РАБОТА ПО ХИМИИ
НА ТЕМУ:
ТЕОРИЯ ХИМИЧКСКОГО СТРОЕНИЯ
ОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДЕНЕНИЙ А.М. БУТЛЕРОВА
ВЫПОЛНИЛ:
Лебедев Евгений
ПЛАН:
1. РАЗВИТИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СВЯЗАННОЙ С ПРОИЗВОДСТВОМ ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ, В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX ВЕКА .СВЯЗЬ НАУКИ И ПРАКТИКИ.
2.СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ В СЕРЕДИНЕ XIX ВЕКА.
3.ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ.
4.ВЗГЛЯДЫ А.М. БУТЛЕРОВАНА СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА.
5.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ.
6.ЗНАЧЕНИЕ ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И О НАПРАВЛЕНИЯХ ЕЕ РАЗВИТИЯ.
С органическими веществами человек знаком с давних времен. Наши далекие
предки применяли природные красители для окраски тканей, использовали в
качестве продуктов питания растительные масла, животные жиры,
тростниковый сахар, получали брожением спиртовых жидкостей уксус…
Но наука о соединениях углерода возникла лишь в первой половине ХIХ
века.
В 1828 году ученик Я. Берцелиуса – немецкий ученый Ф.Велер из
неорганических веществ синтезирует органическое вещество -–мочевину. В
1845 году немецкий химик А.Кольбе искусственным путем получает уксусную
кислоту. В 1854 году французский химик М.Бертло синтезирует жиры.
Русский ученый А.М. Бутлеров в 1861 году впервые синтезом получает
сахаристое вещество.
Известно, что развивающаяся промышленность, практика ставят новые
задачи перед наукой. Как только у общества появляется техническая
потребность, она продвигает
науку вперед больше, чем десяток университетов.
Для подтверждения этих слов можно привести такой пример. Текстильная
промышленность в 40-х годах девятнадцатого века уже не могла себя
обеспечить натуральными красителями – их не хватало. Перед наукой встала
задача получения красителей синтетическим путем. Начались поиски, в
результате которых были синтезированы различные анилиновые красители и
ализарин, добываемый ранее из корней растения марены. Полученные
красители в свою очередь способствовали бурному росту текстильной
промышленности.
В настоящее время синтезированы многие органические вещества, не
только имеющиеся в природе, но и не встречающиеся в ней, например,
многочисленные пластмассы, различные виды каучуков, всевозможные
красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты.
Синтетически полученных веществ сейчас известно больше, чем
найденных в природе, и их число быстро растет. Начинают осуществляться
синтезы самых сложных органических веществ – белков.
2. Состояние органической химии в середине ХIХ века.
Между тем существовали доструктурные теории – теория радикалов и
теория типов.
Теория радикалов ( ее создатели Ж. Дюма, И. Берцелиус) утверждала,
что в состав органических веществ входят радикалы , переходящие из одной
молекулы в другую: радикалы постоянны по составу и могут существовать в
свободном виде. В дальнейшем было установлено, что радикалы могут
подвергаться изменениям в результате реакции замещения (замещение атомов
водорода атомами хлора). Так ,была получена трихлоруксусная кислота.
Теория радикалов была постепенно отвергнута , однако она оставила
глубокий след в науке: понятие о радикале прочно вошло в химию. Верными
оказались утверждения о возможности существования радикалов в свободном
виде, о переходе в огромном числе реакций определенных групп из одного
соединения в другое.
Наиболее распространенной в 40-е г.г. ХIХ века была теория типов.
Согласно этой теории все органические вещества считали производными
простейших неорганических веществ – типа водорода, хлоро-водорода, воды,
аммиака и др. Например, тип водорода
Согласно этой теории формулы выражают не внутреннее строение
молекул, а только способы образования и реакции вещества. Создатель этой
теории Ш.Жерар и его последователи считали, что строение вещества не
может быть познано, так как молекулы в процессе реакции изменяются. Для
каждого вещества можно написать столько формул, сколько различных видов
превращений может испытывать вещество.
Теория типов в свое время была прогрессивной, так как она позволила
провести классификацию органических веществ, предсказать и открыть ряд
несложных веществ, если удавалось отнести их по составу и некоторым
свойствам к определенному типу. Однако далеко не все синтезируемые
вещества укладывались в тот или иной тип соединений. Теория типов
обратила основное внимание на изучение химических превращений
органических соединений, что важно было для познания свойств веществ. В
дальнейшем теория типов стала тормозом развития органической химии, так
как она не в состоянии была объяснить факты, накопившиеся в науке,
указать пути синтеза новых веществ, необходимых для техники, медицины,
ряда отраслей промышленности и др. Нужна была новая теория, которая
смогла бы не только объяснить факты, наблюдения, но и прогнозировать,
указывать пути синтеза новых веществ.
Фактов, требовавших объяснений много –
вопрос валентности
изомерии
написание формул.
Предпосылки теории химического строения.
К моменту появления теории химического строения А.М. Бутлерова
многое уже было известно о валентности элементов: Э. Франкланд установил
валентность для ряда металлов, для органических соединений А.Кекуле
предложил четырехвалентность атома углерода ( 1858) , было высказано
предположение об углерод-углеродной связи, о возможности соединения
атомов углерода в цепи ( 1859, А.С. Купер, А.Кекуле ). Эта идея сыграла
большую роль в развитии органической химии.
Важным событием в химии был Международный конгресс химиков ( 1860,
г.Карлсруэ), где были четко определены понятия об атоме, молекуле,
атомном весе, молекулярном весе. До этого не было общепризнанных
критериев для определения этих понятий, поэтому была путаница в
написании формул веществ. А.М. Бутлеров считал самым существенным
успехом химии за период с 1840 по 1880г. установление понятий об атоме и
молекуле, что дало толчок развитию учения о валентности и позволило
перейти к созданию теории химического строения.
Таким образом, теория химического строения возникла не на пустом
месте. Объективными предпосылками ее появления явились: а). Введение в
химию понятий о валентности и особенно, о четырехвалентности атома
углерода, б). Введение понятия об углерод-углеродной связи. в).
Выработка правильного представления об атомах и молекулах.
Взгляды А.М. Бутлерова на строение вещества.
В 1861 году был произнесен доклад А.М. Бутлерова на ХХХУI съезде
немецких врачей и естествоиспытателей в Шпейере. Между тем его первое
выступление по теоретическим вопросам органической химии состоялось в
1858г, в Париже в Химическом обществе. В своем выступлении, а также в
статье о А.С. Купере ( 1859г.) А.М. Бутлеров указывает на то, что в
создании теории химического строения должна сыграть роль валентность (
химическое сродство ). Здесь он впервые употребил термин «структура»,
высказал мысль о возможности познания строения вещества, об
использовании для этих целей экспериментальных исседований.
Основные идеи о химическом строении были изложены А.М. Бутлеровым
в1861 году в докладе «О химическом строении веществ». В нем отмечалось
отставание теории от практики, указывалось на то, что теория типов,
несмотря на некоторые ее положительные стороны, имеет крупные
недостатки. В докладе дано четкое определение понятия о химическом
строении, рассмотрены пути установления химического строения ( способы
синтеза веществ, использование различных реакций ).
А.М. Бутлеров утверждал, что каждому веществу соответствует одна
химическая формула: она характеризует все химические свойства вещества,
реально отражает порядок химической связи атомов в молекулах. В
последующие годы А.М. Бутлеров и его ученики осуществили ряд
экспериментальных работ с целью проверки правильности предсказаний,
сделанных на основе теории химического строения. Так, были синтезированы
изобутан, изобутилен, изомеры пентана, ряд спиртов и др. По значимости
для науки эти работы можно сравнить с открытием предсказанных Д.И.
Менднлеевым элементов ( экабор,экасилиций, экаалюминий).
В полном объеме теоретические воззрения А.М. Бутлерова нашли
отражение в его учебнике « Введение к полному изучению органической
химии» ( первое издание вышло в 1864-1866г.г.), построенном на основе
теории химического строения. Он считал, что молекулы – это не хаотичное
скопление атомов, что атомы в молекулах соединены между собой в
определенной последовательности и находятся в постоянном движении и
взаимном влиянии. Изучая химические свойства вещества, можно установить
последовательность соединения атомов в молекулах и выразить ее формулой.
А.М. Бутлеров считал, что с помощью химических методов анализа и
синтеза вещества можно установить химическое строение соединения и,
наоборот, зная химическое строение вещества , можно предсказать его
химические свойства.
Основные положения теории А.М. Бутлерова.
Основываясь на приведенных выше высказываниях А.М. Бутлерова,
сущность теории химического строения можно выразить в следующих
положениях:
атомы в молекулах располагаются не беспорядочно, они соединены друг с
другом в определенной последовательности согласно их валентности
А) последовательность соединения атомов в молекуле
Б) углерод четырехвалентен
В) структурные формулы (полные)
Последовательность соединения атомов в молекуле
Г) сокращенные формулы
Д) виды цепей
– Изомерия объясняет многообразие органических веществ. Различному
порядку взаимосвязи атомов при одном и том же качественном и
количественном составе молекулы отвечают, как учит теория химического
строения, разные вещества. Если эта теория правильна, должны
существовать два бутана, различающиеся по своему строению и свойствам.
Так как в то время был известен лишь один бутан, то А.М. Бутлеров
предпринял попытку синтезировать бутан другого строения. Полученное им
вещество имело тот же состав , но другие
свойства, в частности более низкую температуру кипения. В отличие от
бутана новое вещество получило название « изобутан» ( греч. « изос»-
равный):
Рассматривая возможное строение пентана
А.М. Бутлеров пришел к выводу, что должны существовать три углеводорода
такого состава:
Все эти вещества были получены.
С увеличением числа атомов углерода в молекуле число веществ одного
и того же состава сильно возрастает. Так, согласно теории может
существовать 75 углеводородов состава , 1858 веществ
с формулой и т.д. Явление изомерии, то есть
существование разных веществ одного и того же состава, известно давно.
Но только теория химического строения дала ему убедительное объяснение.
Теперь мы можем сформулировать более точно, какие вещества называются
изомерами.
вещества, имеющие одинаковый состав молекул ( одну и ту же молекулярную
формулу), но различное химическое строение и обладающие поэтому разными
свойствами, называются ИЗОМЕРАМИ.
Взаимное влияние атомов в молекулах.
При образовании химических связей электроны от одних атомов переходят к
другим или же образуют общие электронные пары. При этом наибольшая
электронная плотность спаренных электронов может быть сдвинута в сторону
того или иного из атомов в зависимости от их электроотрицательности. В
этом взаимодействии электронов, их перераспределении при химических
реакциях и заключается взаимное влияние атомов. Результаты его
сказываются на свойствах вещества, поскольку частично изменяются сами
атомы. Например. В молекуле хлороводорода хлор сильно оттянул в свою
сторону электронную плотность связи с водородом, поэтому вещество легко
распадается в водном растворе на ионы. В молекуле воды сдвиг электронной
плотности к кислороду меньше, чем к хлору в хлороводороде, поэтому
молекулы воды распадаются на ионы в малой степени. В молекулах аммиака
азот еще в меньшей степени оттягивает к себе электроны связей с атомами
водорода, и молекула в водном растворе не подвергается диссоциации.
Химические свойства молекулы определяются свойствами составляющих ее
атомов, их числом и химическим строением.
Значение теории.
Теория химического строения позволила объяснить многие факты,
накопившиеся в органической химии в начале второй половины ХIХ в.,
доказала, что с помощью химических методов ( синтеза, разложения и
других реакций) можно установить порядок соединения атомов в молекулах (
этим самым была доказана возможность познания строения вещества);
Внесла новое в атомно-молекулярное учение ( порядок расположения
атомов в молекулах, взаимное влияние атомов, зависимость свойств от
строения молекул вещества). Теория рассматривала молекулы вещества как
упорядоченную систему, наделенную динамикой взаимодействующих атомов. В
связи с этим атомно-молекулярное учение получило свое дальнейшее
развитие, что имело большое значение для науки химии;
Дала возможность предвидеть свойства органических соединений на
основании строения, синтезировать новые вещества, придерживаясь плана;
Позволила объяснить многообразие органических соединений;
Дала мощный толчок синтезу органических соединений, развитию
промышленности органического синтеза ( синтез спиртов, эфиров,
красителей, лекарственных веществ и др.).
Отметим некоторые аспекты мировоззренческого значения теории
химического строения, важное для диалектико-материалистического
воспитания учащихся.
По своему содержанию теория химического строения –
материалистическая. В ней утверждаются материальность мира и возможность
его познания, которые проявляются в признании реально существующих
атомов и молекул, в возможности познания их строения ( химического и
пространственного) и свойств. Химическая формула молекулы вещества,
следовательно, отражает реально существующую молекулу, связь в ней
атомов.
Разработав теорию и подтвердив правильность ее синтезом новых
соединений А.М. Бутлеров не считал теорию абсолютной и неизменной. Он
утверждал, что она должна развиваться, и предвидел, что это развитие
пойдет путем разрешения противоречий между теоретическими знаниями и
возникающими новыми фактами.
Теория химического строения, как и предвидел А.М. Бутлеров, не
осталась неизменной. Дальнейшее ее развитие шло главным образом в двух
взаимосвязанных направлениях
Первое из них было предсказано самим А.М.Бутлеровым
Он считал,что наука в будущем сможет устанавливать не только порядок
соединения атомов в молекуле,но и их пространственное расположение.
Учение о пространственном строении молекул, называемое стереохимией (
греч. «стереос» – пространственный), вошло в науку в 80-х годах прошлого
столетия. Оно позволило объяснять и предсказывать новые факты, не
вмещавшиеся в рамки прежних теоретических представлений.
Второе направление связано с применением в органической химии учения
об электронном строении атомов, развитого в физике ХХ века. Это учение
позволило понять природу химической связи атомов, выяснить сущность их
взаимного влияния, объяснить причину проявления веществом тех или иных
химических свойств.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
