere, mente, at stoffets struktur ikke kunne kendes, da molekylerne ændres under reaktionen. For hvert stof kan du skrive lige så mange formler, som der er forskellige typer transformationer, som stoffet kan opleve.

Teorien om typer på et tidspunkt var progressiv, da den gjorde det muligt at klassificere organiske stoffer, at forudsige og opdage en række simple stoffer, hvis det var muligt at tilskrive dem en bestemt type i sammensætning og nogle egenskaber. Det er dog ikke alle syntetiserede stoffer, der passer ind i en eller anden type forbindelser. Teorien om typer fokuserede på studiet af kemiske omdannelser af organiske forbindelser, hvilket var vigtigt for at forstå stoffers egenskaber. I fremtiden blev typeteorien en bremse på udviklingen af organisk kemi, da den ikke var i stand til at forklare de fakta, der var akkumuleret i videnskaben, at indikere måder at syntetisere nye stoffer, der er nødvendige for teknologi, medicin, en række industrier osv. Der var brug for en ny teori, som ikke kun kunne forklare fakta, observationer, men også forudsige, indikere måderne til syntese af nye stoffer.

Der er mange fakta, der kræver forklaring -

- spørgsmål om valens

- isomerisme

- at skrive formler.

Baggrund for teorien om kemisk struktur.

På det tidspunkt, hvor teorien om den kemiske struktur af A.M. Butlerov, meget var allerede kendt om elementernes valens : E. Frankland etablerede valens for en række metaller, for organiske forbindelser A. Kekule foreslog tetravalensen af carbonatomet (1858), det blev foreslået, at carbon-carbon-bindinger kunne forbindes i en kæde (1859, A.S. Cooper, A. Kekule). Denne idé spillede en stor rolle i udviklingen af organisk kemi.

En vigtig begivenhed inden for kemi var den internationale kemikerkongres (1860, Karlsruhe), hvor begreberne atom, molekyle, atomvægt, molekylvægt var klart defineret. Før dette var der ingen generelt accepterede kriterier for at definere disse begreber, så der var forvirring i at skrive formlerne for stoffer. ER. Butlerov betragtede kemiens mest betydningsfulde succes for perioden fra 1840 til 1880. etableringen af begreberne om et atom og et molekyle, som satte skub i udviklingen af valensteorien og gjorde det muligt at gå videre til skabelsen af en teori om kemisk struktur.

Teorien om kemisk struktur opstod således ikke fra bunden. De objektive forudsætninger for dets udseende var : en). Introduktion til kemi af begreberne valens og især , om carbonatomets tetravalens, b). Introduktion af begrebet kulstof-kulstofbinding. i). At udvikle en korrekt forståelse af atomer og molekyler.

Synspunkter fra A.M. Butlerov om strukturen af stof.

I 1861 blev A.M. Butlerov på XXXU jeg Kongres for tyske læger og naturforskere i Speyer. I mellemtiden fandt hans første tale om teoretiske spørgsmål om organisk kemi sted i 1858 i Paris ved Chemical Society. I sin tale, samt i artiklen om A.S. Cooper (1859) A.M. Butlerov påpeger, at valens (kemisk affinitet) bør spille en rolle i at skabe en teori om kemisk struktur. Her brugte han først udtrykket "struktur", udtrykte ideen om muligheden for at kende stoffets struktur, at bruge eksperimentel forskning til disse formål.

Hovedideerne om den kemiske struktur blev præsenteret af A.M. Butlerov i 1861 i rapporten "Om den kemiske struktur af stoffer". Den bemærkede teoriens forsinkelse bag praksis, påpegede, at teorien om typer, på trods af nogle af dens positive aspekter, havde store mangler. Rapporten giver en klar definition af begrebet kemisk struktur, overvejer måder at etablere den kemiske struktur på (metoder til syntese af stoffer, brug af forskellige reaktioner).

