شیمی مولکولی چیست؟ شیمی ارگانیک
مفهوم حالت کوانتومی یک ذره در یک سیستم در مواردی که برهم کنش معتبر است ، معتبر است. بین ذرات می توان یک میدان م effectiveثر خاص را جایگزین کرد و هر ذره را می توان با مجموعه ای از اعداد کوانتومی مشخص کرد. با در نظر گرفتن دقیق سیستم تعامل ذرات ، فقط حالتهای کوانتومی کل سیستم به طور کلی وجود دارد. تقریب یک ذره در قلب روش خود سازگاری قرار دارد. میدان (روش Hartree-Fock ؛ نگاه کنید به روشهای مداری مولکولی) ، که به طور گسترده در نظریه اتم و مول استفاده می شود. طیف ها ، نظریه کوانتومشیمی هنگام توصیف مدلهای پوسته اتم و هسته و غیره
اصل پاولی در چارچوب تقریب یک ذره امکان اثبات دوره ای را فراهم می آورد. سیستم شیمیایی عناصر D.I. مندلیف ، t به. وجود تنها در یک حالت تنها یک الکترون ، توالی پر کردن پوسته های الکترون و دوره تناوبی عناصر sv-in را توضیح می دهد. حداکثر تعداد الکترونهای موجود در پوسته با عدد اصلی کوانتومی n ، طبق اصل پائولی ، با تعداد dec تعیین می شود. مجموعه اعداد کوانتومی l ، ml و ms ، یعنی برابر 2 (2l + 1) = 2n2 است. از این طریق ، اعداد پر شدن پوسته های الکترون به ترتیب افزایش تعداد پوسته بدست می آید: 2 ، 8 ، 18 ، 32 ... آنهایی که میلی لیتر یا ms متفاوت هستند. به طور خاص ، برای پیکربندی الکترونیکی(pr) 2 قانون جمع بردار لحظه های تعداد حرکات شش اصطلاح را ارائه می دهد: 1،3S ، 1،3P 1،3D ، که فقط سه مورد از آنها مجاز است: 1S ، 3P و 1D ، زیرا برای سه باقی مانده شرایط مجموعه اعداد کوانتومی برای دو الکترون یکسان است. در نظر گرفتن اصل پائولی هنگام یافتن حالتهای الکترونیکی مجاز مولکولها و مول نیز ضروری است. مجتمع ها اصل پاولی در صندوق نقش دارد. نقش در نظریه کوانتومی جامدات ، تئوری واکنشهای هسته ای و پیوندهای بین ذرات بنیادی.
16 معنای قانون دوره ایجدول تناوبی عناصر یکی از ارزشمندترین تعمیم های شیمی است. این همانطور که گفته شد ، خلاصه ای از شیمی همه عناصر است ، نمودار که می توانید خواص عناصر و ترکیبات آنها را بخوانید. این سیستم امکان روشن شدن موقعیت ، ارزش جرم اتمی ، ارزش ظرفیت برخی عناصر را فراهم کرد. بر اساس جدول ، می توان وجود و ویژگی های عناصری که هنوز کشف نشده اند را پیش بینی کرد. مندلیف خواص عناصری را که در آن زمان کشف نشده بودند ، پیش بینی و توصیف کرد ، که آنها را ekabor (اسکاندیم) ، ekaaluminium (galium) ، ekasilicium (ژرمانیوم) نامید. مندلیف قانون دوره ای را تدوین کرد و نمایش گرافیکی آن را پیشنهاد کرد ، اما در آن زمان تعیین ماهیت دوره ای غیرممکن بود. دلیل دوره ای بودن تغییرات در خواص و ترکیبات آنها مشخص نشد. معنای قانون دوره ای بعداً در ارتباط با اکتشافات مربوط به ساختار اتم آشکار شد.
نظریه ساختار اتم
اتم یک ذره از نظر الکتریکی خنثی است که از یک هسته با بار مثبت و الکترونهای با بار منفی تشکیل شده است.
ساختار هسته های اتمی
هسته اتمی از دو نوع ذرات اولیه تشکیل شده است: پروتون (p) و نوترون (n). مجموع پروتونها و نوترونها در هسته یک اتم را عدد نوکلئون می نامند: جایی که A عدد نوکلئون است ، N تعداد نوترونها است ، Z تعداد پروتونها است.
پروتونها دارای بار مثبت (1) ، نوترونها بدون بار (0) ، الکترونها دارای بار منفی (- 1) هستند. جرم های یک پروتون و یک نوترون تقریباً یکسان هستند ، مساوی 1 در نظر گرفته می شوند. جرم الکترون بسیار کمتر از جرم پروتون است ، بنابراین در شیمی با فرض اینکه کل جرم یک اتم در هسته خود متمرکز شده است. تعداد پروتونهای دارای بار مثبت در هسته برابر با تعداد الکترونهای دارای بار منفی است ، یعنی اتم به طور کلی از نظر الکتریکی خنثی است. اتم هایی با بار اتمی یکسان ، یک عنصر شیمیایی را جمع می کنند. اتمهای عناصر مختلف را نوکلید می نامند.
17.
پیوند شیمیایی برهمکنش دو اتم است که با تبادل الکترون انجام می شود. هنگامی که یک پیوند شیمیایی شکل می گیرد ، اتم ها تمایل دارند پوسته بیرونی پایدار هشت الکترون (یا دو الکترون) داشته باشند که مربوط به ساختار اتم نزدیکترین گاز بی اثر است. انواع پیوندهای شیمیایی زیر وجود دارد: کووالانسی (قطبی و غیر قطبی ؛ مبادله و پذیرنده) ، یونی ، هیدروژنی و فلزی.
18. پیوند کوالانسی- بیشترین فرم کلیپیوند شیمیایی ناشی از اجتماعی شدن یک جفت الکترون از طریق مکانیسم تبادل ، هنگامی که هر یک از اتم های متقابل یک الکترون را تأمین می کند ، یا از طریق مکانیسم اهدا کننده-پذیرنده ، اگر یک جفت الکترون برای استفاده مشترک توسط یک اتم (اهدا کننده) به اتم دیگر منتقل شود. اتم (پذیرنده)
یک مثال کلاسیک از پیوند کووالانسی غیرقطبی (تفاوت در الکترون منفی بودن آن صفر است) در مولکولهای هم هسته ای مشاهده می شود: H - H ، F - F. انرژی یک پیوند دو الکترونی دو مرکزی در محدوده 200-2000 کیلوژولمول-1 است.
