supra molekular na kimika (Ingles) - isang larangan ng kimika na nag-aaral ng mga supramolecular na istruktura (mga ensemble na binubuo ng dalawa o higit pang mga molekula na pinagsasama-sama ng paraan); "chemistry ng molecular ensembles at intermolecular bonds" (kahulugan ni J.-M. Lena).

Paglalarawan

Ang tradisyunal na kimika ay batay sa mga covalent bond sa pagitan ng mga atomo. Kasabay nito, para sa synthesis ng mga kumplikadong nanosystem at molecular device na ginamit sa covalent chemistry hindi sapat, dahil ang mga naturang sistema ay maaaring maglaman ng ilang libong mga atomo. Ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan ay sumagip - nakakatulong sila upang pagsamahin ang mga indibidwal na molekula sa mga kumplikadong ensemble na tinatawag na mga supramolecular na istruktura.

Ang pinakasimpleng halimbawa Ang mga supramolecular na istruktura ay mga host-guest complex. Ang host (receptor) ay karaniwang isang malaki organikong molekula na may isang lukab sa gitna, at ang panauhin ay isang mas simpleng molekula o ion. Halimbawa, ang mga cyclic polyester na may iba't ibang laki (mga crown ether) ay nagbubuklod ng mga ion nang malakas. mga metal na alkali(Larawan 1).

Ang mga supramolecular na istruktura ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na katangian.

1. Ang pagkakaroon ng hindi isa, ngunit ilang mga nagbubuklod na sentro sa host. Sa mga crown ether, ang papel na ito ay ginagampanan ng mga atomo ng oxygen na may mga pares ng elektron na hindi nakabahagi.

2. Complementarity: mga geometric na istruktura at elektronikong katangian ang host at guest ay nagpupuno sa isa't isa. Sa crown ethers, ito ay nagpapakita ng sarili sa katotohanan na ang diameter ng cavity ay dapat tumutugma sa radius ng ion. Nagbibigay-daan ang complementarity sa host na magsagawa ng selective binding ng mga bisita ng isang mahigpit na tinukoy na istraktura. Sa supramolecular chemistry, ang phenomenon na ito ay tinatawag na "" (Ingles - molecular recognition) (Fig. 2).

3. Mga kumplikadong may isang malaking bilang Ang mga koneksyon sa pagitan ng komplementaryong host at bisita ay may mataas na istrukturang organisasyon.

Ang mga supramolecular na istruktura ay napakalawak sa kalikasan. Ang lahat ng mga reaksyon sa mga buhay na organismo ay nagpapatuloy sa pakikilahok ng mga catalyst ng protina. Ang mga enzyme ay mainam na mga molekula ng host. Ang aktibong sentro ng bawat enzyme ay idinisenyo sa paraang tanging ang sangkap (substrate) na tumutugma dito sa laki at enerhiya ang maaaring makapasok dito; ang enzyme ay hindi tutugon sa ibang mga substrate. Ang isa pang halimbawa ng mga supramolecular biochemical na istruktura ay mga molekula kung saan ang dalawang polynucleotide chain ay magkakaugnay sa isa't isa sa pamamagitan ng maraming hydrogen bond. Ang bawat chain ay parehong panauhin at host para sa kabilang chain.

Ang mga pangunahing uri ng non-covalent na pakikipag-ugnayan na bumubuo ng mga supramolecular na istruktura ay ionic, at . Ang lahat ng non-covalent na pakikipag-ugnayan ay mas mahina kaysa sa covalent - ang kanilang enerhiya ay bihirang umabot sa 100 kJ / mol, gayunpaman malaking numero Tinitiyak ng mga bono sa pagitan ng host at ng bisita ang mataas na katatagan ng mga supramolecular assemblies. Ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan ay mahina nang paisa-isa ngunit malakas sa sama-sama.

Ang pagbuo ng mga supramolecular ensemble ay maaaring mangyari nang kusang - tinatawag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ito ay isang proseso kung saan ang mga maliliit na molekular na bahagi ay kusang nagsasama-sama upang bumuo ng mas malaki at mas kumplikadong mga supramolecular. Sa panahon ng self-assembly, bumababa ang entropy ng system, Δ S

Δ G = Δ H – TΔ S

ito ay kinakailangan na Δ H h| > | TΔ S|. Nangangahulugan ito na ang self-assembly ay nangyayari sa pagpapalabas ng isang malaking halaga ng init. Bahay puwersang nagtutulak Ang self-assembly ay ang pagnanais ng mga sistema ng kemikal na babaan ang enerhiya ng Gibbs sa pamamagitan ng pagbuo ng mga bagong bono ng kemikal, ang epekto ng enthalpy dito ay nananaig sa entropy.

Ang mga pangunahing klase ng supramolecular compound ay cavitands, cryptands, calixarenes, guest-host complexes, catenanes, . Ang mga supramolecular na istruktura ay maaari ding maiugnay,.

Nahanap ang mga pamamaraan ng supramolecular chemistry malawak na aplikasyon sa pagsusuri ng kemikal, gamot,

Nasusuri ang pag-unlad ng larangan ng agham na tinatawag na supramolecular chemistry. Ang mga pangunahing kahulugan at konsepto ng disiplinang ito ay ibinigay. Sa isang makasaysayang konteksto, ang mga pag-aaral na naglatag ng mga pundasyon ng supramolecular chemistry ay isinasaalang-alang. Ang mga halimbawa ng ilan sa mga karaniwang bagay nito, clathrates at cyclodextrins, ay ibinigay. Ito ay nabanggit na ang pinakabagong mga nakamit sa supramolecular chemistry at ang pinaka promising areas ang mga paggamit nito ay nauugnay sa mga proseso ng self-assembly at self-organization, na, sa partikular, ay maaaring ipatupad sa supramolecular synthesis at paglikha ng molekular at supramolecular na aparato.

Supramolecular chemistry. background

Ang supramolecular chemistry ay isa sa pinakabata at sa parehong oras ay mabilis umuunlad na mga lugar kimika. Sa loob ng 25-30 taon ng pagkakaroon nito, nagawa na nitong makapasa ng isang bilang ng milestones, ngunit sa parehong oras, ang mga pangunahing ideya at konsepto ng disiplinang ito ay hindi pa kilala at karaniwang tinatanggap. Sa pagsusuring ito, hinangad naming matunton ang pag-unlad ng larangan ng agham na tinatawag na supramolecular chemistry, upang matukoy ang pinakamatagumpay na kahulugan ng mga pangunahing gawain nito at ang pinakamahalagang konsepto at balangkasin ang kasalukuyang estado at mga prospect.

Ang terminong "supramolecular chemistry" at ang mga pangunahing konsepto ng disiplinang ito ay ipinakilala ng Pranses na siyentipiko na si J.-M. Lenom noong 1978 bilang bahagi ng pagbuo at paglalahat ng higit pa maagang trabaho(sa partikular, noong 1973 ang terminong "supermolecule" ay lumitaw sa kanyang mga gawa). Ang supramolecular chemistry ay tinukoy ng mga salitang: "Kung paanong mayroong larangan ng molecular chemistry batay sa covalent bonds, mayroon ding larangan ng supramolecular chemistry, ang chemistry ng molecular ensembles at intermolecular bonds." Kasunod nito, ang unang kahulugan na ito ay muling binago ng maraming beses. Isang halimbawa ng isa pang depinisyon na ibinigay ni Len: "ang supramolecular chemistry ay "isang chemistry na lampas sa molekula" na nag-aaral sa istraktura at paggana ng mga asosasyon ng dalawa o higit pang kemikal na species na pinagsasama-sama ng mga intermolecular na pwersa" .

Sa maraming mga kaso, ang mga bahagi na bumubuo ng mga supramolecular system ay maaaring tawagin (sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga system na isinasaalang-alang sa molecular biology) molekular na receptor at substrate, ang huli ay ang mas maliit na bahagi na kailangang itali.

Upang sapat na mailarawan ang isang bagay na kemikal, kinakailangang ipahiwatig ang mga elemento nito at ang mga uri ng mga bono sa pagitan nila, pati na rin ang mga katangian ng spatial (geometric, topological). Ang mga bagay ng supramolecular chemistry, ang mga supermolecule, ay may kaparehong katiyakan gaya ng mga indibidwal na molekula na bumubuo sa kanila. Masasabing "ang mga supermolecule ay may kaugnayan sa mga molekula kung ano ang mga molekula na may kaugnayan sa mga atomo, at ang papel ng mga covalent bond sa mga supermolecule ay ginagampanan ng intermolecular na pakikipag-ugnayan".

Ayon kay Lehn, ang supramolecular chemistry ay maaaring hatiin sa dalawang malawak, magkakapatong na lugar:

– kimika ng mga supermolecule – malinaw na tinukoy na mga oligomolecular na particle na nagreresulta mula sa intermolecular association ng ilang bahagi – ang receptor at ang substrate nito (substrates) at binuo sa prinsipyo ng molekular na pagkilala;

- chemistry ng molecular ensembles - polymolecular system na nabuo bilang isang resulta ng kusang pag-uugnay ng isang hindi tiyak na bilang ng mga bahagi na may paglipat sa isang tiyak na yugto na may higit o hindi gaanong malinaw na tinukoy na microscopic na organisasyon at mga katangian na nakasalalay sa kalikasan nito (halimbawa, clathrates, lamad, vesicle, micelles).

Ang mga supramolecular formation ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng spatial na pag-aayos ng mga bahagi, ang kanilang arkitektura, "suprastructure", pati na rin ang mga uri ng intermolecular na pakikipag-ugnayan na humahawak sa mga bahagi. Ang mga supramolecular ensemble ay may mahusay na tinukoy na istruktura, conformational, thermodynamic, kinetic at dynamic na mga katangian; iba't ibang uri ng mga pakikipag-ugnayan ay maaaring makilala sa kanila, naiiba sa kanilang lakas, direksyon, pag-asa sa mga distansya at mga anggulo: pakikipag-ugnayan ng koordinasyon sa mga metal ions, electrostatic force, hydrogen mga bono, mga pakikipag-ugnayan ng van -der Waals, mga pakikipag-ugnayan ng donor-acceptor, atbp. Ang lakas ng mga pakikipag-ugnayan ay maaaring mag-iba sa malawak na saklaw, mula sa mahina o katamtaman, tulad ng sa pagbuo ng mga bono ng hydrogen, hanggang sa malakas at napakalakas, tulad ng sa pagbuo ng mga bono ng koordinasyon na may isang metal. Gayunpaman, sa pangkalahatan, ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan ay mas mahina kaysa sa mga covalent bond, upang ang mga supramolecular associate ay hindi gaanong thermodynamically stable, kinetically mas labile, at dynamic na mas flexible kaysa sa mga molecule.

Kaya, tinatanggap at ginagawang posible ng supramolecular chemistry na isaalang-alang mula sa isang pinag-isang pananaw ang lahat ng uri ng mga molecular associate, mula sa pinakamaliit na posibleng (dimer) hanggang sa pinakamalaki (organisadong mga yugto). Kasabay nito, kinakailangang bigyang-diin muli na ang mga bagay ng supramolecular chemistry ay kinakailangang naglalaman ng mga bahagi (subsystems) na hindi covalently bonded.

Iminungkahi ni Lehn na ilarawan ang paglipat mula sa molekular hanggang supramolecular chemistry na may scheme na ipinapakita sa Fig. isa.

Ang mga pangunahing pag-andar ng supermolecules: molekular na pagkilala, pagbabagong-anyo (catalysis) at paglipat. Ang mga functional na supermolecule kasama ng mga organisadong polymolecular assemblies at phase ay maaaring gamitin upang lumikha ng mga molecular at supramolecular na device.

Bilang karagdagan kay Lehn, dapat ding banggitin ng isa sina C. J. Pedersen at D. J. Crum, na ang trabaho at pananaliksik ay may mahalagang papel sa pagbuo ng supramolecular chemistry. Noong 1987, ang tatlong siyentipikong ito ay ginawaran ng Nobel Prize sa Chemistry (para sa kanilang mapagpasyang kontribusyon sa pagbuo ng kimika ng mga macroheterocyclic compound na may kakayahang piliing bumubuo ng host-guest molecular complexes).

Pananaliksik na naglatag ng mga pundasyon ng supramolecular chemistry

Ang mga pinagmulan ng mga pangunahing konsepto ng supramolecular chemistry ay matatagpuan sa mga gawaing isinagawa noong nakaraan at sa pinakasimula ng siglong ito. Kaya, ang P. Ehrlich noong 1906 ay aktwal na ipinakilala ang mga konsepto ng receptor at substrate, na binibigyang-diin na ang mga molekula ay hindi tumutugon sa isa't isa kung hindi muna sila pumasok sa isang tiyak na bono. Gayunpaman, ang pagbubuklod ay hindi dapat maging anuman, ngunit pumipili. Ito ay binigyang-diin ni E. Fischer noong 1894, nang bumalangkas siya ng kanyang "key-lock" na prinsipyo, isang prinsipyo na nagmumungkahi na ang steric na sulat, ang geometric na complementarity ng receptor at substrate, ay ang batayan ng pagkilala sa molekular. Sa wakas, ang selective binding ay nangangailangan ng interaksyon, affinity sa pagitan ng mga kasosyo, at ang mga ugat ng ideyang ito ay maaaring hanapin sa mga gawa ni A. Werner, na ginagawang supramolecular chemistry sa bagay na ito na isang generalization at pagbuo ng coordination chemistry.

Ayon kay J.-M. Len, ang tatlong konseptong ito - fixation (binding), recognition at coordination - ang naglatag ng pundasyon para sa supramolecular chemistry.

Ang ilang iba pang mga konsepto ng supramolecular chemistry ay kilala rin sa mahabang panahon. Pati ang termino « Übermolecule", ibig sabihin. super-, o supermolecule, ay ipinakilala na sa kalagitnaan ng 30s. ng ating siglo upang ilarawan ang isang mas mataas na antas ng organisasyon na nagmumula sa samahan ng mga coordinatively saturated na molekula (halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng isang dimer acetic acid). Kilalang kilala mahalagang papel supramolecular na organisasyon sa biology.

Gayunpaman, ang paglitaw at pag-unlad ng supramolecular chemistry bilang isang malayang larangan sa sistema mga agham ng kemikal nangyari mamaya. Narito ang sinabi ni J.-M. Len sa kanyang aklat: “... para sa paglitaw at mabilis na pagunlad bago siyentipikong disiplina isang kumbinasyon ng tatlong mga kondisyon ay kinakailangan. Una, kailangang kilalanin ang isang bagong paradigm na nagpapakita ng kahalagahan ng disparate at sa unang tingin ay hindi kaugnay na mga obserbasyon, data, mga resulta at pagsasama-sama ng mga ito sa iisang magkakaugnay na kabuuan. Pangalawa, ang mga tool ay kinakailangan upang pag-aralan ang mga bagay sa lugar na ito, at dito ang pag-unlad ng mga modernong teknolohiya ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel para sa supramolecular chemistry. pisikal na pamamaraan pag-aaral ng istraktura at mga katangian (IR, UV at lalo na ang NMR spectroscopy, mass spectrometry, x-ray diffraction atbp.), na ginagawang posible na pag-aralan kahit na medyo labile supramolecular ensembles na nailalarawan sa pamamagitan ng mababang-enerhiya na mga non-covalent na pakikipag-ugnayan. Pangatlo, kailangan mong maging handa pang-agham na komunidad yakapin ang bagong paradigm upang bagong disiplina makakahanap ng tugon hindi lamang sa mga espesyalista na direktang kasangkot dito, kundi pati na rin sa malapit (at hindi masyadong malapit) na mga lugar ng agham. Nangyari ito sa supramolecular chemistry, hangga't mahuhusgahan ng isa mula sa mabilis na bilis ng pag-unlad at pagtagos nito sa iba pang mga disiplina sa nakalipas na 25 taon.

Ayon kay Lehn, "…

Kabilang sa ganitong uri ng mga natural na compound, una sa lahat, ang antibiotic valinomycin ay dapat na ituro. Pag-decipher ng istraktura nito noong 1963, kung saan malaking kontribusyon ipinakilala ng mga siyentipikong Sobyet na pinamumunuan ni Yu. A. Ovchinnikov, ay lumampas sa karaniwang pagtuklas. Ang cyclic depsipeptide na ito (ito ay binuo mula sa mga residue ng amino at hydroxy acid na magkakaugnay ng amide at ester bonds) ay naging una sa mga membrane-active complexon, o ionophores. Ang ganitong mga pangalan ay sumasalamin sa kakayahan ng mga sangkap na ito na bumuo ng mga kumplikadong compound na may alkali cation sa mga solusyon at ilipat ang nakatali na kation sa pamamagitan ng biological na lamad. Sa pagtuklas ng mga ionophores, ang posibilidad ng mapakay na regulasyon ng mga flux ng ion sa mga buhay na sistema ay naging isang tunay na posibilidad. Para sa trabaho sa larangan ng membrane-active complexons, si Ovchinnikov at ang kanyang mga katrabaho ay iginawad noong 1978 Lenin Prize.

CHEMISTRY ORGANIC. MOLECULAR STRUCTURE
A. CHEMICAL BONDS NG CARBON
Ang kemikal na likas na katangian ng carbon, intermediate sa pagitan ng mga metal at tipikal na non-metal, ay nagbibigay-daan dito upang bumuo ng mga covalent bond na may malaking bilang ng mga elemento, kadalasang may hydrogen, oxygen, nitrogen, halogens, sulfur at phosphorus. Ang carbon ay bumubuo ng mga bono sa isang mataas na antas ionic na kalikasan na may mas maraming electropositive na metal, ngunit ang mga naturang sangkap ay lubos na reaktibo at ginagamit bilang mga intermediate sa synthesis. Ang carbon-carbon bond ay covalent sa kalikasan at simple (single), double, triple at aromatic
(tingnan ang MOLECULE STRUCTURE).
mabangong mga sistema. Ang Benzene - ang ninuno ng klase ng mga aromatic compound - ay may natatanging katatagan at pumapasok sa mga reaksiyong kemikal na iba sa mga reaksyon ng mga non-aromatic na sistema. Mayroong iba pang mga aromatic system, ang pinaka-karaniwan ay mayroong mga p-orbital na magagamit para sa pagbuo ng p-bond sa bawat atom ng singsing. Ang mga sistema ng singsing na may limang miyembro na may dalawang conjugated (ibig sabihin, alternating na may solong) double bond at isang ikalimang atom na nagdadala ng nag-iisang pares ng mga electron ay mabango din sa kanilang mga katangian. Nasa ibaba ang ilan sa mga sistemang ito:

Ang konsepto ng aromaticity ay pangkalahatan ng German chemist na si E. Hückel. Ayon sa panuntunan ni Hückel, ang mga planar cyclic conjugated system na may 4n + 2 p-electrons ay mabango at stable, habang ang parehong mga system na may 4n p-electrons ay antiaromatic at hindi matatag.
Katatagan ng mga cyclic system. Valence angle (anggulo sa pagitan ng mga bono) sa isang hindi naka-stress fragment C-C-C ay 109°, at ang mga singsing na nagpapanatili ng halagang ito ay mas matatag kaysa sa mga kung saan ang mga anggulo ay lubhang lumilihis mula sa halagang ito. Ang stress na nanggagaling sa cyclic system bilang resulta ng pagbaluktot ng mga anggulo ng bono ay tinatawag na Bayer voltage - pagkatapos Aleman na botika A. Bayer, na unang nagmungkahi ng gayong paliwanag para sa katatagan ng mga puspos na singsing. Kaya, sa mga singsing na may tatlong miyembro, kung saan ang anggulo ng bono ay 60° lamang, ang mga singsing ay malakas na pilit at madaling masira; ang ilan sa kanilang mga reaksyon ay kahawig ng C=C double bond reactions. Ang mga singsing na may apat na miyembro ay pilit din (90° anggulo ng bono), ngunit hindi kasing lakas. Ang mga singsing na may limang miyembro ay halos patag at ang mga anggulo nito ay 108°; samakatuwid sila ay hindi naka-stress at matatag. Sa anim na miyembro na mga singsing tulad ng cyclohexane, ang mga carbon atom ay hindi nakahiga sa parehong eroplano; ang mga naturang cycle ay nakatiklop, na binabawasan ang stress ng singsing. Ang mga singsing na lima at anim na miyembro ang pinakakaraniwan. Ang malalaking singsing ay nagagawa ring bawasan ang angular na stress sa pamamagitan ng pagkunot, ngunit sa ilan sa mga ito (pito hanggang labindalawang miyembro) mga atomo ng hydrogen bawat magkabilang panig ang mga singsing ay lumalapit nang labis na ang kanilang pagtanggi ay ginagawang hindi gaanong matatag ang koneksyon (prelog boltahe, na pinangalanan sa Swiss chemist na si V. Prelog, na natuklasan ang epektong ito).
Tautomerismo. Kung ang isang molekula o ion ay maaaring katawanin bilang ilang mga istruktura na naiiba sa isa't isa lamang sa pamamahagi ng mga electron, ang mga istrukturang ito ay tinatawag na resonant, at ang mga resonant na anyo ay wala sa equilibrium sa isa't isa, ang aktwal na elektronikong istraktura ng molekula ay isang bagay sa pagitan ng mga sukdulang ito. Gayunpaman, may mga sitwasyon kung saan ang mga atom ay gumagalaw sa isang molekula kung kailan normal na kondisyon napakabilis na ang isang ekwilibriyo ay kusang naitatag sa pagitan ng iba't ibang anyong molekular. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na tautomerismo. Ang isang halimbawa ay ang equilibrium sa pagitan ng ketone at enol (keto-enol tautomerism):

Dito, ang dalawang compound ay naiiba lamang sa pag-aayos ng hydrogen cation at ang pares ng mga electron (sa p-bond). Ang equilibrium ay mabilis na naitatag, ngunit malakas na inilipat patungo sa keto form. Samakatuwid, ang mga alkohol na may istrukturang -C=C-OH ay kadalasang hindi matatag at mabilis na nagiging keto form, maliban kung mayroong ilang mga tampok na istruktura na nagpapatatag sa anyo ng enol, halimbawa, sa mga phenol, na mawawala ang kanilang aromatic na katangian sa paglipat sa ang keto form:

Ang Tautomerism ay karaniwan sa mga molekula na may istraktura -CH=X o -C=XH, kung saan ang X ay S, O, o N. Kaya, ang molekula ng H2C=C(NH2)-CH3 ay mabilis na muling nag-aayos sa H3C-C(=NH )- CH3, at R-C(OH)=NH imides ay muling inaayos sa R-C(=O)NH2 amides. Ang Tautomerism ay karaniwan sa mga biologically important heterocyclic system gaya ng barbituric acid at mga kaugnay na compound:

Ang ganitong mga sangkap sa tautomeric equilibrium ay kadalasang pumapasok sa mga reaksyong katangian ng parehong anyo.
Iba pang mabilis na equilibria. Ang iba pang mabilis na equilibria sa pagitan ng mga molekula na may mga kaugnay na istruktura ay kilala rin. Kung alinman sa dalawa sa mga pangkat ng OH, SH, o NH2 ay nasa parehong carbon atom, ang tambalan ay karaniwang hindi matatag kumpara sa double bonded form:

May mga kaso kung saan ang ekwilibriyong ito ay inilipat patungo sa dihydroxy compound. Ang gaseous formaldehyde ay may istrakturang CH2=O, ngunit nasa may tubig na solusyon nakakabit ito sa isang molekula ng tubig, na nakakakuha ng HO-CH2-OH bilang pangunahing anyo. Ang chloral hydrate Cl3CCH(OH)2 ay stable sa dihydroxyl form bilang resulta ng electron-withdraw effect ng tatlong chlorine atoms.
B. ISOMERIA
Isomerism ng carbon chain. Ang mga molekula na naiiba lamang sa pagsasanga ng carbon chain ay tinatawag na chain isomers. Ang isang halimbawa ay naibigay na - ito ay isang isomeric na pares ng n-butane at isobutane.
isomerismo panksyunal na grupo. Ang mga molekula na may parehong mga gross na formula ngunit iba't ibang mga functional na grupo ay mga functional isomer, halimbawa ethanol C2H5OH at dimethyl eter CH3-O-CH3.
Isomerismo ng posisyon. Ang mga positional isomer ay may parehong mga gross formula at functional na grupo, ngunit ang mga posisyon ng mga functional na grupo sa kanilang mga molecule ay iba. Kaya, ang 1-chloropropane CH3CH2CH2Cl at 2-chloropropane CH3CHClCH3 ay mga positional isomer.
Geometric isomerism. Ang mga geometric na isomer ay binubuo ng magkaparehong mga atomo na konektado sa parehong pagkakasunud-sunod, ngunit naiiba sa spatial na pag-aayos ng mga atom na ito na may kaugnayan sa dobleng bono o mga singsing. Ang cis-trans isomerism ng olefins at ang syn-anti-isomerism ng oxime ay may ganitong uri.

Optical isomerism. Ang mga molekula ay tinatawag na optical isomer kapag sila ay binubuo ng magkaparehong mga atomo na konektado sa parehong paraan, ngunit naiiba sa spatial na pag-aayos ng mga atomo na ito sa parehong paraan tulad ng kanang kamay iba sa kaliwa. Ang gayong isomerismo ay posible lamang kapag ang molekula ay walang simetrya, i.e. kapag wala itong plane of symmetry. Ang pinakasimpleng paraan sa ganoong sitwasyon - ang pagkakabit ng apat na magkakaibang grupo sa carbon atom. Pagkatapos ang molekula ay nagiging walang simetriko at umiiral sa dalawang isomeric na anyo. Ang mga molekula ay naiiba lamang sa pagkakasunud-sunod ng pagkakadikit sa gitnang carbon atom, na tinatawag na isang asymmetric carbon atom o isang chiral center, dahil ito ay konektado sa apat. iba't ibang grupo. Tandaan na ang dalawang optical isomer ay imahe ng salamin isa't isa; sila ay tinatawag na "enantiomers" o "optical antipodes" at may parehong pisikal at Mga katangian ng kemikal, maliban na pinaikot nila ang eroplano ng polarized na ilaw magkasalungat na direksyon at iba ang reaksyon sa mga compound na sila mismo ay optical isomer. Ang isang isomer na umiikot sa eroplano ng polarized light clockwise ay tinatawag na d- (mula sa "dextro" - kanan) o (+)-isomer; Ang isomer na umiikot sa ilaw na pakaliwa ay tinatawag na l- (mula sa "kaliwa" - kaliwa) o (-)-isomer. Kapag higit sa isang asymmetric center ang nasa isang molekula, ang maximum na posibleng bilang ng optical isomers ay 2n, kung saan ang n ay ang bilang ng mga asymmetric centers. Minsan ang ilan sa mga isomer na ito ay magkapareho, at binabawasan nito ang bilang ng mga optical isomer. Kaya, ang mga meso-isomer ay mga optical isomer na optically inactive dahil mayroon silang plane of symmetry. Ang mga optical isomer na hindi mga mirror na imahe ay tinatawag na "diastereomer"; sila ay naiiba sa pisikal at kemikal na mga katangian sa parehong paraan na ang mga geometric na isomer ay naiiba sa kanila. Ang mga pagkakaibang ito ay maaaring ilarawan sa pamamagitan ng halimbawa ng may anim na carbon straight-chain na asukal sumusunod na istraktura: CH2OH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-CHO. Dito, apat na asymmetric atoms, na may marka ng asterisk, ang bawat isa ay konektado sa apat na magkakaibang grupo; kaya, 24, o 16, isomer ay posible. Ang 16 na isomer na ito ay bumubuo ng 8 pares ng enantiomer; anumang pares na hindi enantiomer ay diastereomer. Anim sa 16 na asukal na ito ay ipinakita sa ibaba bilang tinatawag. Mga projection ng Fisher.

Ang mga pagtatalaga ng D- at L- para sa mga enantiomer ay hindi tumutukoy sa direksyon ng pag-ikot (na tinukoy na d o l), ngunit sa posisyon ng OH sa pinakamababa (sa Fischer projection) na walang simetrya na carbon: kapag ang OH ay nasa kanan, ang isomer ay tinutukoy bilang D, kapag nasa kaliwa, ang L. D - at L-form ng glucose ay may parehong mga melting point, solubility, atbp. Sa kabilang banda, ang glucose at galactose, bilang mga diastereomer, ay mayroon iba't ibang puntos pagkatunaw, solubility, atbp.

Collier Encyclopedia. - Open Society. 2000 .

Tingnan kung ano ang "ORGANIC CHEMISTRY. MOLECULAR STRUCTURE" sa ibang mga diksyunaryo:

Collier Encyclopedia

Ang sangay ng kimika na nag-aaral ng mga carbon compound, na kinabibilangan, una, ang mga sangkap na bumubuo karamihan nabubuhay na bagay (protina, taba, carbohydrates, nucleic acid, bitamina, terpenes, alkaloids, atbp.); pangalawa, maraming mga sangkap, ... ... Collier Encyclopedia

Ang terminong ito ay may iba pang kahulugan, tingnan ang Chemistry (mga kahulugan). Chemistry (mula sa Arabic کيمياء‎, na maaaring nagmula sa salitang Egyptian na km.t (itim), kung saan ang pangalan ng Egypt, itim na lupa at lead na "itim ... ... Wikipedia

Pahina 1

Ang kimika ng mga molekula tulad ng C2H2, N2H2 at H202 ay tinutukoy ng mga orbital na nabuo sa pamamagitan ng kumbinasyon ng px - at py - A. Sa linear acetylene, ang mga orbital na ito ay nagbubunga ng mga punong tsv - at libreng icg - orbital (ch. Ang molekula , siyempre, ay may axial symmetry.

Ang kimika ng molekula ng carbon monoxide ay maaaring bahagyang maipaliwanag ng form na ito, ang katumbas nito sa mga tuntunin ng teorya ng molecular orbital ay hindi isinasaalang-alang dito. Sa istrukturang ito, ang carbon ay may nakahiwalay na pares ng mga electron at isang walang laman na orbit, dahil ang carbon nucleus ay napapalibutan lamang ng isang sextet ng mga electron sa halip ng karaniwang octet. Batay sa mga pagsasaalang-alang na ito, maaaring asahan na ang carbon monoxide ay may kakayahang makipag-ugnayan din sa mga nucleophilic na grupo, tulad ng mga base, na maaaring maging mapagkukunan ng mga electron upang punan ang isang octet. Sa katunayan, ang mga katulad na reaksyon ng carbon monoxide ay kilala; ilan sa mga ito ay tatalakayin din sa ibaba.

Ang kimika ng mga molekula ay patuloy na makabagong organikong kimika. Gayunpaman, para sa mga hindi organikong compound, ang molekular na anyo ng pagkakaroon ng isang sangkap ay katangian lamang para sa estado ng gas at singaw.

Ang kimika ng mga molekula ay patuloy na modernong organikong kimika, at karamihan sa mga di-organikong sangkap ay wala istraktura ng molekular. AT huling kaso Ang mga macrobodies ay binubuo ng alinman sa mga atomo ng pareho elemento ng kemikal, o mula sa mga atomo iba't ibang elemento. Ang pagkilala sa non-molecular form ng pagkakaroon ng solid substance ay humahantong sa pangangailangan na baguhin ang ilan sa mga probisyon ng chemical atomistics, upang gawing makabago ang mga pangunahing batas at konsepto na wasto para sa pneumatic (gas) chemistry.

Sa molecular chemistry, mayroong dalawang pangunahing kaalaman.

Tulad ng sa molecular chemistry, exothermic at mga endothermic na reaksyon. Ang pagpapasiya ng magnitude at tanda ng thermal effect ng mga reaksyon ay maaaring isagawa gamit ang batas ng pagkakapareho ng masa at enerhiya.

Ang teorya ng grupo ay inilapat dito nang mas malawak kaysa sa molecular chemistry. Kasabay nito, ang kakayahang kunin ang mga regularidad ng spectrum ng masa ng particle mula sa mga pangunahing prinsipyo, halimbawa, mula sa geometrodynamics, ay higit na problema dito kaysa sa kakayahang kalkulahin ang nagbubuklod na enerhiya ng isang molekula gamit ang Schrödinger equation.

Ang gayong pagnanais na ipalaganap ang mga ideya at teorya na lumago sa sikmura ng organikong kimika(chemistry of molecules), sa larangan ng inorganic chemistry, na ngayon ay malinaw na sa atin, naging labag sa batas pangunahin dahil mga di-organikong compound ay, bilang panuntunan, mga non-molecular system. Sa parehong mga sistema, hindi covalent, ngunit mga ionic bond. Ang natatanging katangian mga kumplikadong compound ay ang mga ito ay mga compound ng mga molekula, hindi mga atomo.

Sa una, ito ay tungkol lamang sa mga cofactor, na, gayunpaman, ay madalas na natagpuan sa batayan ng pagsusuri ng mga kristal na istrukturang asosasyon at inilipat sa molecular chemistry, sa kabila ng kakulangan ng materyal sa relasyon sa pagitan ng molekular na kimika at kristal na kimika. Para sa mga compound ng ilang mga klase, ang mga relasyon na ito ay napakasimple na pinapayagan nila ang ilang mga valence na maitalaga sa mga particle, kung saan maaaring makuha ang aktwal na mga coefficient. Hindi dapat balewalain na ang regularidad na ito (na, dahil sa maraming paghihirap, ay hindi maaaring balewalain mga kemikal na compound sa pangkalahatan) kaya mabilis na nakakuha ng pagkilala para lamang sa isang geochemical na dahilan. Ang oxygen ay mahalagang elemento panlabas na lithosphere, at tiyak sa batayan ng kaugnayan sa pagitan ng mga bilang ng mga atomo ng oxygen at iba pang elemento sa mga compound ng oxygen Napag-isipan ang isang tuntunin na ang anumang mga stoichiometric na ratio ay imposible para sa mga electrically neutral na asosasyon.

Sa una, ito ay tungkol lamang sa mga coefficient, na, gayunpaman, ay madalas na natagpuan sa batayan ng isang pagsusuri ng mga kristal na istrukturang asosasyon at inilipat sa molecular chemistry, sa kabila ng kakulangan ng materyal sa relasyon sa pagitan ng molekular na kimika at kristal na kimika. Sa kasalukuyang panahon, maaari nating isaalang-alang na sa mga electrically neutral na atomic associations, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang ilang mga uri ng atoms ay nakatayo sa simpleng stoichiometric ratios sa iba. Para sa mga compound ng ilang mga klase, ang mga relasyon na ito ay napakasimple na pinapayagan nila ang ilang mga valence na maitalaga sa mga particle, kung saan maaaring makuha ang aktwal na mga coefficient. Hindi dapat balewalain na ang pagiging regular na ito (na, dahil sa maraming kahirapan, ay hindi maaaring balewalain para sa mga kemikal na compound sa pangkalahatan) ay nakilala nang napakabilis para lamang sa isang geochemical na dahilan. Ang oxygen ay ang pinakamahalagang elemento ng panlabas na lithosphere, at ito ay tiyak na batay sa mga ratio sa pagitan ng mga bilang ng mga atomo ng oxygen at iba pang mga elemento sa mga compound ng oxygen na ang panuntunan ay nagmula na ang anumang mga stoichiometric ratio ay imposible para sa mga electrically neutral na asosasyon.

Mga pagpapakita ng mga pakikipag-ugnayang electronic-vibrational (o, sa madaling salita, vibronic) sa mga polyatomic system, na pinagsama sa literatura sa ilalim ng karaniwang pangalan ang epekto ng Jahn-Teller, na bumubuo sa kasalukuyan ng isang bagong mabilis na pagbuo ng direksyon sa pisika at kimika ng mga molekula at kristal.

Madaling makita na sa pagitan ng mga reaksyon I at II ay mayroong pangunahing pagkakaiba. Reaksyon I kumakatawan sa kimika ng mga molekula; ang mga kadahilanan ng enerhiya lamang ang lumahok sa pag-activate ng kanilang mga reagents. Ang mga Reaksyon II ay kumakatawan sa buong kimika, ang pagbabago ng mga molekula kung saan isinasagawa pangunahin sa pakikilahok ng mga sistema ng berthollide. Ang direksyon at bilis ng mga reaksyon I ay ganap na tinutukoy ng kemikal na istraktura ng mga tumutugong molekula. Ang direksyon at bilis ng mga reaksyon II ay tinutukoy pareho ng kemikal na istraktura ng mga tumutugon na molekula at organisasyong kemikal sistemang catalytic.

Dahil para sa pagbuo ng isang singsing, sarado hydrogen bonds, kailangan nasasabik na estado, tila, walang punto sa pag-aaral nang detalyado ang impluwensya ng iba't ibang grupo ng mga substituent sa proseso ng cyclization gamit ang data sa maginoo na mga reaksyon ng organic chemistry. Masasabing ang photochemistry ay nababahala sa chemistry ng mga molecule sa isang excited na estado kaysa sa ground state.

Nais kong talakayin nang maikli ang tanong ng reaktibiti ng mga molekula sa estado ng triplet. Ang tanong na ito, sa pangkalahatan, ay napakalaki, dahil ang kimika ng mga molekula sa estado ng triplet ay isang malayang larangan. Tatalakayin ko lamang ang qualitative na katangian ng activation energy ng isang reaksyon na kinasasangkutan ng mga molecule sa triplet state. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng naturang molekula at isang radikal. Ang pinakasimpleng halimbawa ay ang O2 molecule, kung saan ang triplet state ay ang ground state. AT kasong ito Malinaw, walang activation energy.

Ang kimika, ang mga pangunahing konsepto na ating isasaalang-alang, ay isang agham na nag-aaral ng mga sangkap at ang kanilang mga pagbabagong nagaganap na may pagbabago sa istraktura at komposisyon, at samakatuwid ay mga katangian. Una sa lahat, ito ay kinakailangan upang tukuyin kung ano ang ibig sabihin ng naturang termino bilang "substance". Kung pag-uusapan natin ito sa malawak na kahulugan, ito ay isang anyo ng bagay na may rest mass. Anumang sangkap ay elementarya na butil, halimbawa, isang neutron. Sa kimika, ang konseptong ito ay ginagamit sa mas makitid na kahulugan.

Upang magsimula, ilarawan natin nang maikli ang mga pangunahing termino at konsepto ng chemistry, atomic at molecular science. Pagkatapos nito, ipapaliwanag namin ang mga ito, at balangkas din ang ilan mahahalagang batas ng agham na ito.

Ang mga pangunahing konsepto ng kimika (substance, atom, molecule) ay pamilyar sa bawat isa sa atin mula sa paaralan. Sa ibaba ay ibinigay isang maikling paglalarawan ng sila, pati na rin ang iba, hindi masyadong halata na mga termino at phenomena.

mga atomo

Una sa lahat, ang lahat ng mga substance na pinag-aaralan sa chemistry ay binubuo ng maliliit na particle na tinatawag na atoms. Ang mga neutron ay hindi ang object ng pag-aaral ng agham na ito. Dapat ding sabihin na ang mga atomo ay maaaring pagsamahin sa isa't isa, na nagreresulta sa pagbuo ng mga bono ng kemikal. Upang masira ang bono na ito, kinakailangan ang paggasta ng enerhiya. Dahil dito, ang mga atomo ay hindi umiiral nang paisa-isa sa ilalim ng normal na mga kondisyon (maliban sa mga "noble gas"). Kumokonekta sila sa isa't isa kahit pares.

Patuloy na thermal motion

Ang tuluy-tuloy na thermal motion ay nagpapakilala sa lahat ng mga particle na pinag-aaralan ng kimika. Ang mga pangunahing konsepto ng agham na ito ay hindi masasabi nang hindi pinag-uusapan. Sa patuloy na paggalaw ng mga particle, ito ay proporsyonal sa temperatura (gayunpaman, dapat tandaan na ang mga energies ng mga indibidwal na particle ay naiiba). Ekin = kT / 2, kung saan k - Ang pare-pareho ni Boltzmann. Ang formula na ito ay may bisa para sa anumang uri ng paggalaw. Dahil ang Ekin = mV 2/2, mas mabagal ang paggalaw ng mga malalaking particle. Halimbawa, kung ang temperatura ay pareho, ang mga molekula ng oxygen ay gumagalaw sa average na 4 na beses na mas mabagal kaysa sa mga molekula ng carbon. Ito ay dahil ang kanilang masa ay 16 na beses na mas malaki. Ang paggalaw ay oscillatory, translational at rotational. Ang vibrational ay sinusunod sa parehong likido at solid, at sa mga gaseous substance. Ngunit ang pagsasalin at pag-ikot ay pinakamadaling isagawa sa mga gas. Sa mga likido ito ay mas mahirap, ngunit sa mga solido- mas mahirap.

mga molekula

Patuloy naming inilalarawan ang mga pangunahing konsepto at kahulugan ng kimika. Kung ang mga atomo ay pinagsama sa isa't isa, na bumubuo ng maliliit na grupo (tinatawag silang mga molekula), ang mga naturang grupo ay nakikibahagi sa thermal motion, na kumikilos bilang isang solong kabuuan. Hanggang sa 100 mga atom ay naroroon sa mga tipikal na molekula, at ang kanilang bilang sa tinatawag na mga macromolecular compound maaaring umabot sa 105.

Mga di-molekular na sangkap

Gayunpaman, ang mga atomo ay madalas na nagkakaisa sa malalaking kolektibo mula 107 hanggang 1027. Sa pormang ito, halos hindi sila nakikibahagi sa thermal motion. Ang mga asosasyong ito ay may kaunting pagkakahawig sa mga molekula. Sila ay mas katulad ng mga piraso. matibay na katawan. Ang mga sangkap na ito ay karaniwang tinatawag na non-molecular. Sa kasong ito thermal motion ay isinasagawa sa loob ng piraso, ngunit hindi ito lumilipad, tulad ng isang molekula. Meron din rehiyon ng paglipat laki, na kinabibilangan ng mga asosasyong binubuo ng mga atomo sa halagang 105 hanggang 107. Ang mga particle na ito ay o napaka malalaking molekula, o mga maliliit na butil ng pulbos.

mga ion

Dapat pansinin na ang mga atomo at ang kanilang mga grupo ay maaaring magkaroon singil ng kuryente. Sa kasong ito, ang mga ito ay tinatawag na mga ions sa isang agham tulad ng kimika, ang mga pangunahing konsepto na pinag-aaralan natin. Dahil ang mga singil na may parehong pangalan ay palaging nagtataboy sa isa't isa, ang isang sangkap kung saan mayroong makabuluhang labis sa ilang partikular na singil ay hindi maaaring maging matatag. Negatibo at mga positibong singil laging salit-salit sa kalawakan. At ang sangkap sa kabuuan ay nananatiling neutral sa kuryente. Tandaan na ang mga singil, na itinuturing na malaki sa electrostatics, ay bale-wala mula sa punto ng view ng chemistry (para sa 105-1015 atoms - 1e).

Mga bagay ng pag-aaral sa kimika

Dapat itong linawin na ang mga bagay ng pag-aaral sa kimika ay ang mga phenomena kung saan ang mga atomo ay hindi bumangon at hindi nawasak, ngunit muling pinagsama-sama, iyon ay, pinagsama sila sa isang bagong paraan. Ang ilang mga link ay nasira, na nagreresulta sa pagbuo ng iba. Sa madaling salita, lumilitaw ang mga bagong sangkap mula sa mga atomo na nasa komposisyon panimulang materyales. Kung, gayunpaman, ang parehong mga atomo at ang mga bono na umiiral sa pagitan ng mga ito ay napanatili (halimbawa, sa panahon ng pagsingaw ng mga molekular na sangkap), kung gayon ang mga prosesong ito ay hindi na larangan ng pag-aaral ng kimika, ngunit ng molekular na pisika. Sa kaso kapag ang mga atom ay nabuo o nawasak, pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga paksa ng pag-aaral ng nukleyar o atomic physics. Gayunpaman, ang hangganan sa pagitan ng kemikal at pisikal na phenomena malabo. Pagkatapos ng lahat, ang paghahati sa mga indibidwal na agham kondisyonal, habang ang kalikasan ay hindi mahahati. Samakatuwid, ang kaalaman sa pisika ay lubhang kapaki-pakinabang para sa mga chemist.

Maikling binalangkas namin ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Ngayon inaanyayahan ka naming isaalang-alang ang mga ito nang mas detalyado.

Higit pa tungkol sa mga atom

Ang mga atomo at molekula ay kung ano ang iniuugnay ng marami sa kimika. Ang mga pangunahing konsepto ay dapat na malinaw na tinukoy. Ang katotohanan na ang mga atom ay umiiral ay mahusay na nahulaan dalawang libong taon na ang nakalilipas. Pagkatapos, nasa ika-19 na siglo, ang mga siyentipiko ay may data na pang-eksperimento (hindi pa rin direkta). Ito ay tungkol tungkol sa maramihang mga ratios ni Avogadro, ang mga batas ng pananatili ng komposisyon (sa ibaba ay isasaalang-alang natin ang mga pangunahing konseptong ito ng kimika). Ang atom ay patuloy na ginalugad noong ika-20 siglo, nang marami ang nagdirekta pang-eksperimentong ebidensya. Ang mga ito ay batay sa data ng spectroscopy, sa scattering ng X-ray, alpha particle, neutrons, electron, atbp. Ang laki ng mga particle na ito ay humigit-kumulang 1 E = 1o -10 m. Ang kanilang masa ay humigit-kumulang 10 -27 - 10 -25 kg. Sa gitna ng mga particle na ito ay isang positively charged nucleus, kung saan ang mga electron na may negatibong charge ay gumagalaw. Ang laki ng core ay mga 10 -15 m. Ito pala shell ng elektron tinutukoy ang laki ng isang atom, ngunit ang masa nito ay halos ganap na puro sa nucleus. Ang isa pang kahulugan ay dapat ipakilala, isinasaalang-alang ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Isang uri ng atom na may parehong nuclear charge.

Ito ay madalas na matatagpuan bilang ang pinakamaliit na particle ng isang substance, chemically indivisible. Tulad ng nabanggit na natin, ang paghahati ng mga phenomena sa pisikal at kemikal ay may kondisyon. Ngunit ang pagkakaroon ng mga atom ay walang kondisyon. Samakatuwid, mas mahusay na tukuyin ang kimika sa pamamagitan ng mga ito, at hindi kabaligtaran, mga atomo sa pamamagitan ng kimika.

kemikal na dumidikit

Ito ang nagpapanatili sa mga atomo na magkasama. Hindi nito pinapayagan silang magkalat sa ilalim ng impluwensya ng thermal motion. Pansinin namin ang mga pangunahing katangian ng mga bono - ito ang internuclear na distansya at enerhiya. Ito rin ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Ang haba ng bono ay tinutukoy sa eksperimentong may sapat na mataas na katumpakan. Enerhiya - masyadong, ngunit hindi palaging. Halimbawa, imposibleng matukoy kung ano ang kaugnay nito hiwalay na koneksyon sa isang kumplikadong molekula. Gayunpaman, ang enerhiya ng atomization ng isang sangkap, na kinakailangan upang masira ang lahat ng umiiral na mga bono, ay palaging tinutukoy. Alam ang haba ng bono, matutukoy mo kung aling mga atomo ang nakagapos (mayroon silang maikling distansya) at alin ang hindi (mayroon silang mahabang distansya).

Numero ng koordinasyon at koordinasyon

Pangunahing konsepto analitikong kimika kasama ang dalawang terminong ito. Ano ang kanilang pinaninindigan? Alamin natin ito.

Ang numero ng koordinasyon ay ang bilang ng pinakamalapit na kapitbahay ng isang ibinigay tiyak na atom. Sa madaling salita, ito ang bilang ng mga nakakasama niya sa kemikal. Ang koordinasyon ay pagsasaayos ng isa't isa, uri at bilang ng mga kapitbahay. Sa madaling salita, mas makabuluhan ang konseptong ito. Halimbawa, ang bilang ng koordinasyon ng nitrogen, katangian ng mga molekula ng ammonia at nitric acid, pareho - 3. Gayunpaman, iba ang kanilang koordinasyon - hindi planar at patag. Ito ay tinutukoy anuman ang mga ideya tungkol sa likas na katangian ng bono, habang ang antas ng oksihenasyon at valency ay mga kondisyong konsepto na nilikha upang mahulaan ang koordinasyon at komposisyon nang maaga.

Depinisyon ng molekula

Nahawakan na natin ang konseptong ito, isinasaalang-alang ang mga pangunahing konsepto at batas ng kimika sa madaling sabi. Ngayon ay pag-isipan natin ito nang mas detalyado. Ang mga aklat-aralin ay madalas na tumutukoy sa isang molekula bilang ang pinakamaliit na neutral na particle ng isang sangkap na may mga kemikal na katangian nito at nagagawa ring umiral nang nakapag-iisa. Dapat pansinin na ang kahulugan na ito ay sa sandaling ito outdated na. Una, ang tinatawag ng lahat ng physicist at chemist na molekula ay hindi nagpapanatili ng mga katangian ng bagay. Ang tubig ay naghihiwalay, ngunit nangangailangan ito ng hindi bababa sa 2 molekula. Ang antas ng dissociation ng tubig ay 10 -7 . Sa madaling salita, isang molekula lamang sa 10 milyon ang maaaring sumailalim sa prosesong ito. Kung mayroon kang isang molekula, o kahit isang daan, hindi ka makakakuha ng ideya ng ​​dissociation nito. Sa katotohanan ay thermal effect Ang mga reaksyon sa kimika ay kadalasang kinabibilangan ng enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula. Samakatuwid, hindi sila mahahanap ng isa sa kanila. Parehong kemikal at mga pisikal na sangkap maaari lamang matukoy mula sa isang malaking grupo ng mga molekula. Bilang karagdagan, may mga sangkap kung saan ang "pinakamaliit" na butil na may kakayahang umiiral nang nakapag-iisa ay walang katiyakan na malaki at ibang-iba sa karaniwang mga molekula. Ang isang molekula ay talagang isang pangkat ng mga atomo na hindi nakakargahan ng kuryente. Sa isang partikular na kaso, ito ay maaaring isang atom, halimbawa, Ne. Ang pangkat na ito ay dapat na makilahok sa pagsasabog, gayundin sa iba pang mga uri ng thermal motion, na kumikilos sa kabuuan.

Tulad ng makikita mo, ang mga pangunahing konsepto ng kimika ay hindi gaanong simple. Ang molekula ay isang bagay na kailangang maingat na pag-aralan. Mayroon itong sariling mga katangian pati na rin ang molekular na timbang. Pag-uusapan natin ang huli ngayon.

Molecular mass

Paano matukoy ang bigat ng molekular sa eksperimento? Ang isang paraan ay batay sa batas ni Avogadro, ayon sa relatibong density pares. Ang pinakatumpak na paraan ay mass spectrometric. Ang isang electron ay na-knock out sa isang molekula. Ang resultang ion ay unang pinabilis sa isang electric field, pagkatapos ay pinalihis ng magnetically. Ang ratio ng singil sa masa ay tiyak na tinutukoy ng magnitude ng paglihis. Mayroon ding mga pamamaraan batay sa mga katangian na mayroon ang mga solusyon. Gayunpaman, ang mga molekula sa lahat ng mga kasong ito ay dapat na tiyak na kumikilos - sa solusyon, sa vacuum, sa gas. Kung hindi sila gumagalaw, imposibleng talagang kalkulahin ang kanilang masa. At ang kanilang pag-iral sa kasong ito ay mahirap matukoy.

Mga tampok ng non-molecular substance

Sa pagsasalita tungkol sa mga ito, napapansin nila na sila ay binubuo ng mga atomo, hindi mga molekula. Gayunpaman, ang parehong ay totoo para sa mga marangal na gas. Ang mga atomo na ito ay malayang gumagalaw, samakatuwid, mas mainam na isipin ang mga ito bilang mga molekulang monatomic. Gayunpaman, hindi ito ang pangunahing bagay. Higit sa lahat, sa mga di-molekular na sangkap mayroong maraming mga atomo na magkakaugnay. Dapat pansinin na ang paghahati ng lahat ng mga sangkap sa non-molecular at molekular ay hindi sapat. Ang paghahati sa pamamagitan ng pagkakakonekta ay mas makabuluhan. Isaalang-alang, halimbawa, ang pagkakaiba sa mga katangian ng grapayt at brilyante. Parehong carbon, ngunit ang una ay malambot at ang huli ay matigas. Paano sila naiiba sa isa't isa? Ang pagkakaiba ay tiyak na nakasalalay sa kanilang pagkakakonekta. Kung isasaalang-alang natin ang istraktura ng grapayt, makikita natin na ang matibay na mga bono ay umiiral lamang sa dalawang dimensyon. Ngunit sa pangatlo, ang mga interatomic na distansya ay napakahalaga, samakatuwid, walang matibay na bono. Ang graphite ay madaling dumulas at nahati sa mga layer na ito.

Structure Connectivity

Kung hindi, ito ay tinatawag na spatial na sukat. Kinakatawan nito ang bilang ng mga dimensyon ng espasyo, na nailalarawan sa katotohanan na mayroon silang tuluy-tuloy (halos walang katapusan) core system ( matibay na ugnayan). Ang mga halaga na maaari nitong kunin ay 0, 1, 2 at 3. Samakatuwid, kinakailangan na makilala sa pagitan ng tatlong-dimensional na konektado, layered, chain at island (molecular) na mga istruktura.

Batas ng katatagan ng komposisyon

Natutunan na natin ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Ang sangkap ay saglit naming sinuri. Ngayon ay pag-usapan natin ang batas na naaangkop sa kanya. Ito ay karaniwang binubuo ng mga sumusunod: anumang indibidwal na sangkap (iyon ay, dalisay), anuman ang paraan na ito ay nakuha, ay may parehong dami at husay na komposisyon. Ngunit ano ang ibig sabihin ng konsepto? Tingnan natin.

Dalawang libong taon na ang nakalilipas, nang ang istraktura ng mga sangkap ay hindi pa maaaring pag-aralan sa pamamagitan ng mga direktang pamamaraan, kapag ang mga pangunahing konsepto ng kemikal at mga batas ng kimika na pamilyar sa atin ay hindi pa umiiral, ito ay tinutukoy nang deskriptibo. Halimbawa, ang tubig ay ang likido na bumubuo sa batayan ng mga dagat at ilog. Wala itong amoy, kulay, lasa. Mayroon itong ganoon at ganoong pagyeyelo at pagkatunaw ng temperatura, ito ay nagiging asul.Ang maalat na tubig dagat ay dahil hindi ito malinis. Gayunpaman, ang mga asing-gamot ay maaaring paghiwalayin sa pamamagitan ng paglilinis. Higit o mas kaunti tulad nito, paraan ng paglalarawan, natukoy ang mga pangunahing konsepto ng kemikal at mga batas ng kimika.

Para sa mga siyentipiko oras, hindi halata na ang likidong inilabas iba't ibang paraan(hydrogen combustion, vitriol dehydration, sea water distillation), ay may parehong komposisyon. Ang isang mahusay na pagtuklas sa agham ay ang patunay ng katotohanang ito. Naging malinaw na ang ratio ng oxygen at hydrogen ay hindi maaaring magbago nang maayos. Nangangahulugan ito na ang mga elemento ay binubuo ng mga atomo - hindi mahahati na mga bahagi. Kaya't ang mga pormula ng mga sangkap ay nakuha, at ang ideya ng mga siyentipiko tungkol sa mga molekula ay nabigyang-katwiran.

Sa ngayon, ang anumang substansiya ay tahasan o hindi malinaw na tinukoy pangunahin sa pamamagitan ng formula, at hindi sa pamamagitan ng punto ng pagkatunaw, lasa o kulay. Ang tubig ay H 2 O. Kung mayroong ibang mga molekula, hindi na ito magiging dalisay. Samakatuwid, dalisay molekular na sangkap ay isa na binubuo ng mga molekula ng isang uri lamang.

Gayunpaman, ano ang tungkol sa mga electrolyte sa kasong ito? Pagkatapos ng lahat, naglalaman sila ng mga ion, hindi lamang mga molekula. Kailangan ng mas mahigpit na kahulugan. Ang isang purong molekular na substansiya ay isa na binubuo ng mga molekula ng parehong uri, at gayundin, posibleng, ang mga produkto ng kanilang nababaligtad na mabilis na pagbabagong-anyo (isomerization, asosasyon, dissociation). Ang salitang "mabilis" sa kontekstong ito ay nangangahulugan na hindi natin maaalis ang mga produktong ito, agad silang lumitaw muli. Ang salitang "mababalik" ay nagpapahiwatig na ang pagbabago ay hindi nakumpleto. Kung dinala, pagkatapos ay mas mahusay na sabihin na ito ay hindi matatag. Sa kasong ito, ito ay hindi isang purong sangkap.

Ang batas ng konserbasyon ng masa ng bagay

Ang batas na ito ay kilala sa anyong metaporikal mula pa noong unang panahon. Sinabi niya na ang bagay ay hindi malikha at hindi masisira. Pagkatapos ay dumating ang quantitative formulation nito. Ayon dito, ang timbang (at mula sa katapusan ng ika-17 siglo - masa) ay isang sukatan ng dami ng isang sangkap.

Ang batas na ito sa karaniwan nitong anyo ay natuklasan noong 1748 ni Lomonosov. Noong 1789, dinagdagan ito ni A. Lavoisier, isang Pranses na siyentipiko. Ang makabagong pormulasyon nito ay ganito ang tunog: ang masa ng mga sangkap na pumapasok sa isang kemikal na reaksyon ay katumbas ng masa ng mga sangkap na nakuha bilang resulta nito.

Ang batas ni Avogadro, ang batas ng volumetric ratios ng mga gas

Ang huli sa mga ito ay binuo noong 1808 ni J. L. Gay-Lussac, isang Pranses na siyentipiko. Ang batas na ito ay kilala na ngayon bilang batas ni Gay-Lussac. Ayon sa kanya, ang mga volume ng reacting gas ay nauugnay sa isa't isa, pati na rin sa mga volume ng mga nagresultang gas na produkto, bilang maliit na integer.

Ang pattern na natuklasan ni Gay-Lussac ay nagpapaliwanag sa batas na natuklasan ilang sandali, noong 1811, ni Amedeo Avogadro, isang Italyano na siyentipiko. Ito ay nagsasaad na sa ilalim ng pantay na mga kondisyon (presyon at temperatura) sa mga gas na may parehong volume, mayroong parehong bilang ng mga molekula.

Dalawang mahalagang kahihinatnan ang sumusunod mula sa batas ni Avogadro. Ang una ay kapag parehong kondisyon ang isang nunal ng anumang gas ay sumasakop sa isang pantay na dami. Ang dami ng alinman sa mga ito sa ilalim ng normal na mga kondisyon (na kung saan ay isang temperatura ng 0 ° C, pati na rin ang isang presyon ng 101.325 kPa) ay 22.4 litro. Ang pangalawang kinahinatnan ng batas na ito ay ang mga sumusunod: sa ilalim ng pantay na mga kondisyon, ang ratio ng mga masa ng mga gas na may parehong volume ay katumbas ng ratio ng kanilang mga molar mass.

May isa pang batas, na tiyak na dapat banggitin. Pag-usapan natin ito nang maikli.

Pana-panahong batas at talahanayan

D. I. Mendeleev, batay sa mga kemikal na katangian ng mga elemento at atomic at molekular na agham natuklasan ang batas na ito. Ang kaganapang ito ay naganap noong Marso 1, 1869. Pana-panahong Batas ay isa sa pinakamahalaga sa kalikasan. Maaari itong mabalangkas tulad ng sumusunod: ang mga katangian ng mga elemento at ang kumplikado at mga simpleng sangkap may panaka-nakang pag-asa sa mga singil ng nuclei ng kanilang mga atomo.

Ang periodic table na nilikha ni Mendeleev ay binubuo ng pitong yugto at walong grupo. Ang mga pangkat ay ang mga patayong column nito. Ang mga elemento sa loob ng bawat isa sa kanila ay may magkatulad na katangiang pisikal at kemikal. Ang grupo naman, ay nahahati sa mga subgroup (pangunahin at pangalawa).

Ang mga pahalang na hilera ng talahanayang ito ay tinatawag na mga tuldok. Ang mga elemento na nasa kanila ay naiiba sa bawat isa, ngunit mayroon din silang pagkakatulad - na ang kanilang mga huling electron ay matatagpuan sa parehong antas ng enerhiya. Mayroon lamang dalawang elemento sa unang yugto. Ito ay hydrogen H at helium He. Mayroong walong elemento sa ikalawang yugto. Mayroon na silang 18 sa ikaapat. Itinalaga ni Mendeleev ang panahong ito bilang ang unang malaki. Ang ikalima ay mayroon ding 18 elemento, ang istraktura nito ay katulad ng ikaapat. Ang ikaanim ay naglalaman ng 32 elemento. Ang ikapito ay hindi nakumpleto. Ang panahong ito ay nagsisimula sa francium (Fr). Maaari nating ipagpalagay na maglalaman ito ng 32 elemento, tulad ng pang-anim. Gayunpaman, 24 lamang ang natagpuan sa ngayon.

Panuntunan ng rollback

Ayon sa panuntunan ng rollback, lahat ng elemento ay may posibilidad na makakuha o mawalan ng isang electron upang magkaroon ng 8-electron noble gas configuration na pinakamalapit sa kanila. Ang enerhiya ng ionization ay ang dami ng enerhiya na kinakailangan upang paghiwalayin ang isang elektron mula sa isang atom. Ang panuntunan ng rollback ay nagsasaad na kapag lumilipat mula kaliwa papunta sa kanan periodic table kailangan mas maraming enerhiya upang alisin ang isang elektron. Samakatuwid, ang mga elemento sa kaliwang bahagi ay may posibilidad na mawalan ng isang elektron. Sa kabaligtaran, ang mga matatagpuan sa kanang bahagi gustong bilhin.

Maikling binalangkas namin ang mga batas at pangunahing konsepto ng kimika. Tiyak, ito ay lamang Pangkalahatang Impormasyon. Sa loob ng balangkas ng isang artikulo imposibleng pag-usapan nang detalyado ang tungkol sa gayong seryosong agham. Ang mga pangunahing konsepto at batas ng kimika, na buod sa aming artikulo, ay lamang isang panimulang punto para sa karagdagang pag-aaral. Sa katunayan, sa agham na ito mayroong maraming mga seksyon. Mayroong, halimbawa, organic di-organikong kimika. Ang mga pangunahing konsepto ng bawat isa sa mga seksyon ng agham na ito ay maaaring pag-aralan nang napakahabang panahon. Ngunit ang mga ipinakita sa itaas ay tumutukoy sa pangkalahatang isyu. Samakatuwid, maaari nating sabihin na ito ang mga pangunahing konsepto ng organic chemistry, pati na rin ang inorganic.