ER. Butlerov hævdede, at hvert stof svarer til en kemisk formel : det karakteriserer alle de kemiske egenskaber af et stof, afspejler faktisk rækkefølgen af kemisk binding af atomer i molekyler. I de efterfølgende år har A.M. Butlerov og hans elever udførte en række eksperimentelle værker for at verificere rigtigheden af forudsigelserne på grundlag af teorien om kemisk struktur. Der blev således syntetiseret isobutan, isobutylen, pentanisomerer, en række alkoholer osv. Med hensyn til betydning for videnskaben kan disse værker sammenlignes med den opdagelse, som D.I. Mendnley-elementer (ekabor, ekasilicium, ekaaluminum).

I sin helhed vil de teoretiske synspunkter fra A.M. Butlerov blev afspejlet i sin lærebog Introduktion til det komplette studie af organisk kemi (den første udgave blev offentliggjort i 1864-1866), bygget på grundlag af teorien om kemisk struktur. Han mente, at molekyler ikke er en kaotisk ophobning af atomer, at atomer i molekyler er forbundet i en bestemt rækkefølge og er i konstant bevægelse og gensidig indflydelse. Ved at studere et stofs kemiske egenskaber er det muligt at fastslå rækkefølgen af forbindelser af atomer i molekyler og udtrykke det med en formel.

ER. Butlerov mente, at det ved hjælp af kemiske metoder til analyse og syntese af et stof er muligt at etablere den kemiske struktur af en forbindelse, og omvendt, ved at kende den kemiske struktur af et stof, kan man forudsige dets kemiske egenskaber.

De vigtigste bestemmelser i teorien om A.M. Butlerov .

På baggrund af ovenstående udtalelser fra A.M. Butlerov, essensen af teorien om kemisk struktur kan udtrykkes i følgende bestemmelser :

Atomer i molekyler er ikke arrangeret tilfældigt, de er forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge i henhold til deres valens.

A) rækkefølgen af forbindende atomer i et molekyle

B) kulstof er tetravalent

C) strukturformler (fuld)

Rækkefølgen af at forbinde atomer i et molekyle

D) forkortede formler

D) typer af kæder

Isomerisme forklarer mangfoldigheden af organiske stoffer. Ifølge teorien om kemisk struktur svarer forskellige stoffer til en anden rækkefølge af sammenkobling af atomer med den samme kvalitative og kvantitative sammensætning af et molekyle. Hvis denne teori er korrekt, skal der være to butaner, der adskiller sig i deres struktur og egenskaber. Da man kun kendte én butan på det tidspunkt, blev A.M. Butlerov gjorde et forsøg på at syntetisere butan med en anden struktur. Stoffet han modtog havde samme sammensætning , men andre egenskaber, især et lavere kogepunkt. PÅ I modsætning til butan blev det nye stof kaldt "isobutan" (græsk "isos" - lige).

Til madlavning, farvestoffer, tøj, medicin har folk længe lært at bruge forskellige stoffer. Over tid er der ophobet en tilstrækkelig mængde information om visse stoffers egenskaber, hvilket har gjort det muligt at forbedre metoderne til deres produktion, forarbejdning mv. Og det viste sig, at mange mineralske (uorganiske stoffer) kan fås direkte.

Men nogle af de stoffer, som mennesket brugte, blev ikke syntetiseret af ham, fordi de kom fra levende organismer eller planter. Disse stoffer kaldes organiske. Organiske stoffer kunne ikke syntetiseres i laboratoriet. I begyndelsen af det 19. århundrede udviklede en sådan doktrin som vitalisme (vita - liv) aktivt, ifølge hvilken organiske stoffer kun opstår på grund af "livskraft", og det er umuligt at skabe dem "kunstigt".

Men som tiden gik, og videnskaben udviklede sig, dukkede der nye fakta op om organiske stoffer, som var i modstrid med den eksisterende teori om vitalister.

I 1824 blev den tyske videnskabsmand F. Wöhler syntetiserede oxalsyre for første gang i den kemiske videnskabs historie – organisk stof fra uorganiske stoffer (cyanid og vand):

(CN)2 + 4H2O → COOH - COOH + 2NH3

I 1828 opvarmede Wöller natriumcyanat med svovlsyreammonium og syntetiseret urinstof - produkt af vital aktivitet af animalske organismer:

NaOCN+ (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2

Disse opdagelser spillede en vigtig rolle i udviklingen af videnskab i almindelighed og kemi i særdeleshed. Forskere-kemikere begyndte gradvist at bevæge sig væk fra den vitalistiske doktrin, og princippet om at opdele stoffer i organiske og uorganiske viste sig at være uholdbare.

I øjeblikket stoffer stadig opdelt i organisk og uorganisk men kriteriet for adskillelse er allerede lidt anderledes.

Stoffer kaldes organiske indeholder kulstof i deres sammensætning, kaldes de også kulstofforbindelser. Der er omkring 3 millioner sådanne forbindelser, mens de resterende forbindelser er omkring 300 tusind.

Stoffer, der ikke indeholder kulstof, kaldes uorganiske og. Men der er undtagelser fra den generelle klassificering: der er en række forbindelser, der indeholder kul, men de tilhører uorganiske stoffer (kulilte og dioxid, kuldisulfid, kulsyre og dets salte). Alle af dem ligner uorganiske forbindelser i sammensætning og egenskaber.

I løbet af studiet af organiske stoffer opstod der nye vanskeligheder: på grundlag af teorier om uorganiske stoffer er det umuligt at afsløre mønstrene i strukturen af organiske forbindelser for at forklare kulstofs valens. Kulstof i forskellige forbindelser havde forskellige valenser.

I 1861 blev den russiske videnskabsmand A.M. Butlerov var den første til at opnå et sukkerholdigt stof ved syntese.

Når man studerer kulbrinter, ER. Butlerov indså, at de repræsenterer en helt særlig klasse af kemikalier. Ved at analysere deres struktur og egenskaber identificerede videnskabsmanden flere mønstre. De dannede grundlaget for teorier om kemisk struktur.

1. Ethvert organisk stofs molekyle er ikke tilfældigt, atomerne i molekylerne er forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge i henhold til deres valens. Kulstof i organiske forbindelser er altid tetravalent.

2. Rækkefølgen af interatomiske bindinger i et molekyle kaldes dets kemiske struktur og afspejles af én strukturel formel (strukturformel).

3. Den kemiske struktur kan etableres ved kemiske metoder. (På nuværende tidspunkt anvendes også moderne fysiske metoder).

4. Stoffers egenskaber afhænger ikke kun af sammensætningen af stoffets molekyler, men af deres kemiske struktur (sekvensen af forbindelsen af grundstoffernes atomer).

5. Ud fra egenskaberne af et givet stof kan du bestemme strukturen af dets molekyle og ved strukturen af molekylet – forudse egenskaber.

6. Atomer og grupper af atomer i et molekyle interagerer med hinanden.

Denne teori blev det videnskabelige grundlag for organisk kemi og fremskyndede dens udvikling. Med udgangspunkt i teoriens bestemmelser har A.M. Butlerov beskrev og forklarede fænomenet isomerisme, forudsagde eksistensen af forskellige isomerer og opnåede nogle af dem for første gang.

Overvej den kemiske struktur af ethan – C2H6. Ved at angive grundstoffernes valens med bindestreger vil vi afbilde ethanmolekylet i rækkefølgen af forbindelsen af atomer, det vil sige, vi vil skrive en strukturel formel. Ifølge teorien om A.M. Butlerov, det vil se sådan ud:

Hydrogen- og carbonatomer er bundet til en partikel, hydrogenvalens er lig med en, og carbon – fire. To carbonatomer er forbundet med en carbonbinding – kulstof (C – MED). Kulstoffets evne til at danne C – C-bindingen forstås ud fra kulstofs kemiske egenskaber. På det ydre elektronlag har carbonatomet fire elektroner, muligheden for at donere elektroner er den samme som at tilføje de manglende. Derfor danner kulstof oftest forbindelser med en kovalent binding, det vil sige på grund af dannelsen af elektronpar med andre atomer, herunder kulstofatomer med hinanden.

Dette er en af grundene til mangfoldigheden af organiske forbindelser.

Forbindelser, der har samme sammensætning, men forskellige strukturer, kaldes isomerer. Fænomenet isomerisme – en af grundene til mangfoldigheden af organiske forbindelser

Har du nogen spørgsmål? Vil du vide mere om teorien om strukturen af organiske forbindelser?
For at få hjælp af en vejleder - tilmeld dig.
Den første lektion er gratis!

site, med hel eller delvis kopiering af materialet, kræves et link til kilden.

De generelt accepterede hovedbestemmelser i Butlerovs teori betragtes som grundlaget for moderne kemi. Videnskabsmanden var den første til at forklare funktionerne, og han studerede i detaljer arten af atomernes forhold.

Forudsætninger for teoriens fremtræden

Alexander Butlerov blev grundlæggeren af den nye teori, netop da en masse spørgsmål akkumulerede i videnskaben, som videnskabsmænd ikke kunne finde svar på. For eksempel krævede forklaringer fænomenerne valens og isomerisme. Derudover fortsatte kemikere med at skændes om, hvordan man skriver kemiske formler korrekt. Butlerov afklarede dette spørgsmål. Han beviste, at formler skulle afspejle stoffets struktur.

Derudover var der flere begreber, der var modsat de synspunkter, som Butlerov udtrykte. Det var de radikales teori. Dens grundlægger var Jens Berzelius. Han argumenterede for, at der er særlige grundstoffer i molekyler - radikaler, der går fra et stof til et andet. Der var også en teori om typer. Dens tilhængere mente, at alle komplekse stoffer er derivater af simple uorganiske stoffer - vand, brint, ammoniak osv. Alle disse begreber modsige hinanden. Videnskaben havde brug for en teori, der ville sætte alt på sin plads.

Butlerovs nye ideer

Alexander Mikhailovich Butlerov (1828-1886) var en af sin tids fremragende kemikere. Han beskæftigede sig meget med de teoretiske spørgsmål i sin videnskab. I 1858 talte videnskabsmanden ved et af møderne i Paris Chemical Society. Samtidig blev hovedbestemmelserne i Butlerovs teori for første gang hørt fra hans læber.

Forskeren brugte nye termer i sin rapport, som senere blev forankret i international videnskab. For eksempel var det ham, der blev forfatter til begrebet struktur af forbindelser. Forskeren mente, at strukturen af forskellige stoffer gør det muligt at henføre dem til de samme grupper (især disse er metan, chloroform, methylalkohol osv.).

Undersøgelse af syntesen af stoffer

I 1861, i den offentliggjorte rapport "Om stoffets kemiske struktur", blev hovedbestemmelserne i teorien om den kemiske struktur af A. M. Butlerov formuleret. Videnskabsmanden beskrev i detaljer metoderne til syntese og brug af forskellige reaktioner. En af kemikerens vigtigste teser var hans påstand om, at én formel svarer til hvert kemisk stof. Dens betydning ligger i, at den karakteriserer alle egenskaber og viser forbindelsen mellem atomer i molekyler.

Butlerovs teori forudsatte også, at nye stoffer kunne fremstilles ved hjælp af kontrollerede reaktioner. I de efterfølgende år udførte den berømte kemiker og hans elever mange eksperimenter for at bevise denne antagelse. Det lykkedes dem at syntetisere sådanne nye stoffer som isobutylen og nogle alkoholer. For deres æra var disse opdagelser af kolossal betydning, hvilket kun kan sammenlignes med betydningen af definitionen af andre elementer af Mendeleev (for eksempel ekabor).

Systematisering af kemi

I det 19. århundrede ændrede hovedbestemmelserne i Butlerovs teori fuldstændigt videnskabsmænds idé om grundstofferne. Især var forskeren den første til at foreslå, at molekyler ikke er en kaotisk ophobning af atomer. Tværtimod har de en ordnet struktur. Atomer er forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge, som også bestemmer arten af hele stoffet.

Butlerov, der udviklede sin teori, stolede på matematiske principper og love. Ved hjælp af denne videnskab var han i stand til at forklare de fleste processer og sammenhænge i kemikalier. For samtidige var det en sand revolution. Pointen var, at selvom forskerne vidste nogle fakta om visse stoffers natur, kunne de ikke bygge deres viden ind i et klart systematiseret billede. De vigtigste bestemmelser i Butlerovs teori om struktur løste dette problem. Nu var kemi ikke en uensartet skatkammer af fakta, men et harmonisk system, hvor alt var underlagt streng matematisk logik.