هنگامی که یک پیوند کووالانسی هترواتومی ایجاد می شود ، یک جفت الکترون به سمت یک اتم الکترونگاتیو بیشتر جابجا می شود ، که چنین پیوندی را قطبی می کند. یونی بودن پیوند قطبی در درصد با استفاده از رابطه تجربی 16 (χA - χB) + 3.5 (χA - χB) 2 محاسبه می شود ، جایی که χA و χB الکترون منفی بودن اتم های A و B مولکول AB هستند. یک پیوند کووالانسی علاوه بر قطبی شدن ، دارای خاصیت اشباع است - توانایی یک اتم در ایجاد پیوندهای کووالانسی به اندازه اوربیتالهای اتمی که از نظر انرژی در دسترس هستند.خواص مشخصه پیوند کووالانسی - جهت ، اشباع ، قطبیت ، قطبی بودن - ویژگی های شیمیایی و فیزیکی ترکیبات را تعیین می کند.
جهت پیوند به دلیل ساختار مولکولی ماده و شکل هندسی مولکول آنها است. زوایای بین دو پیوند را زاویه پیوند می گویند.
اشباع توانایی اتم ها برای ایجاد تعداد محدودی پیوند کووالانسی است. تعداد پیوندهای تشکیل شده توسط یک اتم با تعداد مداری اتمی خارجی آن محدود می شود.
قطبیت پیوند به دلیل توزیع ناهموار چگالی الکترون به دلیل تفاوت در الکترونگاتیوی اتم ها است. بر این اساس ، پیوندهای کووالانسی به دو قطبی و قطبی تقسیم می شوند.
قطبی بودن یک پیوند در جابجایی الکترونهای پیوند تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی ، از جمله یک ذره واکنش دهنده دیگر بیان می شود. قطبی شدن توسط حرکت الکترون تعیین می شود. قطبیت و قطبیت پذیری پیوندهای کووالانسی واکنش پذیری مولکول ها را با توجه به معرف های قطبی تعیین می کند.
19 پیوند یونی- یک مورد خاص کووالانسی ، زمانی که جفت الکترون تشکیل شده به طور کامل به یک اتم الکترونگاتیوی بیشتر تعلق دارد ، که تبدیل به یک آنیون می شود. اساس تفکیک این پیوند به یک نوع جداگانه این واقعیت است که ترکیبات با چنین پیوندی را می توان در تقریب الکترواستاتیک با توجه به پیوند یونی ناشی از جذب یونهای مثبت و منفی توصیف کرد. تعامل یونهای علامت مخالف به جهت بستگی ندارد و نیروهای کولن دارای ویژگی اشباع نیستند. بنابراین ، هر یون در یک ترکیب یونی ، چنین تعدادی یون از علامت مخالف را جذب می کند تا یک شبکه کریستالی از نوع یونی تشکیل دهد. در کریستال یونی هیچ مولکولی وجود ندارد. هر یون با تعداد معینی یون با علامت متفاوت احاطه شده است (شماره هماهنگی یون). جفت های یونی می توانند در حالت گازی به عنوان مولکول های قطبی وجود داشته باشند. در حالت گازی ، NaCl دارای یک گشتاور دوقطبی ~ 3 ∙ 10–29 C ∙ m، است که مربوط به جابجایی 0.8 بار بار الکترون به طول پیوند 0.236 نانومتر از Na به Cl است ، یعنی Na0.8 + Cl0. 8–.الکترونگاتیوی (χ) یک ویژگی شیمیایی اساسی یک اتم است ، ویژگی کمی از توانایی یک اتم در یک مولکول برای جابجایی جفت الکترون های مشترک به سمت خود است.
مفهوم مدرن الکترونگاتیوی اتمها توسط شیمیدان آمریکایی L. Pauling مطرح شد. ل. پاولینگ از مفهوم الکترون منفی برای توضیح این واقعیت استفاده کرد که انرژی پیوند هترواتمی A-B (A ، B نمادهای هر عنصر شیمیایی هستند) به طور کلی بیشتر از میانگین هندسی پیوندهای همواتمی A-A و B-B است.
در حال حاضر ، روشهای مختلفی برای تعیین الکترونگاتیوی اتمها وجود دارد که نتایج آنها به استثنای تفاوتهای نسبتاً کوچک با یکدیگر مطابقت خوبی دارند و در هر صورت از نظر داخلی سازگار هستند.
پیوند فلزیدر نتیجه جابجایی جزئی الکترونهای ظرفیت ، که نسبتاً آزاد در شبکه فلزی حرکت می کنند ، ایجاد می شود و با یونهای دارای بار مثبت تعامل الکترواستاتیک دارد. نیروهای اتصال موضعی نیستند و جهت ندارند ، و الکترونهای محوری شده باعث هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی می شوند.
پیوند هیدروژنی.شکل گیری آن به این دلیل است که در نتیجه جابجایی شدید یک جفت الکترون به سمت یک اتم الکترونگاتیو ، یک اتم هیدروژن با بار مثبت م canثر می تواند با یک اتم الکترون منفی دیگر (F ، O ، N ، کمتر Cl ، Br، S). انرژی چنین برهم کنش الکترواستاتیک 20-100 کیلوژولمول - 1 است. پیوندهای هیدروژنی می توانند درون و بین مولکولی باشند. یک پیوند هیدروژنی درون مولکولی ، به عنوان مثال ، در استیل استون ایجاد می شود و با بسته شدن چرخه همراه می شود.
20. مفهوم "هیبریداسیون" در شیمی توسط شیمی دان آمریکایی لینوس پاولینگ برای توضیح ساختار مولکولهایی مانند متان پیشنهاد شد.
از نظر تاریخی فقط برای مولکول های ساده استفاده می شد ، اما بعداً به مولکول های پیچیده تر گسترش یافت. بر خلاف نظریه مداری مولکولی ، این مقدار کمی نیست ، به عنوان مثال ، قادر به پیش بینی طیف فوتوالکترون حتی مولکولهای ساده مانند آب نیست. بنابراین ، در حال حاضر عمدتا برای اهداف آموزشی و در شیمی آلی مصنوعی استفاده می شود.
