supra molekyylikemia (Englanti) - kemian ala, joka tutkii supramolekyylirakenteita (kokonaisuuksia, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta välinein yhdessä pidetystä molekyylistä); "molekyylien ryhmien ja molekyylien välisten sidosten kemia" (määritelmä J.-M. Lena).

Kuvaus

Perinteinen kemia perustuu kovalenttisiin sidoksiin atomien välillä. Samaan aikaan monimutkaisten nanosysteemien ja molekyylilaitteiden syntetisointiin kovalenttinen kemia ei riitä, koska tällaiset järjestelmät voivat sisältää useita tuhansia atomeja. Molekyylien väliset vuorovaikutukset tulevat apuun - ne auttavat yhdistämään yksittäisiä molekyylejä monimutkaisiksi ryhmiksi, joita kutsutaan supramolekyylirakenteiksi.

Yksinkertaisin esimerkki supramolekyyliset rakenteet ovat isäntä-vieras-komplekseja. Isäntä (reseptori) on yleensä suuri orgaaninen molekyyli jossa on onkalo keskellä, ja vieras on yksinkertaisempi molekyyli tai ioni. Esimerkiksi erikokoiset sykliset polyesterit (kruunueetterit) sitovat ioneja melko voimakkaasti. alkalimetallit(Kuva 1).

Supramolekulaarisille rakenteille on tunnusomaista seuraavat ominaisuudet.

1. Ei yhden, vaan usean sitoutumiskeskuksen läsnäolo isännässä. Kruunueettereissä tätä roolia hoitavat happiatomit, joissa on jakamattomia elektronipareja.

2. Komplementaarisuus: geometriset rakenteet ja elektroniset ominaisuudet isäntä ja vieras täydentävät toisiaan. Kruunueettereissä tämä ilmenee siinä, että onkalon halkaisijan tulee vastata ionisädettä. Täydentävyyden ansiosta isäntä voi suorittaa vieraiden selektiivisen sitomisen tiukasti määritellyllä rakenteella. Supramolekulaarisessa kemiassa tätä ilmiötä kutsutaan nimellä "" (englanniksi - molekulaarinen tunnistus) (kuva 2).

3. Kompleksie kanssa suuri numero Täydentävän isännän ja vieraan välisillä yhteyksillä on korkea rakenteellinen organisaatio.

Supramolekulaariset rakenteet ovat hyvin yleisiä luonnossa. Kaikki reaktiot elävissä organismeissa etenevät proteiinikatalyyttien osallistuessa. Entsyymit ovat ihanteellisia isäntämolekyylejä. Jokaisen entsyymin aktiivinen keskus on suunniteltu siten, että siihen pääsee vain sitä kooltaan ja energialtaan vastaava aine (substraatti); entsyymi ei reagoi muiden substraattien kanssa. Toinen esimerkki supramolekulaarisista biokemiallisista rakenteista ovat molekyylit, joissa kaksi polynukleotidiketjua on kytketty komplementaarisesti toisiinsa monien vetysidosten kautta. Jokainen ketju on sekä vieras että isäntä toiselle ketjulle.

Supramolekyylirakenteita muodostavien ei-kovalenttisten vuorovaikutusten päätyypit ovat ioniset ja . Kaikki ei-kovalenttiset vuorovaikutukset ovat heikompia kuin kovalenttiset - niiden energia kuitenkin harvoin saavuttaa 100 kJ / mol iso luku sidokset isännän ja vieraan välillä takaavat supramolekyylisten kokoonpanojen korkean stabiilisuuden. Ei-kovalenttiset vuorovaikutukset ovat heikkoja yksittäin, mutta vahvoja kollektiivisesti.

Supramolekulaaristen ryhmien muodostuminen voi tapahtua spontaanisti - tätä ilmiötä kutsutaan. Tämä on prosessi, jossa pienet molekyyliset komponentit yhdistyvät spontaanisti yhteen muodostaen paljon suurempia ja monimutkaisempia supramolekyylisiä. Itsekokoonpanon aikana järjestelmän entropia pienenee, Δ S

Δ G = Δ H – TΔ S

on välttämätöntä, että Δ H h| > | TΔ S|. Tämä tarkoittaa, että itsekokoonpano tapahtuu suuren lämpömäärän vapautuessa. Koti liikkeellepaneva voima Itsekokoonpano on kemiallisten järjestelmien halu alentaa Gibbsin energiaa muodostamalla uusia kemiallisia sidoksia, entalpiavaikutus vallitsee tässä entropiaa vastaan.

Supramolekulaaristen yhdisteiden pääluokat ovat kavitandit, kryptandit, kaliksareenit, vieras-isäntäkompleksit, katenaanit, . Supramolekulaarisia rakenteita voidaan myös selittää.

Supramolekulaarisen kemian menetelmät löytävät laaja sovellus sisään kemiallinen analyysi, lääke,

Analysoidaan supramolekulaariseksi kemiaksi kutsutun tieteenalan kehitystä. Tämän tieteenalan tärkeimmät määritelmät ja käsitteet on annettu. Historiallisessa kontekstissa tarkastellaan tutkimuksia, jotka loivat perustan supramolekulaariselle kemialle. Esimerkkejä joistakin sen tyypillisistä esineistä, klatraateista ja syklodekstriineistä, on annettu. On huomattava, että viimeisimmät saavutukset supramolekulaarisessa kemiassa ja eniten lupaavia alueita sen käyttötarkoitukset liittyvät itsekokoamis- ja itseorganisaatioprosesseihin, jotka voidaan toteuttaa erityisesti supramolekyylisynteesissä ja molekyyli- ja supramolekyylilaitteiden luomisessa.

Supramolekulaarinen kemia. tausta

Supramolekulaarinen kemia on yksi nuorimmista ja samalla nopeasti kehittyvillä alueilla kemia. 25-30 vuoden olemassaolonsa aikana se on jo onnistunut läpäisemään useita virstanpylväitä, mutta samaan aikaan tämän tieteenalan perusideat ja käsitteet eivät ole vielä tunnettuja ja yleisesti hyväksyttyjä. Tässä katsauksessa olemme pyrkineet jäljittämään supramolekulaariseksi kemiaksi kutsutun tieteenalan kehitystä, tunnistamaan menestyneimmät määritelmät sen päätehtävistä ja tärkeimmät käsitteet ja esitellä nykytilanne ja tulevaisuudennäkymät.

Termin "supramolekulaarinen kemia" ja tämän tieteenalan peruskäsitteet esitteli ranskalainen tiedemies J.-M. Lenom vuonna 1978 osana kehittämistä ja yleistämistä enemmän aikainen työ(erityisesti vuonna 1973 termi "supermolekyyli" ilmestyi hänen teoksiinsa). Supramolekulaarinen kemia määriteltiin sanoilla: "Aivan kuten on kovalenttisiin sidoksiin perustuva molekyylikemian ala, on olemassa myös supramolekulaarisen kemian ala, molekyyliyhdistelmien ja molekyylien välisten sidosten kemia." Myöhemmin tämä ensimmäinen määritelmä muotoiltiin uudelleen monta kertaa. Esimerkki toisesta Lenin antamasta määritelmästä: "supramolekulaarinen kemia on "molekyylin ulkopuolella olevaa kemiaa", joka tutkii kahden tai useamman kemiallisen lajin assosiaatioiden rakennetta ja toimintaa, joita molekyylien väliset voimat pitävät yhdessä.

Monissa tapauksissa komponentteja, jotka muodostavat supramolekulaarisia järjestelmiä, voidaan kutsua (analogisesti tässä kuvattujen järjestelmien kanssa molekyylibiologia) molekyylireseptori ja substraatti, joista jälkimmäinen on pienempi komponentti, joka on sitova.

