Первые разработки теории химического строения - ABCD42.RU

Первые разработки теории химического строения

Химия. 10 класс

Конспект урока

Химия, 10 класс

Урок № 1. Предмет органической химии. Теория химического строения органических веществ

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён общим вопросам органической химии и органических веществ: предмет органической химии, особенностям и признакам органических веществ, теории строения органических веществ.

Гомология – явление сходства по составу, строению, химическим свойствам и принадлежности к тому же классу одного вещества с другим веществом, но различающиеся друг от друга на одну или несколько групп СН2. Группу СН2 называют гомологической разностью.

Горение – быстро протекающий процесс окисления вещества, сопровождающийся большим выделением тепла и ярким свечением.

Графическая формула – формула вещества, в которой указывается последовательность расположения атомов в молекуле с помощью, так называемой валентной черты, или валентного штриха.

Изомерия – явление существования веществ, одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и вследствие этого по физическим и химическим свойствам. Такие вещества называются изомерами.

Молекулярная формула – формула, которая показывает, из каких химических элементов состоит молекула вещества (качественный состав) и сколько атомов каждого элемента образуют молекулу данного вещества (количественный состав).

Органическая химия – химия углеводородов и их производных, т.е. продуктов, образующихся при замене водорода в молекулах этих веществ другими атомами или группами атомов, или химия углерода и его соединений.

Структурная формула – изображение молекулы, в котором показан порядок связывания атомов между собой. Химические связи в таких формулах обозначаются черточками. Например, структурные формулы: СН3-СН2-СН2-СН3 бутан.

Углеродный скелет – каркас органической молекулы, который представляет собой последовательность химически связанных между собой атомов углерода.

Химическое строение – порядок соединения атомов в молекуле, их взаимное расположение в пространстве.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Ученые-химики изначально делили известные вещества на минеральные, животные и растительные, используя признак классификации – источник их получения. В дальнейшем вещества делят на две группы неорганические и органические. Признаком классификации послужило наличие в веществах атомов химического элемента углерода. Конечно, чёткой границы между органическими и неорганическими веществами нет и данная классификация условна, так как некоторые неорганические вещества обладают признаками органических веществ и могут превращаются в органические в одну стадию (карбиды, угарный газ и другие). Но и объединить в единую группу все вещества невозможно, так как органические вещества значительно отличаются от неорганических веществ. Органические вещества имеют общие признаки, которые отличают их от неорганических веществ:

наличие в составе молекулы атомов углерода; большинство способны гореть и (или) разлагаться с образованием углеродсодержащих продуктов; наличие в молекуле только ковалентных связей; непосредственное соединение углерода с атомами других элементов; валентность углерода равна IV. Йенс Якобс Берцелиус — шведский химик придерживался виталистической теории и определил органическую химию как химию растительных или животных веществ, образующихся под влиянием «жизненной силы» — vis vitalis; в 1806 году ввел понятия «органическая химия» и «органические вещества». Классическое определение понятия «органическая химия» была сформулировано немецким химиком в 1889 г. Карлом Шорлеммером (1834 – 1892): «Органическая химия есть химия углеводородов и их производных». В настоящее время органическую химию называют химией углерода и его соединений. Согласно схеме «Классификация веществ» неорганических веществ насчитывается около 700 тыс., а органических веществ – около 40 млн. Почему количество органических веществ превышает количество неорганических веществ. Причин многообразия органических веществ несколько: атомы углерода, соединяясь друг с другом, могут образовать цепи разной длины (от 1 до 100 атомов), разной формы (линейные, циклические, разветвленные); углерод может образовывать простые, двойные, тройные связи; углерод может соединяться с различными элементами; существование изомеров и гомологов. Изомерия – явление существования разных веществ-изомеров, имеющих одинаковый количественный и качественный состав, но разное строение и потому разные свойства. Например: молекулярной формуле C2H6O соответствуют два вещества: CH3-CH2-OH этиловый спирт – жидкость, tкип = 78,4 Сº, хорошо растворим в воде, взаимодействует со щелочными металлами; CH3-O-CH3 диметиловый эфир – газ, –tкип = –24 Сº, нерастворим в воде, не взаимодействует со щелочными металлами. Гомологический ряд – это ряд соединений, сходных по строению и свойствам и расположенных в порядке увеличения их относительных молекулярных масс. Гомологи – это вещества, имеющие сходное строение и отличающиеся друг от друга на одну или несколько групп –СН2 – гомологическую разность. Например: Гомологический ряд метана с общей формулой CnH2n+2: CH4 метан; C2H6 этан; C3H8 пропан; C4H10 бутан и т.д.