سه نوع هیبریداسیون وجود دارد:
هیبریداسیون Sp
زمانی اتفاق می افتد که یک اوربیتال s- و یک p- مخلوط می شوند. دو اوربیتال sp-atomic معادل تشکیل شده است که بصورت خطی در زاویه 180 درجه قرار گرفته و در جهت های مختلف از هسته اتم کربن هدایت می شوند. دو اوربیتال p غیر هیبرید باقی مانده در صفحات عمود بر یکدیگر قرار دارند و در تشکیل پیوندهای 0 ؛ شرکت می کنند ، یا در جفت های الکترون درگیر هستند ، طول 0.120 نانومتر است.
هیبریداسیون Sp²
زمانی اتفاق می افتد که یک اوربیتال s و دو p مخلوط می شوند. سه مداری ترکیبی با محورهایی که در یک صفحه قرار گرفته اند و با زاویه 120 درجه به رأس مثلث هدایت می شوند ، تشکیل شده است. مداری p- اتمی غیر ترکیبی عمود بر صفحه است و ، به عنوان یک قاعده ، در تشکیل پیوندهای `0` شرکت می کند ، طول 0.134 نانومتر است.
هیبریداسیون Sp³
زمانی اتفاق می افتد که یک اوربیتال s- و سه p با هم مخلوط شوند. چهار مداری یکسان ظاهر می شوند که نسبت به یکدیگر در زاویه های چهارضلعی 109 درجه 28 اینچ (109.47 درجه) ، طول 0.154 نانومتر واقع شده اند.روش مداری مولکولیاز این واقعیت ناشی می شود که هر مداری مولکولی به عنوان یک مجموعه جبری (ترکیب خطی) از مداری اتمی نشان داده می شود. به عنوان مثال ، در یک مولکول هیدروژن ، فقط اوربیتالهای اتمی 1s دو اتم هیدروژن می توانند در تشکیل MOs شرکت کنند ، که دو MO ایجاد می کند ، که مجموع و تفاوت اوربیتالهای اتمی 1s1 و 1s2 - MO ± = C11s1 ± C21s2 است.
21.
پیوند فلزی پیوندی بین یونهای مثبت در بلورهای فلزی است که با جذب الکترونهایی که آزادانه در اطراف کریستال حرکت می کنند انجام می شود. مطابق موقعیت در سیستم تناوبی ، اتم های فلز دارای هیچ عدد بزرگالکترون های ظرفیت این الکترونها نسبتاً ضعیف به هسته های خود متصل شده اند و به راحتی می توانند از آنها جدا شوند. در نتیجه ، یونهای دارای بار مثبت و الکترونهای آزاد در شبکه کریستالی فلز ظاهر می شوند. بنابراین ، در شبکه کریستالی فلزات آزادی زیادی در حرکت الکترونها وجود دارد: برخی از اتمها الکترونهای خود را از دست می دهند و یونهای حاصله می توانند این الکترونها را از "گاز الکترون" دریافت کنند. در نتیجه ، فلز مجموعه ای از یونهای مثبت است که در موقعیتهای خاصی از شبکه کریستالی قرار گرفته اند و تعداد زیادی از الکترونها نسبتاً آزادانه در زمینه مراکز مثبت حرکت می کنند. این تفاوت مهمی بین پیوندهای فلزی و پیوندهای کووالانسی است که جهت گیری دقیقی در فضا دارند.
پیوند فلزی نیز از نظر قدرت با پیوند کووالانسی متفاوت است: انرژی آن 3-4 برابر کمتر از انرژی پیوند کووالانسی است.
انرژی پیوند ، انرژی مورد نیاز برای شکستن پیوند شیمیایی در همه مولکولهای تشکیل دهنده یک مول ماده است. انرژی پیوندهای کوالانسی و یونی معمولاً زیاد است و مقدار آن بین 100 تا 800 کیلوژول بر مول است.
22. پیوند هیدروژنی (پیوند H) نوع خاصی از تعامل بین گروههای واکنشی است ، در حالی که یکی از گروهها حاوی اتم هیدروژن مستعد چنین تعاملی است. پیوند هیدروژنی یک پدیده جهانی است که همه شیمی را در بر می گیرد. برخلاف پیوندهای شیمیایی معمولی ، پیوند H در نتیجه سنتز هدفمند ظاهر نمی شود ، بلکه در شرایط مناسب بوجود می آید و خود را در قالب برهم کنش های بین مولکولی یا درون مولکولی نشان می دهد.ویژگی های پیوند هیدروژنی ویژگی متمایزپیوند هیدروژنی - استحکام نسبتاً کمی ، انرژی آن 5-10 برابر کمتر از انرژی یک پیوند شیمیایی است. از نظر انرژی ، موقعیت متوسطی بین پیوندهای شیمیایی و فعل و انفعالات وندر والس ، آنهایی که مولکول ها را در فاز جامد یا مایع نگه می دارند ، دارد.در شکل گیری پیوند H ، نقش منفی را الکترون منفی بودن اتم های شرکت کننده در پیوند - توانایی بیرون کشیدن الکترون های پیوند شیمیایی از اتم - شریک شرکت کننده در این پیوند ، ایفا می کند. در نتیجه ، بار منفی منفی d- بر روی اتم A با افزایش الکترو منفی منفی ظاهر می شود و در اتم شریک - d مثبت ، پیوند شیمیایی در این حالت قطبی می شود: Аd -– Нd +.
توضیح کوتاه
تولید کودهای معدنی کلان و ریز مغذی و فسفاتهای خوراکی. معرفی آهک ، گچ و سایر مواد برای بهبود ساختار خاک. کاربرد مواد شیمیاییحفاظت از گیاهان: علف کش ها ، زئوسیدها و حشره کش ها و غیره استفاده از محرک های رشد و باردهی گیاه در پرورش گیاهان. توسعه روشهای رشد محصولات کشاورزی پاک از نظر زیست محیطی. افزایش بهره وری حیوانات با کمک محرک های رشد ، افزودنی های مخصوص خوراک. تولید و کاربرد مواد پلیمریبرای کشاورزی... تولید مواد برای ابزارهای مکانیزه در مقیاس کوچک مورد استفاده در کشاورزی. هدف اصلی شیمیایی شدن کشاورزی اطمینان از رشد تولید ، بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری محصولات کشاورزی و افزایش کارایی کشاورزی و دامداری است. برای مبارزه با آفات ، علف های هرز و بیماری ها در کشور ما ، سالانه بیش از 500 هزار تن آفت کش تولید می شود. استفاده از آنها به شما امکان می دهد تا صدها هزار تن محصول در سال ذخیره کنید.
توسعه حوزه ای به نام شیمی فوق مولکولی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. تعاریف و مفاهیم اساسی این رشته ارائه شده است. مطالعاتی که پایه های شیمی فوق مولکولی را پایه گذاری کرد ، در زمینه تاریخی مورد توجه قرار گرفته است. نمونه هایی از برخی از اشیاء معمولی آن - کلاترات و سیکلودکسترین - ارائه شده است. یادآور می شود که آخرین پیشرفت ها در شیمی فوق مولکولی و نویدبخش ترین زمینه های استفاده از آن مربوط به فرآیندهای خود مونتاژ و خود سازماندهی است که به ویژه می توان آنها را در سنتز فوق مولکولی و ایجاد دستگاه های مولکولی و فوق مولکولی پیاده سازی کرد.
سوپرا شیمی مولکولی... زمینه
شیمی فوق مولکولی یکی از جوانترین و در عین حال به سرعت در حال توسعه رشته های شیمی است. برای 25 - 30 سال از وجود آن ، او قبلاً موفق شده است مجموعه ای از آن را پشت سر بگذارد مراحل مهم، اما در عین حال ، ایده ها و مفاهیم اساسی این رشته هنوز به طور کلی شناخته نشده و به طور کلی پذیرفته شده است. در مرور پیشنهادی ، ما سعی کردیم توسعه رشته ای از علوم به نام شیمی فوق مولکولی را ردیابی کنیم ، موفق ترین تعاریف از وظایف اصلی و مهمترین مفاهیم را شناسایی کرده و همچنین به طور کلی توضیح دهیم وضعیت هنرو چشم اندازها
اصطلاح "شیمی فوق مولکولی" و مفاهیم اساسی این رشته توسط دانشمند فرانسوی J.-M. لن در سال 1978 به عنوان بخشی از توسعه و تعمیم آثار قبلی (به ویژه ، در سال 1973 ، عبارت "ابرمولکول" در آثار او ظاهر شد). شیمی فوق مولکولی با این کلمات تعریف شد: "همانطور که یک رشته شیمی مولکولی بر اساس پیوندهای کووالانسی وجود دارد ، یک رشته شیمی فوق مولکولی ، شیمی مجموعه های مولکولی و پیوندهای بین مولکولی نیز وجود دارد." متعاقباً ، این تعریف اولیه بارها و بارها دوباره فرموله شد. نمونه ای از تعریف دیگری که لن ارائه کرده است: "شیمی فوق مولکولی" شیمی خارج از مولکول "است که ساختار و عملکرد ارتباطات دو یا چند ذره شیمیایی را که توسط نیروهای بین مولکولی کنار هم نگه داشته شده است ، مطالعه می کند."
در بسیاری از موارد ، اجزایی که سیستمهای فوق مولکولی را تشکیل می دهند (به قیاس سیستمهایی که در زیست شناسی مولکولی در نظر گرفته شده اند) گیرنده مولکولی و یک بستر نامیده می شود ، دومی جزء کوچکتر است ، که اتصال آنها باید انجام شود.
برای توصیف کافی یک شیء شیمیایی ، لازم است عناصر و انواع پیوندهای بین آنها و همچنین ویژگی های فضایی (هندسی ، توپولوژیکی) مشخص شود. اجسام شیمی فوق مولکولی ، ابرمولکول ها از یقین یکسانی با تک تک مولکول های تشکیل دهنده آنها برخوردارند. ما می توانیم بگوییم "ابر مولکولها در رابطه با مولکولها همانند مولکولها در رابطه با اتمها هستند و نقش پیوندهای کووالانسی در ابر مولکولها توسط برهمکنشهای بین مولکولی ایفا می شود."
به گفته لن ، شیمی فوق مولکولی را می توان به دو منطقه وسیع و تا حدی همپوشان تقسیم کرد:
- شیمی ابر مولکولها - ذرات الیگومولکولی مشخص که از پیوند بین مولکولی چند جزء ناشی می شوند - گیرنده و بستر (های) آن و بر اساس اصل تشخیص مولکولی ساخته شده اند.
- شیمی مجموعه های مولکولی - سیستم های چند مولکولی که در نتیجه ارتباط خود به خودی تعداد نامحدودی از اجزای تشکیل دهنده با گذار به یک مرحله خاص ، که دارای یک سازمان میکروسکوپی کم و بیش مشخص است و ویژگی های آن بستگی به ماهیت آن دارد (به عنوان مثال ، کلاترات ، غشاها ، وزیکول ها ، میسل).
تشکیلات فوق مولکولی را می توان با آرایش فضایی اجزا ، معماری آنها ، "زیرساخت" و همچنین انواع فعل و انفعالات بین مولکولی که اجزاء را در کنار هم نگه می دارند ، مشخص کرد. مجموعه های فوق مولکولی دارای ویژگیهای ساختاری ، ساختاری ، ترمودینامیکی ، جنبشی و پویایی هستند. انواع مختلففعل و انفعالاتی که از نظر قدرت ، جهت ، وابستگی به فواصل و زوایای آنها متفاوت است: فعل و انفعالات هماهنگی با یونهای فلزی ، نیروهای الکترواستاتیک ، پیوندهای هیدروژنی ، فعل و انفعالات ون در والس ، فعل و انفعالات دهنده و پذیرنده و غیره. از ضعیف یا متوسط ، مانند تشکیل پیوندهای هیدروژنی ، تا قوی و بسیار قوی ، مانند تشکیل پیوندهای هماهنگی با یک فلز. با این حال ، به طور کلی ، فعل و انفعالات بین مولکولی ضعیف تر از پیوندهای کووالانسی هستند ، به طوری که همبستگی های فوق مولکولی از نظر ترمودینامیکی کمتر پایدار هستند ، از نظر جنبشی بیشتر ناپایدار هستند و از نظر پویایی انعطاف پذیرتر از مولکول ها هستند.