Forskellige stoffer

Butlerovs berømte teori lægger stor vægt på isomerisme - et fænomen bestående i eksistensen af isomerer - stoffer, der er ens i molekylvægt og atomsammensætning, som på samme tid adskiller sig fra hinanden i arrangementet af atomer og struktur. Denne funktion forklarer de mange forskellige egenskaber af stoffer i naturen.

Butlerov beviste sin teori på eksemplet med butan. Ifølge videnskabsmandens idé skulle to typer af dette stof have eksisteret i naturen. Men på det tidspunkt kendte videnskaben kun én butan. Butlerov udførte mange eksperimenter og opnåede ikke desto mindre et nyt stof, ens i sammensætning, men forskellig i egenskaber. Det fik navnet isobutan.

Atomers indflydelse på hinanden

Butlerov opdagede også en anden vigtig regelmæssighed. Med dannelsen af kemiske bindinger begynder processen med overførsel af elektroner fra et atom til et andet. Samtidig ændres deres tæthed. Der er elektronpar, der påvirker egenskaben af det nye dannede stof. Forskeren studerede dette fænomen ved at bruge eksemplet med hydrogenchlorid, hvor klor ændrer elektrontætheden af hydrogenbindinger.

Butlerov og de vigtigste bestemmelser i teorien om struktur var i stand til at forklare arten af omdannelsen af stoffer. I fremtiden blev det opdagede princip studeret i detaljer af hans tilhængere og elever. Forståelse af mekanismen ved at ændre stoffer gjorde det muligt for videnskabsmænd at forstå, hvordan man syntetiserer nye elementer. En særlig bølge af disse opdagelser begyndte i slutningen af det 19. århundrede. Så var europæiske og amerikanske videnskabsmænd i nye laboratorier i stand til at fremstille nye stoffer ved hjælp af metoderne foreslået af Butlerov.

kemiske bindinger

Butlerov mente, at strukturen af stoffer kan studeres ved kemiske metoder. Denne position blev bekræftet takket være mange vellykkede eksperimenter fra videnskabsmanden. Forskeren var også tilhænger af ideen om, at formler kun kan være korrekte, hvis de begynder at afspejle rækkefølgen af kemiske bindinger af forskellige atomer. Butlerov har analyseret denne antagelse i mange år.

Han identificerede tre typer bindinger - simple, double og triple. Videnskabsmanden havde ret, men den videre udvikling af videnskaben viste, at der er andre kemiske bindinger. Især nu specialister kan også karakterisere dem ved hjælp af fysiske parametre.

Udvikling af Butlers teori

Den nye teori om strukturen af kemiske forbindelser af A. M. Butlerov var materialistisk af natur. Videnskabsmanden var den første til frimodigt at erklære, at forskere kan studere egenskaberne af atomer, hvorfra alle elementer er bygget. Samtidig behandlede Butlerov selv sin teori som midlertidig. Han mente, at hans efterfølgere skulle udvikle det, da det ikke fuldt ud forklarede nogle af kendsgerningerne i den kemiske videnskab.

Videnskabsmanden havde ret. Butlerovs teori udviklede sig yderligere i to retninger. Den første var, at videnskaben var i stand til at bestemme ikke kun rækkefølgen af forbindelse, men også det rumlige arrangement af atomer i et molekyle. Sådan blev stereokemi født. Denne disciplin begyndte at blive studeret i detaljer Butlerov selv talte om denne nye retning, selvom han ikke havde tid til at studere dette teoretiske spørgsmål i løbet af sin levetid.

Den anden retning i udviklingen af videnskabsmandens teori var fremkomsten af en doktrin dedikeret til den elektroniske struktur af atomer. Dette er ikke kun en kemisk, men også en fysisk disciplin. Essensen af atomers gensidige indflydelse blev undersøgt mere detaljeret, og årsagerne til manifestationen af forskellige egenskaber blev forklaret. Det var hovedbestemmelserne i Butlerovs teori, der gjorde det muligt for videnskabsmænd at opnå en sådan succes.