ОРГАНИЧНА ХИМИЯ. МОЛЕКУЛНА СТРУКТУРА
А. ХИМИЧНИ ВРЪЗКИ НА ВЪГЛЕРОДА
Химическата природа на въглерода, междинен между металите и типичните неметали, му позволява да образува ковалентни връзки с Голям бройелементи, най-често водород, кислород, азот, халогени, сяра и фосфор. Въглеродът образува връзки с висока степенйонни по природа с повече електроположителни метали, но такива вещества са силно реактивни и се използват като междинни продукти в синтеза. Въглерод-въглеродните връзки са ковалентни по природа и могат да бъдат прости (единични), двойни, тройни и ароматни
(виж СТРУКТУРА НА МОЛЕКУЛА).
Ароматни системи.Бензолът, основателят на класа ароматни съединения, има уникална стабилност и влиза в химични реакции, които се различават от тези на неароматните системи. Има и други ароматни системи, най-често срещаните от които имат p орбитали, достъпни за образуване на p връзка на всеки атом от пръстена. Петчленните пръстенни системи с две спрегнати (т.е. редуващи се с единични) двойни връзки и пети атом, носещ несподелена двойка електрони, също са ароматни по своите свойства. По-долу са някои от тези системи:

Концепцията за ароматичност е обобщена от немския химик Е. Хюкел. Съгласно правилото на Хюкел планарните циклични спрегнати системи с брой р-електрони, равен на 4n + 2, са ароматни и стабилни, а същите системи с брой р-електрони 4n са антиароматни и нестабилни.
Устойчивост на цикличните системи.Ъгъл на свързване (ъгъл между връзките) в ненапрегнат фрагмент S-S-Sе 109° и пръстените, които поддържат тази стойност, са по-стабилни от тези, чиито ъгли се отклоняват значително от тази стойност. Напрежението, което възниква в цикличните системи в резултат на изкривяване на ъглите на свързване, се нарича напрежение на Байер, кръстено на немския химик А. Байер, който пръв предложи такова обяснение за стабилността на наситените пръстени. По този начин в тричленните пръстени, където ъгълът на свързване е само 60 °, пръстените са силно напрегнати и лесно се счупват; някои от реакциите им наподобяват тези на двойната връзка C=C. Четиричленните пръстени също са напрегнати (ъгъл на свързване 90°), но не толкова. Петчленните пръстени са почти плоски и ъглите им са 108°; следователно те са отпуснати и стабилни. В шестчленни пръстени като циклохексан, въглеродните атоми не лежат в една и съща равнина; такива цикли са сгънати, което намалява стреса на пръстена. Най-разпространени са пет- и шестчленните пръстени. Големите пръстени също могат да намалят ъгловото напрежение чрез образуване на гънки, но в някои от тях (седем до дванадесет членни) водородните атоми са противоположни странипръстените се приближават толкова близо, че тяхното отблъскване прави съединението по-малко стабилно (напрежение на Прелог, кръстено на швейцарския химик В. Прелог, който откри този ефект).
тавтомерия.Ако една молекула или йон могат да бъдат представени под формата на няколко структури, които се различават една от друга само по разпределението на електроните, тези структури се наричат ​​резонансни и резонансните форми не са в равновесие една с друга, а само действителната електронна структура на молекулата е нещо между тези крайности. Има обаче ситуации, при които атомите се движат в молекула, когато нормални условиятолкова бързо, че спонтанно се установява равновесие между различните молекулни форми. Това явление се нарича тавтомеризъм. Пример за това е равновесието между кетон и енол (кето-енол тавтомеризъм):

Тук двете съединения се различават само по местоположението на водородния катион и електронната двойка (в р-връзката). Равновесието се установява бързо, но е силно изместено към кето формата. Следователно алкохолите със структура -C=C-OH обикновено са нестабилни и бързо се превръщат в кето форма, освен ако някои структурни особености, стабилизиране на енолната форма, например във феноли, които при преминаване към кетоформа биха загубили своя ароматен характер:

Тавтомерията е често срещана в молекули, които имат структурата -CH=X или -C=XH, където X е S, O или N. По този начин молекулата H2C=C(NH2)-CH3 бързо се пренарежда в H3C-C(=NH) - CH3 и R-C(OH)=NH имидите се пренареждат в R-C(=O)NH2 амиди. Тавтомерията е често срещана в такива биологично важни хетероциклични системи като барбитуровата киселина и свързаните с нея съединения:

Такива вещества, които са в тавтомерно равновесие, често претърпяват реакции, характерни и за двете форми.
Други бързи равновесия.Известни са и други бързи равновесия между молекули със сродни структури. Ако две от групите OH, SH или NH2 присъстват при един и същ въглероден атом, съединението обикновено е нестабилно в сравнение с двойно свързаната форма:

Има случаи, когато това равновесие се измества към дихидрокси съединението. Газообразният формалдехид има структура CH2=O, но в воден разтвортой добавя водна молекула, превръщайки се в HO-CH2-OH като преобладаваща форма. Хлоралхидратът Cl3CCH(OH)2 е стабилен в дихидроксилна форма в резултат на електрон-притеглящия ефект на три хлорни атома.
Б. ИЗОМЕРИЯ
Изомерия на въглеродната верига.Молекулите, които се различават само по разклонението на въглеродната верига, се наричат ​​верижни изомери. Пример вече беше даден - това е изомерната двойка n-бутан и изобутан.
Изомерия на функционални групи.Молекули с еднакви брутни формули, но различни функционални групи са функционални изомери, например етилов алкохол C2H5OH и диметилов етер CH3-O-CH3.
Позиционна изомерия.Позиционните изомери имат едни и същи брутни формули и функционални групи, но позициите на функционалните групи в техните молекули са различни. Така 1-хлоропропан CH3CH2CH2Cl и 2-хлоропропан CH3CHClCH3 са позиционни изомери.
Геометрична изомерия.Геометричните изомери се състоят от идентични атоми, свързани в една и съща последователност, но се различават в пространственото разположение на тези атоми спрямо двойни връзки или пръстени. От този тип са цис-транс изомерията на олефините и син-антиизомерията на оксимите.