بنابراین ، شیمی فوق مولکولی دربرگیرنده است و به فرد اجازه می دهد همه انواع وابستگی های مولکولی را از نقطه نظر یکپارچه ، از کوچکترین ممکن (دیمر) تا بزرگترین (مراحل سازمان یافته) در نظر بگیرد. باید بار دیگر تأکید کرد که اجسام شیمی فوق مولکولی لزوماً شامل بخشهایی (زیرسیستم) هستند که به صورت کووالانسی به هم متصل نیستند.
لن پیشنهاد کرد که گذار از شیمی مولکولی به شیمی فوق مولکولی با طرحی که در شکل نشان داده شده است نشان داده شود. 1
وظایف اصلی ابرمولکولها تشخیص مولکولی ، تبدیل (کاتالیز) و انتقال است. ابر مولکولهای عملکردی ، همراه با مجموعه ها و فازهای چند مولکولی سازمان یافته ، می توانند برای ایجاد دستگاههای مولکولی و فوق مولکولی استفاده شوند.علاوه بر لن ، باید به CJ Pedersen و DJ Krum نیز اشاره کرد که کار و تحقیقات آنها نقش مهمی در توسعه شیمی فوق مولکولی ایفا کرد. در سال 1987 ، این سه دانشمند جایزه گرفتند جایزه نوبلدر شیمی (برای سهم تعیین کننده در توسعه شیمی ترکیبات macroheterocyclic قادر به تشکیل مجتمع های مولکولی از نوع "میزبان-مهمان").
تحقیقاتی که پایه و اساس شیمی فوق مولکولی را پایه گذاری کرد
ریشه های مفاهیم اساسی شیمی فوق مولکولی را می توان در آثاری که در گذشته و در آغاز این قرن انجام شده است ، یافت. بنابراین ، P. Ehrlich در سال 1906 در واقع مفهوم گیرنده و یک بستر را معرفی کرد و تأکید کرد که مولکول ها در صورت عدم اتصال اولیه به یکدیگر ، با یکدیگر واکنش نشان نمی دهند. با این حال ، صحافی نباید هر گونه باشد ، بلکه انتخابی است. فیشر در سال 1894 بر این نکته تاکید کرد که اصل "قفل کلید" را بیان کرد - این اصل فرض می کند که تشخیص مولکولی بر اساس مکاتبات استریک ، مکمل هندسی گیرنده و بستر است. سرانجام ، اتصال انتخابی مستلزم تعامل ، قرابت بین شرکا است و ریشه های این ایده را می توان در آثار A. Werner یافت ، که شیمی فوق مولکولی را از این نظر تعمیم و توسعه شیمی هماهنگ می کند.
به گفته J.-M. کتان ، این سه مفهوم - تثبیت (اتصال) ، تشخیص و هماهنگی - پایه و اساس شیمی فوق مولکولی را ایجاد کرد.
برخی دیگر از مفاهیم شیمی فوق مولکولی نیز به مدت طولانی شناخته شده است. حتی اصطلاح « Übermolecule "، یعنی ابر- یا ابرمولکول ، در اواسط دهه 30 معرفی شد. قرن ما برای توصیف بیشتر سطح بالاسازمانی که از ارتباط مولکولهای اشباع هماهنگ ناشی می شود (به عنوان مثال ، در طول تشکیل دایمر اسید استیک). نقش حیاتی سازمان فوق مولکولی در زیست شناسی به خوبی شناخته شده است.
با این حال ، ظهور و توسعه شیمی فوق مولکولی به عنوان یک زمینه مستقل در سیستم علوم شیمیایی بسیار دیرتر اتفاق افتاد. در اینجا چیزی است که J.-M. لن در کتاب خود: "... برای ظهور و توسعه سریع یک رشته علمی جدید ، ترکیبی از سه شرط لازم است. اول ، لازم است یک پارادایم جدید را که اهمیت مشاهدات ، داده ها ، نتایج متفاوت و ظاهراً بی ربط را نشان می دهد ، تشخیص داده و آنها را در یک کل واحد منسجم متحد کند. ثانیاً ، ابزارهایی برای مطالعه اجسام در این منطقه مورد نیاز است ، و در اینجا توسعه روشهای فیزیکی مدرن برای مطالعه ساختار و خواص (طیف سنجی IR ، UV و به ویژه NMR ، طیف سنجی جرمی ، پراش اشعه X و غیره) تعیین کننده بوده است. نقش در شیمی فوق مولکولی. به فرد اجازه می دهد حتی مجموعه های فوق مولکولی نسبتاً ناپایدار را که دارای فعل و انفعالات غیر کووالانسی کم انرژی هستند ، مطالعه کند. ثالثاً ، آمادگی جامعه علمی برای درک پارادایم جدید ضروری است تا این رشته جدید نه تنها در بین متخصصانی که مستقیماً با آن برخورد می کنند ، بلکه در زمینه های نزدیک (و نه بسیار نزدیک) علم پاسخی پیدا کند. بنابراین تا آنجا که می توان بر اساس سرعت سریع توسعه و نفوذ به سایر رشته ها در 25 سال گذشته قضاوت کرد ، در مورد شیمی فوق مولکولی اتفاق افتاد.
به گفته لن ، "... شیمی فوق مولکولی که امروزه می شناسیم با مطالعه اتصال انتخابی کاتیونهای فلز قلیایی توسط لیگاندهای طبیعی و مصنوعی ماکروسیکلیک و ماکروپولیسیکلیک ، اترهای تاج دار و کریپتاند آغاز شد."
در میان چنین ترکیبات طبیعی ، قبل از هر چیز آنتی بیوتیک والینومایسین باید ذکر شود. رمزگشایی ساختار آن در سال 1963 ، که دانشمندان اتحاد جماهیر شوروی به سرپرستی یو ا. اوچینیکف در آن مشارکت زیادی داشتند ، از محدوده کشف معمول فراتر رفت. این دپسیپپتید چرخه ای (از بقایای اسید آمینه و هیدروکسی اسید متصل به پیوندهای آمیدی و استری ساخته شده است) اولین مورد در بین عوامل شلات کننده فعال غشایی یا یونوفورها بود. چنین نامهایی منعکس کننده توانایی این مواد برای دادن ترکیبات پیچیده با کاتیونهای قلیایی در محلولها و انتقال کاتیون محدود شده از طریق غشاهای بیولوژیکی است. با کشف یونوفورها ، تبدیل شد فرصت واقعیتنظیم هدفمند شار یونها در سیستمهای زنده در سال 1978 ، اوچینیکوف و همکارانش جایزه لنین را به دلیل فعالیت خود در زمینه کمپلکس های فعال غشایی دریافت کردند.
شیمی مولکولی چیست؟
شاخه ای از شیمی که مولکول ها را مطالعه می کند
مولکول (مولکول novolat ، کوچک از خال های لاتین - جرم ، کوچکترین ذره یک ماده ، دارای خواص شیمیایی است. یک مولکول از اتم ها ، به طور دقیقتر - از هسته های اتمی تشکیل شده است ، آنها را با الکترونهای داخلی و الکترونهای ظرفیتی خارجی که پیوندهای شیمیایی را تشکیل می دهند ، احاطه کرده است. الکترونهای داخلی اتمها معمولاً در تشکیل پیوندهای شیمیایی شرکت نمی کنند. ترکیب و ساختار مولکولهای یک ماده معین بستگی به روش تولید آن ندارد. در مورد مولکولهای تک اتمی (به عنوان مثال ، گازهای بی اثر ، مفاهیم یک مولکول و یک اتم یکسان هستند.
برای اولین بار ، مفهوم مولکولها در ارتباط با نیاز به تشخیص یک مولکول به عنوان کوچکترین مقدار ماده ای که وارد واکنشهای شیمیایی می شود ، از اتم به عنوان کوچکترین مقدار یک عنصر معین که بخشی از یک مولکول (کنگره بین المللی در کارلسروهه ، 1860). در نتیجه مطالعه ، الگوهای اساسی ساختار مولکول ها ایجاد شد واکنشهای شیمیایی، تجزیه و تحلیل ترکیبات شیمیایی و همچنین استفاده از تعدادی روش فیزیکی.
اتمها در بیشتر موارد توسط پیوندهای شیمیایی به مولکولها ترکیب می شوند. به عنوان یک قاعده ، چنین پیوندی توسط یک ، دو یا سه جفت الکترون ایجاد می شود ، که مشترکاً دارای دو اتم هستند. یک مولکول می تواند حاوی اتمهای دارای بار مثبت و منفی باشد ، یعنی یونها. در این مورد ، فعل و انفعالات الکترواستاتیک تحقق می یابد. علاوه بر موارد ذکر شده ، برهمکنش ضعیف تری بین اتم ها در مولکول ها نیز وجود دارد. نیروهای دافعه بین اتم های بدون پیوند ظرفیت عمل می کنند.
ترکیب مولکول ها با فرمول های شیمیایی بیان می شود. یک فرمول تجربی (به عنوان مثال ، C2H6O برای الکل اتیلیک بر اساس نسبت اتمی عناصر موجود در ماده ، تعیین شده توسط تجزیه و تحلیل شیمیایی ، و وزن مولکولی.
توسعه نظریه ساختار مولکولها با موفقیتهای شیمی شیمی آلی پیوند ناگسستنی دارد. نظریه ساختاری ترکیبات آلی، در دهه 60 ایجاد شد. قرن 19 از طریق آثار A.M.Butlerov ، F.A.Kekule ، A.S. Cooper و دیگران ، وی امکان نمایش ساختار مولکولها را با فرمولهای ساختاری یا فرمولهای ساختاری که توالی پیوندهای شیمیایی ظرفیت را در مولکولها بیان می کنند ، فراهم کرد. با همان فرمول تجربی ، مولکولها می توانند وجود داشته باشند ساختار متفاوتداشتن خواص مختلف(پدیده ایزومریسم. برای مثال ، الکل اتیل C5H5OH و دی متیل اتر (CH3) 2O. فرمول های ساختاری این ترکیبات متفاوت است:
در برخی موارد ، مولکولهای ایزومر به سرعت یکدیگر را به یکدیگر تبدیل می کنند و تعادل پویایی بین آنها برقرار می شود. مولکول و توضیح پدیده استریو ایزومریسم. A. Werner (1893) گسترش یافت ایده های کلینظریه ساختار ترکیبات پیچیده معدنی در آغاز قرن بیستم. شیمی داشت نظریه تفصیلیساختار مولکولها ، از مطالعه فقط آنها خواص شیمیایی... قابل توجه است که روشهای فیزیکی مستقیم تحقیق ، که بعداً توسعه یافتند ، در اکثریت قریب به اتفاق موارد ، فرمولهای شیمیایی شیمی را که با مطالعه مقادیر ماکروسکوپی یک ماده و نه مولکولهای جداگانه ایجاد شده بود ، کاملاً تأیید کرد.
در فیزیک ، مفهوم مولکول ها برای توضیح خواص گازها ، مایعات و مواد جامد... اولین آزمایش مستقیم وجود مولکولها برای اولین بار در مطالعه حرکت براونی به دست آمد
مشاغل مشابه:
موضوع:
صفحه 1
شیمی مولکولها ، مانند C2H2 ، N2H2 و H2O2 ، توسط اوربیتالهای تشکیل شده از ترکیب px - و py - A تعیین می شود. در استیلن خطی ، این اوربیتالها باعث ایجاد hcv پرشده - و icg آزاد - اوربیتالها (Ch مولکول به طور طبیعی تقارن محوری دارد.
شیمی مولکول مونوکسید کربن را می توان تا حدی با این شکل به خوبی توضیح داد ، که معادل آن از نظر نظریه مدارهای مولکولی در اینجا در نظر گرفته نشده است. در این ساختار ، کربن دارای یک جفت الکترون جدا شده و یک مدار پر نشده است ، زیرا هسته کربن به جای اکتت معمولی تنها توسط یک مجموعه الکترون الکترون ای احاطه شده است. بر اساس این ملاحظات ، می توان انتظار داشت که مونوکسید کربن همچنین قادر به تعامل با گروه های نوکلئوفیلیک است ، به عنوان مثال ، بازها ، که می توانند منبع الکترون برای پر کردن یک هشتا باشند. در واقع ، واکنشهای مشابه مونوکسید کربن شناخته شده است. برخی از آنها نیز در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
شیمی مولکول ها همچنان شیمی آلی مدرن است. با این حال ، برای ترکیبات معدنی ، شکل مولکولی وجود یک ماده فقط برای حالت گاز و بخار مشخص است.
شیمی آلی مدرن همچنان شیمی مولکول ها است و اکثر مواد معدنی ساختار مولکولی ندارند. در مورد دوم ، ماکروبودها یا از اتمهای یکسانی تشکیل شده اند عنصر شیمیایی، یا از اتمهای عناصر مختلف. به رسمیت شناختن شکل غیر مولکولی وجود یک جامد منجر به نیاز به تجدید نظر در برخی از مفاهیم اتمیسم شیمیایی ، برای مدرن سازی قوانین و مفاهیم اساسی معتبر برای شیمیایی پنوماتیک (گاز) می شود.
در شیمی مولکولها ، دو اصل وجود دارد.
همانطور که در شیمی مولکولها ، در شیمی هسته ایواکنشهای گرمازا و گرمازدنی احتمالی. تعیین میزان و نشانه اثر حرارتی واکنشها را می توان با استفاده از قانون معادل جرم و انرژی انجام داد.
نظریه گروه در اینجا بسیار بیشتر از شیمی مولکولی کاربرد دارد. در عین حال ، امکان استخراج قاعده های طیف جرم ذرات از اصول بنیادی ، مثلاً از هندسه زمین شناسی ، در اینجا بسیار مشکل تر از امکان محاسبه انرژی اتصال یک مولکول با استفاده از معادله شرودینگر است.
چنین تمایلی برای گسترش ایده ها و نظریه هایی که در اعماق شیمی آلی (شیمی مولکول ها) رشد کرده اند. شیمی معدنیمعلوم شد ، همانطور که اکنون برای ما روشن است ، عمدتا غیرقانونی است زیرا ترکیبات معدنی ، به طور معمول ، سیستمهای غیر مولکولی هستند. در سیستم های مشابه ، پیوندهای یونی به جای کووالانسی غالب هستند. ویژگی بارز ترکیبات پیچیده این است که آنها ترکیب مولکول ها هستند نه اتم.
در ابتدا ، این فقط مربوط به عوامل همکار بود ، که با این حال ، اغلب بر اساس تجزیه و تحلیل ساختارهای بلوری یافت می شد و با وجود کمبود مواد در ارتباط با شیمی مولکول ها و کریستال ، به شیمی مولکولی منتقل می شد. علم شیمی. برای ترکیب کلاس های خاص ، این نسبت ها به قدری ساده هستند که به فرد اجازه می دهد تا از قبل ظرفیت های خاصی را به ذرات اختصاص دهد ، که از آنها می توان ضرایب واقعی را بدست آورد. نباید از نظر دور داشت که این قاعده (که به دلیل مشکلات متعدد نمی تواند به طور کلی برای ترکیبات شیمیایی بدیهی تلقی شود) فقط به دلایل ژئوشیمیایی به سرعت تشخیص داده شد. اکسیژن است عنصر اصلی و حیاتیلیتوسفر بیرونی ، و بر اساس رابطه بین تعداد اتم های اکسیژن و سایر عناصر در ترکیبات اکسیژن بود که این قاعده بدست آمد که هرگونه رابطه استوکیومتری برای ارتباطات خنثی از نظر الکتریکی غیرممکن است.
در ابتدا ، فقط در مورد ضرایب بود ، که با این حال ، اغلب بر اساس تجزیه و تحلیل ارتباطات ساختاری کریستالی یافت می شد و علیرغم کمبود مواد در ارتباط با شیمی مولکول ها و شیمی کریستال ، به شیمی مولکولی منتقل می شد. در حال حاضر ، می توان فرض کرد که در ارتباطات اتمی خنثی از نظر الکتریکی ، انواع شناخته شده اتم ها در شرایط عادی در روابط استوکیومتری ساده با دیگران قرار دارند. برای ترکیبات کلاسهای معین ، این نسبتها آنقدر ساده است که به فرد اجازه می دهد تا از قبل ظرفیتهای خاصی را به ذرات اختصاص دهد ، که از آنها می توان ضرایب واقعی را بدست آورد. نباید نادیده گرفت که این قاعده (که به دلیل مشکلات متعدد ، به طور کلی نمی تواند برای ترکیبات شیمیایی بدیهی تلقی شود) تنها به دلایل ژئوشیمیایی به سرعت تشخیص داده شد. اکسیژن مهمترین عنصر لیتوسفر بیرونی است و بر اساس رابطه بین تعداد اتمهای اکسیژن و سایر عناصر موجود در ترکیبات اکسیژن ، این قانون به وجود آمد که ترکیبات خنثی از نظر الکتریکی نمی توانند هیچ رابطه استوکیومتری داشته باشند.
تظاهرات فعل و انفعالات الکترونیکی ارتعاشی (یا به طور خلاصه ویبرونیک) در سیستم های چند اتمی ، که در مجموع در ادبیات تحت نام کلی اثر جان تلر ذکر شده است ، در حال حاضر جهت جدیدی را به سرعت در حال توسعه در فیزیک و شیمی مولکول ها تشکیل می دهد. بلورها
به راحتی می توان دریافت که تفاوت های اساسی بین واکنش های I و II وجود دارد. واکنش I نشان دهنده شیمی مولکولها است. فقط عوامل انرژی در فعال شدن واکنشگرهای آنها دخیل هستند. واکنشهای II نشان دهنده تمام مواد شیمیایی است ، تغییر در مولکولها که عمدتا با مشارکت سیستمهای برتولاید انجام می شود. جهت و سرعت واکنشها بطور کامل تعیین می شود ساختار شیمیاییمولکولهای واکنش دهنده جهت و سرعت واکنشهای II توسط ساختار شیمیایی مولکولهای واکنش دهنده و سازمان شیمیایی سیستم کاتالیزور تعیین می شود.
از آنجا که برای تشکیل حلقه ای که توسط پیوندهای هیدروژنی بسته شده است ، حالت برانگیخته مورد نیاز است ، ظاهراً مطالعه جزئیات تأثیر گروه های مختلف جایگزین ها بر روی فرایند چرخه سازی با استفاده از داده های واکنشهای معمولی شیمی آلی ، منطقی نیست. می توان گفت که فتوشیمی با شیمی مولکولها در حالت برانگیخته سروکار دارد و نه در حالت اولیه.
من می خواهم به طور مختصر در مورد واکنش واکنش مولکول ها در حالت سه گانه صحبت کنم. این سوال ، به طور کلی ، یک سوال بسیار بزرگ است ، زیرا شیمی مولکول ها در حالت سه گانه یک حوزه مستقل است. من فقط روی آن تمرکز می کنم ویژگیهای کیفیانرژی فعال سازی یک واکنش شامل مولکول ها در حالت سه گانه. تفاوت بین چنین مولکول و رادیکال چیست؟ ساده ترین مثال ، مولکول O2 است که حالت سه گانه برای آن آسیاب شده است. V این موردبدیهی است که انرژی فعال سازی وجود ندارد.
شیمی فوق مولکولی(انگلیسی) - زمینه شیمی ، بررسی ساختارهای فوق مولکولی (مجموعه هایی از دو یا چند مولکول که به وسیله یکدیگر کنار هم نگه داشته شده اند) ؛ "شیمی مجموعه های مولکولی و پیوندهای بین مولکولی" (تعریف J.-M. Lena).
شرح
شیمی سنتی بر اساس پیوندهای کووالانسی بین اتم ها است. در عین حال ، برای سنتز نانوسیستم های پیچیده و دستگاه های مولکولی مورد استفاده ، قابلیت های شیمی کووالانسی به تنهایی کافی نیست ، زیرا چنین سیستم هایی می توانند شامل چندین هزار اتم باشند. فعل و انفعالات بین مولکولی نجات پیدا می کند - آنها به متحد شدن مولکول های جداگانه در مجموعه های پیچیده ای به نام ساختارهای فوق مولکولی کمک می کنند.
ساده ترین مثالساختارهای فوق مولکولی مجموعه ای از نوع "میزبان-مهمان" هستند. میزبان (گیرنده) معمولاً یک مولکول آلی بزرگ با حفره ای در مرکز است و مهمان یک مولکول یا یون ساده تر است. به عنوان مثال ، پلی استرهای حلقوی در اندازه های مختلف (اترهای تاج) یون های فلز قلیایی را بسیار محکم به هم متصل می کنند (شکل 1).
ویژگی های زیر مشخصه ساختارهای فوق مولکولی است.
1. حضور نه تنها ، بلکه چندین مرکز الزام آور در میزبان. در اترهای تاج ، این نقش توسط اتم های اکسیژن با جفت الکترون تنها انجام می شود.
2. مکمل: ساختارهای هندسی و ویژگی های الکترونیکی میزبان و مهمان مکمل یکدیگر هستند. در اترهای تاج ، این امر در این واقعیت آشکار می شود که قطر حفره باید با شعاع یون مطابقت داشته باشد. مکمل بودن به میزبان اجازه می دهد تا مهمانانی را که دارای ساختار مشخصی هستند به صورت انتخابی به هم متصل کند. در شیمی فوق مولکولی ، این پدیده را تشخیص مولکولی می نامند (شکل 2).
3. مجتمع با تعداد زیادیارتباطات بین میزبان و مهمان مکمل بسیار زیاد است سازمان ساختاری.
ساختارهای فوق مولکولی در طبیعت بسیار گسترده هستند. همه واکنشها در موجودات زنده با مشارکت کاتالیزورهای طبیعت پروتئینی انجام می شود. آنزیم ها مولکول های میزبان ایده آل هستند. مرکز فعالهر آنزیم به گونه ای طراحی شده است که فقط آن ماده (بستر) که از نظر اندازه و انرژی مربوط به آن است می تواند وارد آن شود. آنزیم با دیگر بسترها واکنش نشان نمی دهد. مثال دیگری از ساختارهای بیوشیمیایی فوق مولکولی مولکول هایی هستند که در آنها دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی از طریق پیوندهای هیدروژنی متعدد مکمل یکدیگر هستند. هر زنجیره ای هم مهمان و هم میزبان زنجیره دیگر است.
انواع اصلی فعل و انفعالات غیر کووالانسی که ساختارهای فوق مولکولی را تشکیل می دهند: یونی و. همه فعل و انفعالات غیر کووالانسی ضعیف تر از فعل و انفعالات کووالانسی هستند - انرژی آنها به ندرت به 100 کیلوژول بر مول می رسد ، با این حال ، تعداد زیادی پیوند بین میزبان و مهمان ثبات بالای مجموعه های فوق مولکولی را تضمین می کند. فعل و انفعالات غیر کووالانسی به صورت فردی ضعیف اما در مجموع قوی است.
تشکیل مجموعه های فوق مولکولی می تواند خود به خود رخ دهد - این پدیده نامیده می شود. این فرایندی است که در آن اجزای مولکولی کوچک خود به خود به هم می پیوندند و اجزای فوق مولکولی بسیار بزرگتر و پیچیده تری را تشکیل می دهند. در حین خود مونتاژ ، آنتروپی سیستم کاهش می یابد ، Δ س
Δ G = Δ ح – تیΔ س
لازم است Δ حح | > | تیΔ س| این بدان معناست که با انتخاب ، خود مونتاژ اتفاق می افتد تعداد زیادیگرما. نیروی محرک اصلی خود مونتاژ گرایش سیستم های شیمیایی به کاهش انرژی گیبس از طریق تشکیل پیوندهای شیمیایی جدید است ، اثر آنتالپی در اینجا بر آنتروپیک غالب است.
کلاسهای اصلی ترکیبات فوق مولکولی عبارتند از کاویتاند ، کریپتاند ، کالیکسارن ، مجتمع های میزبان مهمان ، کاتنان ،. ساختارهای فوق مولکولی همچنین می توانند شامل ،.
روشهای شیمی فوق مولکولی را پیدا کنید کاربرد گسترده v تجزیه و تحلیل شیمیایی، پزشکی،