Kemiallisen kohteen kuvaamiseksi riittävästi on tarpeen ilmoittaa sen elementit ja niiden välisten sidostyypit sekä tilalliset (geometriset, topologiset) ominaisuudet. Supramolekyylikemian kohteilla, supermolekyyleillä, on sama varmuus kuin yksittäisillä molekyyleillä, jotka muodostavat ne. Voidaan sanoa, että "supermolekyylit ovat suhteessa molekyyleihin, mitä molekyylit ovat suhteessa atomeihin, ja kovalenttisten sidosten rooli supermolekyyleissä on molekyylien välisillä vuorovaikutuksilla".

Lehnin mukaan supramolekulaarinen kemia voidaan jakaa kahteen laajaan, päällekkäiseen alueeseen:

– supermolekyylien kemia – selkeästi merkittyjä oligomolekyylihiukkasia, jotka johtuvat useiden komponenttien – reseptorin ja sen substraatin (substraattien) – molekyylien välisestä yhdistymisestä ja rakentuvat molekyylien tunnistamisen periaatteelle;

- molekyylikokonaisuuksien kemia - polymolekulaariset järjestelmät, jotka muodostuvat määrittelemättömän määrän komponenttien spontaanin yhdistymisen seurauksena siirtymällä tiettyyn vaiheeseen, jolla on enemmän tai vähemmän selkeästi määritelty mikroskooppinen organisaatio ja sen luonteesta riippuvat ominaisuudet (esim. klatraatit, kalvot, rakkulat, misellit).

Supramolekulaarisia muodostelmia voidaan luonnehtia komponenttien tilajärjestelyllä, niiden arkkitehtuurilla, "suprarakenteella" sekä molekyylien välisten vuorovaikutusten tyypeillä, jotka pitävät komponentit yhdessä. Supramolekulaarisilla kokoonpanoilla on hyvin määritellyt rakenteelliset, konformaatio-, termodynaamiset, kineettiset ja dynaamiset ominaisuudet, joista voidaan erottaa erilaisia ​​vuorovaikutuksia, jotka eroavat niiden voimakkuudesta, suuntautumisesta, riippuvuudesta etäisyyksistä ja kulmista: koordinaatiovuorovaikutukset metalli-ionien kanssa, sähköstaattiset voimat, vety sidokset, van der Waalsin vuorovaikutukset, luovuttajan ja vastaanottajan vuorovaikutukset jne. Vuorovaikutusten vahvuus voi vaihdella laaja valikoima heikosta tai kohtalaisesta, kuten vetysidosten muodostuksessa, vahvaan ja erittäin vahvaan, kuten koordinaatiosidosten muodostuksessa metallin kanssa. Yleensä molekyylien väliset vuorovaikutukset ovat kuitenkin heikompia kuin kovalenttiset sidokset, joten supramolekyyliset assosiaatiot ovat vähemmän termodynaamisesti stabiileja, kineettisesti labiilimpia ja dynaamisesti joustavampia kuin molekyylit.

Siten supramolekulaarinen kemia kattaa ja tekee mahdolliseksi tarkastella yhtenäisestä näkökulmasta kaiken tyyppisiä molekyyliyhdisteitä, pienimmästä mahdollisesta (dimeeristä) suurimpaan (organisoituneet faasit). Samalla on vielä kerran korostettava, että supramolekyylikemian kohteet sisältävät välttämättä osia (alijärjestelmiä), jotka eivät ole kovalenttisesti sidottu.

Lehn ehdotti havainnollistamaan siirtymistä molekyylikemiasta supramolekulaariseen kemiaan kuvassa 2 esitetyllä kaaviolla. yksi .

Supermolekyylien päätoiminnot: molekyylien tunnistus, transformaatio (katalyysi) ja siirto. Funktionaalisia supermolekyylejä sekä organisoituja polymolekulaarisia kokoonpanoja ja faaseja voidaan käyttää molekyylien ja supramolekyylisten laitteiden luomiseen.

Lehnin lisäksi mainittakoon myös C. J. Pedersen ja D. J. Crum, joiden työllä ja tutkimuksella oli tärkeä rooli supramolekulaarisen kemian kehityksessä. Vuonna 1987 näille kolmelle tiedemiehelle myönnettiin kemian Nobel-palkinto (ratkaisevasta panoksestaan ​​sellaisten makroheterosyklisten yhdisteiden kemian kehittämisessä, jotka pystyvät muodostamaan selektiivisesti isäntä-vieras-molekyylikomplekseja).

Tutkimus, joka loi perustan supramolekulaariselle kemialle

Supramolekyylikemian peruskäsitteiden alkuperä löytyy menneellä ja tämän vuosisadan alussa tehdyistä töistä. Joten P. Ehrlich vuonna 1906 itse asiassa esitteli reseptorin ja substraatin käsitteet korostaen, että molekyylit eivät reagoi keskenään, jos ne eivät ensin solmi tiettyä sidosta. Sidonta ei kuitenkaan saa olla mitä tahansa, vaan valikoivaa. Tätä korosti E. Fischer jo vuonna 1894, kun hän muotoili "key-lock"-periaatteensa, periaatteen, joka viittaa siihen, että steerinen vastaavuus, reseptorin ja substraatin geometrinen komplementaarisuus on molekyylitunnistuksen perusta. Lopuksi selektiivinen sitoutuminen vaatii vuorovaikutusta, kumppanien välistä affiniteettia, ja tämän ajatuksen juuret löytyvät A. Wernerin teoksista, mikä tekee supramolekulaarisesta kemiasta tässä suhteessa koordinaatiokemian yleistyksen ja kehittämisen.

J.-M. Len, nämä kolme käsitettä - kiinnitys (sitoutuminen), tunnistus ja koordinointi - loivat perustan supramolekulaariselle kemialle.

Jotkut muut supramolekyylikemian käsitteet ovat myös olleet tunnettuja pitkään. Jopa termi « Übermolekyyli", ts. super- eli supermolekyyli otettiin käyttöön jo 30-luvun puolivälissä. vuosisadallamme kuvaamaan korkeampaa organisoitumistasoa, joka johtuu koordinatiivisesti tyydyttyneiden molekyylien yhdistymisestä (esimerkiksi dimeerin muodostumisen aikana etikkahappo). Oli hyvin tiedossa tärkeä rooli supramolekulaarinen organisaatio biologiassa.

Kuitenkin supramolekulaarisen kemian syntyminen ja kehittyminen itsenäisenä alana järjestelmässä kemian tieteet tapahtui paljon myöhemmin. Tässä on J.-M. Len kirjassaan: "... syntymistä ja nopea kehitys Uusi tieteenala vaaditaan kolmen ehdon yhdistelmä. Ensinnäkin on välttämätöntä tunnistaa uusi paradigma, joka osoittaa erilaisuuden tärkeyden ja ensi silmäyksellä ei liittyviä havaintoja, tiedot, tulokset ja niiden yhdistäminen yhdeksi yhtenäiseksi kokonaisuudeksi. Toiseksi tämän alueen esineiden tutkimiseen tarvitaan työkaluja, ja tässä nykyaikaisten teknologioiden kehitys on ollut ratkaisevassa roolissa supramolekyylikemiassa. fyysisiä menetelmiä rakenne- ja ominaisuustutkimukset (IR-, UV- ja erityisesti NMR-spektroskopia, massaspektrometria, röntgendiffraktio jne.), jotka mahdollistavat jopa suhteellisen labiilien supramolekulaaristen ryhmien tutkimisen, joille on tunnusomaista matalaenergiset ei-kovalenttiset vuorovaikutukset. Kolmanneksi sinun on oltava valmis tieteellinen yhteisö omaksua uusi paradigma niin, että uutta kurinalaisuutta voisi löytää vastausta ei vain siihen suoraan osallistuvien asiantuntijoiden keskuudessa, vaan myös läheisiltä (ja ei kovin läheisiltä) tieteenaloilta. Näin on tapahtunut supramolekulaarisen kemian kanssa, sikäli kuin voidaan päätellä sen nopeasta kehityksestä ja tunkeutumisesta muille tieteenaloille viimeisen 25 vuoden aikana.

Lehnin mukaan "...supramolekulaarinen kemia sellaisena kuin me sen nykyään tunnemme, alkoi alkalimetallikationien selektiivisen sitoutumisen tutkimuksella luonnollisten ja synteettisten makrosyklisten ja makropolysyklisten ligandien, kruunueettereiden ja kryptandien avulla".

Tällaisista luonnollisista yhdisteistä on ennen kaikkea nostettava esiin antibiootti valinomysiini. Sen rakenteen purkaminen vuonna 1963, jossa valtava panos Yu. A. Ovchinnikovin johtamien Neuvostoliiton tutkijoiden käyttöönoton, meni paljon tavanomaista löytöä pidemmälle. Tämä syklinen depsipeptidi (se on rakennettu amino- ja hydroksihappotähteistä, jotka on yhdistetty toisiinsa amidi- ja esterisidoksilla) osoittautui ensimmäiseksi membraaniaktiivisten kompleksonien eli ionoforien joukossa. Tällaiset nimet kuvastavat näiden aineiden kykyä muodostaa monimutkaisia ​​yhdisteitä alkalikationien kanssa liuoksissa ja siirtää sitoutunut kationi läpi. biologiset kalvot. Kun ionoforit löydettiin, mahdollisuudesta määrätietoisesti säädellä ionivirtoja elävissä järjestelmissä tuli todellinen mahdollisuus. Ovchinnikov ja hänen työtoverinsa palkittiin työstä kalvoaktiivisten kompleksonien alalla vuonna 1978 Lenin-palkinto.

Orgaaninen KEMI. MOLEKULAARINEN RAKENNE
A. HIILIEN KEMIALLISET SIDOKSET
Hiilen, metallien ja tyypillisten epämetallien välissä olevan kemiallisen luonteen ansiosta se voi muodostaa kovalenttisia sidoksia useiden alkuaineiden kanssa, useimmiten vedyn, hapen, typen, halogeenien, rikin ja fosforin kanssa. Hiili muodostaa sidoksia korkea tutkinto ioninen luonne sähköpositiivisempien metallien kanssa, mutta tällaiset aineet ovat erittäin reaktiivisia ja niitä käytetään synteesin välituotteina. Hiili-hiilisidokset ovat luonteeltaan kovalenttisia ja yksinkertaisia ​​(yksittäisiä), kaksois-, kolmois- ja aromaattisia
(katso MOLEKYLIRAKENNE).
aromaattiset järjestelmät. Bentseenillä - aromaattisten yhdisteiden luokan esi-isällä - on ainutlaatuinen stabiilisuus ja se pääsee kemiallisiin reaktioihin, jotka eroavat ei-aromaattisten järjestelmien reaktioista. On muitakin aromaattisia systeemejä, joista yleisimmillä on p-orbitaalit saatavilla p-sidoksen muodostukseen renkaan jokaisessa atomissa. Viisijäseniset rengasjärjestelmät, joissa on kaksi konjugoitua (eli vuorotellen yksittäisellä) kaksoissidoksella ja viides atomi, jossa on yksittäinen elektronipari, ovat myös ominaisuuksiltaan aromaattisia. Alla on joitain näistä järjestelmistä:

Aromaattisuuden käsitteen yleisti saksalainen kemisti E. Hückel. Hückelin säännön mukaan tasomaiset sykliset konjugoidut järjestelmät, joissa on 4n + 2 p-elektronia, ovat aromaattisia ja stabiileja, kun taas samat systeemit, joissa on 4n p-elektronia, ovat antiaromaattisia ja epästabiileja.
Syklisten järjestelmien vakaus. Valenssikulma (sidosten välinen kulma) jännittämättömässä fragmentti C-C-C on 109°, ja tämän arvon säilyttävät renkaat ovat vakaampia kuin ne, joiden kulmat poikkeavat suuresti tästä arvosta. Jännitystä, joka syntyy syklisissä järjestelmissä sidoskulmien vääristymisen seurauksena, kutsutaan Bayer-jännitteeksi. saksalainen kemisti A. Bayer, joka ensimmäisenä ehdotti tällaista selitystä tyydyttyneiden renkaiden stabiiliudelle. Siten kolmijäsenisissä renkaissa, joissa sidoskulma on vain 60°, renkaat ovat voimakkaasti jännittyneet ja helposti katkeavat; jotkut niiden reaktioista muistuttavat C=C-kaksoissidosreaktioita. Nelijäseniset renkaat ovat myös jännittyneet (liitoskulma 90°), mutta eivät niin voimakkaasti. Viisijäseniset renkaat ovat lähes litteitä ja niiden kulmat ovat 108°; siksi ne ovat jännittämättömiä ja vakaita. Kuusijäsenisissä renkaissa, kuten sykloheksaanissa, hiiliatomit eivät ole samassa tasossa; tällaiset syklit taitetaan, mikä vähentää rengasjännitystä. Viisi- ja kuusijäseniset renkaat ovat yleisimpiä. Suuret renkaat pystyvät myös vähentämään kulmajännitystä rypistymällä, mutta joissakin niistä (seitsemästä kahteentoista jäseniseen) vetyatomia per vastakkaiset puolet renkaat lähestyvät niin paljon, että niiden hylkiminen tekee kytkennästä vähemmän vakaata (prelog-jännite, nimetty sveitsiläisen kemistin V. Prelogin mukaan, joka löysi tämän vaikutuksen).
Tautomeria. Jos molekyyli tai ioni voidaan esittää useana rakenteina, jotka eroavat toisistaan ​​vain elektronien jakautumisen suhteen, näitä rakenteita kutsutaan resonanssiksi, eivätkä resonanssimuodot ole tasapainossa keskenään, vain molekyylin varsinainen elektronirakenne on jotain näiden ääripäiden väliltä. On kuitenkin tilanteita, joissa atomit liikkuvat molekyylissä, kun normaaleissa olosuhteissa niin nopeasti, että eri molekyylimuotojen välille syntyy spontaanisti tasapaino. Tätä ilmiötä kutsutaan tautomeriaksi. Esimerkki on ketonin ja enolin välinen tasapaino (keto-enolitautomerismi):

Tässä nämä kaksi yhdistettä eroavat toisistaan ​​vain vetykationin ja elektroniparin järjestelyssä (p-sidoksessa). Tasapaino muodostuu nopeasti, mutta siirtyy voimakkaasti kohti ketomuotoa. Siksi -C=C-OH-rakenteen omaavat alkoholit ovat yleensä epästabiileja ja muuttuvat nopeasti ketomuotoon, ellei ole olemassa joitain rakenteellisia piirteitä, jotka stabiloivat enolimuotoa, esimerkiksi fenoleissa, jotka menettäisivät aromaattisen luonteensa muuttuessaan ketomuoto:

Tautomerismi on yleistä molekyyleissä, joiden rakenne on -CH=X tai -C=XH, jossa X on S, O tai N. Näin ollen H2C=C(NH2)-CH3-molekyyli järjestyy nopeasti uudelleen muotoon H3C-C(=NH). )-CH3 ja R-C(OH)=NH-imidit järjestäytyvät uudelleen R-C(=O)NH2-amideiksi. Tautomerismi on yleistä sellaisissa biologisesti tärkeissä heterosyklisissä järjestelmissä, kuten barbituurihapossa ja siihen liittyvissä yhdisteissä:

Tällaiset tautomeerisessa tasapainossa olevat aineet osallistuvat usein molemmille muodoille ominaisiin reaktioihin.
Muut nopeat tasapainot. Tunnetaan myös muita nopeita tasapainoja molekyylien välillä, joilla on samankaltaisia ​​rakenteita. Jos mitkä tahansa kaksi OH-, SH- tai NH2-ryhmää ovat samassa hiiliatomissa, yhdiste on yleensä epästabiili verrattuna kaksoissidosmuotoon:

On tapauksia, joissa tämä tasapaino on siirtynyt kohti dihydroksiyhdistettä. Kaasumaisen formaldehydin rakenne on CH2=O, mutta in vesiliuos se kiinnittää vesimolekyylin ja saa HO-CH2-OH:n vallitsevaksi muodoksi. Kloorihydraatti Cl3CCH(OH)2 on stabiili dihydroksyylimuodossa kolmen klooriatomin elektroneja vetävän vaikutuksen seurauksena.
B. ISOMERIA
Hiiliketjun isomeria. Molekyylejä, jotka eroavat vain hiiliketjun haarautumisesta, kutsutaan ketjuisomeereiksi. Esimerkki on jo annettu - tämä on n-butaanin ja isobutaanin isomeerinen pari.
isomerismi funktionaalisia ryhmiä. Molekyylit, joilla on samat bruttokaavat, mutta eri funktionaaliset ryhmät, ovat esimerkiksi funktionaalisia isomeerejä etanoli C2H5OH ja dimetyylieetteri CH3-O-CH3.
Aseman isomerismi. Asemaisomeereillä on samat bruttokaavat ja funktionaaliset ryhmät, mutta funktionaalisten ryhmien asemat molekyyleissä ovat erilaisia. Siten 1-klooripropaani CH3CH2CH2Cl ja 2-klooripropaani CH3CHClCH3 ovat paikkaisomeerejä.
Geometrinen isomeria. Geometriset isomeerit koostuvat identtisistä atomeista, jotka on kytketty samaan sekvenssiin, mutta eroavat näiden atomien tilajärjestelyn suhteen kaksoissidokset tai renkaat. Olefiinien cis-trans-isomeria ja oksiimien syn-anti-isomerismi ovat tämän tyyppisiä.

Optinen isomeria. Molekyylejä kutsutaan optisiksi isomeereiksi, kun ne koostuvat identtisistä atomeista, jotka liittyvät samalla tavalla, mutta eroavat näiden atomien avaruudellisesta järjestelystä samalla tavalla kuin oikea käsi erilainen kuin vasemmalla. Tällainen isomeria on mahdollista vain, kun molekyyli on epäsymmetrinen, ts. kun sillä ei ole symmetriatasoa. Yksinkertaisin tapa sellaiseen tilanteeseen - neljän eri ryhmän kiinnittyminen hiiliatomiin. Sitten molekyyli muuttuu epäsymmetriseksi ja esiintyy kahdessa isomeerimuodossa. Molekyylit eroavat toisistaan ​​vain kiinnittymisjärjestyksessä keskeiseen hiiliatomiin, jota kutsutaan asymmetriseksi hiiliatomiksi tai kiraaliseksi keskukseksi, koska se on kytketty neljään eri ryhmiä. Huomaa, että kaksi optista isomeeriä ovat peilin heijastus toisiaan; niitä kutsutaan "enantiomeereiksi" tai "optisiksi antipodeiksi" ja niillä on sama fyysinen ja sama Kemialliset ominaisuudet, paitsi että ne kiertävät polarisoidun valon tason sisäänpäin vastakkaisiin suuntiin ja reagoivat eri tavalla yhdisteiden kanssa, jotka ovat itse optisia isomeerejä. Isomeeriä, joka pyörittää polarisoidun valon tasoa myötäpäivään, kutsutaan d- ("dextro" - oikealle) tai (+)-isomeeriksi; Isomeeriä, joka pyörii valoa vastapäivään, kutsutaan l- ("vasemmalta" - vasemmalle) tai (-)-isomeeriksi. Kun molekyylissä on useampi kuin yksi asymmetrinen keskus, suurin mahdollinen optisten isomeerien lukumäärä on 2n, missä n on epäsymmetristen keskusten lukumäärä. Joskus jotkut näistä isomeereistä ovat identtisiä, mikä vähentää optisten isomeerien määrää. Siten mesoisomeerit ovat optisia isomeerejä, jotka ovat optisesti inaktiivisia, koska niillä on symmetriataso. Optisia isomeerejä, jotka eivät ole peilikuvia, kutsutaan "diastereomeereiksi"; ne eroavat fyysisiltä ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan samalla tavalla kuin geometriset isomeerit eroavat niissä. Näitä eroja voidaan havainnollistaa esimerkillä kuuden hiilen suoraketjuisista sokereista seuraavaa rakennetta: CH2OH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-CHO. Tässä neljä asymmetristä atomia, jotka on merkitty tähdellä, on yhdistetty neljään eri ryhmään; siten 24 tai 16 isomeeriä ovat mahdollisia. Nämä 16 isomeeriä muodostavat 8 paria enantiomeerejä; kaikki parit, jotka eivät ole enantiomeerejä, ovat diastereomeerejä. Kuusi näistä 16 sokerista esitetään alla ns. Fisherin ennusteet.

Enantiomeerien merkinnät D- ja L- eivät tarkoita pyörimissuuntaa (merkitty d tai l), vaan OH:n paikkaa alimmassa (Fischer-projektiossa) epäsymmetrisessä hiilessä: kun OH on oikealla, isomeeri merkitään D:llä, kun vasemmalla glukoosin L- ja L-muodoilla on samat sulamispisteet, liukoisuus jne. Toisaalta glukoosilla ja galaktoosilla, jotka ovat diastereomeerejä, on erilaisia ​​kohtia sulaminen, liukoisuus jne.

Collier Encyclopedia. – Avoin yhteiskunta. 2000 .

Katso, mitä "ORGANIC CHEMISTRY. MOLEKULAARINEN RAKENNE" on muissa sanakirjoissa:

Collier Encyclopedia

Kemian ala, joka tutkii hiiliyhdisteitä, joihin kuuluvat ensinnäkin aineet, jotka muodostavat suurin osa elävät aineet (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit, nukleiinihapot, vitamiinit, terpeenit, alkaloidit jne.); toiseksi monet aineet, ...... Collier Encyclopedia

Tällä termillä on muita merkityksiä, katso Kemia (merkityksiä). Kemia (arabiasta کيمياء‎‎, joka oletettavasti sai alkunsa egyptiläisestä sanasta km.t (musta), josta Egyptin nimi, musta maa ja lyijy "musta ... ... Wikipedia

Sivu 1

Molekyylien, kuten C2H2, N2H2 ja H202, kemian määräävät kiertoradat, jotka muodostuvat yhdistelmästä px - ja py - A. Lineaarisessa asetyleenissä nämä kiertoradat synnyttävät täytetyt tsv - ja vapaat icg - orbitaalit (ch. Molecule Tietenkin sillä on aksiaalinen symmetria.