Оптична изомерия.Молекулите се наричат ​​оптични изомери, когато се състоят от идентични атоми, свързани по един и същи начин, но се различават в пространственото разположение на тези атоми по същия начин, както дясна ръкаразличен от левия. Такава изомерия е възможна само когато молекулата е асиметрична, т.е. когато няма равнина на симетрия. Най-лесният начин да постигнете тази ситуация е да прикрепите четири различни групи към въглеродния атом. След това молекулата става асиметрична и съществува в две изомерни форми. Молекулите се различават само по реда на свързване към централния въглероден атом, който се нарича асиметричен въглероден атом или хирален център, тъй като е свързан с четири различни групи. Имайте предвид, че двата оптични изомера са огледална картинавзаимно; те се наричат ​​"енантиомери" или "оптични антиподи" и имат същите физични и химични свойства, с изключение на това, че въртят равнината на поляризираната светлина в противоположни посоки и реагират по различен начин със съединения, които сами по себе си са оптични изомери. Изомерът, който върти равнината на поляризираната светлина по посока на часовниковата стрелка, се нарича d- (от "dextro" - вдясно) или (+)-изомер; Изомерът, който върти светлината обратно на часовниковата стрелка, се нарича l-(от "left" - ляво) или (-)-изомер. Когато в една молекула има повече от един асиметричен център, максималният възможен брой оптични изомери е 2n, където n е броят на асиметричните центрове. Понякога някои от тези изомери са идентични и това намалява броя на оптичните изомери. По този начин мезоизомерите са оптични изомери, които са оптически неактивни, защото имат равнина на симетрия. Оптичните изомери, които не са огледални образи, се наричат ​​"диастереомери"; те се различават по физични и химични свойства по същия начин, както геометричните изомери се различават по тях. Тези разлики могат да бъдат илюстрирани с примера на шествъглеродни захари с права верига, които имат следната структура: CH2OH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-CHO. Тук четирите асиметрични атома, маркирани със звездичка, са свързани към четири различни групи; следователно са възможни 24 или 16 изомера. Тези 16 изомера образуват 8 двойки енантиомери; всяка двойка, която не е енантиомер, е диастереомер. Шест от тези 16 захари са представени по-долу като т.нар. Проекции на Фишер.

Обозначенията D- и L- за енантиомери не се отнасят до посоката на въртене (означена с d или l), а до позицията на ОН при най-ниския (в проекцията на Фишер) асиметричен въглерод: когато ОН е отдясно, изомерът е обозначен с D, когато е отляво, L. D - и L-формите на глюкозата имат еднакви точки на топене, разтворимост и т.н. От друга страна, глюкозата и галактозата, като диастереомери, имат различни точки на топене, разтворимост и т.н.

Енциклопедия на Collier. - Отворено общество. 2000 .

Вижте какво е "ОРГАНИЧНА ХИМИЯ. МОЛЕКУЛНА СТРУКТУРА" в други речници:

Енциклопедия на Collier

Клон на химията, който изучава въглеродните съединения, които включват, първо, вещества, които изграждат по-голямата част от живата материя (протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини, витамини, терпени, алкалоиди и др.); второ, много вещества... Енциклопедия на Collier

Този термин има други значения, вижте Химия (значения). Химия (от арабски کيمياء‎‎, вероятно произлизаща от египетската дума km.t (черен), от която произлиза и името на Египет, черноземът и оловото „черно“... ... Wikipedia

- 89.80 Kb

Концепцията за квантово състояние на частица в система е валидна в случаите, когато взаимодействието. между частиците може да се замени с определено ефективно поле и всяка частица може да се характеризира с индивидуален набор от квантови числа; при стриктно отчитане на системата на взаимодействие. частици има само квантови състояния на цялата система като цяло. Едночастичното приближение е в основата на метода на самосъгласуваност. полета (метод на Hartree-Fock; виж Молекулярни орбитални методи), широко използвани в теорията на атомните и мол. спектри, квантова теорияхим. връзки, при описание на черупкови модели на атома и ядрото и др.

Принципът на Паули в рамките на едночастичното приближение позволява да се обоснове периодичността. химическа система елементи на Д.И.Менделеев, т.к Наличието само на един електрон в едно състояние обяснява последователността на запълване на електронните обвивки и периодичността на елементите, свързани с тази последователност. Макс. Броят на електроните в обвивка с главно квантово число n се определя, съгласно принципа на Паули, от броя на разлагането. набори от квантови числа l, ml и ms, т.е. е равно на 2(2l + 1) = 2n2. От това получаваме номерата на запълване на електронните обвивки в реда на нарастване на броя на обвивките: 2, 8, 18, 32... За еквивалентни електрони на атом, т.е. електрони с еднакви n и l, поради принципа на Паули, не реализират се всички възможни състояния, но само тези, които се различават ml или ms. По-специално, за електронната конфигурация (pr)2, правилото за векторно добавяне на моментите на броя на движение дава шест члена: 1.3S, 1.3P 1.3D, от които са разрешени само три: 1S, 3P и 1D, защото За останалите три члена наборите от квантови числа за два електрона са еднакви. Отчитането на принципа на Паули също е необходимо при намиране на разрешените електронни състояния на молекули и молекули. комплекси. Принципът на Паули играе основна роля. роля в квантовата теория на твърдото тяло, теория ядрени реакциии връзките между елементарните частици.

16 Значението на периодичния закон.Периодичната таблица на елементите се превърна в едно от най-ценните обобщения в химията. Това е като обобщение на химията на всички елементи, графика, от която можете да прочетете свойствата на елементите и техните съединения. Системата направи възможно изясняването на позицията, атомните маси и стойностите на валентността на някои елементи. Въз основа на таблицата беше възможно да се предвиди съществуването и свойствата на елементи, които все още не са открити. Менделеев предсказал и описал свойствата на неоткрити по това време елементи, които нарекъл екабор (скандий), екаалуминий (галий), екасилиций (германий). Менделеев формулира периодичния закон и предлага неговото графично представяне, но по това време беше невъзможно да се определи естеството на периодичността. Причината за периодичността на промените в свойствата и техните съединения не беше разкрита по-късно, във връзка с откритията на структурата на атома.

Теория на структурата на атома

Атомът е електрически неутрална частица, която се състои от положително заредено ядро ​​и отрицателно заредени електрони.

Структура атомни ядра

Ядрата на атомите се състоят от два вида елементарни частици: протони (p) и неутрони (n). Сумата от протони и неутрони в ядрото на един атом се нарича нуклонно число: където A е нуклонното число, N е броят на неутроните, Z е броят на протоните.

Протоните имат положителен заряд (1), неутроните нямат заряд (0), електроните имат отрицателен заряд (- 1). Масите на протона и неутрона са приблизително еднакви, приема се, че са равни на 1. Масата на електрона е много по-малка от масата на протона, поради което в химията се пренебрегва, като се има предвид, че цялата маса на атомът е концентриран в ядрото си. Броят на положително заредените протони в ядрото е равен на броя на отрицателно заредените електрони, т.е. атомът като цяло е електрически неутрален. Атомите с еднакъв ядрен заряд образуват химичен елемент. Атомите на различни елементи се наричат ​​нуклиди.

