Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет химии и высоких технологий Реферат по истории и методологии химии: Тема: “История создания и утверждения классической теории химического строения”. Выполнила студентка 1 курса 1 группы Лизун Анастасия Научный руководитель: Доцент Кузнецова С.Л. Краснодар 2016 1 Содержание I. Введение …………………………………..………………………...........3 II. Становление теории химического строения 2.1. Теория радикалов………………………………………………………4 2.2. Теория типов……………………………………………………………5 III. Бутлеров Александр Михайлович 3.1. Биография………………………………………………………………6 3.2. Научный вклад………………………………………………………....7 IV. Предпосылки теории химического строения 4.1. Накопление фактологического материала………………………..…9 4.2. Работы предшественников А. М. Бутлерова……………………......9 4.3. Личностные качества А. М. Бутлерова…………………………...…10 4.4. Понятие о валентности ………………………………………………11 4.5. Изомерия………………………………………………………………12 4.6. Четырехвалентность атомов С в органических соединениях…......13 4.7. Возможность соединения атомов с друг с другом………………….13 4.8. Конгресс химиков в Карлсруэ………………………………………..13 V. Взгляды А.М. Бутлерова на строение вещества………………………...14 VI. Основные положения теории А.М. Бутлерова…………………………15 VII. Сущность теории………………………………………………………..16 VIII. Значение теории………………………………………………………..16 IX.Ученые, которые внесли вклад в развитие теории 9.1. Берцелиус Йенс Якоб………………………………………………...17 9.2. Франкленд Эдуард……………………………………………………17 9.3. Кекуле Фридрих………………………………………………………18 9.4. Жерар Шарль Фредерик……………………………………………...18 X. Заключение…………………………………………………………….…19 XI.Литература………………………………………………………………..20 2 I.Введение. Трудно представить прогресс в какой бы то ни было области хозяйства без химии – в частности, без органической химии. Все сферы хозяйства связаны с современной химической наукой и технологией. Органическая химия изучает вещества, содержащие в своем составе углерод, за исключением окиси углерода, углекислого газа и солей угольной кислоты (эти соединения по свойствам ближе к неорганическим соединениям). Как наука органическая химия до середины XVIII века не существовала. К тому времени различали три вида химии: химию животных, растительную и минеральную. Химия животных изучала вещества, входящие в состав животных организмов; растительная – вещества, входящие в состав растений; минеральная – вещества, входящие в состав неживой природы. Этот принцип, однако, не позволял отделить органические вещества от неорганических. Например, янтарная кислота относилась к группе минеральных веществ, так как ее получали перегонкой ископаемого янтаря, поташ входил в группу растительных веществ, а фосфат кальция – в группу животных веществ, так как их получали прокаливанием соответственно растительных (древесина) и животных (кости) материалов. В первой половине XIX века было предложено выделить соединения углерода в самостоятельную химическую дисциплину – органическую химию. Среди ученых в то время господствовало виталистическое мировоззрение, согласно которому органические соединения образуются только в живом организме под влиянием особой, сверхъестественной "жизненной силы". Это означало, что получить органические вещества путем синтеза из неорганических невозможно, что между органическими и неорганическими соединениями лежит непреодолимая пропасть. Витализм настолько укрепился в умах ученых, что долгое время не предпринималось никаких попыток синтеза органических веществ. Однако витализм был опровергнут практикой, химическим экспериментом. 3 II. Становление теории химического строения 2.1.В химии господствует теория радикалов. Основоположник- крупнейший шведский химик Й. Я. Берцелиус Теория радикалов 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. Теория радикалов основывалась на дуалистическом принципе, согласно которому органические соединения всегда состоят из кислорода (а также его аналогов или иной кислородсодержащей группы неорганической природы) и бескислородного углеродистого остатка. Этот принцип явно выдает свое происхождение, поскольку в начале прошлого века частичное или полное, прямое или косвенное окисление было почти единственной формой преобразования органической материи. Я. Берцелиус в созданной им теории радикалов утверждал, что каждое органическое вещество состоит из двух составных частей, несущих противоположный электрический заряд. Одной из этих составных частей, а именно частью электроотрицательной, Я. Берцелиус считал кислород остальная же часть, собственно органическая, должна была, по мнению Я. Берцелиуса, составлять электроположительный радикал. Радикалы рассматривались как подлинные элементы органической химии. Отсюда вытекало и то определение, которое дал в 1843 г. Я. Берцелиус Органическая химия — это химия сложных радикалов . Теория радикалов правильно отмечала одну из особенностей органических соединений — существование в них устойчивых группировок атомов, остающихся незатронутыми при химических превращениях. Однако Я. Берцелиус и его последователи считали эту устойчивость абсолютной и не могли поэтому объяснить со своих позиций тех весьма многочисленных и важных превращений органических веществ, при которых радикалы изменяются путем замещения или изомеризации. 4 2.2.В химии господствует теория типов Основоположник – французский химик Ш. Жерар Теория типов В 1853 Ш. Жерар разработал новую теорию и использовал её для классификации органических соединений. Согласно Жерару, более сложные органические соединения могут быть произведены от следующих основных четырёх типов веществ: Заменяя в этих формулах атомы Н др.: атомами или радикалами (по Жерару, «остатками»), можно было получить формулы органических соединений всех известных в середине 19 в. классов. Например, к типу водорода относили углеводороды, металлоорганические соединения, альдегиды, кетоны, к типу воды — спирты, кислоты, эфиры, к типу хлористого водорода — моногалоген опроизводные углеводородов, к типу аммиака — амины, амиды, имиды, арсины, фосфины. С 1857 по предложению Ф. А. Кекуле углеводороды стали относить к типу метана. Теория типов способствовала развитию органической химии, в частности классификации органических соединений. Но её основная мысль — уложить соединения углерода в формулы простейших неорганических соединений — была ошибочной. Вскоре обнаружилась необходимость введения кратных (удвоенных, утроенных и т. д.) и смешанных (составленных из двух и более простых) типов, а также возможность относить соединения одного класса к разным типам (например, альдегиды — к типам водорода и воды). Кроме того, формулы Теории типов выражали не истинное строение соединений, а только сходство некоторых их реакций с реакциями более простых и известных веществ. Поэтому в 1860-х гг. теория типов стала уступать место классической химического строения теории, созданной А. М.Бутлеровым. Теория типов позволила формально классифицировать соединения. В России, в Казани, в Казанском университете зарождались новые идеи о строение органических соединений У профессора А.М.Бутлерова появились сомнения в правомерности существовавших в то время теорий. 5 III. Бутлеров Александр Михайлович (25.08.1828-5.08.1885) Бутлеров А.М. создатель теории химического строения органических веществ, лежащей в основе современной химии. 3.1. Биография Родился в семье помещика, офицера в отставке — участника Отечественной войны 1812 года, в Чистополе Казанской губернии. Детство его протекало сначала в деревне Бутлеровке — имении отца, затем в Казани. Первоначальное образование получил в частном пансионе Топорнина — учителя французского языка 1-й Казанской гимназии, а затем и в самой гимназии, в 1844—1849 годах студент Казанского университета«разряда естественных наук». Получая широкую подготовку в области естествознания, он в первые годы проявил большой интерес к ботанике и зоологии. В 1849 году пишет дипломную работу «Дневные бабочки волго-уральской фауны». Эта особенность полученного образования, по-видимому, была одной из причин того, что, уже став химиком с мировым именем, А. М. Бутлеров попрежнему сохранял интерес к живой природе и, в частности, был одним из организаторов и постоянных сотрудников журнала «Пчеловодный листок». По окончании университета Бутлеров продолжил свою учёбу в роли «оставленного при университете для подготовки к профессорскому званию». В 1854 он сдал экзамен и защитил диссертацию на степень доктора химии. В последующие годы А. М. Бутлеров много размышляет над теоретической стороной химии и уже в 1858 г., во время первой поездки за границу, высказывает на заседании Парижского химического общества свои теоретические взгляды, которые через три года, в 1861 г., в более развитом виде становятся предметом его известного доклада «О химическом строении вещества». С 1849 преподаватель, с 1854 экстраординарный, а с 1857 ординарный профессор химии в том же университете. В 1860—1863 был дважды его ректором. В 1868 году стал лауреатом Ломоносовской премии и был избран профессором химии Петербургского университета. В Петербурге А. М. Бутлеров развернул работы по непредельным соединениям, начатые ещё в Казани, а также продолжил теоретические работы. В 1885 вышел в отставку, но продолжал читать в университете специальные курсы лекций. В 1870 был избран адъюнктом, в 1871 — экстраординарным, а в 1874 — ординарным академиком Петербургской АН. В 1878—1882 преемник Н. Н. Зинина на посту председателя Отделения химии Русского химического общества. Почётный член многих других научных обществ в России и за рубежом. 14 мая 1885 г., заканчивая свою последнюю лекцию, А. М. Бутлеров с гордостью говорил о росте русской химической науки и предсказывал ей блестящее будущее. В 1886 г. А. М. Бутлеров умер в деревне Бутлеровке Казанской губернии. Созданные 6 при его участии крупнейшие русские химические школы — Казанская, Петербургская, Московская (обязанная своим расцветом В. В. Марковникову) — продолжили развитие органической химии, внося достойный вклад не только в отечественную, но и в мировую науку. 3.2. Научный вклад Основные положения теории химического строения органических веществ впервые были изложены в докладе «О химическом строении веществ» на съезде немецких естествоиспытателей в сентябре 1861 г. Тогда его доклад не вызвал никаких дискуссий. Основные теории: «Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определённое и ограниченное количество химической силы (сродства), с которой он принимает участие в образовании тела, я назвал бы химическим строением эту химическую связь, или способ взаимного соединения атомов в сложном теле» «… химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением» Бутлеров впервые объяснил явление изомерии тем, что изомеры — это соединения, обладающие одинаковым элементарным составом, но различным химическим строением. Зависимость свойств изомеров от их химического строения объясняется существованием в них передающегося вдоль связей «взаимного влияния атомов». Атомы приобретают различное «химическое значение». Это общее положение было конкретизировано в виде многочисленных «правил», в XX в. эти правила получили электронную интерпретацию В 1864 Бутлеров предсказал существование двух бутанов и трёх пентанов и изобутилена. Чтобы провести идеи теории химического строения через всю органическую химию, Бутлеров издал в 1864—1866 в Казани тремя выпусками «Введение к полному изучению органической химии». Доклад А.М.Бутлерова «О химическом строении веществ» Была подвергнута критике и опровергнута теория типов 1. Теория типов говорила о порядке связей атомов в молекуле ничего неизвестно. Атомы в молекулах органических соединений, возражал Бутлеров, связаны друг с другом в определенном порядке химическими связями 7 2. Теория типов считала, свойства органических веществ зависят от того, к какому типу они принадлежат. Бутлеров установил: свойства органических веществ зависят от качественного и количественного состава их молекул и химического строения. 3. Теория типов говорила: внутренне строение молекул непознаваемо. Бутлеров возражал: строение можно изучить химическими методами. 4. Теория типов утверждала: одно вещество можно изобразить несколькими формулами( например хлоруксусную кислоту можно записать по типу воды и по типу хлористого водорода ). Бутлеров говорил обратное: каждое вещество имеет одну определенную формулу строения. 5. Теория типов говорила: какой из типических формул пользоваться - это вопрос удобства. Рациональная формула, возражал Бутлеров, должна отражать строение реально существующей молекулы. Отмечено основополагающее значение теории атомности. Дано определение понятию химического строения как «…способа взаимного соединения атомов в сложном теле» и распределение принадлежащих атомам сил сродства, вследствие которых образуются химические связи различной прочности. Намечены пути экспериментального изучения химического строения Обсуждены смысл и способ изображения формул химического строения. Впервые отмечено, что различная реакционная способность разных соединений объясняется «большей или меньшей энергией», с которой связываются атомы , а также полным или неполным потреблением единиц сродства при образовании связи. Обоснована идея о взаимном влиянии атомов в молекуле. А.М. Бутлеров предсказал и объяснил (1864 г.) изомерию многих органических соединений, в том числе двух изомерных бутанов, трех пентанов и различных спиртов до амиловых включительно. Провел большое количество экспериментов, подтверждающих выдвинутую им теорию: синтезировал и установил строение третичного бутилового спирта (1864 г.), изобутана (1866 г.) и изобутилена (1867 г.), выяснил структуру ряда этиленовых углеводородов и осуществил их полимеризацию. Показал (1862 г.) возможность обратимой изомеризации. Осуществил первый полный синтез сахаристого вещества(1861). Дал современное толкование терминам «полимер» и «полимеризация». В 1862 г. предложил тетраэдрическую модель атома углерода 8 Написал «Введение к полному изучению органической химии» (1864) – первое в истории науки руководство, основанное на теории химического строения. IV. Предпосылки теории химического строения. 4.1. Накопление фактологического материала Ко времени создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических веществ (1861 г.) были известны многие десятки и сотни тысяч органических соединений. Возникновение органической химии как самостоятельной науки можно отнести к 1807 г., когда известный шведский химик Й. Берцелиус впервые ввел термины «органическая химия» и «органические вещества». До этого времени вещества классифицировали по источнику их получения и поэтому еще в XVIII в. различали три химии: «растительную», «животную» и «минеральную». В конце XVIII в. французский химик А. Лавуазье показал, что вещества, получаемые из организмов растений и животных (отсюда их название — органические вещества), содержат, в отличие от минеральных, лишь немногие элементы: углерод, водород, кислород, азот, а иногда фосфор и серу. Так как углерод обязательно присутствует во всех органических соединениях, то органическую химию по предложению А. Кекуле с середины XIX в. стали называть химией соединений углерода. Позднее немецкий химик К. Шорлеммер дал более точное определение этой науки: органическая химия — это химия углеводородов и их производных (то есть соединений, которые могут быть получены на основе углеводородов). 4.2.Работы предшественников А. М. Бутлерова 1. Введение французскими химиками Л. Гитоном де Морво и А. Лавуазье термина «радикал» и истолкование органической химии как химии сложных радикалов (Ж. Дюма и Ф. Велер). 2. Введение Й. Берцелиусом в 1830 г. термина «изомерия» для явления существования веществ одинакового состава, обладающих различными свойствами. 9 3. Успехи в синтезе органических соединений, в результате которых было развеяно учение о витализме, то есть о «жизненной силе», под влиянием которой якобы в организме живых существ образуются органические вещества: • в 1828 г. Ф. Велер из неорганического вещества (цианата аммония) синтезировал мочевину; • в 1842 г. русский химик Н. Н. Зинин получил анилин; • в 1845 г. немецкий химик А. Кольбе синтезировал уксусную кислоту; • в 1854 г. французский химик М. Бертло синтезировал жиры, и, наконец, • в 1861 г. сам А. М. Бутлеров синтезировал сахароподобное вещество. 4. В середине XVIII в. химия становится более строгой наукой. В результате работ Э. Франкланда и А. Кекуле утвердилось понятие о валентности атомов химических элементов. Кекуле развил представление о четырехвалентности углерода. Благодаря трудам Канниццаро четче стали понятия об атомных и молекулярных массах, уточнены их значения и способы определения. В 1860 г. более 140 ведущих химиков из разных стран Европы собрались на международный конгресс в г. Карлсруэ. Конгресс стал очень важным событием в истории химии: были обобщены успехи науки и подготовлены условия для нового этапа в развитии органической химии — появления теории химического строения органических веществ А. М. Бутлерова (1861 г.), а также для фундаментального открытия Д. И. Менделеева — Периодического закона и системы химических элементов (1869 г.). В 1861 г. А. М. Бутлеров выступил на съезде врачей и естествоиспытателей в г. Шпейере с докладом «О химическом строении тел». В нем он изложил основы разработанной им теории химического строения органических соединений. Под химическим строением ученый понимал порядок соединения атомов в молекулах. 4.3.Личностные качества А. М. Бутлерова По свидетельству современников, Бутлеров был одним из лучших лекторов своего времени: он безраздельно владел аудиторией благодаря ясности и строгости изложения, которые сочетались у него с образностью языка. А. М. Бутлерова отличали энциклопедичность химических знаний, умение анализировать и обобщать факты, прогнозировать. Он предсказал 10 существование изомера бутана, а затем получил его, равно как изомер бутилена — изобутилен. А. М. Бутлеров создал первую в России школу химиков-органиков, из которой вышли блестящие ученые: В. В. Марковников, Д. П. Коновалов, А. Е. Фаворский и др. Недаром Д. И. Менделеев писал: «А. М. Бутлеров — один из величайших русских ученых, он русский и по ученому образованию, и по оригинальности трудов». 4.4.Понятие о валентности О валентности написано достаточно много. И это понятно, ведь валентность — это фундаментальное понятие химии. Как отмечено в ряде исторических исследований, с раскрытием сути этого понятия развивалась сама химия. С использованием этого понятия соотносят важнейшее свойство химического элемента — его способность образовывать соединения определённого состава. Общепринято, что термин «валентность» имеет латинское происхождение (valentia — сила). Считается, что первым его ввёл в употребление в 1868 году немецкий химик К. Вихельхаус, однако сама идея о наличии такой силы в химических взаимодействиях связывается с именем Э. Франкланда, который впервые высказал её в 1852 году при изучении состава металлоорганических соединений. Эту идею подхватили Ф. А. Кекуле и А. Кольбе, разработавшие сейчас мало известную теорию валентности, которая явилась прологом теории химического строения органических соединений А. М. Бутлерова В процессе изучения особенностей реакций замещения также было замечено, что число атомов, которое способен замещать данный атом в соединении не произвольно и не бесконечно, а подчиняется строгой закономерности. При этом наиболее важным было то, что число присоединённых и замещённых атомов было ограничено и индивидуально. Например, один атом хлора способен присоединить только один атом водорода с образованием HCl, так же и в метане: один атом хлора способен заместить только один атом водорода с образованием CH3Cl. Исходя из этого был сделан вывод: «атомам элементов свойственна определённая ёмкость насыщения, которая у некоторых элементов выражается постоянной, а для большинства же других — переменной величиной» (Э. Франкланд, 1853). Было установлено, что наибольшее число атомов, с которыми может соединиться данный атом, не превышает определённой величины, зависящей от его природы. Были установлены пределы этой «насыщаемости», свойственные атомам каждого элемента. Опираясь на эти экспериментальные факты, совершенно логично можно было предположить, что такое поведение атомов в реакциях соединения и замещения является проявлением какого-то коренного индивидуального их свойства, которое Франкланд первоначально назвал «соединительной силой» (это может быть один из этимологических источников термина: от лат. valentia — сила), затем его назвали «степенью соединения», «соединительным числом», «основностью», «атомностью» (так 11 как значение этого свойства определялось по числу присоединённых или замещённых атомов), «эквивалентностью» и наконец «валентностью». Достоверно известно, что в Британскую энциклопедию этот термин вошёл в 1876 году. 4.5.Изомерия Изомеры — это соединения, обладающие одинаковым элементарным составом, но различным химическим строением. Зависимость свойств изомеров от их химического строения объясняется существованием в них передающегося вдоль связей «взаимного влияния атомов». Атомы приобретают различное «химическое значение». Одной из важнейших проблем, связанных с развитием теории химического строения, была проблема изомерии. А.М. Бутлеров это отчетливо понимал и вскоре после своего доклада перед немецкими естествоиспытателями провел серию экспериментов с целью объяснить причину этого явления. В работах, вышедших в 1863-1865 гг., А.М. Бутлеров рассмотрел несколько различных случаев изомерии. Классическая статья русского ученного «О различных объяснениях некоторых случаев изомерии», опубликованная в 1863 г., явилась важнейшим документом в истории учения о химическом строении. В простейших случаях объяснение изомерии с позиций теории о химическом строении не вызывало никаких трудностей. Молекулярный состав одинаков, свойства различны – это изомеры Изомерия - явление существования разных веществ изомеров, имеющих одинаковый количественный и качественный состав, но разное строение и потому разные свойства. C2H6O CH3-CH2-OH этиловый спирт Жидкость, t кип=78,4С хорошо растворим в воде, взаимодействует со щелочными металлами CH3-O- CH3 диметиловый эфир Газ, t кип=-24С нерастворим в воде, не взаимодействует со щелочными металлами В молекуле диэтилового эфира все шесть атомов водорода непосредственно связаны с атомами углерода, а в молекуле этилового спирта только пять атомов Н соединяются с атомами С, а шестой атом Н присоединен к атому кислорода. 12 4.6.Четырехвалентность атомов углерода в органических соединениях В 1856 Кекуле по рекомендации Р. Бунзена стал приват-доцентом в Гейдельбергском университете. Он начал читать лекции по органической химии, организовал на средства дяди маленькую лабораторию. Первыми в ней стали работать Р. Гофман и А. Байер. В Гейдельберге Кекуле вплотную приступил к решению теоретических проблем органической химии. В статье "О теории многоатомных радикалов" он сформулировал новые положения своей теории валентности, разработал вопрос о соединительной способности атомов. Он разделил элементы на одно-, двух-, трехосновные (валентные). Кекуле отмечал, что углерод занимает особое место среди всех элементов, в органических соединениях его валентность равна четырем. В статье "О составе и превращениях химических соединений и о химической природе углерода", напечатанной в "Анналах" Либиха в 1858, Кекуле обосновал четырехвалентность углерода в органических соединениях. А.Кекуле в 1858 г. писал: "При рассмотрении простейших соединений углерода (рудничный газ, хлористый метил, хлористый углерод, хлороформ, угольная кислота, фосгеновый газ, сероуглерод, синильная кислота и т.д.) бросается в глаза, что количество углерода, которое химики считают наименьшим из возможных и признают атомом, всегда связывает четыре атома одноатомного или два атома двухатомного элемента, что вообще сумма химических единиц элемента, связанных с атомом углерода, равна 4. Это приводит к выводу о том, что углерод четырехатомен (или четырехосновен)". 4.7.Возможность соединения атомов с друг с другом В 1858 г. Кекуле (одновременно с шотландским химиком А.Купером) указал на способность атомов углерода при насыщении своих «единиц сродства» образовывать цепи. Это механическое учение о соединении атомов в цепи с образованием молекул легло в основу теории химического строения. 4.8.Конгресс химиков в Карлсруэ Международный съезд химиков в Карлсруэ проходил в городе Карлсруэ, Германия, 1860 года. Это была первая международная конференция, посвященная химии. Решения этого съезда послужили одной из предпосылок открытия Периодического закона На съезд собрались химики из разных европейских стран. На конференции проходила борьба двух фракций. Сторонники одной не верили в возможность познания атомов. Они предлагали выбрать любую из возможных формул для каждого вещества, вместо того чтобы пытаться найти истинные формулы, то есть они были сторонниками так называемого «условного соглашения». 13 Другая фракция объединяла химиков-материалистов, не соглашавшихся с точкой зрения о невозможности познания атомов и отвергавших условное соглашение. Результатом съезда химиков в Карлсруэ стало утверждение атомномолекулярного учения, были определены понятия атомного веса, а также молекулы и атома. Было установлено, что молекула — это наименьшее количество вещества, вступающее в реакции и определяющее физические свойства, а атом — наименьшее количество элемента, содержащееся в молекулах. V. Взгляды А.М. Бутлерова на строение вещества. Первое публичное выступление А. М. Бутлерова по теоретическим вопросам органической химии относится к концу 50-х годов: его доклад на заседании Парижского химического общества 17 февраля 1858 г. В нём говорится, что за радикалы следует считать не только органические группы, но и группировки типа OH,NH2, то есть характерные для различных классов органических веществ сочетания атомов, которые впоследствии получили название функциональных групп. В этом же докладе Бутлеров впервые употребил и сам термин «структура», относя к одному типу молекулярной структуры метан, хлористый метил, хлористый метилен, хлороформ,четырёххлористый углерод, метиловый спирт. В следующем, 1859 г., А. М. Бутлеров писал: Экспериментальные исследования дадут нам основание для истинной химической теории, которая будет математической теорией молекулярной силы, называемой нами химическим сродством. Поскольку, однако, сродство есть не только причина превращений, но и причина определённой группировки элементарных атомов в химической молекуле, то оно и должно изучаться не только во время производимого ими движения молекул, но так же и в состоянии равновесия материи. Основные идеи о химическом строении были изложена А. М. Бутлеровым три года спустя в докладе «О химическом строении вещества», с которым он выступил, прочитанном в химической секции Съезда немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере (19 сентября 1861) и опубликованном в том же году на немецком и в следующем — на русском языках. В докладе 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). 14 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. 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. VI. Основные положения теории А.М. Бутлерова. Основываясь на приведенных выше высказываниях А.М. Бутлерова, сущность теории химического строения можно выразить в следующих положениях: 1. Атомы в молекулах органических соединений связаны друг с другом в определенной последовательности, согласно их валентности; 2.Строение можно изучать химическими методами; 3.Атомы оказывают друг на друга взаимное влияние; 4. Свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от строения. Зная строение вещества, можно предположить его свойства, и наоборот. Химическое строение - это определенный порядок в чередовании атомов в молекуле, во взаимодействии и взаимном влиянии атомов друг на друга - как соседних, так и через другие атомы. В результате каждое вещество имеет свои особые физические и химические свойства. Данное положение теории строения органических веществ объяснило явление изомерии, широко распространенное в органической химии. Приведенная пара соединений диметиловый эфир и этиловый спирт - один из примеров, иллюстрирующих явление изомерии. 15 VII. Сущность теории. Теория А.М.Бутлерова утверждает то, что каждое вещество имеет определенное химическое строение, от которого зависят свойства веществ. Свойства веществ зависят от природы химических элементов, от их количества и от того, как они соединяются между собой. VIII.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. 16 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. Развитию теории строения способствовали работы Кекуле, Кольбе, Купера, Жерара и Вант-Гоффа. Однако их теоретические положения не носили общего характера и служили, главным образом, целям объяснения экспериментального материала IX. Ученые, которые внесли вклад в развитие теории 9.1. Берцелиус Йенс Якоб (1779-1848) Шведский химик и минералог, иностранный почетный член Петербургской АН (1820). Открыл церий (1803), селен (1817), торий (1828). Создал (18121819) электрохимическую теорию химического сродства, на ее основе построил классификацию элементов, соединений и минералов. Определил (1807-1818) атомные массы 45 элементов, ввел (1814) современные химические знаки элементов. С 1811 г. Берцелиус занимался систематическим определением состава органических соединений, в результате чего доказал применимость стехиометрических законов к органическим соединениям. Он внёс существенный вклад в создание теории сложных радикалов, хорошо согласующейся с его дуалистическими представлениями о сродстве атомов. Берцелиус развивал также теоретические представления об изомерии и полимерии (1830-1835), представления об аллотропии (1841). Он ввёл в науку также и термины «органическая химия», «аллотропия», «изомерия». Предложил термин «катализ» (1835) 9.2.Франкленд Эдуард (1825-99) Английский химик-органик. Член Лондонского королевского общества (1853) и Парижской академии наук (1895), Президент Лондонского 17 химического общества (1871-1873). Иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1876). При попытке выделить свободные радикалы – метил и этил – получил в 1849 г. цинкалкилы, которые в дальшейшем широко использовались в органическом синтезе. Франкленд впервые получил алкильные производные олова и ртути и ввёл в 1852 г. термин "металлоорганические соединения". Ввел термин «валентность» (1853). В 1864 г. разработал метод получения насыщенных и ненасыщенных оксикислот из щавелевокислого эфира и цинкалкилов. В 1861-1868 гг. исследовал влияние атмосферного давления на процессы горения. Результаты своих работ изложил в книге "Исследования по чистой, прикладной и физической химии". 9.3.Кекуле Фридрих Август (1829-1896) Немецкий химик-органик, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1887). В 1854 г. он получил тиоуксусную, а в 1856 г. – гликолевую кислоту. В 1872 г. совместно с нидерландским химиком А. Франшимоном (1844–1919) Кекуле синтезировал трифенилметан и антрахинон. Мысль о том, что атом элемента обладает способностью к «насыщению», была высказана в 1853 г. Э. Франклендом при рассмотрении конституции металлорганических соединений. Развивая эту идею, в 1854 г. Кекуле впервые высказал идею о «двухосновности», или «двухатомности» (позднее он стал использовать термин «валентность») серы и кислорода, а в 1857 г. разделил все элементы на одно-, двух- и трехосновные; углерод Кекуле (одновременно с немецким химиком Г. Кольбе) определил как четырёхатомный элемент. В 1858 г. Кекуле (одновременно с шотландским химиком А. Купером) указал на способность атомов углерода при насыщении своих «единиц сродства» образовывать цепи. Это механическое учение о соединении атомов в цепи с образованием молекул легло в основу теории химического строения. В 1865 г. Кекуле высказал предположение, что молекула бензола имеет форму правильного шестиугольника, образованного шестью углеродными атомами, с которыми связаны шесть атомов водорода. 9.4.Жерар Шарль Фредерик (1816-1856) Эльзасский химик, член-корреспондент Академии наук в Париже (1856). Шарль Жерар один из самых выдающихся химиков XIX в. В истории химии Жepap оставил неизгладимый след как самоотверженный борец против теорий, тормозивших развитие химии, как ученый, способствующий утверждению атомно-молекулярного учения. Желая классифицировать многочисленные органические соединения, Жерар в 1842 высказал следующий принцип классификации: органические соединения должны быть распределены на группы, «связь между членами которых должна быть такова, чтобы можно было при помощи состава химических функций и превращений какого-нибудь отдельного индивида данной группы предвидеть состав и превращения всякого другого вещества, 18 входящего в ту же группу». Этот принцип позволил его автору расположить органические соединения в виде особой лестницы, верхними ступенями которой являются сложнейшие органические тела, нижними — вода и углекислота. X. Заключение. Современный период развития органической химии в области теории характеризуется все возрастающим проникновением методов квантовой механики в органическую химию. С их помощью решаются вопросы о причинах тех или иных проявлений взаимного влияния атомов в молекулах. В области развития органического синтеза современный период характеризуется значительными успехами в получении многочисленных органических соединений, в число которых входят природные вещества антибиотики, разнообразные лекарственные соединения, многочисленные высокомолекулярные соединения. Органическая химия глубоко проникла в сферу физиологии. Так, с химической точки зрения изучена гормональная функция организма, механизм передачи нервных импульсов. Ученые вплотную подошли к разрешению вопроса о строении и синтезе белка. Органическая химия как самостоятельная наука продолжает существовать и интенсивно развиваться. Это объясняется следующими причинами: 1. Многообразием органических соединений, обусловленным тем, что углерод в отличие от других элементов способен соединяться друг с другом, давая длинные цепочки (изомеры). В настоящее время известно около 6 млн. органических соединений, в то время как неорганических - только около 700 тысяч. 2. Сложностью молекул органических веществ, содержащих до 10 тысяч атомов (например, природные биополимеры - белки, углеводы). 3. Специфичностью свойств органических соединений по сравнению с неорганическими (неустойчивостью при сравнительно невысоких температурах, низкой – до 300°С – температурой плавления, горючестью). 4. Медленно идущими реакциями между органическими веществами по сравнению с реакциями, характерными для неорганических веществ, образованием побочных продуктов, спецификой выделения получающихся веществ и технологическим оборудованием. 5. Огромным практическим значением органических соединений. Они наша пища и одежда, топливо, разнообразные лекарственные препараты, многочисленные полимерные материалы и т.д. 19 XI. Литература. И.Я.Миттова, А.М.Самойлов «История химии с древнейших времен до конца XX века» Том 1. http://www.physchem.chimfak.rsu.ru http://chemlib.ru/himiki/item/f00/s00/e0000002/ https://ru.wikipedia.org/wiki/ http://www.piplz.ru/page-id-495.html http://orgchem.ru/chem1/P2_1.htm http://www.xumuk.ru/organika/09.html http://school-sector.relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch3_1.html 20
