8.4.2 Развитие структурной химии (1800-1950г.)

С 1800 - 1950 годы химия превращается из науки преимущественно аналитической в науку главным образом синтетическую. В 1861 г. выдающимся русским химиком А. М. Бутлеровым (1828-1886) были предложены «Основные положения теории химического строения органических веществ«, которые сводятся к следующему:

1.Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентностям. Например, метан – углеводород можно изобразить следующей структурной формулой:

H

½

H – C ¾ H

½

H

Такое схематичное изображение строения молекул называют формулами строения или структурными формулами.

2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы, сколько их входит в состав молекул, но и от порядка соединения атомов в молекулах. Важным понятием является изомерия. Изомерия – явление, при котором могут существовать несколько веществ, имеющих один и тот же состав и одну и ту же молекулярную массу, но различающихся строением молекул.

3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства.

4. Атомы и группы в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.

Обобщая можно сказать, что любое вещество состоит из химических элементов и их соединений. Свойства вещества определяются: его элементным и молекулярным составом; структурой его молекул; термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество, находится в процессе химической реакции; уровнем химической организации вещества. Согласно современным представлениям структура молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов.

Период становления структурной химии иногда называют «триумфальным маршем органического синтеза». В этот период зарождалась технология органических веществ; были получены всевозможные красители для тканей, препараты фармацевтической промышленности, искусственный шелк.

До начала ХIХ столетия все известные вещества делили по происхождению на 2 группы: вещества минеральные и вещества органические. Многие ученые считали, что органические вещества образуются только в живых организмах при помощи «жизненной силы» (от латинского слова vita- жизнь). Такой виталистический взгляд сдерживал развитие химии. Немецкий химик Ф. Вёлер (1800-1882) в 1824 году впервые получил органическое вещество из неорганических- щавелевую кислоту, а в 1828 году- мочевину. В 1845 году немецкий ученый Г. Кольбе (1818-1884) получил искусственным путем уксусную кислоту; в 1854 году французский ученый М. Бертло (1827-1907) синтезировал жиры; в 1861 году русским ученый А.М. Бутлеров (1828-1886) –сахаристые соединения. В 1842 году русский химик Н.Н. Зинин (1812-1880) разработал промышленный способ производства анилина из бензола ( отсюда синтетические анилиновые красители). В 1932 году русский ученый С.В. Лебедев (1874-1934) предложил промышленный способ получения синтетического каучука. Таким образом, можно считать, что непреодолимой пропасти между органическими и неорганическими веществами не существует. Большинство неорганических веществ имеют немолекулярное строение, поэтому обладают высокими температурами плавления и кипения. Органические вещества имеют, как правило, молекулярное строение, и поэтому имеют низкие температуры плавления. Почти все органические вещества горючи и разлагаются при нагревании. Органическая химия – это раздел химической науки, в которой изучаются соединения углерода и их превращения. Но это определение не является абсолютно точным (CО, СО₂, Н₂СО₃ ,т.е. карбонаты, карбиды – это неорганические вещества). В наши дни органическими веществами называют углеродосодержащие соединения (вещества), как те, которые образуются в живых организмах, так и те, которые синтезирует (полимеры, медицинские препараты) промышленность.

После утверждения атомно-молекулярной теории важнейшим событием в химии – было открытие периодического закона химических элементов в 1869 году Д. И. Менделеевым (1834-1907). Это создало новую эпоху, определив пути ее развития на много десятков лет вперед. Предложенная Д.И. Менделеевым классификация элементов сыграла важную роль в изучении свойств химических элементов и дальнейшем развитии учения о строении вещества. Место элемента в таблице определяется атомной массой – зарядом ядра. Дальнейшее развитие учения о строении атома (открытие электрона, открытие рентгеновских лучей, открытие радиоактивности, радиоактивного распада) позволило создать ядерную модель атома. В 1913 году датский физик Н. Бор (1885-1962) предложил свою теорию атома (расположение электронов в атомах различных элементов). В настоящее время разработаны электронные структуры атомов. Предложены модели атомных ядер, соответственно периодическая система атомных ядер. Имеются гипотезы ядерных реакций в природе, происхождения химических реакций в природе, происхождения химических элементов и т.д.

Возникли новые разделы химии, по существу новые науки.

Так получила широкое развитие геохимия, которая изучает химический состав, закономерности распространения и распределения элементов на Земле. Впервые задачи этой науки определил В. И. Вернадский (1863-1945 г.).

Распространенность и генезис химических элементов в космосе изучает космохимия. Космическое вещество состоит » на 3/4 из водорода и 1/4 гелия. Все остальные элементы по весу составляют немногим более 1/100, а по числу атомов лишь около 1/1000 доли космического вещества. В отличие от космоса на Земле меньше водорода и гелия, т.к. сила тяготения Земли слишком слаба, чтобы удержать эти легкие элементы. 98% массы физически доступного слоя Земли составляют 8 химических элементов (О, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg).Причем: O₂ – 47%, Si – 27,5%, Al – 8,8%, Fe – 4,6%, Ca – 3,6%, Na – 2,6%, K – 2,5%, Mg – 2,1%.