17. Химическата връзка е взаимодействието на два атома чрез обмен на електрони. Когато се образува химическа връзка, атомите са склонни да придобият стабилна осемелектронна (или двуелектронна) външна обвивка, съответстваща на структурата на атома на най-близкия инертен газ. Различават се следните видове химични връзки: ковалентни (полярни и неполярни; обменни и донорно-акцепторни), йонни, водородни и метални.

18.Ковалентна връзка– повечето обща формахимическа връзка, която възниква поради споделянето на електронна двойка чрез обменен механизъм, когато всеки от взаимодействащите атоми доставя един електрон, или чрез донорно-акцепторен механизъм, ако електронна двойка се прехвърля за обща употреба от един атом (донор) към друг атом (акцептор)

Класически пример за неполярна ковалентна връзка (разликата в електроотрицателността е нула) се наблюдава в хомонуклеарни молекули: H–H, F–F. Енергията на двуелектронна връзка с два центъра е в диапазона 200–2000 kJ∙mol–1.

Когато се образува хетероатомна ковалентна връзка, електронна двойка се измества към по-електроотрицателен атом, което прави връзката полярна. Йонността на полярна връзка като процент се изчислява по емпиричната зависимост 16(χA – χB) + 3.5(χA – χB)2, където χA и χB са електроотрицателността на атомите A и B на молекулата AB. В допълнение към поляризуемостта, ковалентната връзка има свойството на насищане - способността на атома да образува толкова ковалентни връзки, колкото има енергийно достъпни атомни орбитали.Характерните свойства на ковалентната връзка - насоченост, наситеност, полярност, поляризуемост - определят химичните и физичните свойства на съединенията.

Посоката на връзката се определя от молекулярната структура на веществото и геометричната форма на неговата молекула. Ъглите между две връзки се наричат ​​ъгли на връзката.

Наситеността е способността на атомите да образуват ограничен брой ковалентни връзки. Броят на връзките, образувани от един атом, е ограничен от броя на неговите външни атомни орбитали.

Полярността на връзката се дължи на неравномерното разпределение на електронната плътност поради разликите в електроотрицателността на атомите. На тази основа ковалентните връзки се делят на неполярни и полярни.

Поляризуемостта на връзката се изразява в изместването на електроните на връзката под въздействието на външно електрическо поле, включително и на друга реагираща частица. Поляризуемостта се определя от подвижността на електроните. Полярността и поляризуемостта на ковалентните връзки определят реактивността на молекулите спрямо полярни реагенти.

19.Йонна връзка– специален случай на ковалентен, когато получената електронна двойка изцяло принадлежи на по-електроотрицателен атом, който се превръща в анион. Основата за идентифицирането на тази връзка като отделен тип е фактът, че съединения с такава връзка могат да бъдат описани в електростатично приближение, като се има предвид, че йонната връзка се дължи на привличането на положителни и отрицателни йони. Взаимодействието на йони с противоположен знак не зависи от посоката и силите на Кулон нямат свойството на насищане. Следователно всеки йон в йонно съединение привлича такъв брой йони с противоположен знак, че се образува кристална решетка от йонен тип. В йонния кристал няма молекули. Всеки йон е заобиколен от определен брой йони с различен знак (координационното число на йона). Йонните двойки могат да съществуват в газообразно състояние като полярни молекули. В газообразно състояние NaCl има диполен момент от ~3∙10–29 C∙m, което съответства на изместване от 0,8 електронен заряд на дължина на връзката от 0,236 nm от Na към Cl, т.е. Na0,8+Cl0,8– .Електроотрицателността (χ) е фундаментално химическо свойство на атома, количествена характеристика на способността на атома в молекулата да измества общите електронни двойки към себе си.

Съвременната концепция за електроотрицателността на атомите е въведена от американския химик Л. Полинг. L. Pauling използва концепцията за електроотрицателност, за да обясни факта, че енергията на хетероатомната връзка A-B (A, B са символи на всякакви химически елементи) обикновено е по-голяма от средната геометрична стойност на хомоатомните връзки A-A и B-B.

Понастоящем има много различни методи за определяне на електроотрицателността на атомите, резултатите от които са в добро съгласие помежду си, с изключение на относително малки разлики, и във всеки случай са вътрешно последователни.

Метална връзкавъзниква в резултат на частична делокализация на валентни електрони, които се движат доста свободно в металната решетка, електростатично взаимодействайки с положително заредени йони. Силите на свързване не са локализирани или насочени, а делокализираните електрони причиняват висока топлинна и електрическа проводимост.

Водородна връзка.Образуването му се дължи на факта, че в резултат на силно изместване на електронна двойка към електроотрицателен атом, водороден атом, който има ефективен положителен заряд, може да взаимодейства с друг електроотрицателен атом (F, O, N, по-малко често Cl, Br, S). Енергията на такова електростатично взаимодействие е 20–100 kJ∙mol–1. Водородните връзки могат да бъдат вътрешно- и междумолекулни. Интрамолекулна водородна връзка се образува, например, в ацетилацетон и е придружена от затваряне на пръстена.

20. Концепцията за "хибридизация" в химията е предложена от американския химик Линус Полинг, за да обясни структурата на молекули като метан.

Исторически се е използвал само за прости молекули, но по-късно е разширен до по-сложни. За разлика от теорията на молекулярните орбитали, тя не е строго количествена; например не е в състояние да предскаже фотоелектронните спектри дори на такива прости молекули като водата. Поради това в момента се използва главно за педагогически цели и в синтетика органична химия.

Има три вида хибридизация:

Sp хибридизация

Възниква при смесване на една s- и една p-орбитала. Образуват се две еквивалентни sp-атомни орбитали, разположени линейно под ъгъл от 180 градуса и насочени в различни посоки от ядрото на въглеродния атом. Останалите две нехибридни p-орбитали са разположени във взаимно перпендикулярни равнини и участват в образуването на `0;-връзки, или са заети от несподелени двойки електрони с дължина 0,120 nm.

Sp² хибридизация

Възниква при смесване на една s- и две p-орбитали. Оформени са три хибридни орбитали с оси, разположени в една и съща равнина и насочени към върховете на триъгълника под ъгъл 120 градуса. Нехибридната p-атомна орбитала е перпендикулярна на равнината и като правило участва в образуването на `0;-връзки с дължина 0,134 nm.

Sp³ хибридизация

Възниква при смесване на една s и три p орбитали. Появяват се четири еднакви орбитали, разположени една спрямо друга под тетраедрични ъгли от 109° 28' (109,47°), дължина 0,154 nm.Молекулярен орбитален методпредполага, че всяка молекулна орбитала е представена като алгебрична сума (линейна комбинация) от атомни орбитали. Например в молекулата на водорода само 1s атомните орбитали на два водородни атома могат да участват в образуването на МО, които дават две МО, представляващи сумата и разликата на атомните орбитали 1s1 и 1s2 - MO± = C11s1 ±C21s2.

21. Металната връзка е връзка между положителни йони в метални кристали, осъществявана поради привличането на електрони, движещи се свободно през кристала. Според позицията си в периодичната таблица металните атоми имат малък брой валентни електрони. Тези електрони са доста слабо свързани с ядрата си и могат лесно да се откъснат от тях. В резултат на това в кристалната решетка на метала се появяват положително заредени йони и свободни електрони. Следователно в кристалната решетка на металите има голяма свобода на движение на електроните: някои от атомите ще загубят своите електрони и получените йони могат да приемат тези електрони от „електронния газ“. В резултат на това металът представлява множество положителни йони, локализирани в определени позиции на кристалната решетка, и голям брой електрони, движещи се относително свободно в полето на положителните центрове. Това е важна разлика между металните връзки и ковалентните връзки, които имат строга ориентация в пространството.

Металната връзка също се различава от ковалентната връзка по сила: нейната енергия е 3-4 пъти по-малка от енергията на ковалентната връзка.

Енергията на връзката е енергията, необходима за разкъсване на химична връзка във всички молекули, които съставляват един мол вещество. Енергиите на ковалентните и йонните връзки обикновено са високи и са от порядъка на 100-800 kJ/mol.

22. ВОДОРОДНАТА ВРЪЗКА (Н-връзка) е специален тип взаимодействие между реактивни групи, като една от групите съдържа водороден атом, склонен към такова взаимодействие. Водородното свързване е глобален феномен, който обхваща цялата химия. За разлика от обикновените химични връзки, Н-връзката не се появява в резултат на целенасочен синтез, а възниква при подходящи условия сама и се проявява под формата на междумолекулни или вътрешномолекулни взаимодействия.Характеристики на водородната връзка. Отличителна чертаводородната връзка има относително ниска сила, нейната енергия е 5-10 пъти по-ниска от енергията на химическа връзка. По отношение на енергията той заема междинна позиция между химичните връзки и взаимодействията на Ван дер Ваалс, тези, които задържат молекулите в твърда или течна фаза.При образуването на Н-връзка решаваща роля играе електроотрицателността на атомите, участващи във връзката - способността да се привличат електрони на химическа връзка от партньорския атом, участващ в тази връзка. В резултат на това на атом А се появява частичен отрицателен заряд d- с повишена електроотрицателност, а на партньорския атом се появява положителен заряд d+ и химическата връзка се поляризира: Ad-–Hd+.

Кратко описание

Производство на минерални макро- и микроторове, както и фуражни фосфати. Добавяне на вар, гипс и други вещества за подобряване на структурата на почвата. Приложение химикалирастителна защита: хербициди, зооциди и инсектициди и др. Използване на стимуланти за растеж и плододаване в растениевъдството. Разработване на методи за отглеждане на екологично чисти селскостопански продукти. Увеличаване на продуктивността на животните с помощта на стимуланти на растежа и специални фуражни добавки. Производство и приложение полимерни материалиЗа селско стопанство. Производство на материали за средствата за малка механизация в селското стопанство. Основната цел на химизацията в селското стопанство е да се осигури растеж на производството, да се подобри качеството и да се удължи срокът на годност на селскостопанските продукти и да се повиши ефективността на земеделието и животновъдството. За борба с неприятелите, плевелите и болестите у нас годишно се произвеждат над 500 хил. тона пестициди. Използването им позволява да се спестят до стотици хиляди тонове реколта годишно.

Анализира се развитието на областта на науката, наречена супрамолекулна химия. Дадени са основните определения и понятия на тази дисциплина. Изследванията, поставили основите на supra, се разглеждат в исторически контекст. молекулярна химия. Дадени са примери за някои от типичните му обекти - клатрати и циклодекстрини. Отбелязва се, че най-новите постижения в супрамолекулната химия и най-обещаващите области на нейното използване са свързани с процесите на самосглобяване и самоорганизация, които по-специално могат да бъдат приложени в надмолекулния синтез и създаването на молекулярни и надмолекулни устройства.

Супрамолекулна химия. Заден план

Надмолекулярната химия е една от най-младите и в същото време бързо развиващи се области на химията. За 25-30 години от своето съществуване той вече успя да премине през поредица от важни етапи, но в същото време основните идеи и концепции на тази дисциплина все още не са общоизвестни и общоприети. В този преглед се опитахме да проследим развитието на областта на науката, наречена супрамолекулна химия, да идентифицираме най-успешните дефиниции на нейните основни задачи и най-важните концепции, а също така да очертаем сегашно състояниеи перспективи.

Терминът "супрамолекулна химия" и основните понятия на тази дисциплина са въведени от френския учен J.-M. Лен през 1978 г. като част от развитието и обобщаването на по-ранни трудове (по-специално през 1973 г. терминът "супермолекула" се появява в неговите трудове). Супрамолекулната химия беше дефинирана с думите: „Точно както има област на молекулярната химия, базирана на ковалентни връзки, има и област на надмолекулна химия, химията на молекулярните сглобки и междумолекулните връзки.“ Впоследствие това първо определение беше преформулирано многократно. Пример за друго определение, дадено от Лен: „супрамолекулната химия е „химия отвъд молекулата“, изучаваща структурата и функцията на асоциациите на две или повече химически частици, държани заедно от междумолекулни сили.“

В много случаи компонентите, които образуват супрамолекулни системи, могат да бъдат наречени (по аналогия със системите, разглеждани в молекулярната биология) молекулярен рецептор и субстрат, като последният е по-малкият компонент, чието свързване трябва да бъде постигнато.

За да се опише адекватно химичен обект, е необходимо да се посочат неговите елементи и видове връзки между тях, както и пространствени (геометрични, топологични) характеристики. Обектите на супрамолекулната химия, супермолекулите, имат същата сигурност като отделните молекули, които ги съставят. Можем да кажем, че „супермолекулите по отношение на молекулите са това, което молекулите са по отношение на атомите, а ролята на ковалентните връзки в супермолекулите се играе от междумолекулни взаимодействия“.

Според Лен супрамолекулната химия може да бъде разделена на две широки, частично припокриващи се области:

– химия на супермолекулите – ясно дефинирани олигомолекулни частици, които възникват в резултат на междумолекулно свързване на няколко компонента – рецептора и неговия субстрат (субстрати) и са изградени на принципа на молекулярното разпознаване;

– химия на молекулярните сглобки – полимолекулни системи, които се образуват в резултат на спонтанното свързване на неопределен брой компоненти с прехода към специфична фаза, която има повече или по-малко ясно дефинирана микроскопична организация и характеристики, зависещи от нейната природа (напр. , клатрати, мембрани, везикули, мицели).

Супрамолекулните образувания могат да се характеризират чрез пространственото разположение на компонентите, тяхната архитектура, „супраструктура“, както и видовете междумолекулни взаимодействия, които държат компонентите заедно. Супрамолекулните групи имат добре дефинирани структурни, конформационни, термодинамични, кинетични и динамични свойства; Различни видовевзаимодействия, които се различават по своята сила, посока, зависимост от разстояния и ъгли: координационни взаимодействия с метални йони, електростатични сили, водородни връзки, ван дер ваалсови взаимодействия, донорно-акцепторни взаимодействия и др. Силата на взаимодействията може да варира в широк диапазон, от слаби или умерени, както при образуването на водородни връзки, до силни и много силни, като при образуването на координационни връзки с метал. Въпреки това, като цяло, междумолекулните взаимодействия са по-слаби от ковалентните връзки, така че супрамолекулните асоциати са по-малко термодинамично стабилни, по-кинетично лабилни и по-динамично гъвкави от молекулите.

По този начин супрамолекулната химия обхваща и ни позволява да разглеждаме от единна гледна точка всички видове молекулярни асоциати, от най-малките възможни (димер) до най-големите (организирани фази). В същото време е необходимо още веднъж да се подчертае, че обектите на супрамолекулната химия задължително съдържат части (подсистеми), които не са ковалентно свързани.

Лен предложи да се илюстрира преходът от молекулярна към супрамолекулна химия с диаграмата, представена на фиг. 1 .

Основните функции на супермолекулите са: молекулярно разпознаване, трансформация (катализа) и пренос. Функционалните супермолекули, заедно с организираните полимолекулни групи и фази, могат да се използват за създаване на молекулярни и надмолекулни устройства.

В допълнение към Len, трябва да се споменат и C. J. Pedersen и D. J. Cram, чиято работа и изследвания изиграха важна роля в развитието на супрамолекулната химия. През 1987 г. тези трима учени са наградени Нобелова наградапо химия (за решаващ принос в развитието на химията на макрохетероцикличните съединения, способни селективно да образуват молекулни комплекси от типа „домакин-гост“).

Изследвания, които поставят основите на супрамолекулната химия

Произходът на основните концепции на супрамолекулната химия може да бъде открит в трудове, извършени в миналото и в самото начало на този век. Така P. Ehrlich през 1906 г. всъщност въвежда понятията рецептор и субстрат, като подчертава, че молекулите не реагират помежду си, освен ако първо не влязат в определена връзка. Обвързването обаче не трябва да е никакво, а избирателно. Това беше подчертано от E. Fischer още през 1894 г., формулирайки своя принцип на "заключване на ключ" - принцип, който предполага, че молекулярното разпознаване се основава на пространствено съответствие, геометрична комплементарност на рецептора и субстрата. И накрая, селективното свързване изисква взаимодействие, афинитет между партньорите и корените на тази идея могат да бъдат намерени в трудовете на А. Вернер, което прави супрамолекулната химия в това отношение обобщение и развитие на координационната химия.

Според Ж.-М. Лен, тези три концепции - фиксиране (свързване), разпознаване и координация - поставиха основата на супрамолекулната химия.

Някои други концепции на супрамолекулната химия също са известни от дълго време. Дори терминът « Übermolecule", т.е. супер-, или супермолекула, е въведен още в средата на 30-те години. нашия век, за да опишем повече високо нивоорганизация, възникваща поради свързването на координатно наситени молекули (например по време на образуването на димер на оцетна киселина). Критичната роля на супрамолекулната организация в биологията беше добре известна.

Появата и развитието на супрамолекулната химия като самостоятелно направление в системата на химическите науки обаче се случи много по-късно. За това пише Ж.-М. Лен в книгата си: „...за появата и бързото развитие на нова научна дисциплина е необходима комбинация от три условия. Първо, необходимо е да се признае нова парадигма, която показва значението на различни и привидно несвързани наблюдения, данни и резултати и ги обединява в едно цяло. Второ, необходими са инструменти за изследване на обекти в тази област и тук решаваща роля играе развитието на съвременни физични методи за изследване на структурата и свойствата (IR, UV и особено NMR спектроскопия, масова спектрометрия, рентгенова дифракция и др.) супрамолекулна химия, което прави възможно изследването дори на относително лабилни супрамолекулни групи, характеризиращи се с нискоенергийни нековалентни взаимодействия. Трето, научната общност трябва да има желание да приеме новата парадигма, за да може новата дисциплина да намери отклик не само сред пряко ангажираните с нея специалисти, но и в сродни (и не толкова) области на науката. Това се случи със супрамолекулната химия, доколкото може да се съди по бързия темп на нейното развитие и навлизане в други дисциплини през последните 25 години.

Според Лен, „...супрамолекулната химия, каквато я познаваме днес, започва с изследването на селективното свързване на катиони на алкални метали от естествени и синтетични макроциклични и макрополициклични лиганди, краун етери и криптанди.“

Сред този вид естествени съединения на първо място трябва да споменем антибиотика валиномицин. Дешифрирането на структурата му през 1963 г., за което съветските учени, ръководени от Ю. А. Овчинников, далеч надхвърлят рамките на обикновеното откритие. Този цикличен депсипептид (изграден е от амино и хидрокси киселинни остатъци, свързани с амидни и естерни връзки) е първият сред мембранно-активните комплексони или йонофори. Такива имена отразяват способността на тези вещества да образуват комплексни съединения с алкални катиони в разтвори и да прехвърлят свързания катион през биологични мембрани. С откриването на йонофорите възможността за целенасочено регулиране на йонните потоци в живите системи стана реална. За работа в областта на мембранно-активните комплексони Овчинников и колегите му са удостоени с Ленинска награда през 1978 г.

Химията, чиито основни понятия ще разгледаме, е наука, която изучава веществата и техните трансформации, които се случват с промени в структурата и състава и следователно свойствата. На първо място е необходимо да се определи какво означава такъв термин като „субстанция“. В широк смисъл това е форма на материя, която има маса в покой. Вещество е всяко елементарна частица, например неутрон. В химията това понятие се използва в по-тесен смисъл.

Като начало нека опишем накратко основните термини и понятия на химията и атомно-молекулярната наука. След това ще ги обясним и ще очертаем някои важни закони на тази наука.

