Реферат на тему Структурная химия как теоретическое объяснение реакционной способности вещества.

Содержание:

Введение 3

1 Структурные формулы 6

2.Химическая связь 11

3.Структурная концепция связи и связанные с ней проблемы 13

Заключение 20

Список литературы 21

Введение:

На рубеже тысячелетий в каждой из основных областей естествознания — биологии, физике, химии — происходили и происходят одинаково важные, капитальные, но притом весьма разные метаморфозы. Облик биологии изменила молекулярная генетика, изучение биологических процессов на молекулярном уровне. Физика достигла огромных успехов в технологическом обеспечении электроники, расширение диапазона изучаемых частот и энергий поражает (благодаря синхротронной и лазерной технике). Это еще не привело к пересмотру физических основ и общей картины мироздания, но можно ожидать, что в ближайшие годы произойдут радикальные сдвиги в теоретической физике.

Ситуация в химии принципиально иная. Здесь тоже, несомненно, быстро развиваются новые идеи (например, их несут супрамолекулярная химия, нанотехнологии, фемтохимия). Достижения биохимии следует назвать фантастическими. Все шире вводится понятие о химическом веществе как о микрогетерогенной среде, и это играет огромную роль в химии материалов. Несомненно, большое значение имеют успехи квантовой химии, однако и классическая механика широко используется при описании и интерпретации химических процессов. А структурные формулы и стереохимические представления, сложившиеся в конце XIX века, остаются незыблемой основой многих разделов химии.

Основная метаморфоза, которую претерпела химия в ХХ веке, заключается в том, что из «экспериментальной науки о веществах и их превращениях» [1] она превратилась в систему представлений, методов, знаний и теоретических представлений, направленных на изучение атомно-молекулярных системы (АМС). В то же время структура стала основным средством описания, интерпретации, прогнозирования и использования АИС. Не будет большим преувеличением назвать всю современную химию структурной. В результате перед химией встала большая проблема: возникла необходимость гармонизировать классическую физическую химию (термодинамику и кинетику) на новом уровне с быстро прогрессирующими структурными представлениями, с быстро увеличивающейся структурной информацией.

Задачи такого рода ставит и решает методология химии, являющаяся составной частью системы химических наук (и в то же время — частью общей методологии естествознания)). Однако в своем нынешнем состоянии методология химии отстает от реального положения дел, не дает достаточных средств для правильного, последовательного изложения химических знаний.

Во-первых, само понятие «структура» очень часто употребляется неточно, легкомысленно и даже совсем не по делу. Как в научной, так и в учебной литературе часто встречаются грубые ошибки в описании строения и использовании структурных данных. По сути, структура представляет собой сложное многоуровневое понятие, существующее в виде ряда самых различных приближений, и использовать его необходимо так, чтобы в каждом конкретном случае раскрывалась суть и степень достоверности подразумеваемого.

Кроме того, введение структурных понятий изменило многие аспекты работы химиков и используемые ими фундаментальные понятия. Например, коренным образом изменилось содержание таких центральных понятий классической химии, как «химическое вещество» и «химическое соединение» [1]. Изменились смысл и форма двух фундаментальных принципов, на которых строится химия, — эксперимента и теории (речь идет о тех опытах и теоретических представлениях, которые господствуют в современной химии). В частности, это связано с бурным развитием компьютерного моделирования, что привело к появлению нового типа научной гипотезы.

Задачами данной работы являются уточнение понятия строения, продиктованного временем, и анализ вытекающих из этого следствий, меняющих облик многих отраслей химической науки. Чтобы как можно яснее изложить соображения, лежащие в основе статьи, мы стремились к краткости и ограничились минимальным количеством конкретных примеров. По-видимому, химия (в целом) никогда не страдала от недостатка фактического материала и постоянно не успевала своевременно раскладывать этот материал по многократно меняющейся системе «полок».

Заключение:

Второй этап в развитии химического знания связывается с первой половиной XIX в., когда стало очевидно, что для понимания свойств веществ важно знать не только состав, но и структуру молекул вещества, т.е. пространственное расположение атомов. С этого времени химия превращается из науки аналитической в науку синтетическую.

Структурная химия занимается изучением связи между химической структурой и реакционными способностями различных веществ с их разнообразными физическими и физико-химическими свойствами.

В 1857 г. немецкий химик Фридрих Август Кекуле (1829—1896) на основании теории валентности предположил, что углерод четырехвалентен, а следовательно, он может присоединять к себе четыре других атома и с их помощью формировать пространственно протяженные цепи различной структуры и вида. Углерод составляет основу органических молекул, которые стали представлять в виде структурных формул, состоящих из атомов и связей между ними. Это позволяло объяснять свойства веществ исходя из расположения атомов в их молекулах. Такое представление сделало возможным объяснить целый ряд известных из опыта явлений, например, когда молекулы имеют одинаковый состав, но разные свойства.

Ван ‘т Хофф и Ле Бель не представили объяснения механизма, с помощью которого хиральные молекулы влияют на вращение плоскополяризованного света. Но к концу века пространственная структура стала использоваться для объяснения аспектов реакционной способности и стабильности органических соединений с концепцией стерических затруднений Виктора Мейера и концепцией Адольфа фон Байера.

К концу XIX в. с помощью методов спектроскопии были подтверждены многие положения структурной химии. К началу XX в. концепция объемной структуры сложных органических и неорганических молекул стала фактом, принятым почти всем научным сообществом.

Фрагмент текста работы:

Структурные формулы

В 18 и начале 19 вв .веков химические анализы веществ заключались в разложении веществ на их элементарные составляющие. Тщательное взвешивание в сочетании с применением закона постоянных пропорций позволило химикам характеризовать вещества по массовым соотношениям составляющих их элементов, что химики и понимают под составом соединения. В этот период Берцелиус разработал нотацию композиционных формул для этих массовых отношений, где буквы обозначают элементы, а нижние индексы — пропорции по шкале, которая облегчает сравнение различных веществ. Хотя эти пропорции отражают весовую долю в граммах, простые числа являются результатом повторного выражения гравиметрических пропорций в терминах химических эквивалентов.

Например, формулы «H 2 O» и «H2 S’ говорят, что кислорода в соединении с водородом в воде столько же, сколько серы в соединении с водородом в сероводороде. Однако при измерении по весу «H 2 O» соответствует сочетанию пропорций 8 граммов кислорода на 1 грамм водорода, а «H 2 S» соответствует 16 граммам серы на 1 грамм водорода по весу [4,c.90].

К первым десятилетиям 19 -го века зарождающаяся дисциплина органической химии начала выявлять и синтезировать все большее количество соединений. Именно в этот период было признано явление изомерии, и были введены структурные формулы для различения веществ с одинаковой формулой состава, различающихся по своим макроскопическим свойствам. Хотя некоторые химики считали, что структурные формулы можно понять на макроскопической основе, другие пытались интерпретировать их как представления микроскопических объектов, называемых молекулами, соответствующих наименьшей единице соединения, поскольку атом считался наименьшей единицей элемента.

В первой половине девятнадцатого века не было единого мнения о том, как можно использовать понятие молекулярной структуры для понимания изомерии. Но во второй половине века вокруг структурных теорий Августа Кекуле (1829–1896) сформировался консенсус. Кекуле заметил, что углерод имеет тенденцию соединяться с одновалентными элементами в соотношении 1:4. Он утверждал, что это происходит потому, что каждый атом углерода может образовывать связи с четырьмя другими атомами, даже с другими атомами углерода. В более поздних работах Кекуле имел дело с явными исключениями из валентности углерода, равной четырем, введя понятие двойных связей между атомами углерода. Он распространил свою обработку на ароматические соединения, получив известную гексагональную структуру бензола [12].

Идеи Кекуле о связи между атомами были важными шагами к пониманию изомерии. Тем не менее, в его представлениях теории структуры отсутствовала четкая система диаграммного представления, поэтому большинство современных систем структурного представления восходят к статье Александра Крама Брауна (1838–1932) об изомерии органических кислот (1864 [1865]). Здесь структура представлена как связи между атомами (см. рис. 1).