Hiilimonoksidimolekyylin kemia on osittain hyvin selitettävissä tällä muodolla, jonka molekyyliratateorian vastinetta tässä ei käsitellä. Tässä rakenteessa hiilellä on eristetty elektronipari ja yksi tyhjä kiertorata, koska hiilen ydintä ympäröi vain elektronien sekstetti tavallisen oktetin sijaan. Näiden näkökohtien perusteella voidaan olettaa, että hiilimonoksidi pystyy vuorovaikuttamaan myös nukleofiilisten ryhmien, esimerkiksi emästen, kanssa, jotka voivat olla elektronien lähde oktetin täyttämiseksi. Itse asiassa samankaltaisia ​​hiilimonoksidireaktioita tunnetaan; joistakin niistä keskustellaan myös alla.

Molekyylikemia on edelleen modernia orgaanista kemiaa. Epäorgaanisille yhdisteille aineen olemassaolon molekyylimuoto on kuitenkin ominaista vain kaasu- ja höyrytilalle.

Molekyylien kemia on edelleen modernia orgaanista kemiaa, eikä useimmilla epäorgaanisilla aineilla ole molekyylirakenne. AT viimeinen tapaus makroeliöt koostuvat jommastakummasta saman atomeista kemiallinen alkuaine tai atomeista erilaisia ​​elementtejä. Kiinteän aineen olemassaolon ei-molekyylimuodon tunnistaminen johtaa tarpeeseen tarkistaa joitain kemiallisen atomistiikan säännöksiä, nykyaikaistaa pneumaattiseen (kaasu)kemiaan päteviä peruslakeja ja käsitteitä.

Molekyylikemiassa on kaksi perusasiaa.

Kuten molekyylikemiassa, eksoterminen ja endotermiset reaktiot. Reaktioiden lämpövaikutuksen suuruuden ja merkin määritys voidaan suorittaa massan ja energian ekvivalenssilain avulla.

Ryhmäteoriaa sovelletaan täällä paljon laajemmin kuin molekyylikemiassa. Samaan aikaan kyky johtaa hiukkasten massaspektrin säännönmukaisuudet perusperiaatteista, esimerkiksi geometriasta, on tässä paljon ongelmallisempaa kuin kyky laskea molekyylin sitoutumisenergia Schrödingerin yhtälön avulla.

Tällainen halu levittää ajatuksia ja teorioita, jotka ovat kasvaneet sisimmässään orgaaninen kemia(molekyylikemia), epäorgaanisen kemian alalle, kuten meille nyt on selvää, osoittautui laittomaksi lähinnä siksi, että epäorgaaniset yhdisteet ovat yleensä ei-molekyylisiä järjestelmiä. Samoissa järjestelmissä ei kovalenttinen, mutta ioniset sidokset. Erottuva ominaisuus monimutkaiset yhdisteet on, että ne ovat molekyylien yhdisteitä, eivät atomeja.

Aluksi kyse oli vain kofaktoreista, jotka kuitenkin usein löydettiin kiteisten rakenteellisten assosiaatioiden analyysin perusteella ja siirrettiin molekyylikemiaan, vaikka molekyylikemian ja kidekemian välistä suhdetta ei ollut käsitelty. Tiettyjen luokkien yhdisteille nämä suhteet ovat niin yksinkertaisia, että niiden avulla hiukkasille voidaan määrittää ennalta tiettyjä valensseja, joista voidaan johtaa todelliset kertoimet. Ei pidä unohtaa, että tätä säännöllisyyttä (jota lukuisten vaikeuksien vuoksi ei voida pitää itsestäänselvyytenä kemialliset yhdisteet yleensä) sai niin nopeasti tunnustusta vain geokemiallisista syistä. Happi on olennainen elementti ulkolitosfäärissä ja juuri happiatomien ja muiden alkuaineiden välisen suhteen perusteella. happiyhdisteitä pääteltiin sääntö, jonka mukaan mitkään stoikiometriset suhteet ovat mahdottomia sähköisesti neutraaleille assosiaatioille.

Aluksi kyse oli vain kertoimista, jotka kuitenkin usein löydettiin kiteisten rakenteellisten assosiaatioiden analyysin perusteella ja siirrettiin molekyylikemiaan, vaikka molekyylikemian ja kidekemian välistä suhdetta ei ollut käsitelty. Tällä hetkellä voidaan ajatella, että sähköisesti neutraaleissa atomiassosiaatioissa tietyntyyppiset atomit ovat normaaleissa olosuhteissa yksinkertaisissa stoikiometrisissa suhteissa muihin. Tiettyjen luokkien yhdisteille nämä suhteet ovat niin yksinkertaisia, että niiden avulla hiukkasille voidaan määrittää ennalta tiettyjä valensseja, joista voidaan johtaa todelliset kertoimet. Ei pidä unohtaa, että tämä säännöllisyys (jota lukuisten vaikeuksien vuoksi ei voida pitää itsestäänselvyytenä kemiallisille yhdisteille yleensä) tunnistettiin niin nopeasti vain geokemiallisista syistä. Happi on ulomman litosfäärin tärkein alkuaine, ja juuri happiyhdisteiden happiatomien ja muiden alkuaineiden välisten suhteiden perusteella johdettiin sääntö, että sähköisesti neutraaleille assosiaatioille ei ole mahdollista tehdä stoikiometrisiä suhteita.

Elektronis-värähtelyn (tai lyhyesti sanoen vibronisen) vuorovaikutuksen ilmenemismuotoja moniatomisissa järjestelmissä, jotka on yhdistetty kirjallisuudessa kohdassa yleinen nimi Jahn-Teller-ilmiö muodostaa tällä hetkellä uuden nopeasti kehittyvän suunnan molekyylien ja kiteiden fysiikassa ja kemiassa.

On helppo nähdä, että reaktioiden I ja II välillä on perustavanlaatuisia eroja. Reaktio I edustaa molekyylien kemiaa; vain energiatekijät osallistuvat niiden reagenssien aktivointiin. Reaktiot II edustavat koko kemiaa, jossa molekyylien vaihto tapahtuu pääosin berthollidisysteemien osallistuessa. Reaktioiden I suunta ja nopeus määräytyvät täysin reagoivien molekyylien kemiallisen rakenteen mukaan. Reaktioiden II suunnan ja nopeuden määrää sekä reagoivien molekyylien kemiallinen rakenne että kemiallinen organisaatio katalyyttijärjestelmä.

Koska muodostumista varten rengas, suljettu vetysidoksia, tarpeellista innostunut tila Ilmeisesti ei ole mitään järkeä tutkia yksityiskohtaisesti erilaisten substituenttiryhmien vaikutusta syklisointiprosessiin käyttämällä orgaanisen kemian tavanomaisia ​​reaktioita koskevia tietoja. Voidaan sanoa, että fotokemia koskee molekyylien kemiaa viritetyssä tilassa eikä perustilassa.

Halusin jäädä lyhyesti kysymykseen triplettitilassa olevien molekyylien reaktiivisuudesta. Tämä kysymys on yleisesti ottaen hyvin suuri, koska triplettitilassa olevien molekyylien kemia on itsenäinen kenttä. Pysähdyn vain triplettitilassa olevien molekyylien reaktion aktivaatioenergian kvalitatiiviseen ominaisuuteen. Mitä eroa on tällaisella molekyylillä ja radikaalilla. Yksinkertaisin esimerkki on O2-molekyyli, jonka triplettitila on perustila. AT Tämä tapaus Ilmeisesti aktivointienergiaa ei ole.

Kemia, jonka peruskäsitteitä tarkastelemme, on tiede, joka tutkii aineita ja niiden muutoksia, jotka tapahtuvat rakenteen ja koostumuksen ja siten ominaisuuksien muuttuessa. Ensinnäkin on määriteltävä, mitä tällainen termi "aine" tarkoittaa. Jos puhumme siitä laajassa mielessä, se on aineen muoto, jolla on lepomassa. Mikä tahansa aine on alkeishiukkanen esimerkiksi neutroni. Kemiassa tätä käsitettä käytetään suppeammassa merkityksessä.

Aluksi kuvataan lyhyesti kemian, atomi- ja molekyylitieteen perustermit ja -käsitteet. Sen jälkeen selitämme ne ja hahmottelemme myös joitain tärkeitä lakeja tästä tieteestä.

Kemian peruskäsitteet (aine, atomi, molekyyli) ovat meille jokaiselle tuttuja koulusta lähtien. Alla on annettu lyhyt kuvaus niitä, samoin kuin muita, ei niin ilmeisiä termejä ja ilmiöitä.

atomeja

Ensinnäkin kaikki kemiassa tutkittavat aineet koostuvat pienistä hiukkasista, joita kutsutaan atomeiksi. Neutronit eivät ole tämän tieteen kohteena. On myös sanottava, että atomit voivat yhdistyä keskenään, mikä johtaa kemiallisten sidosten muodostumiseen. Tämän sidoksen katkaiseminen vaatii energiankulutusta. Näin ollen atomit eivät ole olemassa yksittäin normaaleissa olosuhteissa ("jalokaasuja" lukuun ottamatta). Ne liittyvät toisiinsa ainakin pareittain.

Jatkuva lämpöliike

Jatkuva lämpöliike luonnehtii kaikkia kemian tutkimia hiukkasia. Tämän tieteen peruskäsitteitä ei voida sanoa puhumatta siitä. Hiukkasten jatkuvalla liikkeellä se on verrannollinen lämpötilaan (on kuitenkin huomattava, että yksittäisten hiukkasten energiat ovat erilaisia). Ekin = kT / 2, missä k - Boltzmannin vakio. Tämä kaava pätee kaikenlaiseen liikkeeseen. Koska Ekin = mV 2 / 2, massiivisten hiukkasten liike on hitaampaa. Esimerkiksi, jos lämpötila on sama, happimolekyylit liikkuvat keskimäärin 4 kertaa hitaammin kuin hiilimolekyylit. Tämä johtuu siitä, että niiden massa on 16 kertaa suurempi. Liike on värähtelevää, translaatiota ja pyörivää. Värähtelyä havaitaan sekä nesteissä että kiinteissä oloissa ja sisällä kaasumaisia ​​aineita. Mutta translaatio ja rotaatio tapahtuu helpoimmin kaasuissa. Nesteissä se on vaikeampaa, mutta sisällä kiinteät aineet- vielä vaikeampaa.

molekyylejä

Jatkamme kemian peruskäsitteiden ja määritelmien kuvaamista. Jos atomit yhdistyvät keskenään muodostaen pieniä ryhmiä (niitä kutsutaan molekyyleiksi), tällaiset ryhmät osallistuvat lämpöliikkeeseen toimien yhtenä kokonaisuutena. Tyypillisissä molekyyleissä on jopa 100 atomia ja niiden lukumäärä ns makromolekyyliset yhdisteet voi saavuttaa 105.

Ei-molekyyliset aineet

Kuitenkin atomit ovat usein yhdistyneet valtaviin kollektiiveihin 107 - 1027. Tässä muodossa ne eivät käytännössä osallistu lämpöliikkeeseen. Nämä assosiaatiot muistuttavat vain vähän molekyylejä. Ne ovat enemmän kuin palasia. kiinteä runko. Näitä aineita kutsutaan yleensä ei-molekyylisiksi. Tässä tapauksessa lämpöliikettä suoritetaan kappaleen sisällä, mutta se ei lennä, kuten molekyyli. Siellä on myös siirtymäalue koot, joka sisältää assosiaatioita, jotka koostuvat atomeista 105-107. Nämä hiukkaset ovat tai erittäin suuria molekyylejä tai ovat pieniä jauheen rakeita.

ioneja

On huomattava, että atomeilla ja niiden ryhmillä voi olla sähkövaraus. Tässä tapauksessa niitä kutsutaan ioneiksi sellaisessa tieteessä kuin kemia, jonka peruskäsitteitä tutkimme. Koska samannimiset varaukset aina hylkivät toisiaan, aine, jossa tiettyjä varauksia on huomattavasti enemmän, ei voi olla stabiili. Negatiivinen ja positiivisia latauksia aina vuorotellen avaruudessa. Ja aine kokonaisuudessaan pysyy sähköisesti neutraalina. Huomaa, että sähköstaattisesti suuriksi katsotut varaukset ovat kemian kannalta merkityksettömiä (105-1015 atomille - 1e).

Kemian opiskelukohteet

On syytä selventää, että kemian tutkimuskohteet ovat ilmiöitä, joissa atomit eivät synny eivätkä tuhoudu, vaan vain ryhmittyvät uudelleen, eli ne yhdistyvät uudella tavalla. Jotkut linkit ovat rikki, mikä johtaa muiden muodostumiseen. Toisin sanoen koostumuksessa olleista atomeista ilmaantuu uusia aineita lähtöaineet. Jos kuitenkin sekä atomit että niiden väliset sidokset säilyvät (esimerkiksi molekyylisten aineiden haihtumisen aikana), nämä prosessit eivät ole enää kemian, vaan molekyylifysiikan tutkimusala. Siinä tapauksessa, että atomeja muodostuu tai tuhoutuu, puhumme ydin- tai ydintutkimuskohteista atomifysiikka. Kuitenkin raja kemian ja fyysisiä ilmiöitä hämärtynyt. Loppujen lopuksi jako yksittäisiä tieteitä ehdollinen, kun taas luonto on jakamaton. Siksi fysiikan tietämys on erittäin hyödyllistä kemistille.

Esitimme lyhyesti kemian peruskäsitteet. Nyt kehotamme sinua pohtimaan niitä yksityiskohtaisemmin.

Lisää atomeista

Monet yhdistävät kemian atomeihin ja molekyyleihin. Nämä peruskäsitteet on määriteltävä selkeästi. Tosiasia, että atomit ovat olemassa, arvattiin loistavasti kaksituhatta vuotta sitten. Sitten, jo 1800-luvulla, tiedemiehillä oli kokeellisia tietoja (vielä epäsuoraa). Se on noin Avogadron moninkertaisista suhteista, koostumuksen pysyvyyden laeista (alla tarkastelemme näitä kemian peruskäsitteitä). Atomin tutkimista jatkettiin 1900-luvulla, jolloin monet ohjasivat kokeellisia todisteita. Ne perustuivat spektroskopiatietoihin, röntgensäteiden, alfahiukkasten, neutronien, elektronien jne. sirontaan. Näiden hiukkasten koko on noin 1 E = 1o -10 m. Niiden massa on noin 10 -27 - 10 -25 kg. Näiden hiukkasten keskellä on positiivisesti varautunut ydin, jonka ympärillä negatiivisen varauksen omaavat elektronit liikkuvat. Ytimen koko on noin 10 -15 m. Se käy ilmi elektronikuori määrittää atomin koon, mutta sen massa on lähes kokonaan keskittynyt ytimeen. Kemian peruskäsitteet huomioon ottaen tulisi ottaa käyttöön vielä yksi määritelmä. Atomin tyyppi, jolla on sama ydinvaraus.

Se löytyy usein aineen pienimmästä hiukkasesta, joka on kemiallisesti jakamaton. Kuten olemme jo todenneet, ilmiöiden jako fysikaalisiin ja kemiallisiin on ehdollista. Mutta atomien olemassaolo on ehdoton. Siksi on parempi määritellä kemia niiden kautta, eikä päinvastoin, atomit kemian kautta.

kemiallinen sidos

Tämä pitää atomit yhdessä. Se ei salli niiden leviämistä lämpöliikkeen vaikutuksesta. Panemme merkille sidosten pääominaisuudet - tämä on ytimien välinen etäisyys ja energia. Nämä ovat myös kemian peruskäsitteitä. Sidoksen pituus määritetään kokeellisesti riittävän suurella tarkkuudella. Energiaa myös, mutta ei aina. Esimerkiksi on mahdotonta määrittää objektiivisesti, mihin se liittyy erillinen yhteys monimutkaisessa molekyylissä. Kuitenkin aineen sumutusenergia, joka tarvitaan kaikkien olemassa olevien sidosten katkaisemiseen, määritetään aina. Kun tiedät sidoksen pituuden, voit määrittää, mitkä atomit ovat sitoutuneet (niillä on lyhyt etäisyys) ja mitkä eivät (niillä on pitkä etäisyys).

Koordinointinumero ja koordinointi

Peruskonseptit analyyttinen kemia sisältää nämä kaksi termiä. Mitä ne edustavat? Selvitetään se.

Koordinointinumero on tietyn lähimpien naapureiden lukumäärä tietty atomi. Toisin sanoen tämä on niiden lukumäärä, joihin hän on kemiallisesti yhteydessä. Koordinointi on keskinäinen järjestely, naapurien tyyppi ja lukumäärä. Toisin sanoen tämä käsite on merkityksellisempi. Esimerkiksi typen koordinaatioluku, joka on tyypillistä ammoniakin ja ammoniakin molekyyleille typpihappo, sama - 3. Niiden koordinaatio on kuitenkin erilainen - ei-tasoinen ja tasainen. Se määräytyy sidoksen luonteesta riippumatta, kun taas hapettumisaste ja valenssi ovat ehdollisia käsitteitä, jotka luodaan koordinaation ja koostumuksen ennustamiseksi etukäteen.

Molekyylin määritelmä

Olemme jo käsitelleet tätä käsitettä pohtimalla lyhyesti kemian peruskäsitteitä ja lakeja. Tarkastellaanpa sitä nyt tarkemmin. Oppikirjoissa molekyyli määritellään usein aineen pienimmäksi neutraaliksi hiukkaseksi, jolla on kemialliset ominaisuudet ja joka pystyy myös olemaan itsenäisesti. On huomattava, että tämä määritelmä on Tämä hetki jo vanhentunut. Ensinnäkin se, mitä kaikki fyysikot ja kemistit kutsuvat molekyyliksi, ei säilytä aineen ominaisuuksia. Vesi dissosioituu, mutta tämä vaatii vähintään 2 molekyyliä. Veden dissosiaatioaste on 10 -7 . Toisin sanoen vain yksi molekyyli 10 miljoonasta voi käydä läpi tämän prosessin. Jos sinulla on yksi molekyyli tai jopa sata, et voi saada käsitystä sen dissosiaatiosta. Tosiasia on, että lämpövaikutukset Kemiassa reaktiot sisältävät yleensä molekyylien välisen vuorovaikutuksen energian. Siksi yksikään heistä ei löydä niitä. Sekä kemiallisia että fysikaaliset aineet voidaan määrittää vain suuresta ryhmästä molekyylejä. Lisäksi on aineita, joissa "pienin" itsenäisesti olemassa oleva hiukkanen on äärettömän suuri ja hyvin erilainen kuin tavalliset molekyylit. Molekyyli on itse asiassa atomiryhmä, joka ei ole sähköisesti varautunut. Tietyssä tapauksessa tämä voi olla yksi atomi, esimerkiksi Ne. Tämän ryhmän on kyettävä osallistumaan diffuusioon, samoin kuin muunlaisiin lämpöliikkeisiin, toimien kokonaisuutena.

Kuten näet, kemian peruskäsitteet eivät ole niin yksinkertaisia. Molekyyli on asia, jota on tutkittava huolellisesti. Sillä on omat ominaisuutensa sekä molekyylipaino. Puhumme nyt jälkimmäisestä.

Molekyylimassa

Kuinka määrittää molekyylipaino kokeellisesti? Yksi tapa perustuu Avogadron lakiin suhteellinen tiheys pari. Tarkin menetelmä on massaspektrometrinen. Elektroni irtoaa molekyylistä. Tuloksena olevaa ionia kiihdytetään ensin sähkökentässä ja sitten poikkeutetaan magneettisesti. Varauksen suhde massaan määräytyy tarkasti poikkeaman suuruuden mukaan. On olemassa myös ratkaisujen ominaisuuksiin perustuvia menetelmiä. Molekyylien on kuitenkin kaikissa näissä tapauksissa oltava liikkeessä - liuoksessa, tyhjiössä, kaasussa. Jos ne eivät liiku, on mahdotonta laskea objektiivisesti niiden massaa. Ja niiden olemassaoloa tässä tapauksessa on vaikea havaita.

Ei-molekyylisten aineiden ominaisuudet

Heistä puhuessaan he huomauttavat, että ne koostuvat atomeista, eivät molekyyleistä. Sama pätee kuitenkin jalokaasuihin. Nämä atomit liikkuvat vapaasti, joten on parempi ajatella niitä monoatomisina molekyyleinä. Tämä ei kuitenkaan ole pääasia. Vielä tärkeämpää on, sisään ei-molekyyliset aineet on monia atomeja, jotka ovat yhteydessä toisiinsa. On huomattava, että kaikkien aineiden jako ei-molekyylisiin ja molekyylisiin on riittämätön. Jako yhteyksien mukaan on mielekkäämpää. Harkitse esimerkiksi grafiitin ja timantin ominaisuuksien eroa. Molemmat ovat hiiltä, ​​mutta edellinen on pehmeää ja jälkimmäinen kovaa. Miten ne eroavat toisistaan? Ero on nimenomaan niiden liitettävyydessä. Jos tarkastelemme grafiitin rakennetta, näemme, että vahvat sidokset ovat olemassa vain kahdessa ulottuvuudessa. Mutta kolmannessa atomien väliset etäisyydet ovat erittäin merkittäviä, joten vahvaa sidosta ei ole. Grafiitti liukuu ja halkeaa helposti näiden kerrosten yli.

Rakenteen liitettävyys

Muuten sitä kutsutaan tilaulottuvuudeksi. Se edustaa avaruuden ulottuvuuksien määrää, jolle on tunnusomaista, että niillä on jatkuva (melkein ääretön) ydinjärjestelmä ( vahvat siteet). Arvot, jotka se voi ottaa, ovat 0, 1, 2 ja 3. Siksi on tarpeen erottaa kolmiulotteisesti liittyvät, kerrostetut, ketju- ja saarekerakenteet (molekyylirakenteet).

Koostumuksen pysyvyyden laki

Olemme jo oppineet kemian peruskäsitteet. Tarkastelimme ainetta lyhyesti. Puhutaan nyt häneen sovellettavasta laista. Se on yleensä muotoiltu seuraavasti: millä tahansa yksittäisellä aineella (eli puhtaalla) riippumatta siitä, miten se on saatu, on sama määrällinen ja laadukas koostumus. Mutta mitä käsite tarkoittaa? Katsotaanpa.

Kaksituhatta vuotta sitten, kun aineiden rakennetta ei vielä pystytty tutkimaan suorilla menetelmillä, kun meille tuttuja kemian peruskäsitteitä ja kemian lakeja ei vielä ollut olemassakaan, se määritettiin kuvailevasti. Esimerkiksi vesi on neste, joka muodostaa merten ja jokien perustan. Sillä ei ole hajua, väriä, makua. Sillä on sellaisia ​​ja sellaisia ​​jäätymis- ja sulamislämpötiloja, se muuttuu siniseksi.. Suolainen merivesi johtuu siitä, että se ei ole puhdasta. Suolat voidaan kuitenkin erottaa tislaamalla. Enemmän tai vähemmän näin, kuvaava menetelmä, määritettiin kemian peruskäsitteet ja kemian lait.

varten tiedemiehet aikaa, ei ollut selvää, että nestettä vapautui eri tavoilla(vedyn poltto, vitriolin kuivaus, meriveden tislaus), on sama koostumus. Suuri tieteen löytö oli todiste tästä tosiasiasta. Kävi selväksi, että hapen ja vedyn suhde ei voi muuttua tasaisesti. Tämä tarkoittaa, että alkuaineet koostuvat atomeista - jakamattomista osista. Joten aineiden kaavat saatiin, ja tutkijoiden ajatus molekyyleistä oli perusteltu.

Nykyään mikä tahansa aine määritellään eksplisiittisesti tai implisiittisesti ensisijaisesti kaavan mukaan, ei sulamispisteen, maun tai värin perusteella. Vesi on H 2 O. Jos läsnä on muita molekyylejä, se ei ole enää puhdasta. Siksi puhdasta molekyylinen aine on sellainen, joka koostuu vain yhden tyyppisistä molekyyleistä.

Mutta entä elektrolyytit tässä tapauksessa? Loppujen lopuksi ne sisältävät ioneja, eivät vain molekyylejä. Tarvitaan tiukempi määritelmä. Puhdas molekyyliaine on aine, joka koostuu samantyyppisistä molekyyleistä ja mahdollisesti myös niiden palautuvan nopean muuntumisen (isomeroituminen, assosiaatio, dissosiaatio) tuotteista. Sana "nopea" tarkoittaa tässä yhteydessä, että emme voi päästä eroon näistä tuotteista, ne ilmestyvät välittömästi uudelleen. Sana "käännettävä" osoittaa, että muunnos ei ole valmis. Jos tuodaan, on parempi sanoa, että se on epävakaa. Tässä tapauksessa se ei ole puhdas aine.

Aineen massan säilymisen laki

Tämä laki on tunnettu metaforisessa muodossa muinaisista ajoista lähtien. Hän sanoi, että aine on luomaton ja tuhoutumaton. Sitten tuli sen määrällinen muotoilu. Sen mukaan paino (ja 1600-luvun lopusta lähtien - massa) on aineen määrän mitta.

Tämän lain tavanomaisessa muodossaan löysi Lomonosov vuonna 1748. Vuonna 1789 sitä täydensi ranskalainen tiedemies A. Lavoisier. Sen moderni muotoilu kuulostaa tältä: kemialliseen reaktioon joutuvien aineiden massa on yhtä suuri kuin sen tuloksena saatujen aineiden massa.

Avogadron laki, kaasujen tilavuussuhteiden laki

Viimeisen niistä muotoili vuonna 1808 ranskalainen tiedemies J. L. Gay-Lussac. Tämä laki tunnetaan nykyään Gay-Lussacin laina. Hänen mukaansa reagoivien kaasujen tilavuudet liittyvät toisiinsa, samoin kuin syntyvien kaasumaisten tuotteiden tilavuuksiin, pieninä kokonaislukuina.

Gay-Lussacin löytämä kuvio selittää lain, jonka italialainen tiedemies Amedeo Avogadro löysi hieman myöhemmin, vuonna 1811. Se sanoo, että samoissa olosuhteissa (paine ja lämpötila) kaasuissa, joilla on sama tilavuus, on sama määrä molekyylejä.

Avogadron laista seuraa kaksi tärkeää seurausta. Ensimmäinen on se, milloin samat olosuhteet yksi mooli mitä tahansa kaasua vie saman tilavuuden. Minkä tahansa niistä tilavuus normaaleissa olosuhteissa (joiden lämpötila on 0 ° C, samoin kuin paine 101,325 kPa) on 22,4 litraa. Tämän lain toinen seuraus on seuraava: yhtäläisissä olosuhteissa saman tilavuuden omaavien kaasujen massojen suhde on yhtä suuri kuin niiden moolimassojen suhde.

On olemassa toinen laki, joka on ehdottomasti mainittava. Puhutaanpa siitä lyhyesti.

Jaksollinen laki ja taulukko

D. I. Mendeleev, joka perustuu alkuaineiden kemiallisiin ominaisuuksiin ja atomi- ja molekyylitiede löysi tämän lain. Tämä tapahtuma tapahtui 1. maaliskuuta 1869. Jaksollinen laki on yksi tärkeimmistä luonnossa. Se voidaan muotoilla seuraavasti: elementtien ominaisuudet ja kompleksi ja yksinkertaiset aineet ovat jaksoittain riippuvaisia ​​atomien ytimien varauksista.

Mendelejevin luoma jaksotaulukko koostuu seitsemästä jaksosta ja kahdeksasta ryhmästä. Ryhmät ovat sen pystysarakkeita. Jokaisen niistä olevilla alkuaineilla on samanlaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Ryhmä puolestaan ​​on jaettu alaryhmiin (pää- ja toissijaisiin).

Tämän taulukon vaakarivejä kutsutaan pisteiksi. Niissä olevat alkuaineet eroavat toisistaan, mutta niillä on myös yhteistä - että niiden viimeiset elektronit sijaitsevat samalla energiatasolla. Ensimmäisessä jaksossa on vain kaksi elementtiä. Nämä ovat vety H ja helium He. Toisessa jaksossa on kahdeksan elementtiä. Neljännessä niitä on jo 18. Mendelejev nimesi tämän ajanjakson ensimmäiseksi suureksi. Viidennessä on myös 18 elementtiä, sen rakenne on samanlainen kuin neljännen. Kuudes sisältää 32 elementtiä. Seitsemäs ei ole valmis. Tämä ajanjakso alkaa franciumilla (Fr). Voimme olettaa, että se sisältää 32 elementtiä, kuten kuudes. Kuitenkin vain 24 on löydetty toistaiseksi.

Palautussääntö

Palautussäännön mukaan kaikilla elementeillä on taipumus saada tai menettää elektroni, jotta 8-elektroninen jalokaasukonfiguraatio olisi niitä lähimpänä. Ionisaatioenergia on energiamäärä, joka tarvitaan elektronin erottamiseen atomista. Palautussääntö sanoo, että siirryttäessä vasemmalta oikealle päälle jaksollinen järjestelmä tarpeellista enemmän energiaa elektronin poistamiseksi. Siksi vasemmalla puolella olevat elementit menettävät elektronin. Päinvastoin, ne, jotka sijaitsevat oikea puoli haluat ostaa sen.

Esitimme lyhyesti kemian lait ja peruskäsitteet. Varmasti tämä on vain yleistä tietoa. Yhden artikkelin puitteissa on mahdotonta puhua yksityiskohtaisesti niin vakavasta tieteestä. Artikkelissamme yhteenvetona kemian peruskäsitteet ja lait ovat vain lähtökohta lisätutkimuksia varten. Itse asiassa tässä tieteessä on monia osia. Siellä on esimerkiksi luomua epäorgaaninen kemia. Tämän tieteen kunkin osan peruskäsitteitä voidaan tutkia hyvin pitkään. Mutta edellä esitetyt viittaavat yleisiä kysymyksiä. Siksi voimme sanoa, että nämä ovat orgaanisen kemian sekä epäorgaanisen kemian peruskäsitteitä.