Основните понятия на химията (материя, атом, молекула) са познати на всеки от нас от училище. По-долу е дадено кратко описание натях, както и други, не толкова очевидни термини и явления.

Атоми

На първо място, всички вещества, които се изучават в химията, са съставени от малки частици, наречени атоми. Неутроните не са обект на изследване на тази наука. Трябва също да се каже, че атомите могат да се свързват помежду си, което води до образуването на химически връзки. За да се прекъсне тази връзка, е необходима енергия. Следователно атомите при обикновени условия не съществуват сами (с изключение на „благородните газове“). Те са свързани помежду си поне по двойки.

Непрекъснато термично движение

Непрекъснатото топлинно движение характеризира всички частици, които химията изучава. Основните понятия на тази наука не могат да бъдат представени, без да се говори за нея. При непрекъснато движение на частиците то е пропорционално на температурата (трябва обаче да се отбележи, че енергиите на отделните частици са различни). Ekin = kT / 2, където k е константата на Болцман. Тази формула е валидна за всеки тип движение. Тъй като Ekin = mV 2 / 2, движението на масивните частици е по-бавно. Например, ако температурата е една и съща, молекулите на кислорода се движат средно 4 пъти по-бавно от молекулите на въглерода. Това се случва, защото тяхната маса е 16 пъти по-голяма. Движението може да бъде осцилаторно, транслационно и ротационно. Вибрация се наблюдава в течни, твърди и газообразни вещества. Но транслационните и ротационните процеси се осъществяват най-лесно в газовете. При течности е по-трудно, а при твърди още по-трудно.

Молекули

Нека продължим да описваме основните понятия и дефиниции на химията. Ако атомите се комбинират помежду си, за да образуват малки групи (наречени молекули), такива групи участват в топлинно движение, действайки като едно цяло. В типичните молекули присъстват до 100 атома, а броят им в така наречените високомолекулни съединения може да достигне 105.

Немолекулни вещества

Въпреки това, атомите често се комбинират в огромни групи, вариращи от 107 до 1027. В тази форма те практически не участват в топлинно движение. Тези асоциации вече не приличат на молекули. Те са по-скоро като парчета твърда материя. Тези вещества обикновено се наричат ​​немолекулни. В този случай термичното движение възниква вътре в парчето и самото то не лети, като молекула. Съществува и преходна област на размери, която включва асоциации, състоящи се от атоми в количества от 105 до 107. Тези частици са или много големи молекули, или малки зърна прах.

йони

Трябва да се отбележи, че атомите и техните групи могат да имат електрически заряд. В този случай те се наричат ​​йони в наука като химията, чиито основни понятия изучаваме. Тъй като еднаквите заряди винаги се отблъскват взаимно, вещество, в което има значителен излишък от определени заряди, не може да бъде стабилно. Отрицателните и положителните заряди винаги се редуват в пространството. Но веществото като цяло остава електрически неутрално. Имайте предвид, че зарядите, които се считат за големи в електростатиката, са незначителни от гледна точка на химията (1e на 105-1015 атома).

Обекти на изучаване на химията

Трябва да се изясни, че обектите на изучаване на химията са тези явления, при които атомите не възникват и не се разрушават, а само се пренареждат, тоест се свързват по нов начин. Прекъсват се едни връзки, в резултат на което се образуват други. С други думи, нови вещества се появяват от атоми, които са били част от първоначалните вещества. Ако както атомите, така и връзките, съществуващи между тях, се запазват (например по време на изпаряването на молекулярни вещества), тогава тези процеси принадлежат към полето на изследване не на химията, а на молекулярната физика. В случай, че атомите се образуват или унищожават, говорим за обекти на изследване на ядрената или атомната физика. Въпреки това, границата между химически и физични явлениязамъглено. В крайна сметка разделянето на отделни науки е произволно, докато природата е неделима. Следователно познанията по физика са много полезни за химиците.

Накратко очертахме основните понятия на химията. Сега ви каним да ги разгледате по-отблизо.

Повече за атомите

Атомите и молекулите са това, което много хора свързват с химията. Тези основни понятия трябва да бъдат ясно дефинирани. Фактът, че атомите съществуват, беше гениално отгатнат преди две хиляди години. След това, вече през 19 век, учените разполагат с експериментални данни (все още косвени). Говорим за множеството съотношения на Авогадро, законите за постоянство на състава (ще разгледаме тези основни понятия на химията по-долу). Атомът продължава да се изследва през 20 век, когато се появяват много преки експериментални потвърждения. Те се основават на спектроскопски данни, на разсейване на рентгенови лъчи, алфа частици, неутрони, електрони и др. Размерът на тези частици е приблизително 1 E = 1o -10 m. Масата им е около 10 -27 - 10 -25 килограма. В центъра на тези частици има положително заредено ядро, около което се движат електрони с отрицателен заряд. Размерът на ядрото е около 10 -15 m. Оказва се, че електронната обвивка определя размера на атома, но неговата маса е почти изцяло концентрирана в ядрото. Друго определение трябва да се въведе, когато се разглеждат основните понятия на химията. - вид атом, чийто ядрен заряд е еднакъв.

Често се среща като най-малката частица от вещество, химически неделима. Както вече отбелязахме, разделянето на явленията на физични и химични е произволно. Но съществуването на атомите е безусловно. Затова е по-добре химията да се дефинира чрез тях, а не обратното, атомите чрез химията.

Химическа връзка

Това е, което държи атомите заедно. Не им позволява да се разлетят под въздействието на топлинно движение. Нека отбележим основните характеристики на връзките: междуядрено разстояние и енергия. Това също са основни понятия в химията. Дължината на връзката се определя експериментално с доста висока точност. Енергията също, но не винаги. Например, невъзможно е обективно да се определи какво представлява тя по отношение на отделна връзка в сложна молекула. Обаче енергията на атомизация на веществото, необходима за разрушаване на всички съществуващи връзки, винаги се определя. Познавайки дължината на връзката, можете да определите кои атоми са свързани (те имат късо разстояние) и кои не са (те имат голямо разстояние).

Координационен номер и координация

Основните понятия на аналитичната химия включват тези два термина. Какво имат предвид? Нека да го разберем.

Координационното число представлява броя на най-близките съседи на този конкретен атом. С други думи, това е броят на тези, с които той е химически свързан. Координацията представлява относителната позиция, вида и броя на съседите. С други думи, това понятие е по-смислено. Например координационното число на азота, характерно за молекулите на амоняка и азотната киселина, е еднакво – 3. Координацията им обаче е различна – неравнинна и равнинна. Определя се независимо от идеите за естеството на връзката, докато степента на окисление и валентността са условни понятия, които се създават, за да се предвиди предварително координация и състав.

Дефиниция на молекулата

Вече засегнахме тази концепция, като прегледахме накратко основните понятия и закони на химията. Сега нека го разгледаме по-подробно. Учебниците често определят молекулата като най-малката неутрална частица от вещество, която притежава неговите химични свойства и също така е способна да съществува независимо. Трябва да се отбележи, че тази дефиниция в момента е остаряла. Първо, това, което всички физици и химици наричат ​​молекула, не запазва свойствата на веществото. Водата се дисоциира, но това изисква минимум 2 молекули. Степента на дисоциация на водата е 10 -7. С други думи, само една молекула на 10 милиона може да претърпи този процес, ако имате една молекула или дори сто, няма да можете да получите представа за нейната дисоциация. Факт е, че топлинните ефекти на реакциите в химията обикновено включват енергията на взаимодействие между молекулите. Следователно те не могат да бъдат намерени с помощта на един от тях. Химичните и физичните вещества могат да бъдат идентифицирани само чрез голяма група молекули. Освен това има вещества, в които „най-малката“ частица, способна да съществува независимо, е неограничено голяма и много различна от обикновените молекули. Молекулата всъщност е група от атоми, които не са електрически заредени. В конкретен случай това може да бъде един атом, например Ne. Тази група трябва да може да участва в дифузия, както и в други видове термично движение, действайки като едно цяло.

Както можете да видите, основните понятия на химията не са толкова прости. Молекулата е нещо, което трябва да се изучава внимателно. Той има свои собствени свойства, както и молекулно тегло. Сега ще говорим за последното.

Молекулна маса

Как да се определи молекулното тегло експериментално? Единият начин се основава на закона на Авогадро, базиран на относителната плътност на парите. Най-точният метод е масспектрометрията. Електронът се избива от молекула. Полученият йон първо се ускорява в електрическо поле, след това го отклонете магнитно. Съотношението на заряд към маса се определя именно от големината на отклонението. Има и методи, базирани на свойствата, които притежават разтворите. Във всички тези случаи обаче молекулите със сигурност трябва да са в движение – в разтвор, във вакуум, в газ. Ако не се движат, е невъзможно обективно да се изчисли масата им. И самото им съществуване в случая е трудно забележимо.

Свойства на немолекулните вещества

Когато се говори за тях, се отбелязва, че те се състоят от атоми, а не от молекули. Същото обаче важи и за благородните газове. Тези атоми се движат свободно, следователно е по-добре да ги разглеждаме като едноатомни молекули. Това обаче не е основното. По-важното е, че немолекулните вещества имат много атоми, които са свързани заедно. Трябва да се отбележи, че разделянето на всички вещества на немолекулни и молекулярни е недостатъчно. По-смислено е разделението по свързаност. Помислете например за разликата в свойствата на графита и диаманта. И двете са карбонови, но първата е мека, а втората е твърда. По какво се различават един от друг? Разликата е именно в тяхната свързаност. Ако разгледаме структурата на графита, ще видим, че силните връзки съществуват само в две измерения. Но на трето място междуатомните разстояния са много значителни, следователно няма силна връзка. Графитът се плъзга и лесно се напуква през тези слоеве.

Свързаност на структурата

В противен случай се нарича пространствено измерение. Представлява броя на измеренията на пространството, характеризиращи се с това, че имат непрекъсната (почти безкрайна) система от скелети (силни връзки). Стойностите, които може да приеме, са 0, 1, 2 и 3. Следователно е необходимо да се прави разлика между триизмерно свързани, слоести, верижни и островни (молекулни) структури.

Закон за постоянството на състава

Вече научихме основните понятия на химията. Веществото беше прегледано накратко от нас. Сега нека поговорим за закона, който се прилага за него. Обикновено се формулира по следния начин: всяко отделно вещество (т.е. чисто), независимо от начина, по който е получено, има еднакъв количествен и качествен състав. Но какво означава понятието?

Преди две хиляди години, когато структурата на веществата все още не можеше да се изследва с директни методи, когато познатите ни основни химически понятия и закони на химията дори не съществуваха, тя се определяше описателно. Например водата е течност, която формира основата на моретата и реките. Няма мирис, цвят, вкус. Има такива и такива температури на замръзване и топене, морската вода става синя, защото не е чиста. Въпреки това, солите могат да бъдат разделени чрез дестилация. Приблизително по този начин, използвайки описателен метод, бяха определени основните химични понятия и закони на химията.

За учените от онова време не е било очевидно, че течността, която е изолирана по различни методи (чрез изгаряне на водород, дехидратиране на витриол, дестилация морска вода), има същия състав. Голямо откритие в науката беше доказателството за този факт. Стана ясно, че съотношението на кислорода и водорода не може да се променя плавно. Това означава, че елементите се състоят от атоми - неделими части. Така се получават формули на вещества и се обосновават представите на учените за молекулите.

В днешно време всяко вещество се определя, изрично или имплицитно, предимно чрез неговата формула, а не чрез неговата точка на топене, вкус или цвят. Водата е H 2 O. Ако присъстват други молекули, тя вече няма да бъде чиста. Следователно чисто молекулярно вещество е това, което е съставено от молекули само от един вид.

Но какво да кажем за електролитите в този случай? В крайна сметка те съдържат йони, а не само молекули. Необходимо е по-строго определение. Чисто молекулярно вещество е това, което се състои от молекули от един тип, както и, вероятно, продукти от тяхната обратима бърза трансформация (изомеризация, асоциация, дисоциация). Думата "бързо" в този контекст означава, че не можем да се отървем от тези продукти, те веднага се появяват отново. Думата "обратим" показва, че трансформацията не е завършена. Ако е така, тогава е по-добре да се каже, че е нестабилен. В този случай това не е чисто вещество.

Закон за запазване на масата на материята

Този закон е известен в метафорична форма от древни времена. Той каза, че материята е несътворена и неразрушима. Тогава се появи количествената му формулировка. Според него теглото (а от края на 17 век - масата) е мярка за количеството материя.

Този закон в познатата му форма е открит през 1748 г. от Ломоносов. През 1789 г. той е допълнен от А. Лавоазие, френски учен. Съвременната му формулировка звучи така: масата на веществата, които влизат в химическа реакция, е равна на масата на веществата, които се получават в резултат на нея.

Законът на Авогадро, законът за обемните съотношения на газовете

Последният от тях е формулиран през 1808 г. от J. L. Gay-Lussac, френски учен. В момента този закон се нарича закон на Гей-Лусак. Съгласно него обемите на реагиращите газове се отнасят един към друг, както и към обемите на получените газообразни продукти, като малки цели числа.

Моделът, който Гей-Лусак открива, обяснява закон, който е открит малко по-късно, през 1811 г., от Амедео Авогадро, италиански учен. Той гласи, че при еднакви условия (налягане и температура) газовете с еднакви обеми съдържат еднакъв брой молекули.

Две важни следствия произтичат от закона на Авогадро. Първият е, че при едни и същи условия един мол от всеки газ заема равен обем. Обемът на всеки от тях при нормални условия (които са температура от 0 ° C и налягане от 101,325 kPa) е 22,4 литра. Второто следствие от този закон е следното: при еднакви условия съотношението на масите на газовете с еднакъв обем е равно на съотношението на техните моларни маси.

Има още един закон, който определено трябва да се спомене. Нека поговорим за това накратко.

Периодичен закон и таблица

Д. И. Менделеев, на базата на химични свойстваЕлементите и атомно-молекулярната наука откриха този закон. Това събитие се случи на 1 март 1869 г. Периодичният закон е един от най-важните в природата. Може да се формулира по следния начин: свойствата на елементите и образуваните от тях сложни и прости вещества имат периодична зависимост от зарядите на ядрата на техните атоми.

Периодичната таблица, създадена от Менделеев, се състои от седем периода и осем групи. Неговите вертикални колони се наричат ​​групи. Елементите във всеки от тях имат подобни физични и химични свойства. Групата от своя страна е разделена на подгрупи (главна и второстепенна).

Хоризонталните редове на тази таблица се наричат ​​периоди. Елементите, които се намират в тях, се различават един от друг, но имат и нещо общо – че последните им електрони се намират на едно и също енергийно ниво. Първият период съдържа само два елемента. Това са водород Н и хелий Не. Осем елемента присъстват във втория период. В четвъртия вече има 18 от тях, Менделеев определя този период като първи голям. Петият също има 18 елемента, структурата му е подобна на четвъртата. Шестият съдържа 32 елемента. Седмият не е завършен. Този период започва с Франция (Fr). Можем да предположим, че ще съдържа 32 елемента, точно както шестия. Досега обаче са открити само 24.

Правило за връщане

Съгласно правилото за отскок, всички елементи са склонни да спечелят или загубят електрон, за да имат 8-електронната конфигурация на благородния газ, който е най-близо до тях. Йонизационната енергия е количеството енергия, необходимо за отстраняване на електрон от атом. Правилото за изтласкване гласи, че когато се движите отляво надясно в периодичната таблица, е необходима повече енергия за отстраняване на електрон. Следователно елементите от лявата страна са склонни да губят електрон. Напротив, тези, които са разположени от дясната страна, са нетърпеливи да го придобият.

Накратко очертахме законите и основните понятия на химията. Разбира се, това е просто Главна информация. Невъзможно е да се говори подробно за такава сериозна наука в една статия. Основните понятия и закони на химията, описани накратко в нашата статия, са само отправна точка за по-нататъшно изучаване. В крайна сметка в тази наука има много раздели. Има например органични и неорганична химия. Основните понятия на всеки раздел от тази наука могат да се изучават много дълго време. Но представените по-горе се отнасят до общи въпроси. Следователно можем да кажем, че това са основните понятия на органичната химия, както и на неорганичната химия.

Какво е молекулярна химия

Клон на химията, който изучава молекулите

Молекула (новолат. molecula, умалително от латински moles - маса, най-малката частица от веществото, придаваща му химични свойства. Молекулата се състои от атоми, по-точно от атомни ядра, заобикалящи вътрешни електрони и външни валентни електрони, които образуват химични връзки (вижте Валентност . Вътрешните електрони на атомите обикновено не участват в образуването на химични връзки. Съставът и структурата на молекулите на дадено вещество не зависят от метода на получаването му. В случай на едноатомни молекули (напр. , инертни газове, понятията молекула и атом са еднакви.
Концепцията за молекули е въведена за първи път в химията във връзка с необходимостта да се разграничи молекулата, като най-малкото количество вещество, което влиза в химични реакции, от атом, като най-малкото количество от даден елемент, който е част от молекула (Международен конгрес в Карлсруе, 1860 г.). Основните принципи на структурата на молекулите са установени в резултат на изследване химична реакция, анализ и синтез химични съединения, както и чрез използването на редица физикални методи.
Атомите се комбинират в молекули в повечето случаи чрез химически връзки. Обикновено такава връзка се създава от една, две или три двойки електрони, споделени между два атома. Една молекула може да съдържа положително и отрицателно заредени атоми, т.е. йони; в този случай се реализират електростатични взаимодействия. Освен посочените има и по-слаби взаимодействия между атомите в молекулите. Между валентно несвързаните атоми действат сили на отблъскване.
Съставът на молекулите се изразява с химични формули. Емпиричната формула (например C2H6O за етилов алкохол се установява въз основа на атомното съотношение на елементите, съдържащи се в веществото, определено химичен анализ, И молекулно тегло.
Развитието на изследването на структурата на молекулите е неразривно свързано с успехите, преди всичко на органичната химия. Теория на структурата органични съединения, създаден през 60-те години. 19 век Работите на А. М. Бутлеров, Ф. А. Кекуле, А. С. Купър и др. позволиха да се представи структурата на молекулите чрез структурни формули или структурни формули, изразяващи последователността на валентните химични връзки в молекулите. Със същата емпирична формула могат да съществуват молекули различни структури, имайки различни свойства(феноменът на изомерията. Такива са например етилов алкохол C5H5OH и диметилов етер (CH3)2O. Структурните формули на тези съединения се различават:
В някои случаи изомерните молекули бързо се трансформират една в друга и между тях се установява динамично равновесие (виж Тавтомеризъм. Впоследствие J. H. van't Hoff и независимо един от друг френският химик A. J. Le Bel достигат до разбиране за пространственото разположение на атомите в молекула и за обяснение на явлението стереоизомерия (1893) разшири общите идеи на теорията на структурата до неорганичните комплексни съединения. подробна теорияструктурата на молекулите, основана на изучаването само на техните химични свойства. Забележително е, че преките физични методи на изследване, разработени по-късно, в огромното мнозинство от случаите напълно потвърдиха структурните формули на химията, установени чрез изучаване на макроскопични количества на вещество, а не на отделни молекули.
Във физиката понятието молекули се оказа необходимо за обяснение на свойствата на газовете, течностите и твърди вещества. Пряко експериментално доказателство за съществуването на молекули е получено за първи път чрез изучаване на Брауновото движение

ПОДОБНИ ЗАДАЧИ:

Предмет: