Реферат: Теория химического строения органических соединений. Электронная природа химических связей. Предпосылки теории строения. Теория химического строения. Изомерия

Присмотримся теперь к составу углеводородов, например тех, что содержатся в природном газе. Углерод нам известен как элемент четырехвалентный, но здесь он как будто только в метане СН4 сохраняет эту валентность. Если следовать нашим представлениям, углерод должен быть трехвалентным, а в пропане С3Н8 иметь даже дробную валентность. Какова же валентность углерода в органических соединениях?

Обратимся к другим фактам. Из курса биологии известна глюкоза, ее молекулярная формула. Оказывается, что такая же формула у фруктозы (сахаристого вещества, содержащегося в меде, фруктах). При изучении неорганической химии мы не встречали случаев, чтобы разные вещества имели один и тот же молекулярный состав. В органической химии такие факты стали накапливаться еще с начала ХIХ столетия. Вещества, имеющие один и тот же состав, но разные свойства, 51. Верцелиус назвал изомерами. Причина изомерии также требовала научного обоснования сложившееся в органической химии положение образно выразил ф. в письме к я. Берцелиусу (1835): Химия может сейчас кого угодно свести с ума, она представляется мне дремучим лесом, полным удивительных вещей, безграничной чащей, из которой нельзя выбраться, куда не осмеливаешься проникнуть..

Мы отметили лишь несколько проблем, требовавших теоретического объяснения. Перед учеными того времени стояли и другие сложные вопросы.

2. ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

Основы новой теории сформулировован 1861г. профессор Казанского университета Александр Бутлеров.

В химии к тому времени уже значительное распространение получили идеи атомистики. Понят атома и молекулы получили на международном съезде Химиков в 1860г. свое точное определение. Но ученые еще не придавали значения тому, как строятся молекулы из атомное, и считали, что позвать это строение химическими методами невозможно. Были и такие ученые, которые вообще не реального существования атомов и молекул.

А.М. Бутлеров не только считал атомы и молекулы реально существующими частицами веществ, но и пришел к выводу, что атомы в молекулах не находится в беспорядке, а соединены друг с другом в определенной последовательности которую можно установить химическими методами и отразить в формуле.

Основную идею своей теории А.М. Бутлеров выразил в следующих словах: е Химическая натура сосной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением». В более привычной для нас формулировке это означает, что химические свойства молекулы определяются свойствами составляющих ее атомов, их числом и химическим строением молекулы,

Химическое строение, по А.М. Бутлерову — это последовательность соединения атомов в молекуле, порядок их взаимосвязи и взаимного влияния друг Руга. Соединения атомов в молекулы, указывал А.М. Бутлеров происходит в соответствии с их атомностью (валентностью).

На примерах из неорганической химии можно видеть, что атомы, соединяясь в Молекулу, оказывают влияние друг на друга. Так, водород и кислород, образовав воду, настолько изменились в результате взаимного влияния, что первый уже Не Роит, а второй не поддерживает горения; вода не Обещает свойствами ни водорода, ни кислорода.

Основывается на приведенных выше высказываниях А. М. Бутлерова, сущность теории химического строения можно выразить в следующих положениях:

• 1. Атомы в молекулах располагаются не беспорядочно, они соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентности.

• 2. Свойства веществ зависят не только от того, атомы каких элементов и в каком количестве входят в состав молекул, но и от последовательности соединения атомов в молекулах, от порядка их взаимного влияния друг на друга.

Рассмотрим на примере известных нам углеводородов первое из этих положений. В какой последовательности соединены атомы в молекуле простейшего углеводорода метана? Мы уже знаем, что каждый атом водорода в нем соединен с атомом углерода. Легко понять, что иначе и быть не может. Если, например, предположить, что какие-нибудь два атома водорода связаны друг с другом непосредственно, то, исчерпав при этом свою валентность, они уже не смогут соединяться с другими атомами. Обозначая валентность элементов условно черточками, мы так изображаем порядок связи атомов в молекуле метана:

В молекулах пропана С3Н3 и бутана С4Н10 атомы соединены в таком порядке:

Зная строение углеводородов, мы теперь можем ответить на некоторые из тех вопросов, которые волновали в свое время ученых.

В чем причина многообразия соединений углерода? Как видим, она заключается в том, что атомы углерода обладают свойством соединяться друг с другом в цепи.

Нарушается ли валентность элементов в рассмотренных соединениях? Нет, углерод всюду остается четырехвалентным.

• Химические формулы, в которых изображен порядок соединения атомов в молекулах, называются структурными формулами или формулами строения.

Следует иметь в виду, что подобные формулы отображают только последовательность соединения атомов, но не показывают, как атомы расположены в пространстве. Поэтому, как бы мы ни изобразили структурную формулу пропана:это будет одна и та же молекула, так как порядок, последовательность соединения атомов не изменяется.

Структурные формулы веществ часто изображают в сокращенном виде, например: СН3—СН2—Сн3. В сокращенных структурных формулах черточки обозначают связь атомов углерода между собой, но не показывают связи между атомами углерода и водорода.

Заключение

Разработав теорию и подтвердив правильность ее синтезом новых соединений, А.М. Вутлеров не считал теорию абсолютной и неизменной. Он утверждено, что она должна развиваться, и предвидел, что это развитие пойдет путем разрешения противоречий между знаниями и возникающими новыми фактами.

Первое из них было, а самим А.М. Вутлеровым. Он считал, что наука в будущей сможет устанавливать не только порядок соединения атомов в молекуле, но и их пространственное расположение. Учение о пространственном строении молекул, называемое стереохимией (греч.— пространственный), вошло в науку в 80-х годах прошлого столетия. Оно позволило объяснять и предсказывать новые факты, не вмещавшиеся в рамки прежних представлений.

Второе направление связано с применением в органической химии учения об электронном строении атомов, развитого в физике ХХ в. Это учение позволило понять природу химической связи атомов, выяснить сущность их взаимного влияния, объяснить причину проявления веществом тех или иных химических свойств.

Литература

1. Цветков Леонид Александрович. Органическая химия. Учебник для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений.

2.: Химия Учебник.- 2-е изд. Испр. И доп.-М.для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учебных заведений:, 2000.