загрузка...
 
Концепції структури хімічних сполук
Повернутись до змісту

Концепції структури хімічних сполук

Характер будь-якої системи, як відомо, залежить не тільки від складу і будови елементів, але і від їх взаємодії. Саме така взаємодія визначає специфічні властивості цілісної системи. Тому при дослідженні різноманітних речовин і їх реакційної здатності хімікам доводилося займатися і вивченням їх структури. При цьому відповідно до рівня досягнутих знань змінювалися й уявлення про хімічну структуру речовини. І хоча у цьому напрямі хімії існували різні концепції і вчені по-різному тлумачили характер взаємодії між елементами хімічних систем, проте всі вони підкреслювали, що цілісні властивості цих систем визначаються саме специфічними особливостями взаємодії між елементами.

Сам термін «структурна хімія» - поняття умовне. У ньому перш за все мається на увазі такий рівень хімічних знань, при якому, комбінуючи атоми різних хімічних елементів, можна створити структурні формули будь-якої хімічної сполуки. Виникнення структурної хімії означало, що з'явилася можливість для цілеспрямованого якісного перетворення речовин, для створення схеми синтезу будь-якої хімічної сполуки, у тому числі і раніше невідомої.

Багато у чому розвиток цього напряму у хімії пов'язаний з теорією хімічної будови органічних сполук російського хіміка Олександра Михайловича Бутлерова. Його теорія дозволяла будувати структурні формули будь-якої хімічної сполуки, оскільки показувала взаємний вплив атомів у структурі молекули і, таким чином, пояснювала хімічну активність одних речовин і пасивність інших. Теорія хімічної будови органічних сполук Бутлерова змогла стати для хіміків практичним керівництвом зі синтезу органічних речовин. Виникнення цієї теорії дозволило перетворити хімію з науки аналітичної, такої, що займається вивченням складу готових речовин, у науку переважно синтетичну, здатну створювати нові речовини і нові матеріали.

Ця теорія наочно демонструє валентність хімічних елементів як число одиниць спорідненості, властивих даному атому =С=; -N=; -О-, Н-. Комбінуючи атоми різних хімічних елементів з їх одиницями спорідненості, можна створити структурні формули будь-якої хімічної сполуки. А це означає, що хімік, у принципі, може створювати план синтезування будь-якої хімічної сполуки, як уже відомої, так і ще невідомої, прогнозувати можливість отримання невідомої сполуки і перевіряти свій прогноз її синтезуванням.

У результаті у хіміків з'явився не тільки ентузіазм, але й упевненість у позитивному результаті експериментів у галузі органічного синтезу. Сам термін «органічний синтез» виник у 60 - 80-ті роки минулого століття. Він став початком цілої галузі науки, названої так на противагу загальному захопленню аналізом природних речовин. Цей період у хімії був названий тріумфальним ходом органічного синтезу. Хіміки гордо заявляли про свої нічим не обмежені можливості, обіцяючи синтезувати з вугілля, води і повітря всі найскладніші речовини, аж до білків, гормонів і алкалоїдів. І дійсність, здавалося, підтвердила ці заяви: протягом другої половини XIX століття число вивчених органічних сполук за рахунок знов синтезованих зросло з півмільйона приблизно до двох мільйонів.

Але справа у тому, що структурна хімія обмежена рамками даних тільки про молекули речовини, що знаходяться у дореакційному стані. Цих даних недостатньо для того, щоб керувати процесами перетворення речовини. Так, згідно із структурними теоріями повинні бути цілком здійсненними багато реакцій, які практично не відбуваються. Велика кількість реакцій органічного синтезу, що базуються лише на принципах структурної хімії, має такі низькі виходи продукції і такі великі відходи у вигляді побічних продуктів, що не може бути використана у промисловості. До того ж такий синтез вимагав як початкову сировину дефіцитних активних реагентів і сільськогосподарської продукції, у тому числі і харчової, що вкрай невигідно в економічному відношенні.

Проте сучасна структурна хімія досягла значних результатів: велика частина лікарських препаратів - це продукти органічного синтезу. Одним з її досягнень є відкриття абсолютно нового класу металоорганічних сполук, які за свою двошарову структуру одержали назву «сендвічевих сполук». Молекула цієї речовини є двома пластинами із сполук водню і вуглецю, між якими знаходиться атом якогось металу.

Дослідження у галузі сучасної структурної хімії проводяться за двома основними перспективними напрямами:

- синтез кристалів з кристалічною структурою, максимально наближеною до ідеальної, для отримання матеріалів із високими технічними показниками: максимальною міцністю, термічною стійкістю, довговічністю при експлуатації та ін.;

- створення кристалів з наперед запрограмованими дефектами для виробництва матеріалів із заданими електричними, магнітними та іншими властивостями.

Вирішення кожної проблеми має свої труднощі. Так, у першому випадку необхідне дотримання таких умов вирощування кристалів, які виключали б дію на цей процес зовнішніх чинників, у тому числі і поля гравітації (земного тяжіння). Тому такі кристали вирощують на орбітальних станціях у космосі. Вирішення другої проблеми утруднене тим, що разом із запрограмованими дефектами практично завжди утворюються і небажані.



загрузка...