Основой каждой науки является теория. Для органической химии такой теорией служит теория строения органических веществ Александра Михайловича Бутлерова. Предпосылками появления теории являются:

1. Накопление большого количества теоретического и практического материала об органических веществах и их свойствах;

2. Ученые не могли объяснить множество противоречий в известном фактическом материале (например, многообразие органических веществ и существование изомеров);

3. Работы предшественников А.М.Бутлерова и его собственная работа как талантливого исследователя и ученого.

Таблица 1. История развития органической химии.

Первые разработки теории химического строения

Александр Михайлович Бутлеров — профессор Казанского университета, академик, создатель теории химического строения органических соединений. На основе этой теории предсказал и впервые синтезировал ряд новых соединений. Понятие «химическое строение» в теории является ключевым. А. М. Бутлеров определял «химичес-кое строение» как последовательность соединения атомов в молекуле.

Другим значимым аспектом теории А. М. Бутлерова стало утверждение, что химическое строение веществ можно установить опытным путём химическими методами и отразить в формуле.

отражены в следующем:

1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённой последовательности согласно их валентности.

2. Свойства веществ зависят от вида и количества атомов, входящих в состав молекулы, а также от химического строения. Химическое строение определяет взаимное влияние атомов в молекуле.

3. Химическое строение молекулы может быть установлено в результате изучения свойств вещества.

Структуры органических соединений отображаются химическими формулами, в которых показан порядок соединения атомов в молекулах. Такие формулы называют формулами химического строения или структурными формулами.

Структурные формулы отображают только последовательность соединения атомов, но не расположение их в пространстве.

Читайте также  Основные типы химической связи

Каждая структурная формула отображает строение одной и той же молекулы пропана, т. к. последовательность соединения атомов в данном случае не изменяется.

Структурные формулы веществ обычно изображают в сокращённом виде `»CH»_3-«CH»_2-«CH»_3`. В сокращённых формулах чёрточки показывают связь атомов углерода друг с другом, но не показывают связи между атомами углерода и водорода. Начиная с бутана возможен различный порядок соединения атомов при одном и том же составе молекулы, т. е. в бутане атомы углерода могут располагаться в виде линейной и разветвлённой цепей.

`»C»-«C»-«C»-«C»`

В первом случае каждый атом углерода соединён с одним (если он концевой) или с двумя (если он находится внутри цепи) соседними атомами углерода; во втором случае – появляется атом углерода, соединённый с тремя соседними атомами углерода. Различному порядку связывания атомов при одном и том же качественном и количественном составе молекулы должны соответствовать разные вещества.

Бутан линейного строения и изобутан различаются температурами кипения.

`»CH»_3-«CH»_2-«CH»_2-«CH»_3`
бутан (т. кип. `-0,5^@»C»`) изобутан (т. кип. `-11,7^@»C»`)

называют вещества, которые имеют одинаковый состав молекулы, но различное химическое строение.

С увеличением числа атомов углерода в молекуле число возможных изомеров резко возрастает. Различия в химическом строении являются причиной проявления изомерами различных физико-химических свойств.

Теория А. М. Бутлерова завоевала признание. Значение теории химического строения А. М. Бутлерова можно сравнить с Периодическим законом и Периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева.

Для изображения электронного строения молекул используются электронные формулы (структуры Льюиса, октетные формулы). При написании электронной формулы должно выполняться правило октета, согласно которому атом, участвуя в образовании химической связи (отдавая или принимая электроны), стремится приобрести электронную конфигурацию инертного газа — октет (восемь) валентных электронов. Исключение составляет атом водорода, для которого устойчивой является конфигурация гелия, т. е. два валентных электрона.

Общую пару электронов иногда обозначают чёрточкой, которая и символизирует внутримолекулярную химическую связь:

Классическая теория химического строения — развитие и современность

В 1857-1858 гг. по вопросам химического строения молекул высказывались многие ученые: в России — А.М.Бутлеров (1828-1886), шотландский химик А.Купер (1831-1892), немецкий химик А.Кекуле (1829-1896) и др. Кекуле писал: «Определенные идеи в определенное время буквально «носятся в воздухе», и если один человек не высказал возникшую у него идею, она будет очень скоро высказана другим».

Изучая металлорганические соединения английский химик Э.Франкланд (1825-1899) пришел к выводу, что металлы в этих соединениях проявляют определенную «емкость насыщения». Термин «валентность» появился лишь в 1868 г. Как синонимы понятию «валентность» широко использовались термины «атомность», «единица сродства», «сумма химических единиц элементов», «степень заместимости» и т.д. К 1858 г. было установлено, что валентность водорода во всех соединениях всегда равна единице, валентность хлора в органических соединениях также равна единице, валентность кислорода и серы равна двум, валентность углерода равна четырем. Так 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)». Одновременно Кекуле и Купером развивались представления о цепьеобразной структуре углеродного скелета в органических молекулах.

В 1861 г. на собрании Общества немецких естествоиспытателей и врачей в Шпайере выступил с докладом Александр Михайлович Бутлеров. Он изложил свою теорию химического строения: «Все сознают, что теоретическая сторона химии не соответствует ее фактическому развитию. . В настоящее время лишь атомность составляет определенное и неизменное свойство элементов и может служить основанием общей теории. . Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением. . Если теперь определить химическое строение веществ и выразить его рациональными формулами, то для каждого тела возможна будет лишь одна рациональная формула». Сейчас эти идеи можно изложить так: «Каждому химическому соединению отвечает своя структурная формула, которая отображает порядок и кратность химических связей между атомами в молекуле». Вещества, молекулы которых отличаются лишь порядком связей атомов (т.е. химическим строением), называются изомерами, например диметиловый эфир и этиловый спирт. На основе теории химического строения А.М.Бутлеров предсказал существование, например третичного бутилового спирта, сам его синтезировал и изучил его свойства.

А.М.Бутлеров ввел понятие «взаимное влияние атомов в молекуле непосредственно не связанных химическими связями». Эту идею плодотворно развил его ученик В.В.Марковников. Он синтезировал изомасляную кислоту (существование которой было предсказано теорией химического строения), установил отличие ее свойств от свойств нормальной масляной кислоты. Широко известны правила Марковникова для реакции присоединения к молекулам углеводородов ряда этилена.

В 1865 г. А.Кекуле предложил свою структурную формулу для молекулы бензола , а в 1866 г. Эрленмейер, имея в виду родство в химических свойствах бензола и нафталина, предложил для молекулы нафталина формулу, состоящую из двух бензольных колец с двумя общими углеродными атомами. Но не все ученые-химики принимали и развивали теорию химического строения, были у нее и яростные противники. Так, руководитель обширной химической лаборатории в Лейпцигском университете (Германия), талантливый химик-экспериментатор, главный редактор «Журнала практической химии» Г.Кольбе (1818-1884) в 1870 г. писал, что теория химического строения это просто «игра для химических детей», у которых «извращенные представления» о химии. По молодости лет приверженцы этой теории стремятся «легко отвечать на трудные вопросы». Французский химик М.Бертло так же активно выступал против этой теории.

В 1869 г. И.Вислиценус (1835-1902), пытаясь понять случаи изомерии, которые не находили объяснения в классической теории химического строения, например малеиновой и фумаровой кислот, высказал идею о пространственном расположении атомов в молекулах и ввел понятие «геометрическая изомерии», т.е. цис-, транс-изомерия для производных этилена:

В 1874 г. идею И.Вислиценуса развили независимо друг от друга голландец Я.Вант-Гофф (1852-1911) и француз Ж.Ле Бель (1847-1930). Они исходили из того, что формулы соединений должны выражать пространственное строение органических молекул. Так, в молекуле метана и его производных атом углерода должен располагаться в центре тетраэдра, а четыре заместителя должны быть помещены в вершины тетраэдра. В тех случаях, когда с атомом углерода связаны четыре различных заместителя, атом углерода становится асимметрическим и химическое соединение становится оптически активным. И снова против этих идей резко выступил в 1877 г. Г.Колбе в статье «Приметы времени». М.Бертло также в принципе отверг возможность установления строения сложных веществ. Еще и сейчас в учебной литературе структурные формулы считаются как бы неполноценными, не выражающими пространственного строения молекул. В заключение мы приводим фрагмент структурной формулы молекулы ДНК, в которой зашифрована вся генетическая информация человека (молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты). Классическая теория химического строения прекрасно описывает стуктуру этой сложной молекулы.

Читайте также  Звездный нуклеосинтез – источник происхождения химических элементов

В настоящее время классическая теория химического строения получила дальнейшее развитие в работах профессора МГУ В.М.Татевского, его учеников, и в рамках компьютерной химии (в работах академика Н.С.Зефирова).

Теория химического строения

Новая эпоха в органической химии наступила с возникновением теории химического строения. Главная роль в создании, обосновании и подтверждении теории строения принадлежит знаменитому русскому ученому Александру Михайловичу Бутлерову, хотя кроме него элементы этой теории начали разрабатывать А. Купер (1831—1892) в Англии и А. Кекуле (1829— 1896) в Германии.

В 1858 г. Купер опубликовал на трех языках (английском, французском и немецком) статью «О новой химической теории», где он отбрасывает теорию типов и высказывает точку зрения, согласно которой все особенности органических веществ могут быть объяснены, если учитывать только два свойства атомов: «избирательное сродство» (связь атомов) и «степень сродства» (валентность атомов).

Купер писал: «С моей точки зрения этих двух свойств достаточно для объяснения всего того, что характерно для органической химии: именно это я докажу ниже. В молекуле, состоящей из трех, четырех, пяти и т. д. атомов углерода и эквивалентного количества водорода, кислорода и др., последние могут быть заменены другими элементами, в то время как углерод образует взаимно-связанный узел. Это означает, что один углерод связан с другим углеродом. Такое свойство придает углероду, так сказать, своеобразную физиономию и дает возможность понять непонятный до этого факт наслоения атомов углерода в органических соединениях».

Придя таким образом к важному представлению о цепи углеродных атомов, Купер выражает далее свои взгляды в формулах, которые, по его замыслу, должны дать картину строения соединений. В качестве примера его формул, которые были первыми конституционными формулами, можно привести следующие:

Из этих примеров видно, что Куперу удалось удивительно правильно передать конституцию этих соединений, а также некоторых более сложных и в то время мало исследованных (винная и виноградная кислоты).

Однако все эти формулы были лишены опытного обоснования. Купер совершенно не ставил вопроса о возможности их экспериментальной проверки. Его формулы, как легко видеть, были основаны на формальной интерпретации понятий валентности и связи атомов, а отчасти даже на интуиции. Естественно, что при таком подходе невозможно избежать ошибок. Так, например, формулы глицерина, глицериновой кислоты и щавелевой кислоты, данные Купером, уже неверны:

Таким образом, взгляды Купера, развитые им в его талантливой, интересной работе, не носят характера строгой теории.

Другая попытка изображения органических соединений конституционными формулами была сделана в 1861 г. Лошмидтом. При построении своих формул Лошмидт рассматривал атомы как мельчайшие материальные частицы, подвергающиеся действию сил притяжения и отталкивания. Эти силы при сближении атомов уравновешиваются, и различные атомы удерживаются друг около друга в некотором равновесном положении. Сферы действия атомных сил Ло-шмидт условно обозначал кружками (например, атомы углерода и водорода — простыми кружками, кислорода—двойными, азота—тройными).

Формулы Лошмидта имели следующий вид:

Не пытаясь составить какое-либо представление о способе связи шести углеродных атомов в молекуле бензола, Лошмидт обозначал бензол символом

В отличие от Купера, Лошмидт при выборе формул, кроме валентности («поллентности» по его выражению), иногда руководствовался и химическими свойствами. Однако в целом метод вывода формул Лошмидта был абстрактным, а зачастую просто необоснованным. Так, не опираясь на химические данные, Лошмидт пытался вывести формулы таких сложных веществ, как индиго, мочевая кислота и т. п.

Естественно, что эти формулы оказались ошибочными.

Несмотря на то, что многие из предложенных Лошмидтом формул органических соединений оказались удачными, работа его осталась почти не замеченной химиками того времени и не оказала сколько-нибудь существенного влияния на развитие теории органической химии.

Большой вклад в создание структурной теории внес знаменитый немецкий химик Кекуле. Он установил четырехвалентность углерода, ввел тип метана, предложил известную формулу бензола и, что особенно важно, правильно сформулировал одну из основных задач органической химии того времени.

Исходным пунктом для этого Кекуле считал «основность элемента» (валентность), а в отношении органических соединений прежде всего — природу углерода. Кекуле высказал также ряд других верных мыслей о связи атомов, выражая ее графическими формулами.

Как и другие сторонники теории типов, Кекуле изображал вещество несколькими типическими формулами. Так, например, чтобы передать известные тогда химические свойства уксусной кислоты, Кекуле предлагал изображать ее восемью формулами. Таким образом, хотя взгляды Кекуле и были близки к новым структурным воззрениям, хотя Кекуле и внес существенный вклад в развитие теории химического строения, он так и не смог полностью освободиться от представлений теории типов.

Таким образом, А. М. Бутлеров первый установил, что каждая молекула имеет определенное химическое строение, что строение определяет свойства вещества и что, изучая химические превращения вещества, можно установить его строение.

Что же касается способа написания структурных формул, то Бутлеров справедливо считал этот вопрос второстепенным: «Помня, что дело не в форме, а в сущности, в понятии, в идее,— и принимая во внимание, что формулами, обозначающими изомерию, логически-необходимо выражать настоящее частицы, т. е. некоторые химические отношения, в ней существующие,— не трудно притти к убеждению, что всякий способ писания может быть хорош, лишь бы только он с удобством выражал эти отношения. Весьма естественно даже употреблять разные способы, предпочитая тот, который является более выразительным для данного случая. Например, этан С2Н6 почти совершенно безразлично может быть изображен:

С возникновением теории химического строения органическая химия вышла из лабиринта типических формул; были показаны пути к познанию внутреннего строения молекул; появилась теоретическая основа для понимания химических процессов, для предсказания новых путей синтеза органических соединений. С самого момента своего возникновения теория химического строения дала возможность химикам проводить экспериментальные исследования направленно, целеустремленно.

Замечательным успехом теории химического строения явилось объяснение явления изомерии, открытого в первой четверти прошлого столетия.

Теория химического строения создавалась А. М. Бутлеровым в середине XIX века, в период, когда в России вырастали но-зые буржуазные общественно-экономические отношения и рост производительных сил привел к мощному развитию естествознания. В этот период И. М. Сеченов и затем И. П. Павлов создают материалистическое учение о высшей нервной деятельности человека и животных, К. А. Тимирязев и несколько позднее И. В. Мичурин закладывают начало нового этапа в развитии биологии, Д. И. Менделеев открывает важнейший закон природы — периодический закон, обобщивший все имевшиеся в то время знания о химических элементах. Н. И. Лобачевский открывает новую область математики.

Теория химического строения создала возможность научной систематизации фактического материала органической химии, объяснила ее важнейшие закономерности и дала ключ к предсказанию новых фактов. Она явилась научной основой для создания современной органической химии.

Теория А.М. Бутлерова — основные положения и значение для науки

Процесс формирования и развития теории

Первые химические опыты Бутлеров проводил во время обучения в пансионе. Он изготавливал бенгальские огни и порох. Во время преподавания в Казанском и Московском университетах Александр Михайлович написал 2 диссертации: «Об окислении органических соединений» и «Об эфирных маслах». В середине 1850-х гг. он участвовал в заседаниях Парижского химического общества и первым синтезировал сахаристое вещество — метиленитана. Это событие стало предпосылкой создания теории Бутлерова.

Читайте также  Химическая классификация минералов

Во середине XIX столетия Бутлеров занимался изучением явлений валентности и изомерии. В этот исторический период концепции химического строения сложных веществ основывались на исследованиях химика Йенса Берцелиуса. Ученый предполагал, что все химические соединения являются производными воды, аммиака, водорода и иных неорганических веществ. Учение Берцелиуса легло в основу теории радикалов. Александр Михайлович был несогласен с автором этой концепции и считал, что все формулы должны показывать строение химического вещества.

В феврале 1858 г. Бутлеров презентовал результаты своих исследований на заседании Парижского химического общества. Во время выступления он кратко озвучил главные положения будущей теории химического строения. Предметом исследования являлось строение органических веществ. Александр Михайлович ввел понятие структуры соединений и предложил классификацию сложных веществ, исходя из их химического строения. Он заявил, что для объяснения разных свойств химических соединений важно выделить особенности их главных элементов — атомов.

Вскоре стало понятно, что бутлеровская теория является временной. Она не могла полностью объяснить характеристики и реакционные способности молекул химических веществ. Существует 2 основных направления развития теории Бутлерова:

  • Стереохимия. Она исследует пространственное строение молекул химических соединений.
  • Дисциплины, посвященные электронному строению атомов. Они описывают причины проявления разных химических свойств.

Теория Бутлерова стала основой для современных исследований сущности взаимного влияния атомов. Она активно применяется не только в химии, но и в физических дисциплинах (при изучении электронного строения мельчайших частиц). Учения Александра Михайловича использовались при создании первой модели атома физиком Джозефом Томсоном.

Главные тезисы теории

Основные положения теории Бутлерова:

  • органические вещества имеют одинаковый качественный и количественный состав, вне зависимости от способа их образования;
  • валентность углерода, входящего в состав органических веществ, равняется 4;
  • существует несколько вариантов соединения атомов в молекуле сложных химических элементов;
  • атомы соединены друг с другом в строгой последовательности;
  • узнать свойство органического соединения можно при помощи его строения (это правило работает и в обратном направлении);
  • атомы, образующие молекулу вещества, взаимно влияют друг на друга (интенсивность влияния зависит от порядка и прочности соединения).

На основе этих тезисов было открыто явление изомерии. Вещества, имеющие идентичный состав и разное химическое строение, были названы изомерами. Примеры изомеров: бутан и изобутан. Они имеют идентичный атомный состав и одинаковую молекулярную массу, но обладают отличительными свойствами.

Методы изображения строения молекул

Для отображения порядка соединения атомов Бутлеров разработал структурную формулу. Связь между мельчайшими частицами изображается в виде черточек. Их количество определяет число общих электронных пар. Валентность углерода равна 4, поэтому он всегда образует 4 связи. С помощью этой формулы было подтверждено существование вторичных и третичных спиртов.

По числу углеродных атомов частицы подразделяются на следующие виды:

  • первичные: соседствуют с 1 атомом углерода;
  • вторичные: имеют 2 соседних углеродных атома;
  • третичные: соседствуют с 3 атомами углерода;
  • четвертичные: имеют 4 соседних углеродных атома.

Отображение молекул органических веществ осуществляется при помощи брутто-формул. Они представляют собой запись количественного и качественного состава вещества в сокращенном виде. Всем классам органических соединений соответствует общая формула гомологического ряда. Она показывает количественный состав гомологов, отличающихся на 1 группу CH2. Примеры гомологов: этан (С2H6) и пропан (C3H8).

Синтез веществ

На основе бутлеровской теории производится синтез органических соединений. Ученый доказал, что при помощи контролируемых реакций возможно создать новые вещества. Спустя несколько лет после публикации учения Бутлерова было проведено множество экспериментов. В их результате получилось синтезировать изобутилен, изомеры пентана и соединения, относящие к спиртам.

Современные технологии позволяют производить синтез веществ из нескольких сложных элементов, что позволяет улучшить их химические свойства. Для синтезирования применяются металлоорганические соединения, богатые электронами. Они используются при массовом производстве насыщенных углеводородов и сверхтонких волокон.

Систематизация знаний о химии

Бутлеровская теория позволила систематизировать знания о веществах и объяснить основные химические явления с точки зрения математической логики. Ученый первым в истории доказал наличие упорядоченной структуры атомов. При помощи использования элементов геометрии и комбинаторики создатель теории химического строения смог разработать классификацию атомных соединений, что позволило ученым выявлять свойства и характер сложных веществ без проведения комплексных исследований.

Влияние на науку

Теория имеет огромное значение для развития химического моделирования и представления общенаучной картины мира. Она позволила:

  • классифицировать органические соединения по свойствам и строению атомов;
  • использовать формулы для отражения строения молекул и химической связи между атомами сложных веществ;
  • предсказывать свойства неоткрытых элементов и разрабатывать способы их синтеза в лабораторных условиях;
  • изучить явление изомерии и выявить отличия в качественном и количественном составе органических соединений.

На основе бутлеровской теории была создана классификация углеводородов, являющихся объектом изучения органической химии. Она включает в себя 8 основных подклассов:

  1. Галогенопроизводные: образованы от галогенов (химических элементов, находящихся в 17 группе периодической системы Д. И. Менделеева).
  2. Спирты: включают в себя несколько гидроксильных групп.
  3. Простые и сложные эфиры: имеют 2 углеводородных радикала. Являются производными карбоновых кислот.
  4. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны): их молекулы содержат карбонильную группу.
  5. Карбоновые кислоты: в молекулах содержатся карбоксильные группы.
  6. Амины: являются производными аммиака. В их молекулах атомы водорода замещаются углеводородными радикалами.
  7. Нитросоединения: в молекулах содержится несколько нитрогрупп, состоящих из азота и кислорода.
  8. Сульфокислоты: содержат в себе сульфогруппы, состоящие из серы, кислорода и водорода. Выделяются ароматические, гетероциклические сульфокислоты и алкансульфокислоты.

Основные наименования представителей этих групп содержатся в общей номенклатуре ИЮПАК, созданной Международным союзом теоретической и прикладной химии. Переход между классами осуществляется посредством ряда последовательных химических реакций, при этом углеродная основа соединений не изменяется.

Это явление называется органическим синтезом и используется во время производства лекарственных препаратов, косметических средств, растительных удобрений, бытовых товаров и топливных жидкостей для транспортных средств.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: