სუპრამოლეკულური ქიმია
გაანალიზებულია მეცნიერების დარგის განვითარება, რომელსაც ეწოდება სუპრამოლეკულური ქიმია. მოცემულია ამ დისციპლინის ძირითადი განმარტებები და ცნებები. ისტორიულ კონტექსტში განიხილება კვლევები, რომლებმაც საფუძველი ჩაუყარეს სუპრამოლეკულურ ქიმიას. მოცემულია მისი ზოგიერთი ტიპიური ობიექტის, კლატრატებისა და ციკლოდექსტრინების მაგალითები. აღნიშნულია, რომ უახლესი მიღწევები სუპრამოლეკულურ ქიმიაში და მისი გამოყენების ყველაზე პერსპექტიული სფეროები დაკავშირებულია თვითშეკრების და თვითორგანიზების პროცესებთან, რაც, კერძოდ, შეიძლება განხორციელდეს სუპრამოლეკულურ სინთეზში და მოლეკულური და სუპრამოლეკულური შექმნა. მოწყობილობები.
სუპრამოლეკულური ქიმია. ფონი
სუპრამოლეკულური ქიმია ქიმიის ერთ-ერთი ყველაზე ახალგაზრდა და ამავე დროს სწრაფად განვითარებადი სფეროა. მისი არსებობის 25 - 30 წლის განმავლობაში მან უკვე მოახერხა მრავალი მნიშვნელოვანი ეტაპის გავლა, მაგრამ ამავე დროს, ამ დისციპლინის ძირითადი იდეები და კონცეფციები ჯერ კიდევ არ არის ცნობილი და ზოგადად მიღებული. ამ მიმოხილვაში ჩვენ შევეცადეთ თვალყური ადევნოთ მეცნიერების დარგის განვითარებას, რომელსაც ეწოდება სუპრამოლეკულური ქიმია, გამოგვედგინა მისი ძირითადი ამოცანების ყველაზე წარმატებული განმარტებები და ყველაზე მნიშვნელოვანი ცნებები, ასევე გამოვკვეთოთ არსებული მდგომარეობა და პერსპექტივები.
ტერმინი „სუპრამოლეკულური ქიმია“ და ამ დისციპლინის ძირითადი ცნებები შემოიღო ფრანგმა მეცნიერმა ჯ.-მ. ლენომი 1978 წელს, როგორც ადრინდელი ნამუშევრების შემუშავებისა და განზოგადების ნაწილი (კერძოდ, 1973 წელს მის ნამუშევრებში გამოჩნდა ტერმინი „სუპერმოლეკულა“). სუპრამოლეკულური ქიმია განისაზღვრა სიტყვებით: „როგორც არსებობს მოლეკულური ქიმიის ველი, რომელიც დაფუძნებულია კოვალენტურ ბმებზე, ასევე არსებობს სუპრამოლეკულური ქიმიის ველი, მოლეკულური ანსამბლების ქიმია და ინტერმოლეკულური ბმები“. შემდგომში, ეს პირველი განმარტება არაერთხელ იქნა გადაფორმებული. ლენის მიერ მოყვანილი სხვა განმარტების მაგალითი: „სუპრამოლეკულური ქიმია არის „ქიმია მოლეკულის მიღმა“, რომელიც სწავლობს ორი ან მეტი ქიმიური სახეობის გაერთიანებების სტრუქტურას და ფუნქციას, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული ინტერმოლეკულური ძალებით.
ხშირ შემთხვევაში, კომპონენტებს, რომლებიც ქმნიან სუპრამოლეკულურ სისტემებს, შეიძლება ეწოდოს (მოლეკულურ ბიოლოგიაში განხილული სისტემების ანალოგიით) მოლეკულური რეცეპტორი და სუბსტრატი, ეს უკანასკნელი არის უფრო მცირე კომპონენტი, რომელიც უნდა იყოს შეკრული.
ქიმიური ობიექტის ადეკვატურად აღწერისთვის აუცილებელია მიეთითოს მისი ელემენტები და მათ შორის კავშირის ტიპები, აგრეთვე სივრცითი (გეომეტრიული, ტოპოლოგიური) მახასიათებლები. სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტებს, სუპერმოლეკულებს, აქვთ იგივე სიზუსტე, როგორც ცალკეულ მოლეკულებს, რომლებიც მათ ქმნიან. შეიძლება ითქვას, რომ „სუპერმოლეკულები არის მოლეკულებთან მიმართებაში, რაც მოლეკულებია ატომებთან მიმართებაში, ხოლო სუპერმოლეკულებში კოვალენტური ბმების როლს ასრულებს ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება“.
ლენის აზრით, სუპრამოლეკულური ქიმია შეიძლება დაიყოს ორ ფართო, გადახურულ სფეროდ:
სუპერმოლეკულების ქიმია - მკაფიოდ განსაზღვრული ოლიგომოლეკულური ნაწილაკები, რომლებიც წარმოიქმნება რამდენიმე კომპონენტის - რეცეპტორისა და მისი სუბსტრატის (სუბსტრატების) ინტერმოლეკულური გაერთიანების შედეგად და აგებულია მოლეკულური ამოცნობის პრინციპზე;
- მოლეკულური ანსამბლების ქიმია - პოლიმოლეკულური სისტემები, რომლებიც წარმოიქმნება განუსაზღვრელი რაოდენობის კომპონენტების სპონტანური გაერთიანების შედეგად კონკრეტულ ფაზაზე გადასვლასთან, რომელსაც აქვს მეტ-ნაკლებად მკაფიოდ განსაზღვრული მიკროსკოპული ორგანიზაცია და მახასიათებლები, რომლებიც დამოკიდებულია მის ბუნებაზე (მაგალითად, კლატრატები, გარსები, ვეზიკულები, მიცელები).
სუპრამოლეკულურ წარმონაქმნებს შეიძლება ახასიათებდეს კომპონენტების სივრცითი განლაგება, მათი არქიტექტურა, „სუპრასტრუქტურა“, აგრეთვე მოლეკულური ურთიერთქმედების ტიპები, რომლებიც აერთიანებს კომპონენტებს. სუპრამოლეკულურ ანსამბლებს აქვთ კარგად განსაზღვრული სტრუქტურული, კონფორმაციული, თერმოდინამიკური, კინეტიკური და დინამიური თვისებები; მათში შეიძლება გამოიყოს სხვადასხვა სახის ურთიერთქმედებები, რომლებიც განსხვავდება მათი სიძლიერით, მიმართულებით, დისტანციებზე და კუთხეებზე დამოკიდებულებით: კოორდინაციის ურთიერთქმედება ლითონის იონებთან, ელექტროსტატიკური ძალები, წყალბადი. ობლიგაციები, ვან დერ ვაალის ურთიერთქმედება, დონორი-მიმღები ურთიერთქმედება და ა.შ. ურთიერთქმედების სიძლიერე შეიძლება განსხვავდებოდეს ფართო დიაპაზონში, სუსტი ან ზომიერი, როგორც წყალბადის ბმების ფორმირებაში, ძლიერ და ძალიან ძლიერამდე, როგორც კოორდინაციის ფორმირებაში. აკავშირებს ლითონს. თუმცა, ზოგადად, ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ბმები, ასე რომ, სუპრამოლეკულური ასოციაციები ნაკლებად თერმოდინამიკურად სტაბილურია, კინეტიკურად უფრო ლაბილური და დინამიურად უფრო მოქნილი ვიდრე მოლეკულები.
ამრიგად, სუპრამოლეკულური ქიმია მოიცავს და შესაძლებელს ხდის ერთიანი პოზიციიდან განიხილოს ყველა სახის მოლეკულური ასოციაცია, უმცირესი შესაძლოდან (დიმერიდან) უდიდესამდე (ორგანიზებულ ფაზებამდე). ამავდროულად, კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს, რომ სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტები აუცილებლად შეიცავენ ნაწილებს (ქვესისტემებს), რომლებიც კოვალენტურად არ არის დაკავშირებული.
ლენმა შესთავაზა მოლეკულურიდან სუპრამოლეკულურ ქიმიაზე გადასვლის ილუსტრირება ნახატზე ნაჩვენები სქემით. ერთი .
ნახ 1. მოლეკულური ქიმიიდან სუპრამოლეკულურზე გადასვლის სქემა
სუპერმოლეკულების ძირითადი ფუნქციები: მოლეკულური ამოცნობა, ტრანსფორმაცია (კატალიზი) და გადაცემა. ფუნქციური სუპერმოლეკულები ორგანიზებულ პოლიმოლეკულურ შეკრებებთან და ფაზებთან ერთად შეიძლება გამოყენებულ იქნას მოლეკულური და სუპრამოლეკულური მოწყობილობების შესაქმნელად.
ლენის გარდა, უნდა აღინიშნოს აგრეთვე C. J. Pedersen და D. J. Crum, რომელთა ნაშრომმა და კვლევამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა სუპრამოლეკულური ქიმიის განვითარებაში. 1987 წელს ამ სამ მეცნიერს მიენიჭა ნობელის პრემია ქიმიაში (მაკროსტეროციკლური ნაერთების ქიმიის განვითარებაში გადამწყვეტი წვლილისთვის, რომელსაც შეუძლია შერჩევითად შექმნას მასპინძელი-სტუმარი მოლეკულური კომპლექსები).
კვლევა, რომელმაც საფუძველი ჩაუყარა სუპრამოლეკულურ ქიმიას
სუპრამოლეკულური ქიმიის ძირითადი ცნებების წარმოშობა გვხვდება წარსულში და ამ საუკუნის დასაწყისში ჩატარებულ სამუშაოებში. ასე რომ, პ. ერლიხმა 1906 წელს ფაქტობრივად შემოიტანა რეცეპტორის და სუბსტრატის ცნებები, ხაზგასმით აღნიშნა, რომ მოლეკულები არ რეაგირებენ ერთმანეთთან, თუ ისინი ჯერ არ შედიან გარკვეულ კავშირში. თუმცა, სავალდებულო არ უნდა იყოს ნებისმიერი, მაგრამ შერჩევითი. ეს ხაზი გაუსვა ე. ფიშერმა ჯერ კიდევ 1894 წელს, როდესაც მან ჩამოაყალიბა თავისი „გასაღების ჩაკეტვის“ პრინციპი, პრინციპი, რომელიც ვარაუდობს, რომ სტერული კორესპონდენცია, რეცეპტორისა და სუბსტრატის გეომეტრიული კომპლემენტარულობა, არის მოლეკულური ამოცნობის საფუძველი. და ბოლოს, შერჩევითი შეკავშირება მოითხოვს ურთიერთქმედებას, პარტნიორებს შორის კავშირს და ამ იდეის ფესვები შეიძლება ვეძებოთ ა. ვერნერის ნაშრომებში, რაც ამ მხრივ სუპრამოლეკულურ ქიმიას აქცევს კოორდინაციის ქიმიის განზოგადებას და განვითარებას.
ჯ.-მ. ლენ, ამ სამმა კონცეფციამ - ფიქსაცია (დაკავშირება), აღიარება და კოორდინაცია - საფუძველი ჩაუყარა სუპრამოლეკულურ ქიმიას.
სუპრამოლეკულური ქიმიის ზოგიერთი სხვა კონცეფცია ასევე ცნობილია დიდი ხნის განმავლობაში. ტერმინიც კი « ბბერმოლეკულა”, ე.ი. სუპერ-, ანუ სუპერმოლეკულა, უკვე 30-იანი წლების შუა ხანებში დაინერგა. ჩვენი საუკუნის აღწერს ორგანიზაციის უფრო მაღალ დონეს, რომელიც წარმოიქმნება კოორდინაციულად გაჯერებული მოლეკულების გაერთიანებიდან (მაგალითად, ძმარმჟავას დიმერის წარმოქმნის დროს). სუპრამოლეკულური ორგანიზაციის კრიტიკული როლი ბიოლოგიაში კარგად იყო ცნობილი.
თუმცა, სუპრამოლეკულური ქიმიის, როგორც დამოუკიდებელი დარგის გაჩენა და განვითარება ქიმიურ მეცნიერებათა სისტემაში გაცილებით გვიან მოხდა. აი რა ჯ.-მ. ლენი თავის წიგნში: „... ახალი სამეცნიერო დისციპლინის გაჩენისა და სწრაფი განვითარებისთვის საჭიროა სამი პირობის კომბინაცია. უპირველეს ყოვლისა, აუცილებელია ახალი პარადიგმის ამოცნობა, რომელიც აჩვენებს განსხვავებული და ერთი შეხედვით ურთიერთდაკავშირებული დაკვირვებების, მონაცემების, შედეგების მნიშვნელობას და აერთიანებს მათ ერთ თანმიმდევრულ მთლიანობაში. მეორეც, ამ სფეროში ობიექტების შესასწავლად საჭიროა ხელსაწყოები და აქ სტრუქტურისა და თვისებების შესასწავლად თანამედროვე ფიზიკური მეთოდების შემუშავებამ ითამაშა (IR, UV და განსაკუთრებით NMR სპექტროსკოპია, მასის სპექტრომეტრია, რენტგენის დიფრაქცია და ა.შ.) გადამწყვეტი როლი სუპრამოლეკულურ ქიმიაში, რაც შესაძლებელს ხდის შედარებით ლაბილური სუპრამოლეკულური ანსამბლების შესწავლას, რომლებიც ხასიათდება დაბალი ენერგიის არაკოვალენტური ურთიერთქმედებით. მესამე, სამეცნიერო საზოგადოების მზადყოფნა მიიღოს ახალი პარადიგმა აუცილებელია, რათა ახალმა დისციპლინამ შეძლოს რეაგირება არა მხოლოდ მასში უშუალოდ ჩართულ სპეციალისტებს შორის, არამედ მეცნიერების ახლო (და არა ძალიან ახლო) სფეროებში. ეს მოხდა სუპრამოლეკულურ ქიმიასთან, რამდენადაც შეიძლება ვიმსჯელოთ მისი განვითარებისა და სხვა დისციპლინებში შეღწევის სწრაფი ტემპიდან ბოლო 25 წლის განმავლობაში.
ლენის თანახმად, „სუპრამოლეკულური ქიმია, როგორც დღეს ვიცით, დაიწყო ტუტე ლითონის კათიონების შერჩევითი შებოჭვის შესწავლით ბუნებრივი და სინთეზური მაკროციკლური და მაკროპოლიციკლური ლიგანდების, გვირგვინის ეთერებისა და კრიპტანდების მიერ“.
ამ სახის ბუნებრივ ნაერთებს შორის, პირველ რიგში, უნდა აღინიშნოს ანტიბიოტიკი ვალინომიცინი. 1963 წელს მისი სტრუქტურის გაშიფვრა, რაშიც დიდი წვლილი შეიტანეს საბჭოთა მეცნიერებმა იუ.ა. ოვჩინნიკოვის ხელმძღვანელობით, სცილდება ჩვეულებრივ აღმოჩენას. ეს ციკლური დეფსიპეპტიდი (ის აგებულია ამიდური და ეთერური ბმებით ურთიერთდაკავშირებული ამინო და ჰიდროქსი მჟავების ნარჩენებისგან) აღმოჩნდა პირველი მემბრანულ აქტიურ კომპლექსებს, ანუ იონოფორებს შორის. ასეთი სახელები ასახავს ამ ნივთიერებების უნარს, მისცეს რთული ნაერთები ტუტე კათიონებთან ხსნარებში და გადაიტანოს შეკრული კატიონი ბიოლოგიური მემბრანების მეშვეობით. იონოფორების აღმოჩენით, ცოცხალ სისტემებში იონური ნაკადების მიზანმიმართული რეგულირების შესაძლებლობა რეალური შესაძლებლობა გახდა. მემბრანული კომპლექსების დარგში მუშაობისთვის, ოვჩინიკოვს და მის კოლეგებს 1978 წელს მიენიჭათ ლენინის პრემია.
სუპრამოლეკულური ქიმიის განვითარების შემდეგი მნიშვნელოვანი ეტაპი დაკავშირებულია C. Pedersen-ის მიერ 1962 წელს გვირგვინის ეთერების აღმოჩენასთან. ინჰიბიტორების სინთეზის მცდელობისას ნავთობის ზეთების აუტოქსიდაციის სტაბილიზაციისთვის, პედერსენმა მიიღო სუბპროდუქტი, რომელსაც ახლა ეწოდება დიბენზო-18-გვირგვინ-6. შემდგომში პედერსენმა მოახდინა სინთეზირება და შეისწავლა დაახლოებით 60 მაკროციკლური პოლიესტერი ჟანგბადის ატომების რაოდენობა 4-დან 20-მდე და რგოლის ზომით 12-დან 60-წევრამდე. მან აღმოაჩინა, რომ გვირგვინის ეთერები ქმნიან ძლიერ კომპლექსებს ტუტე და დედამიწის ტუტე ლითონის კათიონებთან, რომლებიც შეიძლება იზოლირებული იყოს კრისტალური სახით.
1966 წელს ჯ.-მ. ლენი დაინტერესდა ნერვულ სისტემაში მიმდინარე პროცესებით და დაინტერესდა: შეუძლია თუ არა ქიმიას წვლილი შეიტანოს ამ უმაღლესი ბიოლოგიური ფუნქციების შესწავლაში? ნერვულ უჯრედებში ელექტრული პროცესები დაფუძნებულია უჯრედის მემბრანებში კალიუმის და ნატრიუმის იონების განაწილების ცვლილებებზე. იმ დროს გამოქვეყნებულმა სამეცნიერო ნაშრომებმა აჩვენა, რომ ვალინომიცინს შეეძლო კალიუმის იონის გადატანა მიტოქონდრიაში. ამან მიიყვანა ლენი იმ აზრამდე, რომ შესაფერისი ხელოვნურად შექმნილი ციკლოპეპტიდები ან მათი ანალოგები შეიძლება იყოს მემბრანაში კათიონების განაწილებისა და მემბრანის მეშვეობით მათი ტრანსპორტირების შესწავლის საშუალება. ასეთი თვისებები აჩვენა აგრეთვე ენიატინის და აქტინის ჯგუფების სხვა ნეიტრალურმა ანტიბიოტიკებმა, რაც აიხსნებოდა კათიონებთან კომპლექსების შერჩევითი წარმოქმნით. ტუტე ლითონები. თუმცა, საჭირო გახდა მოლეკულების სინთეზირება, რომლებიც ქიმიურად ნაკლებად აქტიურია, ვიდრე ციკლური პეპტიდები. ასეთი სინთეზის განხორციელებაში მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ჩ.პედერსენის აღმოჩენამ. გვირგვინის ეთერები განიხილება, როგორც ნივთიერებები, რომლებიც აერთიანებს მაკროციკლური ანტიბიოტიკების კომპლექსურ უნარს და ეთერის სტაბილურ ფუნქციებს.
სურათი 2. ჯ.-მ-ის მიერ სინთეზირებული კრიპტანდები. ლენომი (m=0, n=1; m=1, n=0; m=n=1)
ამავდროულად, გაირკვა, რომ ნაერთები, რომლებსაც აქვთ სამგანზომილებიანი სფერული ღრუ, რომელიც მთლიანად მოიცავს შეკრულ იონს, უნდა შექმნან უფრო ძლიერი კომპლექსები, ვიდრე ბრტყელი ფორმის მაკროციკლები. ამ პრობლემაზე მუშაობა 1967 წლის ოქტომბერში დაიწყო და 1968 წლის შემოდგომაზე მიიღეს პირველი სამგანზომილებიანი ამინოესტერი, რომელსაც ლენმა უწოდა კრიპტანდი (ნახ. 2, m=n=1). მაშინვე აღინიშნა კალიუმის იონების ძლიერად შებოჭვის უნარი და მიღებულ კომპლექსს მიეწერა კრიპტის (უჯრედული) სტრუქტურა. სინთეზირებულია სხვა კრიპტებიც. მათი აგებულება დადასტურდა რიგი კომპლექსების კრისტალური სტრუქტურის განსაზღვრით (ნახ. 3).
დ. კრამმა ყურადღება გაამახვილა გვირგვინის ეთერებისა და კრიპტანდების მნიშვნელოვან ნაკლზე, რაც მდგომარეობს იმაში, რომ ორივე მათგანი არ არის კარგად ორგანიზებული სტუმრის იონების მისაღებად: მათი სტრუქტურა, თითქოს, ნაოჭებია, მაგრამ იზოლირებულია კრისტალური სახით. არ არის გასწორებული (სურ. 4, ა, ბ). მაშასადამე, როდესაც კატიონი ღრუში შედის, ენერგიის ხარჯებია საჭირო მისი გასწორებისთვის (ოპტიმიზაცია) და ეს გავლენას ახდენს კომპლექსის სტაბილურობაზე. დ.კრამმა გადაწყვიტა ე.წ. „molecules-to
ნახ 3. რუბიდიუმის კრიპტატის სტრუქტურა
კონტეინერები“ წინასწარ ორგანიზებული სტრუქტურით. 1980-იანი წლების დასაწყისში რთული მრავალსაფეხურიანი სინთეზების შედეგად. მიიღეს სფერანდები და კავიტანდები (სურ. 4 გ, დ) - ერთგვარი მოლეკულური თასები, რომელთა კედლები გაფორმებულია არომატული ბირთვებით, ხოლო ჩაღრმავებები, სადაც სტუმრის ნაწილაკი ვარდება, ჟანგბადის ატომებითაა მოპირკეთებული. ამ თასებს ფეხებიც კი აქვთ - მეთილის ჯგუფები, რომლებიც დაკავშირებულია ფენილ რადიკალებთან. კვლევების მსვლელობისას გაირკვა, რომ მიღებული ნაერთები ტუტე ლითონის კათიონებთან ბევრად უფრო სტაბილურ კომპლექსებს ქმნიან, ვიდრე გვირგვინის ეთერები და კრიპტანდები. მცირე ნეიტრალური მოლეკულები, როგორიცაა CH 2 Cl 2 , CH 3 CN, SO 2, ასევე შეიძლება მოხვდნენ ღრუსა და თასში და იქ მყარად დაიჭირონ.
უნდა აღინიშნოს, რომ უფრო რთულ ნაერთებს ასევე აქვთ მოლეკულური ამოცნობის უფრო რთული პროცესი. თუ მარტივი კრიპტის კომპლექსები ხასიათდება უმარტივესი - "სფერული" - ამოცნობით, რომელშიც როლს თამაშობს მხოლოდ სფეროს ზომა, სუბსტრატის მიახლოებით, მაშინ რთული ნაერთებისთვის მოლეკულური ამოცნობა შეიძლება იყოს "ტეტრაედრული" ან "წრფივი" ამოცნობა. , ხორციელდება სხვადასხვა ტიპის რეცეპტორებით. მომდევნო წლებში შეისწავლეს მოლეკულური ამოცნობის პროცესის ყველა ეს მრავალგვარი სახეობა და პროცესებში ჩართული რეცეპტორები მიეკუთვნებოდა ნაერთების ძალიან განსხვავებულ კლასებს (გვირგვინის ეთერები, კრიპტანდები, სფერანდები, კავიტანტები, კალიქსარენები, ციკლოფანები, ციკლოდექსტრინები, კრიპტოფანები და ა.შ.). . როგორც ლენი წერს, „... კვლევის სფერო გაფართოვდა, რამაც განაპირობა მოლეკულური აღიარება, როგორც ქიმიური კვლევის ახალი სფერო, რომელიც ფოკუსირებულია ზოგადად ინტერმოლეკულურ ურთიერთქმედებებზე და პროცესებზე, გავრცელდა მთელ დიაპაზონში. დაკავშირებული დარგების, გადაიზარდა სუპრამოლეკულურ ქიმიაში".
სურ. 4. გვირგვინის ეთერის (a), კრიპტანდის (ბ) და კავიტანდის (c) და სფერანდის (d) წინასწარ ორგანიზებული სტრუქტურები.
სუპრამოლეკულური ქიმიის ზოგიერთი ტიპიური ობიექტის შესწავლის ისტორია
ისტორიულ კონტექსტში, სუპრამოლეკულური ქიმიის პირველი შესწავლილი ობიექტები იყო ინკლუზიური ნაერთები, რომლებსაც მოგვიანებით უწოდეს კლატრატები. კლატრატები არის ნაერთები, რომლებიც წარმოიქმნება მოლეკულების, რომელსაც სტუმრებს უწოდებენ, ეშაფოტის ღრუში, რომელიც შედგება სხვადასხვა სახის მოლეკულებისგან, რომელსაც ეწოდება მასპინძლები, ან ერთი დიდი მასპინძლის მოლეკულის ღრუში. ხშირად სტუმრებსა და მასპინძლებს შორის ვან დერ ვაალსის გარდა სხვა ურთიერთობა არ არსებობს. ასეთი ნაერთების თერმოდინამიკური სტაბილურობა უზრუნველყოფილია სტუმარი მოლეკულების განლაგების ხელსაყრელი გეომეტრიით მასპინძლის ჩარჩოს ღრუებში, რის შედეგადაც სუსტი ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება იწვევს ენერგიის მომატებას საწყისი კომპონენტების კომპონენტების ენერგიასთან შედარებით. თავისუფალ მდგომარეობაში. ამ შემთხვევაში, რაც შეეხება ჩვეულებრივ ქიმიურ ნაერთებს, შემადგენელი კომპონენტების თანაფარდობა შეიძლება იყოს ცვალებადი, როგორც ჰიდროქინონის კლატრატების შემთხვევაში კეთილშობილური აირებით, ან მკაცრად განსაზღვრული, როგორც შარდოვანა ნაერთებში პარაფინებთან და უმეტეს კლატრატ ჰიდრატებში.
ნივთიერებები, რომლებიც ამჟამად განიხილება ინკლუზიურ ნაერთებად, აშკარად პირველი იყო ა. კრონსტედტის მიერ, რომელმაც აღმოაჩინა ცეოლიტის სტილიბიტი 1756 წელს და ჯ. პრისტლიმ, რომელმაც 1778 წელს აღმოაჩინა "ანომალიური ყინული", რომელიც აღმოჩნდა SO 2 ჰიდრატი. . 10H 2 O. 1785 - 1786 წლებში. B. Peletier და W. Karsten, ხოლო 1811 წელს G. Davy აკვირდებოდა კრისტალების წარმოქმნას აირისებრი ქლორის გაგრილების დროს, მოგვიანებით (1823 წელს) M. Faraday-მა დაადგინა, რომ ეს იყო Cl 2. 10H 2 O, თუმცა, ამ ჰიდრატის სტრუქტურა შეიქმნა მხოლოდ 1952 წელს მ. სტეკელბერგის და გ. მიულერის მიერ.
სურათი 5. თიოურეას კლატრატის კომპლექსის სტრუქტურა ადამანტთან 3:1
ამოს კონცეფცია და ტერმინი "clathrate" მისი თანამედროვე ინტერპრეტაციით შემოიღეს 1947 წელს გ.პაუელმა. ნახ. სურათი 5 გვიჩვენებს თიოურეა-ადამანტანის 3:1 კლატრატის კომპლექსის სტრუქტურას, როგორც მაგალითად. კლატრატის კომპლექსები ასევე შეიცავს ციკლოდექსტრინების ინკლუზიურ ნაერთებს.
სურ. 6. ციკლოდექსტრინების სტრუქტურა: a - ქიმიური სტრუქტურა, b - ფორმა
იკლოდექსტრინები არის ციკლური ოლიგოსაქარიდები, რომელთა მოლეკულები აგებულია ექვსი, შვიდი ან რვადან. (ნ=6, 7, 8) d-გლუკოპირანოზის ერთეულები, რომლებიც დაკავშირებულია -1,4-გლიკოზიდური კავშირით (ნახ. 6). ციკლოდექსტრინის მოლეკულებს აქვთ შემოჭრილი კონუსის ფორმა, შიგნით ღრუ, რომელშიც 6-8 პირველადი OH ჯგუფი მდებარეობს ქვედა ფუძის გარშემოწერილობის გასწვრივ, ხოლო 12-16 მეორადი OH ჯგუფი განლაგებულია ზედა ფუძის გარშემოწერილობის გასწვრივ. . ციკლოდექსტრინები აღმოაჩინა 1891 წელს A. Villiers-ის მიერ და მათი იზოლაციის პირველი დეტალური აღწერა გამოქვეყნდა 1903 წელს F. Shardinger-ის მიერ. 1938 წელს კ.ფროიდენბერგმა განსაზღვრა ციკლოდექსტრინების სტრუქტურა. მას შემდეგ ეს ბუნებრივი (ბუნებრივი) რეცეპტორები გამოიყენება სხვადასხვა მიზნებისთვის. ასე რომ, ფ. კრამერმა 1954 წელს პირველად აჩვენა, რომ ციკლოდექსტრინებს შეუძლიათ შექმნან ინკლუზიური კომპლექსები სუბსტრატების ფართო სპექტრით. მათი, როგორც კატალიზატორების როლი შეისწავლეს ი.ტაბუშიმ და ბრესლოუმ 1982 წელს.
ციკლოდექსტრინისა და „სტუმრის“ ურთიერთქმედების ბუნება მკაფიოდ არ არის დადგენილი და ფართოდ არის განხილული. შედარებით სუსტი ურთიერთქმედება (ვან დერ ვაალსი, ჰიდროფობიური და ა.შ.) როგორც ჩანს ყველაზე სავარაუდოა, რაც შესაძლებელს ხდის ამ კომპლექსების კლასიფიკაციას სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტებად. ასეთი კომპლექსების ქიმიური ტრანსფორმაცია იწვევს რთული მოლეკულური სტრუქტურების წარმოქმნას, როგორიცაა კატენები, როტაქსანები, პოლიროტაქსანები და მილები, რომლებიც ადვილად არ მიიღება სხვა მეთოდებით. ციკლოდექსტრინების უნარმა შექმნას ძლიერი კომპლექსები წყალხსნარებში, სხვადასხვა ტიპის „სტუმრების“ დიდი რაოდენობით, განაპირობა მათი გამოყენება, როგორც სამშენებლო ბლოკები ნანოსტრუქტურებისთვის, რომლებიც წარმოიქმნება მათი თვითშეკრებით და შედის ნანომოწყობილობებში.
სუპრამოლეკულური ქიმიის განვითარების მიმდინარე მდგომარეობა და ტენდენციები
უახლესი მიღწევები სუპრამოლეკულურ ქიმიაში და მისი გამოყენების ყველაზე პერსპექტიული სფეროები დაკავშირებულია მოლეკულური ამოცნობის პროცესებთან.
სურათი 7. თვითშეკრება მოლეკულურ წყალბადის ბმებთან ერთად
ახალი სტრუქტურების სახელები და ფორმირებები ე.წ. „თვითპროცესების“ გამო. თვითშეკრებისა და თვითორგანიზაციის ცნებები სუპრამოლეკულურ ქიმიაში შემოიტანეს ჯ.-მ. ლენ არაორგანული კომპლექსების (ორმაგი ჰელიკატების) სპონტანური წარმოქმნის შესწავლის პროცესში, რომელიც მიმდინარეობს თვითშეკრების პროცესის სახით. სინამდვილეში, ეს ცნებები სუპრამოლეკულურ ქიმიაში მოვიდა ბიოქიმიიდან, სადაც მათ მნიშვნელოვანი ადგილი ეკავათ ჯერ კიდევ ადრე, რადგან ბიოსინთეზი შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ "თვითპროცესების" საშუალებით. ველურ ბუნებაში თვითშეკრების ყველაზე თვალსაჩინო გამოვლინებაა ნუკლეინის მჟავის მოლეკულების თვითშეკრება, ცილების მატრიცული სინთეზი; თვითშეკრების გადამწყვეტ როლზე მიუთითებს ფერმენტების და რეცეპტორების მკაცრად განსაზღვრული სივრცითი სტრუქტურა.
სუპრამოლეკულურ ქიმიაში თვითორგანიზაცია ნიშნავს ცალკეული შემადგენელი ნაწილისგან კარგად განსაზღვრული სუპრამოლეკულური სტრუქტურის სპონტანურ წარმოქმნას მოცემულ პირობებში. ლენის აზრით, თვითშეკრება და თვითორგანიზაცია აღწერს ფენომენების ორ განსხვავებულ, მაგრამ გადახურულ კლასს, თვითშეკრება უფრო ფართო ტერმინია, ვიდრე თვითორგანიზაცია. სუპრამოლეკულური თვითშეკრება შედგება მინიმუმ ორი ან მეტი კომპონენტის სპონტანურ გაერთიანებაში, რაც იწვევს დისკრეტული სუპერმოლეკულების ან გაფართოებული პოლიმოლეკულური შეკრებების წარმოქმნას (მოლეკულური ფენები, ფილმები და ა.შ.). ამ შემთხვევაში ასოციაციის პროცესი ხდება არაკოვალენტური ურთიერთქმედების გამო.
სურ 8. მოლეკულური შატლი გადართულია გარემოს pH-ის შეცვლით
ლენი განსაზღვრავს თვითორგანიზაციას, როგორც მოწესრიგებულ თვითგაერთიანებას, რომელიც:
1) მოიცავს სისტემებს, რომლებშიც შესაძლებელია წესრიგის სპონტანური გამოჩენა სივრცეში და/ან დროს, 2) ფარავს სივრცულ (სტრუქტურულ) და დროებით (დინამიურ) წესრიგს, 3) გავლენას ახდენს მხოლოდ სუპრამოლეკულურ (არაკოვალენტურ) დონეზე, 4) არის მრავალკომპონენტიანი. ამრიგად, თვითორგანიზაცია მოიცავს ინტერაქციას და ინტეგრაციას, რაც განსაზღვრავს კოლექტიურ ქცევას.
თვითორგანიზება შეიძლება მოხდეს ხსნარში, თხევადკრისტალურ ფაზაში ან მყარ მდგომარეობაში, წყალბადის ბმებით, ელექტროსტატიკური და დონორ-მიმღები ურთიერთქმედებით, აგრეთვე საშუალო ეფექტებით (სოლვოფობიური ურთიერთქმედება), რომლებიც გამოიყენება კომპონენტებს შორის მთავარ ურთიერთქმედებად. . ნახ. სურათი 7 გვიჩვენებს თვითშეკრებას, რომელშიც შედის წყალბადის ბმები, რომლებიც მოიცავს ორ პორფირინის მოლეკულას შუამავლობით 2,4,6-ტრიამინო-5-ალკილპირიმიდინებით. მიღებულ სტრუქტურას აქვს უჯრედის ფორმა.
ჯ.-მ. ლენი აღნიშნავს, რომ „სუპრამოლეკულური ქიმიის წვლილი ქიმიურ სინთეზში შეიძლება ჩაითვალოს ორ ძირითად ასპექტში: თავად არაკოვალენტური სუპრამოლეკულური ნაწილაკების წარმოება, რაც პირდაპირ გამოხატულია თვითშეკრების პროცესებში და სუპრამოლეკულური მახასიათებლების გამოყენება სინთეზის გასაძლიერებლად. კოვალენტური მოლეკულური სტრუქტურების" . სინამდვილეში სუპრამოლეკულური სინთეზი შედგება ზედამოლეკულური სტრუქტურების ფორმირებაში მიმართული ინტერმოლეკულური ძალების საშუალებით. ამ შემთხვევაში ასევე აუცილებელია, რომ სინთეზის დროს თვით სინთეზის დროს მოხდეს სუპრამოლეკულური ნაწილაკების წარმოქმნა. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სუპრამოლეკულური სინთეზი შესაძლებელია, თუ არსებობს ერთგვარი დაგეგმვა და კონტროლი ინტერმოლეკულურ დონეზე. რთული კოვალენტური ნაწილაკების სინთეზში, სუპრამოლეკულური ქიმია შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომპონენტების სასურველი განლაგებისთვის, მაგალითად, თვითშეკრებით. ეს ხსნის ახალ შესაძლებლობებს რთული სისტემების სინთეზის სფეროში და ბოლო წლებში ეს მიმართულება ერთ-ერთი წამყვანი გახდა.
სუპრამოლეკულური ქიმიის განვითარების კიდევ ერთი პერსპექტიული სფეროა მოლეკულური და სუპრამოლეკულური მოწყობილობების შექმნა. მოლეკულური მოწყობილობები სტრუქტურულად ორგანიზებული და ფუნქციურად ინტეგრირებული ქიმიური სისტემებია. ისინი დაფუძნებულია კონკრეტული კომპონენტების გარკვეულ სივრცულ ორგანიზაციაზე და შეიძლება იყოს ჩართული სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებში. ფოტონიკური, ელექტრონული ან იონური მოწყობილობები შეიძლება განვასხვავოთ იმის მიხედვით, კომპონენტები ფოტოაქტიურია, ელექტროაქტიური თუ იონური, შესაბამისად, ე.ი. მონაწილეობენ ფოტონების შთანთქმაში ან გამოსხივებაში, არიან ელექტრონების დონორები ან მიმღები, ან მონაწილეობენ იონურ გაცვლაში.
ასეთ მოწყობილობებში შედის კომპონენტების ორი ძირითადი ტიპი: აქტიური კომპონენტები, რომლებიც ასრულებენ მოცემულ ოპერაციას (მიიღებენ, აძლევენ ან გადასცემენ ფოტონებს, ელექტრონებს, იონებს და ა.შ.) და სტრუქტურული კომპონენტები, რომლებიც მონაწილეობენ სუპრამოლეკულური არქიტექტურის შექმნაში, ადგენენ აქტიური კომპონენტების აუცილებელი სივრცითი მოწყობა, კერძოდ, ამოცნობის პროცესების გამო. გარდა ამისა, დამხმარე კომპონენტები შეიძლება შევიდეს მოწყობილობის შემადგენლობაში, რომლის მიზანია აქტიური და სტრუქტურული კომპონენტების თვისებების შეცვლა. მთავარია, ჩვეულებრივი მასალებისგან განსხვავებით, მათგან შემდგარმა კომპონენტებმა და მოწყობილობებმა თავიანთი ფუნქციები მოლეკულურ და ზემოლეკულურ დონეზე უნდა შეასრულონ. მოლეკულური მოწყობილობების სუპრამოლეკულურ სისტემებში ჩართვა შესაძლებელს ხდის ფუნქციური სუპერმოლეკულების ან ანსამბლების (ფენები, ფილმები, გარსები და ა.შ.) მიღებას.
მოლეკულური და სუპრამოლეკულური მოწყობილობები, განსაზღვრებით, წარმოიქმნება კომპონენტებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია კოვალენტური და არაკოვალენტური ბმებით, შესაბამისად. სუპრამოლეკულური მოწყობილობები ასევე შეიძლება მოიცავდეს მოწყობილობებს, რომელთა კომპონენტები დაკავშირებულია კოვალენტური ბმებით, მაგრამ ნაწილობრივ მაინც ინარჩუნებენ ინდივიდუალურობას.
ბოლო დროს შესაძლებელი გახდა გადართვის მოლეკულური ანსამბლების შექმნა, რომლებიც ცვლის მათ სივრცულ სტრუქტურას ისეთი გარე ფაქტორების მოქმედების მიხედვით, როგორიცაა გარემოს pH ან მისი ელექტროქიმიური პოტენციალი. მაგალითია როტაქსანი, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 8. შედგება გრძელი პოლიესტერის ჯაჭვისგან, რომელიც „გადაბმულია“ ციკლის მეშვეობით, რომელიც აგებულია ციკლოფანური ხიდებით დაკავშირებული ორი დიპირიდილის ნარჩენებისგან. ციკლის ჯაჭვიდან გადახტომის თავიდან ასაცილებლად, ბოლოებში მას აქვს ნაყარი ჯგუფები - ტრიიზოპროპილსილილის შემცვლელები. პოლიესტერის ჯაჭვში შემავალი 4,4"-დიამინოდიფენილისა და 4,4"-დიჰიდროქსიდიფენილის ნარჩენებს აქვთ გამოხატული ელექტრონების შემომწირველი თვისებები; ამიტომ მათზე ელექტროსტატიკურად ფიქსირდება ელექტრონის გამომყვანი ტეტრაკიონური ციკლი. ამ შემთხვევაში რეალიზებულია ორი კონფორმაცია, რომლებიც მოძრავი წონასწორობის მდგომარეობაშია. იმის გამო, რომ არომატული ამინები უფრო ძლიერი ელექტრონის დონორები არიან, ვიდრე ფენოლები, ჭარბობს ფორმა, სადაც რგოლი ურთიერთქმედებს ამინის ფრაგმენტთან. თუმცა, წონასწორობის პოზიცია შეიძლება შეიცვალოს საშუალო მჟავიანობის ცვლილებით. ძლიერ მჟავე გარემოში ამინის აზოტის ატომები პროტონირებულია; თავად ხდებიან ელექტრონების მიმღებები და ბის-დიპირიდინის რგოლი მთლიანად გადახტება ფენოლურ ფრაგმენტზე. იგივე ხდება, როდესაც იცვლება გარე ელექტროქიმიური პოტენციალი. როგორც ჩანს, ამ მოწყობილობის საფუძველზე შესაძლებელია მოლეკულური გადამრთველის შექმნა. ითვლება, რომ ასეთი მოლეკულური მოწყობილობები ნანოტექნოლოგიის სამომავლო განვითარების საშუალებას მისცემს, რომელიც მეტწილად ჩაანაცვლებს ამჟამად დომინანტურ ნახევარგამტარულ ტექნოლოგიას.
სუპრამოლეკულური ქიმიის თავისებურებებზე საუბრისას, ყურადღება უნდა მიაქციოთ იმ ფაქტს, რომ დეტალური და სრული სტრუქტურული მონაცემები განსაკუთრებულ, უაღრესად მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ამ მეცნიერებაში. ამ სფეროში პროგრესი შეუძლებელი იქნებოდა სუპრამოლეკულური სისტემების კომპონენტების სივრცითი კონფიგურაციისა და ფარდობითი სივრცითი მოწყობის კონკრეტული ანალიზის გარეშე. ზემოაღნიშნული იძლევა იმის საფუძველს, რომ სუპრამოლეკულური ქიმია სტრუქტურული ქიმიის ბუნებრივ ნაწილად განვიხილოთ.
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სუპრამოლეკულური ქიმიის მრავალი იდეა და განყოფილება წარმოიშვა მის ოფიციალურ დაბადებამდე დიდი ხნით ადრე. ამას შეგვიძლია დავამატოთ, რომ ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედების ბუნება (წყალბადის ბმების და სხვა სპეციფიკური ურთიერთქმედებების ჩათვლით), მათი ენერგია და როლი სხვადასხვა პროცესებში დიდი ხანია საგულდაგულოდ არის შესწავლილი, მათ შორის სუპრამოლეკულური ქიმიისთვის დამახასიათებელ სტრუქტურულ ასპექტში. ამრიგად, რუსეთში მუშაობდნენ მთელი სკოლები, რომლებიც სრულყოფილად სწავლობდნენ ინტერმოლეკულურ ურთიერთქმედებებს.
მოლეკულური კრისტალების სტრუქტურა, კერძოდ "შერეული", როგორიცაა კლატრატები, შეისწავლეს A. I. Kitaygorodsky et al. ადსორბციასა და ქრომატოგრაფიაში ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება გახდა A.V. Kiselev და სხვების კვლევის საგანი. , არავალენტური ურთიერთქმედებების გავლენა მოლეკულების კონფორმაციებზე გახდა ვ.გ. დაშევსკის ნაშრომების საგანი. და მაინც სუპრამოლეკულური ქიმიის შემქმნელებად სამართლიანად ითვლებიან ჯ.-მ. Len, C. J. Pedersen და D. J. Crum.
ამ გამოჩენილი მეცნიერების მთავარი დამსახურება მდგომარეობს იმაში, რომ მათ მიმართეს ტრადიციული ქიმიის არსენალი, მიღწევები ინტერმოლეკულური ძალების ფიზიკურ და ქიმიურ შესწავლაში და თანამედროვე ფიზიკური კვლევის მეთოდების მთელი ძალა ფუნდამენტურად ახალი ქიმიური ობიექტების შესაქმნელად. რომლის თეორიული და პრაქტიკული მნიშვნელობა განსაკუთრებით დიდია და, როგორც ჩანს, ჯერ ბოლომდე არ არის გასაგები.
ლიტერატურა
|
1. ვოლკოვი ვ.ა., ვონსკი ე.ვ., კუზნეცოვა გ.ი. // მსოფლიოს გამოჩენილი ქიმიკოსები. M. 1991 წ. 2. ლენ ჯ.-მ. // სუფთა და ვაშლი. ქიმ. 1978. 50. გვ. 871. 3. ლენ ჯ.-მ. // სტრუქტურა. შეკავშირება. 1973. 16. გვ. 1. 4. ლენ ჯ.-მ.. // ქიმია საზღვარგარეთ., M. 1989. C. 13. 5. ლენ ჯ.-მ. // მეცნიერება. 1985. 227. გვ. 849. 6. ლენ ჯ.-მ. სუპრამოლეკულური ქიმია, ცნებები და პერსპექტივები. Weinheim, 1995. რუსული თარგმანი: Len J.-M. სუპრამოლეკულური ქიმია. ცნებები და პერსპექტივები. ნოვოსიბირსკი, 1998 წ. 7. ლენ ჯ.-მ // რუსული ქიმიური ჟურნალი. 1995. 39. S. 94. 8. Ehrlich P. // კვლევები იმუნიტეტის შესახებ. უილი. N.Y., 1906. ციტირებულია. 9. Fischer E. // ბერ. Deutsch. ქიმ. გეს. 1894. 27. 2985. ციტირებულია. 10. Werner A. // Zeitschr. ანორგ. ქიმ. 1893. 3. 267. ციტირებულია. 11. Wolf K.L., Frahm F., Harms H. // Z. Phys. ქიმ. აბტ. 1937. B 36. P. 17. ციტირებულია. 12. ლენ ჯ.-მ. // სუფთა და ვაშლი. ქიმ. 1979. 51. გვ. 979. 13. ოვჩინიკოვი იუ.ა., ივანოვი ვ.ტ., შკრობი ა.მ. მემბრანზე აქტიური კომპლექსები. M. 1974 წ. 14. დავიდოვა ს.ლ. საოცარი მაკროციკლები. ლ., 1989 წ. 15. პედერსენ C.J. ქიმია საზღვარგარეთ. მ., 1989 წ. 16. პოჟარსკი ა.ფ. // სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი. 1997. No9. S. 32. 17. კრამი დ.ჯ. // მეცნიერება. 1983. 219. გვ 1177. 18. დიადინ იუ.ა., უდაჩინი კ.ა., ბონდარიუკ ი.ვ. ჩართვის კავშირები. ნოვოსიბირსკი. 1988 წ. 19. Muller A., Reuter H., Dillinger S. // Angew. ქიმ. ინტ. რედ. ინგლისური 1995. 34. გვ. 2328. 20. პაუელი ჰ.მ. // ჯ ქიმ. სოც. 1948. 1. გვ. 61. 21. Gopal R., Robertson B.E., Rutherford J.S. // აქტა კრისტი. C. 1989. 45. გვ. 257. 22. Philp D., Stoddart J.F. //ანგიუ. ქიმ. ინტ. რედ. ინგლისური 1996. 35. გვ 1155. 23. Wenz G. // Angew. ქიმ. ინტ. რედ. ინგლისური 1994. 33. გვ 803. 24. Viliers A., Hebd C.R. // სესიები აკად. მეცნიერება. 1891. 112. გვ 536. ციტ. ზე . 25. Schardinger F. // Z. Unters Nahr. გენუსიზმი. Gebrauchsgegenstaende. 1903. 6. 865, თხზ. ზე . 26. Cramer F. Einschlussverbindungen. ბერლინი, Springer-Werlag, 1954, op. ზე . 27. თაბუში I. // აკ. ქიმ. რეზ. 1982. 15. გვ. 66. ციტ. ზე . 28. Lehn J.-M., Rigault A., Siegel J., Harrowfield J., Chevrier B., Moras D., Proc. ნატლ. აკად. მეცნიერება. ᲐᲨᲨ. 1987. 84. გვ. 2565. 29. . პოჟარსკი ა.ფ. // სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი. 1997. No 9. გვ. 40. 30. ლოურენს დ.ს., ჯიანგ ტ., ლევეტ მ., ქიმ. რევ. 1995. 95. გვ. 2229. 31. კიტაიგოროდსკი ა.ი. მოლეკულური კრისტალები. მ., 1971 წ. 32. კიტაიგოროდსკი ა.ი. შერეული კრისტალები. მ., 1983 წ. 33. ავგულ ნ.ნ., კისელევი ა.ვ., პოშკუს ვ.დ. ადსორბცია ერთგვაროვან ზედაპირებზე. მ., 1975 წ. 34. დაშევსკი ვ.გ. ორგანული მოლეკულების კონფორმაციები. მ., 1974 წ. 35. დაშევსკი ვ.გ. მაკრომოლეკულების კონფორმაციული ანალიზი. მ., 1987 წ. |
ქიმია, რომლის ძირითად ცნებებს განვიხილავთ, არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ნივთიერებებს და მათ გარდაქმნებს, რომლებიც ხდება სტრუქტურისა და შემადგენლობის ცვლილებით და, შესაბამისად, თვისებებით. უპირველეს ყოვლისა, აუცილებელია განვსაზღვროთ, რას ნიშნავს ტერმინი, როგორიცაა „ნივთიერება“. თუ ამაზე ვისაუბრებთ ფართო გაგებით, ეს არის მატერიის ფორმა, რომელსაც აქვს მოსვენებული მასა. ნებისმიერი ნივთიერება არის ელემენტარული ნაწილაკიმაგალითად, ნეიტრონი. ქიმიაში ეს ცნება უფრო ვიწრო გაგებით გამოიყენება.
დასაწყისისთვის, მოდით მოკლედ აღვწეროთ ქიმიის, ატომური და მოლეკულური მეცნიერების ძირითადი ტერმინები და ცნებები. ამის შემდეგ ჩვენ განვმარტავთ მათ და ასევე გამოვყოფთ ზოგიერთს მნიშვნელოვანი კანონებიამ მეცნიერების.
ქიმიის ძირითადი ცნებები (ნივთიერება, ატომი, მოლეკულა) თითოეული ჩვენგანისთვის სკოლიდან ნაცნობია. ქვემოთ მოცემულია მოკლე აღწერამათ, ისევე როგორც სხვა, არც ისე აშკარა ტერმინებსა და ფენომენებს.
ატომები
უპირველეს ყოვლისა, ყველა ნივთიერება, რომელიც შესწავლილია ქიმიაში, შედგება მცირე ნაწილაკებისგან, რომელსაც ატომები ეწოდება. ნეიტრონები არ არის ამ მეცნიერების შესწავლის ობიექტი. ისიც უნდა ითქვას, რომ ატომებს შეუძლიათ ერთმანეთთან შერწყმა, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ქიმიური ბმები. ამ კავშირის გასაწყვეტად საჭიროა ენერგიის დახარჯვა. აქედან გამომდინარე, ატომები ნორმალური პირობებიმარტო არ არსებობს („კეთილშობილი გაზების“ გარდა). ისინი ერთმანეთს აკავშირებენ მინიმუმ წყვილებში.
უწყვეტი თერმული მოძრაობა
უწყვეტი თერმული მოძრაობა ახასიათებს ქიმიის მიერ შესწავლილ ყველა ნაწილაკს. ამ მეცნიერების ძირითადი ცნებები არ შეიძლება ითქვას მასზე საუბრის გარეშე. ზე უწყვეტი მოძრაობანაწილაკები ტემპერატურის პროპორციულია (თუმცა, უნდა აღინიშნოს, რომ ცალკეული ნაწილაკების ენერგია განსხვავებულია). ეკინი = kT / 2, სადაც k - ბოლცმანის მუდმივი. ეს ფორმულა მოქმედებს ნებისმიერი სახის მოძრაობისთვის. ვინაიდან ეკინი = mV 2/2, მასიური ნაწილაკების მოძრაობა უფრო ნელია. მაგალითად, თუ ტემპერატურა იგივეა, ჟანგბადის მოლეკულები საშუალოდ 4-ჯერ ნელა მოძრაობენ, ვიდრე ნახშირბადის მოლეკულები. ეს იმიტომ ხდება, რომ მათი მასა 16-ჯერ მეტია. მოძრაობა არის რხევითი, მთარგმნელობითი და ბრუნვითი. ვიბრაცია შეიმჩნევა როგორც თხევად, ისე მყარში და ში აირისებრი ნივთიერებები. მაგრამ მთარგმნელობითი და ბრუნვა ყველაზე ადვილად აირებში ხორციელდება. სითხეებში ეს უფრო რთულია, ხოლო მყარ სხეულებში კიდევ უფრო რთული.
მოლეკულები
ჩვენ ვაგრძელებთ ქიმიის ძირითადი ცნებებისა და განმარტებების აღწერას. თუ ატომები გაერთიანდებიან ერთმანეთთან და ქმნიან მცირე ჯგუფებს (მათ მოლეკულებს უწოდებენ), ასეთი ჯგუფები მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში, მოქმედებენ როგორც ერთი მთლიანობა. ტიპიურ მოლეკულებში 100-მდე ატომია და მათი რაოდენობა ე.წ მაკრომოლეკულური ნაერთებიშეიძლება მიაღწიოს 105-ს.
არამოლეკულური ნივთიერებები
თუმცა, ატომები ხშირად გაერთიანებულია უზარმაზარ კოლექტივებში 107-დან 1027 წლამდე. ამ ფორმით ისინი პრაქტიკულად არ მონაწილეობენ თერმულ მოძრაობაში. ეს ასოციაციები ნაკლებად ჰგავს მოლეკულებს. ისინი უფრო ჰგავს ნაწილებს. მყარი სხეული. ამ ნივთიერებებს ჩვეულებრივ უწოდებენ არამოლეკულურს. ამ შემთხვევაში, თერმული მოძრაობა ხორციელდება ნაჭრის შიგნით და ის არ დაფრინავს, როგორც მოლეკულა. ასევე არსებობს გარდამავალი რეგიონიზომები, რომელიც მოიცავს ასოციაციებს, რომლებიც შედგება ატომებისგან 105-დან 107-მდე ოდენობით. ეს ნაწილაკები არის ან ძალიან დიდი მოლეკულები, ან არის ფხვნილის პატარა მარცვლები.
იონები
უნდა აღინიშნოს, რომ ატომებს და მათ ჯგუფებს შეიძლება ჰქონდეთ ელექტრული მუხტი. ამ შემთხვევაში, მათ იონებს უწოდებენ ისეთ მეცნიერებაში, როგორიცაა ქიმია, რომლის ძირითად ცნებებს ჩვენ ვსწავლობთ. ვინაიდან ერთიდაიმავე სახელის მუხტები ყოველთვის იგერიებენ ერთმანეთს, ნივთიერება, სადაც არის გარკვეული მუხტების მნიშვნელოვანი გადაჭარბება, არ შეიძლება იყოს სტაბილური. უარყოფითი და დადებითი მუხტებიყოველთვის მონაცვლეობით სივრცეში. და ნივთიერება მთლიანობაში რჩება ელექტრონულად ნეიტრალური. გაითვალისწინეთ, რომ მუხტები, რომლებიც ელექტროსტატიკაში დიდად ითვლება, უმნიშვნელოა ქიმიის თვალსაზრისით (105-1015 ატომისთვის - 1e).
სასწავლო საგნები ქიმიაში
უნდა განვმარტოთ, რომ ქიმიაში შესწავლის ობიექტები არის ის ფენომენები, რომლებშიც ატომები არ წარმოიქმნება და არ ნადგურდებიან, არამედ მხოლოდ გადაჯგუფდებიან, ანუ ისინი ახლებურად აერთიანებენ. ზოგიერთი ბმული გატეხილია, რის შედეგადაც ყალიბდება სხვები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ახალი ნივთიერებები ჩნდება იმ ატომებიდან, რომლებიც შემადგენლობაში იყო საწყისი მასალები. თუმცა, თუ ატომები და მათ შორის არსებული ბმები შენარჩუნებულია (მაგალითად, მოლეკულური ნივთიერებების აორთქლების დროს), მაშინ ეს პროცესები განეკუთვნება უკვე არა ქიმიის, არამედ შესწავლის სფეროს. მოლეკულური ფიზიკა. იმ შემთხვევაში, როდესაც ატომები წარმოიქმნება ან განადგურებულია, საუბარია ბირთვული ან ატომური ფიზიკის შესწავლის საგნებზე. თუმცა, საზღვარი ქიმიურ და ფიზიკური მოვლენებიბუნდოვანი. ყოველივე ამის შემდეგ, დაყოფა ინდივიდუალური მეცნიერებებიპირობითი, ხოლო ბუნება განუყოფელია. ამიტომ, ფიზიკის ცოდნა ძალიან სასარგებლოა ქიმიკოსებისთვის.
მოკლედ ჩამოვთვალეთ ქიმიის ძირითადი ცნებები. ახლა გეპატიჟებით უფრო დეტალურად განიხილოთ ისინი.
მეტი ატომების შესახებ
ატომები და მოლეკულები არის ის, რასაც ბევრი უკავშირებს ქიმიას. ეს ძირითადი ცნებები მკაფიოდ უნდა იყოს განსაზღვრული. ატომების არსებობის ფაქტი ბრწყინვალედ გამოიცნეს ორი ათასი წლის წინ. შემდეგ, უკვე მე-19 საუკუნეში, მეცნიერებს ჰქონდათ ექსპერიმენტული მონაცემები (ჯერ კიდევ არაპირდაპირი). ეს დაახლოებითავოგადროს მრავალჯერადი შეფარდების, შემადგენლობის მუდმივობის კანონების შესახებ (ქვემოთ განვიხილავთ ქიმიის ამ ძირითად ცნებებს). ატომის შესწავლა გაგრძელდა მე-20 საუკუნეში, როდესაც ბევრი ხელმძღვანელობდა ექსპერიმენტული მტკიცებულება. ისინი დაფუძნებული იყო სპექტროსკოპიის მონაცემებზე, რენტგენის სხივების, ალფა ნაწილაკების, ნეიტრონების, ელექტრონების და ა.შ. კგ. ამ ნაწილაკების ცენტრში არის დადებითად დამუხტული ბირთვი, რომლის გარშემოც ელექტრონები მოძრაობენ უარყოფითი მუხტი. ბირთვის ზომა დაახლოებით 10 -15 მ. გამოდის რომ ელექტრონული გარსიგანსაზღვრავს ატომის ზომას, მაგრამ მისი მასა თითქმის მთლიანად კონცენტრირებულია ბირთვში. კიდევ ერთი განმარტება უნდა შემოვიტანოთ ქიმიის ძირითადი ცნებების გათვალისწინებით. ატომის ტიპი, რომელსაც აქვს იგივე ბირთვული მუხტი.
ხშირად გვხვდება როგორც ყველაზე პატარა ნაწილაკინივთიერებები, რომლებიც ქიმიურად განუყოფელია. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ფენომენების ფიზიკურად და ქიმიურად დაყოფა პირობითია. მაგრამ ატომების არსებობა უპირობოა. ამიტომ უმჯობესია მათი მეშვეობით განვსაზღვროთ ქიმია და არა პირიქით, ატომები ქიმიის მეშვეობით.
ქიმიური ბმა
ეს არის ის, რაც ინარჩუნებს ატომებს ერთად. ის არ აძლევს მათ გავლენის ქვეშ გაფანტვის საშუალებას თერმული მოძრაობა. ჩვენ აღვნიშნავთ ობლიგაციების ძირითად მახასიათებლებს - ეს არის ბირთვთაშორისი მანძილი და ენერგია. ეს არის ასევე ქიმიის ძირითადი ცნებები. კავშირის სიგრძე განისაზღვრება ექსპერიმენტულად საკმარისად მაღალი სიზუსტით. ენერგია - ძალიან, მაგრამ არა ყოველთვის. მაგალითად, შეუძლებელია ობიექტურად განვსაზღვროთ, რასთან არის ის მიმართებაში ცალკე კავშირირთულ მოლეკულაში. ამასთან, ნივთიერების ატომიზაციის ენერგია, რომელიც აუცილებელია ყველა არსებული ბმის გასაწყვეტად, ყოველთვის განისაზღვრება. ბმის სიგრძის გაცნობით, შეგიძლიათ განსაზღვროთ რომელი ატომებია შეკრული (მათ აქვთ მცირე მანძილი) და რომელი არა (მათ აქვთ დიდი მანძილი).
საკოორდინაციო ნომერი და კოორდინაცია
Ძირითადი ცნებები ანალიზური ქიმიამოიცავს ამ ორ ტერმინს. რას იცავენ ისინი? მოდით გავარკვიოთ.
საკოორდინაციო ნომერი არის მოცემულის უახლოესი მეზობლების რაოდენობა კონკრეტული ატომი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის იმათ რიცხვი, ვისთანაც ის ქიმიურად არის დაკავშირებული. კოორდინაცია არის ურთიერთშეთანხმებამეზობლების ტიპი და რაოდენობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს კონცეფცია უფრო მნიშვნელოვანია. მაგალითად, აზოტის საკოორდინაციო რიცხვი, დამახასიათებელი ამიაკის მოლეკულებისთვის და აზოტის მჟავა, იგივე - 3. თუმცა მათი კოორდინაცია განსხვავებულია - არაპლექტური და ბრტყელი. იგი განისაზღვრება ბმის ბუნების შესახებ იდეების მიუხედავად, ხოლო ჟანგვის ხარისხი და ვალენტობა არის პირობითი ცნებები, რომლებიც იქმნება წინასწარ კოორდინაციისა და შემადგენლობის პროგნოზირებისთვის.
მოლეკულის განმარტება
ჩვენ უკვე შევეხეთ ამ ცნებას, მოკლედ განვიხილეთ ქიმიის ძირითადი ცნებები და კანონები. ახლა მოდით ვისაუბროთ მასზე უფრო დეტალურად. სახელმძღვანელოებში ხშირია მოლეკულის უმცირესად განსაზღვრა ნეიტრალური ნაწილაკინივთიერება, რომელსაც აქვს თავისი ქიმიური თვისებები და ასევე შეუძლია დამოუკიდებლად არსებობა. უნდა აღინიშნოს, რომ ეს განმარტება არის ამ მომენტშიუკვე მოძველებულია. პირველი, რასაც ყველა ფიზიკოსი და ქიმიკოსი უწოდებს მოლეკულას, არ ინარჩუნებს მატერიის თვისებებს. წყალი იშლება, მაგრამ ამას მინიმუმ 2 მოლეკულა სჭირდება. წყლის დისოციაციის ხარისხია 10 -7 . სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, 10 მილიონიდან მხოლოდ ერთ მოლეკულას შეუძლია გაიაროს ეს პროცესი. თუ თქვენ გაქვთ ერთი მოლეკულა, ან თუნდაც ასი, ვერ შეძლებთ მის დისოციაციის შესახებ წარმოდგენას. ფაქტია, რომ ქიმიაში რეაქციების თერმული ეფექტი ჩვეულებრივ მოიცავს მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ენერგიას. ამიტომ, მათ ვერ პოულობენ ერთი მათგანი. როგორც ქიმიური, ასევე ფიზიკური ნივთიერებებიშეიძლება განისაზღვროს მხოლოდ მოლეკულების დიდი ჯგუფიდან. გარდა ამისა, არსებობს ნივთიერებები, რომლებშიც „ყველაზე პატარა“ ნაწილაკი, რომელსაც შეუძლია დამოუკიდებლად არსებობა, განუსაზღვრელი რაოდენობით დიდია და ძალიან განსხვავდება ჩვეულებრივი მოლეკულებისგან. მოლეკულა სინამდვილეში არის ატომების ჯგუფი, რომელიც არ არის ელექტრული დამუხტული. კონკრეტულ შემთხვევაში, ეს შეიძლება იყოს ერთი ატომი, მაგალითად, Ne. ამ ჯგუფს უნდა შეეძლოს მონაწილეობა მიიღოს დიფუზიაში, ისევე როგორც სხვა სახის თერმულ მოძრაობაში, როგორც მთლიანობაში.
როგორც ხედავთ, ქიმიის ძირითადი ცნებები არც ისე მარტივია. მოლეკულა არის ის, რაც გულდასმით უნდა იყოს შესწავლილი. მას აქვს საკუთარი თვისებები და მოლეკულური წონა. ამ უკანასკნელზე ახლა ვისაუბრებთ.
მოლეკულური მასა
როგორ განვსაზღვროთ მოლეკულური წონაგამოცდილებაზე? ერთი გზა ეფუძნება ავოგადროს კანონს, შესაბამისად ფარდობითი სიმკვრივეწყვილი. ყველაზე ზუსტი მეთოდი მასის სპექტრომეტრია. ელექტრონი ამოვარდნილია მოლეკულიდან. მიღებული იონი ჯერ ელექტრულ ველში აჩქარდება, შემდეგ მაგნიტურად გადახრილია. მუხტის და მასის თანაფარდობა განისაზღვრება ზუსტად გადახრის სიდიდით. ასევე არსებობს მეთოდები, რომლებიც ეფუძნება ხსნარებს იმ თვისებებზე. თუმცა, მოლეკულები ყველა ამ შემთხვევაში აუცილებლად უნდა იყვნენ მოძრაობაში - ხსნარში, ვაკუუმში, გაზში. თუ ისინი არ მოძრაობენ, შეუძლებელია მათი მასის ობიექტურად გამოთვლა. და მათი არსებობა ამ შემთხვევაში ძნელია ამოსაცნობი.
არამოლეკულური ნივთიერებების თავისებურებები
მათზე საუბრისას ისინი აღნიშნავენ, რომ ისინი ატომებისგან შედგება და არა მოლეკულებისგან. თუმცა, იგივე ეხება კეთილშობილ გაზებს. ეს ატომები თავისუფლად მოძრაობენ, ამიტომ უმჯობესია მოვიაზროთ ისინი, როგორც ერთატომური მოლეკულები. თუმცა, ეს არ არის მთავარი. რაც მთავარია, in არამოლეკულური ნივთიერებებიბევრი ატომია, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. უნდა აღინიშნოს, რომ ყველა ნივთიერების დაყოფა არამოლეკულურ და მოლეკულად არასაკმარისია. კავშირის მიხედვით დაყოფა უფრო მნიშვნელოვანია. განვიხილოთ, მაგალითად, განსხვავება გრაფიტისა და ალმასის თვისებებში. ორივე ნახშირბადია, მაგრამ პირველი რბილია, მეორე კი მყარი. რით განსხვავდებიან ისინი ერთმანეთისგან? განსხვავება სწორედ მათ კავშირშია. თუ გავითვალისწინებთ გრაფიტის სტრუქტურას, დავინახავთ, რომ ძლიერი ბმები არსებობს მხოლოდ ორ განზომილებაში. მაგრამ მესამეში, ატომთაშორისი დისტანციები ძალიან მნიშვნელოვანია, შესაბამისად, არ არსებობს ძლიერი კავშირი. გრაფიტი ადვილად სრიალებს და იშლება ამ ფენებზე.
სტრუქტურის კავშირი
წინააღმდეგ შემთხვევაში, მას სივრცითი განზომილება ეწოდება. იგი წარმოადგენს სივრცის განზომილებების რაოდენობას, რომელიც ხასიათდება იმით, რომ მათ აქვთ ბირთვების უწყვეტი (თითქმის უსასრულო) სისტემა (ძლიერი კავშირები). მნიშვნელობები, რომლებიც მას შეუძლია მიიღოს არის 0, 1, 2 და 3. ამიტომ, აუცილებელია განასხვავოთ სამგანზომილებიანი, ფენიანი, ჯაჭვის და კუნძულოვანი (მოლეკულური) სტრუქტურები.
კომპოზიციის მუდმივობის კანონი
ჩვენ უკვე ვისწავლეთ ქიმიის ძირითადი ცნებები. ნივთიერება მოკლედ განვიხილეთ ჩვენ მიერ. ახლა მოდით ვისაუბროთ კანონზე, რომელიც მას ეხება. ის ჩვეულებრივ ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: ნებისმიერ ინდივიდუალურ ნივთიერებას (ანუ სუფთა), მიუხედავად იმისა, თუ როგორ იქნა მიღებული, აქვს იგივე რაოდენობრივი და ხარისხობრივი შემადგენლობა. მაგრამ რას ნიშნავს კონცეფცია?მოდით ვნახოთ.
ორი ათასი წლის წინ, როცა ნივთიერებათა სტრუქტურის პირდაპირი მეთოდებით შესწავლა ჯერ არ შეიძლებოდა, როცა ძირითადი ქიმიური ცნებებიდა ჩვენთვის ნაცნობი ქიმიის კანონები განისაზღვრა აღწერილობით. მაგალითად, წყალი არის სითხე, რომელიც ქმნის ზღვებისა და მდინარეების საფუძველს. არ აქვს სუნი, ფერი, გემო. ესეთი გაყინვა და დნობის ტემპერატურა აქვს, ცისფერდება.მარილიანი ზღვის წყალი იმიტომ რომ არ არის სუფთა. თუმცა, მარილების გამოყოფა შესაძლებელია დისტილაციით. ასე თუ ისე, აღწერითი მეთოდი, განისაზღვრა ქიმიის ძირითადი ქიმიური ცნებები და კანონები.
ამისთვის მეცნიერებიდრო, არ იყო აშკარა, რომ სითხე, რომელიც გაათავისუფლეს სხვადასხვა გზები(წყალბადის წვა, ვიტრიოლის დეჰიდრატაცია, დისტილაცია ზღვის წყალი) იგივე შემადგენლობა აქვს. ამ ფაქტის დამადასტურებელი იყო მეცნიერების დიდი აღმოჩენა. ცხადი გახდა, რომ ჟანგბადისა და წყალბადის თანაფარდობა შეუფერხებლად ვერ შეიცვლება. ეს ნიშნავს, რომ ელემენტები შედგება ატომებისგან - განუყოფელი ნაწილებისგან. ასე მიიღეს ნივთიერებების ფორმულები და გამართლდა მეცნიერთა იდეა მოლეკულების შესახებ.
დღესდღეობით, ნებისმიერი ნივთიერება ცალსახად ან ირიბად განისაზღვრება ძირითადად ფორმულით და არა დნობის წერტილით, გემოთი ან ფერით. წყალი არის H 2 O. თუ სხვა მოლეკულები არსებობს, ის აღარ იქნება სუფთა. ამიტომ, სუფთა მოლეკულური ნივთიერებაარის ის, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი ტიპის მოლეკულებისგან.
თუმცა, რა შეიძლება ითქვას ამ შემთხვევაში ელექტროლიტებზე? ყოველივე ამის შემდეგ, ისინი შეიცავს იონებს და არა მხოლოდ მოლეკულებს. Მეტი მჭირდება მკაცრი განმარტება. სუფთა მოლეკულური ნივთიერება არის ნივთიერება, რომელიც შედგება იმავე ტიპის მოლეკულებისგან და ასევე, შესაძლოა, მათი შექცევადი სწრაფი ტრანსფორმაციის პროდუქტებისგან (იზომერიზაცია, ასოციაცია, დისოციაცია). სიტყვა „სწრაფი“ ამ კონტექსტში ნიშნავს, რომ ამ პროდუქტებს ვერ მოვიშორებთ, ისინი მაშინვე ისევ ჩნდებიან. სიტყვა "შექცევადი" მიუთითებს იმაზე, რომ ტრანსფორმაცია არ დასრულებულა. თუ მოტანილია, მაშინ ჯობია ითქვას, რომ არასტაბილურია. ამ შემთხვევაში, ეს არ არის სუფთა ნივთიერება.
მატერიის მასის შენარჩუნების კანონი
ეს კანონი მეტაფორული ფორმით იყო ცნობილი უძველესი დროიდან. მან თქვა, რომ მატერია შეუქმნელი და ურღვევია. შემდეგ მოვიდა მისი რაოდენობრივი ფორმულირება. მისი მიხედვით წონა (და მე-17 საუკუნის ბოლოდან – მასა) არის ნივთიერების რაოდენობის საზომი.
ეს კანონი ჩვეული ფორმით აღმოაჩინა ლომონოსოვმა 1748 წელს. 1789 წელს მას დაემატა ფრანგი მეცნიერი ა.ლავუაზიე. მისი თანამედროვე ფორმულირება ასე ჟღერს: მასში შემავალი ნივთიერებები ქიმიური რეაქცია, უდრის მისგან წარმოქმნილი ნივთიერებების მასას.
ავოგადროს კანონი, აირების მოცულობითი შეფარდების კანონი
მათგან უკანასკნელი ჩამოაყალიბა 1808 წელს ფრანგმა მეცნიერმა J.L. Gay-Lussac-მა. ეს კანონი ახლა ცნობილია როგორც გეი-ლუსაკის კანონი. მისი თქმით, რეაქციაში მყოფი აირების მოცულობები ერთმანეთთან დაკავშირებულია, ისევე როგორც მიღებული აირისებრი პროდუქტების მოცულობებთან, როგორც მცირე რიცხვები.
ნიმუში, რომელიც გეი-ლუსაკმა აღმოაჩინა, ხსნის კანონს, რომელიც ცოტა მოგვიანებით, 1811 წელს, იტალიელმა მეცნიერმა ამედეო ავოგადრომ აღმოაჩინა. ნათქვამია, რომ ზე თანაბარი პირობები(წნევა და ტემპერატურა) აირებში, რომლებსაც აქვთ იგივე მოცულობა, არის იგივე რაოდენობის მოლეკულები.
ავოგადროს კანონიდან გამომდინარეობს ორი მნიშვნელოვანი შედეგი. პირველი ის არის, როცა იგივე პირობებინებისმიერი გაზის ერთი მოლი თანაბარ მოცულობას იკავებს. რომელიმე მათგანის მოცულობა ნორმალური პირობები(რომლებიც ტემპერატურაა 0 ° C, ისევე როგორც წნევა 101,325 კპა) არის 22,4 ლიტრი. ამ კანონის მეორე შედეგი შემდეგია: თანაბარ პირობებში, იგივე მოცულობის მქონე აირების მასების თანაფარდობა მათი მოლური მასების თანაფარდობის ტოლია.
არის კიდევ ერთი კანონი, რომელიც აუცილებლად უნდა აღინიშნოს. მოკლედ ვისაუბროთ მასზე.
პერიოდული კანონი და ცხრილი
D. I. მენდელეევი, ელემენტების ქიმიური თვისებების საფუძველზე და ატომური და მოლეკულური მეცნიერებააღმოაჩინა ეს კანონი. ეს მოვლენა მოხდა 1869 წლის 1 მარტს. პერიოდული კანონიარის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ბუნებაში. ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: ელემენტების თვისებები და კომპლექსი და მარტივი ნივთიერებებიაქვთ პერიოდული დამოკიდებულება მათი ატომების ბირთვების მუხტებზე.
მენდელეევის მიერ შექმნილი პერიოდული ცხრილი შედგება შვიდი პერიოდისა და რვა ჯგუფისგან. ჯგუფები მისი ვერტიკალური სვეტებია. თითოეულ მათგანში არსებულ ელემენტებს აქვთ მსგავსი ფიზიკური და ქიმიური თვისებები. ჯგუფი, თავის მხრივ, იყოფა ქვეჯგუფებად (ძირითადი და მეორადი).
ამ ცხრილის ჰორიზონტალურ რიგებს პერიოდები ეწოდება. მათში არსებული ელემენტები ერთმანეთისგან განსხვავდებიან, მაგრამ მათ ასევე აქვთ საერთო - რომ მათი ბოლო ელექტრონები განლაგებულია ერთსა და იმავეზე. ენერგიის დონე. პირველ პერიოდში მხოლოდ ორი ელემენტია. ეს არის წყალბადი H და ჰელიუმი He. მეორე პერიოდში რვა ელემენტია. მეოთხეში უკვე 18. მენდელეევმა ეს პერიოდი პირველ დიდად დაასახელა. მეხუთესაც აქვს 18 ელემენტი, მისი სტრუქტურა მეოთხეს ჰგავს. მეექვსე შეიცავს 32 ელემენტს. მეშვიდე არ დასრულებულა. ეს პერიოდი იწყება ფრანციუმით (Fr). შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ის შეიცავს 32 ელემენტს, ისევე როგორც მეექვსე. თუმცა, ჯერჯერობით მხოლოდ 24 აღმოაჩინეს.
დაბრუნების წესი
უკან დაბრუნების წესის მიხედვით, ყველა ელემენტი მიდრეკილია მოიპოვოს ან დაკარგოს ელექტრონი, რათა მათთან ყველაზე ახლოს იყოს 8-ელექტრონიანი კეთილშობილი გაზის კონფიგურაცია. იონიზაციის ენერგია არის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ელექტრონის ატომისგან გამოსაყოფად. უკან დაბრუნების წესი ამბობს, რომ მარცხნიდან მარჯვნივ გადაადგილებისას პერიოდული ცხრილისაჭირო მეტი ენერგიაელექტრონის ამოსაღებად. ამიტომ, მარცხენა მხარეს არსებული ელემენტები ელექტრონის დაკარგვას ახდენენ. პირიქით, იმ მდებარეებთან მარჯვენა მხარესურს იყიდოს.
მოკლედ ჩამოვთვალეთ ქიმიის კანონები და ძირითადი ცნებები. რა თქმა უნდა, ეს მხოლოდ ზოგადი ინფორმაცია. ერთი სტატიის ფარგლებში შეუძლებელია ასეთ სერიოზულ მეცნიერებაზე დეტალურად საუბარი. ქიმიის ძირითადი ცნებები და კანონები, რომლებიც შეჯამებულია ჩვენს სტატიაში, არის მხოლოდ ამოსავალი წერტილიშემდგომი შესწავლისთვის. მართლაც, ამ მეცნიერებაში ბევრი განყოფილებაა. არსებობს, მაგალითად, ორგანული და არაორგანული ქიმია. ამ მეცნიერების თითოეული განყოფილების ძირითადი ცნებების შესწავლა შეიძლება ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში. მაგრამ ზემოთ მოყვანილი ეხება ზოგადი საკითხები. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს არის ძირითადი ცნებები ორგანული ქიმიაასევე არაორგანული.
სუპრამოლეკულური (სუპრამოლეკულური) ქიმია (სუპრამოლეკულური ქიმია, სუპერმოლეკულური ქიმია) არის მეცნიერების ინტერდისციპლინარული დარგი, მათ შორის ქიმიური, ფიზიკური და ბიოლოგიური ასპექტებიმოლეკულებზე უფრო რთული მოსაზრებები, ქიმიური სისტემებიდაკავშირებულია ერთ მთლიანობად ინტერმოლეკულური (არაკოვალენტური) ურთიერთქმედებით. სუპრამოლეკულური ქიმიის ობიექტები - სუპრამოლეკულური ანსამბლებისპონტანურად აგებული დამატებითისგან, ანუ აქვს ფრაგმენტების გეომეტრიული და ქიმიური შესაბამისობა, როგორც ყველაზე რთული სპონტანური შეკრება. სივრცითი სტრუქტურებიცოცხალ საკანში. Ერთ - ერთი ფუნდამენტური პრობლემები თანამედროვე ქიმიაარის ასეთი სისტემების მიმართული დიზაინი, მოლეკულური „სამშენებლო ბლოკებიდან“ მაღალ მოწესრიგებული სუპრამოლეკულური ნაერთების შექმნა მოცემული სტრუქტურით და თვისებებით. სუპრამოლეკულურ წარმონაქმნებს ახასიათებს მათი კომპონენტების სივრცითი განლაგება, მათი არქიტექტურა, „სუპრასტრუქტურა“, აგრეთვე მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედების ტიპები, რომლებიც აერთიანებს კომპონენტებს. ზოგადად, ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედება უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური ბმები, ასე რომ, სუპრამოლეკულური ასოციაციები ნაკლებად თერმოდინამიკურად სტაბილურია, კინეტიკურად უფრო ლაბილური და დინამიურად უფრო მოქნილი ვიდრე მოლეკულები.
სუპრამოლეკულური ქიმიის ტერმინოლოგიის მიხედვით, სუპრამოლეკულური ასოციაციების კომპონენტები ე.წ. რეცეპტორი(ρ) და სუბსტრატი(σ), სადაც სუბსტრატი არის უფრო პატარა კომპონენტი, რომელიც შედის ბმაში. Ვადები კავშირის ჩართვა, კლატრატიდა სტუმარ-მასპინძლის ტიპის კავშირი (კომპლექსი).ახასიათებს ნაერთებს, რომლებიც არსებობენ მყარ მდგომარეობაში და მიეკუთვნებიან მყარ სუპრამოლეკულურ ანსამბლებს.
გარკვეული სუბსტრატის σ და მისი ρ რეცეპტორის შერჩევითი შებოჭვა ფორმირებასთან სუპერმოლეკულებიσρ ხდება პროცესის შედეგად მოლეკულური ამოცნობა. თუ რეცეპტორი შემაკავშირებელ ადგილების გარდა შეიცავს რეაქტიულ ფუნქციურ ჯგუფებს, მას შეუძლია გავლენა მოახდინოს ქიმიკატზე ტრანსფორმაციამის ასოცირებულ სუბსტრატზე, მოქმედებს როგორც სუპრამოლეკულური კატალიზატორი. ლიპოფილურ, მემბრანაში ხსნად რეცეპტორს შეუძლია იმოქმედოს როგორც გადამზიდავი, ახორციელებს ტრანსპორტი, გადაცემაასოცირებული სუბსტრატი. ამრიგად, მოლეკულური ამოცნობა, ტრანსფორმაცია, გადაცემა არის სუპრამოლეკულური ობიექტების ძირითადი ფუნქციები.
სუფრა მოლეკულური ქიმიაშეიძლება დაიყოს ორ ფართო, ნაწილობრივ გადაფარვის სფეროდ, რომლებიც განიხილება შესაბამისად: 1) სუპერმოლეკულები- კარგად განსაზღვრული, დისკრეტული ოლიგომოლეკულური წარმონაქმნები, რომლებიც წარმოიქმნება რამდენიმე კომპონენტის (რეცეპტორი და სუბსტრატი(ები)) ინტერმოლეკულური გაერთიანების შედეგად გარკვეული „პროგრამის“ შესაბამისად, რომლებიც მოქმედებენ მოლეკულური ამოცნობის პრინციპების საფუძველზე; 2) სუპრამოლეკულური ანსამბლები- პოლიმოლეკულური ასოციაციები, რომლებიც წარმოიქმნება განუსაზღვრელი რაოდენობის კომპონენტების სპონტანური გაერთიანებით კონკრეტულ ფაზაში, ხასიათდება მეტ-ნაკლებად განსაზღვრული ორგანიზაციით მიკროსკოპულ დონეზე და მაკროსკოპული თვისებებით, რაც დამოკიდებულია ფაზის ბუნებაზე (ფილი, ფენა, მემბრანა, ვეზიკულა). მეზომორფული ფაზა, ბროლი და ა.შ.). დ.).
სპეციალური ფორმალიზმი გამოიყენება სუბსტრატის(ებ)ის მდებარეობის აღსაწერად რეცეპტორთან შედარებით. გარე დანამატების კომპლექსები შეიძლება დაინიშნოს, როგორც ან. ρ-ში σ ჩართვის კომპლექსებისა და σ და ρ-ების ნაწილობრივი გადაკვეთის აღსანიშნავად ვიყენებთ მათემატიკური სიმბოლოები⊂ ჩანართები და გადაკვეთები ∩ - და , შესაბამისად. თანამედროვეში ქიმიური ლიტერატურა∩ სიმბოლოსთან ერთად ხშირად გამოიყენება ალტერნატიული სიმბოლო @.
სუპრამოლეკულური ქიმია(ინგლისური) - ქიმიის დარგი, რომელიც შეისწავლის სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებს (ანსამბლები, რომლებიც შედგება ორი ან მეტი მოლეკულისგან, რომლებიც ერთმანეთთან ერთად იმართება საშუალებებით); „მოლეკულური ანსამბლებისა და ინტერმოლეკულური ბმების ქიმია“ (განმარტება ჯ.-მ. ლენას მიერ).
აღწერა
ტრადიციული ქიმია ეფუძნება კოვალენტური ბმებიატომებს შორის. ამავდროულად, რთული ნანოსისტემებისა და მოლეკულური მოწყობილობების სინთეზისთვის გამოიყენება კოვალენტური ქიმიასაკმარისი არ არის, რადგან ასეთი სისტემები შეიძლება შეიცავდეს რამდენიმე ათას ატომს. ინტერმოლეკულური ურთიერთქმედებები სამაშველოში მოდის - ისინი ხელს უწყობენ ცალკეული მოლეკულების გაერთიანებას კომპლექსურ ანსამბლებში, რომელსაც ეწოდება სუპრამოლეკულური სტრუქტურები.
სუპრამოლეკულური სტრუქტურების უმარტივესი მაგალითია მასპინძელი-სტუმარი კომპლექსები. მასპინძელი (რეცეპტორი) ჩვეულებრივ დიდია ორგანული მოლეკულაღრუს ცენტრში, ხოლო სტუმარი არის უფრო მარტივი მოლეკულა ან იონი. მაგალითად, სხვადასხვა ზომის ციკლური პოლიესტერები (გვირგვინის ეთერები) საკმაოდ ძლიერად აკავშირებს ტუტე ლითონის იონებს (ნახ. 1).
სუპრამოლეკულური სტრუქტურები ხასიათდება შემდეგი თვისებებით.
1. ჰოსტში არა ერთი, არამედ რამდენიმე სავალდებულო ცენტრის არსებობა. გვირგვინის ეთერებში ამ როლს ასრულებენ ჟანგბადის ატომები მარტოხელა ელექტრონული წყვილი.
2. კომპლემენტარულობა: გეომეტრიული სტრუქტურები და ელექტრონული თვისებებიმასპინძელი და სტუმარი ავსებენ ერთმანეთს. გვირგვინის ეთერებში ეს გამოიხატება იმაში, რომ ღრუს დიამეტრი უნდა შეესაბამებოდეს იონის რადიუსს. კომპლემენტარულობა მასპინძელს საშუალებას აძლევს შეასრულოს მკაცრად განსაზღვრული სტრუქტურის სტუმრების შერჩევითი შეკვრა. სუპრამოლეკულურ ქიმიაში ამ მოვლენას „“ (ინგლისურად - მოლეკულური ამოცნობა) ეწოდება (სურ. 2).
3. კომპლექსები ერთად დიდი რიცხვიკავშირები დამატებით მასპინძელსა და სტუმარს შორის მაღალია სტრუქტურული ორგანიზაცია.
სუპრამოლეკულური სტრუქტურები ბუნებაში ძალიან გავრცელებულია. ცოცხალ ორგანიზმებში ყველა რეაქცია მიმდინარეობს ცილის კატალიზატორების მონაწილეობით. ფერმენტები იდეალური მასპინძელი მოლეკულებია. თითოეული ფერმენტის აქტიური ცენტრი შექმნილია ისე, რომ მასში მოხვდეს მხოლოდ ნივთიერება (სუბსტრატი), რომელიც შეესაბამება მას ზომითა და ენერგიით; ფერმენტი არ რეაგირებს სხვა სუბსტრატებთან. სუპრამოლეკულური ბიოქიმიური სტრუქტურების კიდევ ერთი მაგალითია მოლეკულები, რომლებშიც ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვი კომპლემენტურად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან მრავალი წყალბადის ბმის მეშვეობით. თითოეული ჯაჭვი არის როგორც სტუმარი, ასევე მასპინძელი მეორე ჯაჭვისთვის.
არაკოვალენტური ურთიერთქმედების ძირითადი ტიპები, რომლებიც ქმნიან სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებს, არის იონური და. ყველა არაკოვალენტური ურთიერთქმედება უფრო სუსტია ვიდრე კოვალენტური - მათი ენერგია იშვიათად აღწევს 100 კჯ/მოლ-ს. დიდი რიცხვიმასპინძელსა და სტუმარს შორის კავშირი უზრუნველყოფს სუპრამოლეკულური შეკრებების მაღალ სტაბილურობას. არაკოვალენტური ურთიერთქმედებები სუსტია ინდივიდუალურად, მაგრამ ძლიერია ერთობლივად.
სუპრამოლეკულური ანსამბლების ფორმირება შეიძლება მოხდეს სპონტანურად - ამ ფენომენს ე.წ. ეს არის პროცესი, რომლის დროსაც მცირე მოლეკულური კომპონენტები სპონტანურად უერთდებიან ერთმანეთს და წარმოქმნიან ბევრად უფრო დიდ და რთულ სუპრამოლეკულურებს. თვითშეკრების დროს სისტემის ენტროპია მცირდება, Δ ს
Δ გ = Δ ჰ – თΔ ს
აუცილებელია, რომ Δ ჰთ| > | თΔ ს|. ეს ნიშნავს, რომ თვითშეკრება ხდება გამოყოფით დიდი რიცხვისითბო. მთავარი მამოძრავებელი ძალათვითშეკრება არის ქიმიური სისტემების სურვილი, შეამცირონ გიბსის ენერგია ახლის ფორმირების გზით ქიმიური ობლიგაციებიენთალპიის ეფექტი აქ ჭარბობს ენტროპიაზე.
სუპრამოლეკულური ნაერთების ძირითადი კლასებია კავიტანდები, კრიპტანდები, კალიქსარენები, სტუმარ-მასპინძელი კომპლექსები, კატენანები, . ასევე შეიძლება მიეკუთვნოს სუპრამოლეკულურ სტრუქტურებს.
სუპრამოლეკულური ქიმიის მეთოდები პოულობენ ფართო აპლიკაცია in ქიმიური ანალიზი, წამალი,
Გვერდი 1
ისეთი მოლეკულების ქიმია, როგორიცაა C2H2, N2H2 და H202, განისაზღვრება ორბიტალებით, რომლებიც წარმოიქმნება px - და py - A-ს კომბინაციით. ხაზოვანი აცეტილენში ეს ორბიტალები წარმოქმნის შევსებულ ცვ - და თავისუფალ icg - ორბიტალებს (ქ. მოლეკულა რა თქმა უნდა, აქვს ღერძული სიმეტრია.
ნახშირბადის მონოქსიდის მოლეკულის ქიმია ნაწილობრივ კარგად შეიძლება აიხსნას ამ ფორმით, რომლის ეკვივალენტი მოლეკულური ორბიტალის თეორიის თვალსაზრისით აქ არ არის განხილული. ამ სტრუქტურაში ნახშირბადს აქვს ელექტრონების იზოლირებული წყვილი და ერთი ცარიელი ორბიტა, ვინაიდან ნახშირბადის ბირთვს აკრავს მხოლოდ ელექტრონების სექსტეტი ჩვეულებრივი ოქტეტის ნაცვლად. ამ მოსაზრებებიდან გამომდინარე, მოსალოდნელია, რომ ნახშირბადის მონოქსიდს ასევე შეუძლია ურთიერთქმედება ნუკლეოფილურ ჯგუფებთან, როგორიცაა ბაზები, რომლებიც შეიძლება იყოს ელექტრონების წყარო ოქტეტის შესავსებად. მართლაც, ნახშირბადის მონოქსიდის მსგავსი რეაქციები ცნობილია; ზოგიერთი მათგანი ასევე განიხილება ქვემოთ.
მოლეკულების ქიმია აგრძელებს თანამედროვე ორგანულ ქიმიას. თუმცა, არაორგანული ნაერთებისთვის ნივთიერების არსებობის მოლეკულური ფორმა დამახასიათებელია მხოლოდ გაზისა და ორთქლის მდგომარეობისთვის.
მოლეკულების ქიმია აგრძელებს თანამედროვე ორგანულ ქიმიას და უმეტესობა არაორგანული ნივთიერებებიარ აქვს მოლეკულური სტრუქტურა. AT ბოლო შემთხვევამაკროსხეულები შედგება ერთი და იგივე ატომებისგან ქიმიური ელემენტიან ატომებიდან სხვადასხვა ელემენტები. არსებობის არამოლეკულური ფორმის აღიარება მყარიიწვევს ქიმიური ატომისტიკის ზოგიერთი დებულების გადახედვის აუცილებლობას, ძირითადი კანონებისა და ცნებების მოდერნიზაციას, რომლებიც მოქმედებს პნევმატური (აირის) ქიმიისთვის.
მოლეკულურ ქიმიაში ორი ფუნდამენტია.
როგორც მოლეკულურ ქიმიაში, ეგზოთერმული და ენდოთერმული რეაქციები. სიდიდისა და ნიშნის განმარტება თერმული ეფექტირეაქციები შეიძლება განხორციელდეს მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობის კანონის გამოყენებით.
ჯგუფის თეორია აქ ბევრად უფრო ფართოდ გამოიყენება, ვიდრე მოლეკულურ ქიმიაში. ამავდროულად, ნაწილაკების მასის სპექტრის კანონზომიერებების გამოყვანის შესაძლებლობა ფუნდამენტური პრინციპებიდან, ვთქვათ, გეომეტროდინამიკიდან, აქ ბევრად უფრო პრობლემურია, ვიდრე შროდინგერის განტოლების გამოყენებით მოლეკულის შებოჭვის ენერგიის გამოთვლის შესაძლებლობა.
ორგანული ქიმიის (მოლეკულების ქიმიის) სიღრმეში გაზრდილი იდეებისა და თეორიების სფეროს გავრცელების ასეთი სურვილი. არაორგანული ქიმიააღმოჩნდა, როგორც ახლა ჩვენთვის ცხადია, უკანონო, ძირითადად იმიტომ არაორგანული ნაერთებიარის, როგორც წესი, არამოლეკულური სისტემები. იმავე სისტემებში, არა კოვალენტური, არამედ იონური ბმები. გამორჩეული თვისება რთული ნაერთებიარის ის, რომ ისინი მოლეკულების ნაერთებია და არა ატომები.
თავდაპირველად საუბარი იყო მხოლოდ კოფაქტორებზე, რომლებიც, თუმცა, ხშირად აღმოაჩინეს კრისტალური სტრუქტურული ასოციაციების ანალიზის საფუძველზე და მოლეკულურ ქიმიაში გადაიყვანეს, მიუხედავად მოლეკულური ქიმიისა და კრისტალური ქიმიის ურთიერთობის შესახებ მასალის ნაკლებობისა. გარკვეული კლასის ნაერთებისთვის, ეს ურთიერთობები იმდენად მარტივია, რომ ისინი საშუალებას აძლევს ნაწილაკებს წინასწარ მიენიჭონ გარკვეული ვალენტობები, საიდანაც შეიძლება გამოვიდეს ფაქტობრივი კოეფიციენტები. მხედველობიდან არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ ეს კანონზომიერება (რომელიც მრავალი სირთულის გამო არ შეიძლება ჩაითვალოს თავისთავად. ქიმიური ნაერთებიზოგადად) ასე სწრაფად მოიპოვა აღიარება მხოლოდ გეოქიმიური მიზეზით. ჟანგბადი არის აუცილებელი ელემენტიგარე ლითოსფერო და ზუსტად ჟანგბადის ატომებისა და სხვა ელემენტების რაოდენობას შორის ურთიერთობის საფუძველზე ჟანგბადის ნაერთებიდადგინდა წესი, რომ ნებისმიერი სტოქიომეტრიული თანაფარდობა შეუძლებელია ელექტრულად ნეიტრალური ასოციაციებისთვის.
თავდაპირველად საუბარი იყო მხოლოდ კოეფიციენტებზე, რომლებიც, თუმცა, ხშირად აღმოაჩინეს კრისტალური სტრუქტურული ასოციაციების ანალიზის საფუძველზე და გადადიოდა მოლეკულურ ქიმიაში, მიუხედავად მასალის ნაკლებობისა მოლეკულურ ქიმიასა და კრისტალურ ქიმიას შორის ურთიერთობის შესახებ. ამჟამად შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ელექტრულად ნეიტრალურ ატომურ გაერთიანებებში ცნობილი სახეობებიატომები ნორმალურ პირობებში დგანან სხვებთან მარტივი სტექიომეტრიული თანაფარდობით. გარკვეული კლასის ნაერთებისთვის, ეს ურთიერთობები იმდენად მარტივია, რომ ისინი საშუალებას აძლევს ნაწილაკებს წინასწარ მიენიჭონ გარკვეული ვალენტობები, საიდანაც შეიძლება გამოვიდეს ფაქტობრივი კოეფიციენტები. მხედველობიდან არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ ეს კანონზომიერება (რომელიც, მრავალი სირთულის გამო, ზოგადად ქიმიურ ნაერთებში არ შეიძლება მიჩნეული იყოს) ასე სწრაფად იქნა აღიარებული მხოლოდ გეოქიმიური მიზეზის გამო. ჟანგბადი არის გარე ლითოსფეროს ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტი და სწორედ ჟანგბადის ატომებისა და ჟანგბადის ნაერთების სხვა ელემენტებს შორის თანაფარდობების საფუძველზე იქნა მიღებული წესი, რომ ნებისმიერი სტექიომეტრიული თანაფარდობა შეუძლებელია ელექტრულად ნეიტრალური ასოციაციებისთვის.
ელექტრო-ვიბრაციული (ან, მოკლედ, ვიბრონული) ურთიერთქმედების გამოვლინებები პოლიატომურ სისტემებში, რომლებიც გაერთიანებულია ლიტერატურაში: საერთო სახელიჯან-ტელერის ეფექტი, ამჟამად ქმნიან ახალ სწრაფად განვითარებად მიმართულებას მოლეკულების და კრისტალების ფიზიკასა და ქიმიაში.
ადვილი მისახვედრია, რომ I და II რეაქციებს შორის არის ფუნდამენტური განსხვავებები. I რეაქცია წარმოადგენს მოლეკულების ქიმიას; მხოლოდ ენერგეტიკული ფაქტორები მონაწილეობენ მათი რეაგენტების გააქტიურებაში. რეაქციები II წარმოადგენს მთელ ქიმიას, მოლეკულების ცვლილება, რომელშიც ძირითადად ბერთოლიდური სისტემების მონაწილეობით ხორციელდება. I რეაქციების მიმართულება და სიჩქარე განისაზღვრება მთლიანად ქიმიური სტრუქტურარეაქტიული მოლეკულები. II რეაქციების მიმართულება და სიჩქარე განისაზღვრება როგორც რეაქციაში მყოფი მოლეკულების ქიმიური აგებულებით და ქიმიური ორგანიზაციაკატალიზური სისტემა.
ვინაიდან ბეჭდის ფორმირებისთვის, დახურულია წყალბადის ბმები, საჭირო აღელვებული მდგომარეობა, როგორც ჩანს, გავლენის დეტალურად შესწავლას აზრი არ აქვს სხვადასხვა ჯგუფებიშემცვლელები ციკლიზაციის პროცესზე, ჩვეულებრივი ორგანული ქიმიის რეაქციების მონაცემების გამოყენებით. შეიძლება ითქვას, რომ ფოტოქიმია ეხება მოლეკულების ქიმიას აღგზნებულ მდგომარეობაში და არა ძირითად მდგომარეობაში.
მინდა მოკლედ შემეხო საკითხი რეაქტიულობასამმაგი მოლეკულები. ზოგადად რომ ვთქვათ, ეს კითხვა ძალიან დიდია, რადგან სამმაგი მდგომარეობის მოლეკულების ქიმია დამოუკიდებელი ველია. მე შევჩერდები მხოლოდ რეაქციის აქტივაციის ენერგიის თვისობრივ მახასიათებელზე, რომელიც მოიცავს მოლეკულებს სამმაგ მდგომარეობაში. რა განსხვავებაა ასეთ მოლეკულასა და რადიკალს შორის. უმარტივესი მაგალითია O2 მოლეკულა, რომლისთვისაც სამმაგი მდგომარეობა არის ძირითადი მდგომარეობა. AT ამ საქმესცხადია, არ არსებობს აქტივაციის ენერგია.
