Основные проблемы современной химии
4) Все вещества состоят из множества мельчайших частиц, взаимодействие между которыми может привести (в зависимости от (а) и (б)) либо к образованию частиц большего размера (р. присоединения), либо к перегруппировке их (р. обмена).
5) Состав образующихся соединений в общем случае должен быть переменным, что характерно для растворов и сплавов, таким образом, подход Бертолле оказался противоп
оложным подходу Дальтона.Дальтон считал, что сила взаимодействия постоянна, а Бертолле – переменна; концепция Бертолле была в то время весьма прогрессивной, но в силу своей преждевременности получила поражение в дискуссии, длившейся 8 лет. Идеи Бертолле нашли дальнейшее развитие в работах Менделеева, выводы которых были следующие:
- растворы представляют собой истинные химические соединения, переменность состава которых обусловлена ассоциацией или диссоциацией сульфатов, растворенных друг в друге или в избытке растворителя. Наметился синтез представлений об атомной дискретности строения и непрерывности отношений сложных тел (изменение энергии химической связи).
В учении Менделеева о теории растворов послужила работа Курнакова, создавшего стройные учения о существовании и способах получения бертоллидов - химических соединений переменного состава, и дальтонидов – химических соединений постоянного состава.
Важнейшей особенностью бертоллидов является динамика их существования или единство структуры и динамики.
Курнаков рассматривал фазы переменного состава как соединения постоянного состава в состоянии диссоциации и взаимодействия с исходными компонентами.
Развитие понятия валентности. Любое научное понятие эволюционирует. Эволюция понятия это накопление информации и переход с одного уровня знаний к более высокому уровню с сохранением чего-либо инвариантного.
Впервые понятие валентности было введено в химии для отражения свойств изолированного атома, при этом валентностью (атомностью) считалась целочисленная величина, выражающая количество единиц сродства свободного атома любого элемента, при этом для H2 установили 1 единицу сродства, для O2 - 2 единицы, а для С – 4 единицы.
Далее валентность рассматривалась как причина образования парных межатомных связей и устанавливалась по числу этих связей. При этом многочисленные случаи совпадения числа единиц сродства привели к отождествлению причины и следствия, поэтому с 1870 и по сей день валентность – это число химических связей, осуществляемых атомом при образовании соединений, то есть единицу сродства свободного атома заменили структурной характеристикой связанного атома.
К концу XIX века из большого числа экспериментальных данных появились выводы, свидетельствовавшие о нецелочисленности валентности связанного атома. Одновременно Вернер в координационных соединениях выдвинул понятие координационного числа, идентичного понятию валентности, но противоречащее установившемуся определению. В результате понятие валентности стало аморфным и неясным по существу. Успехи химии в XX не уточнили и еще более углубили кризисное состояние понятия валентности, поэтому сложилась система понятия валентности:
- число единиц сродства свободного атома
- валентность элемента в соединении часто оказывается нецелочисленной
- свободные валентности связанного атома
- понятие о многоцентровой химической связи (делокализованной)
Таким образом, понятие валентности расщепилось на 4 самостоятельных понятий.
Закономерности развития структурной химии. Вторая концептуальная система
1. Возникновение первых структурных представлений.
2. Эволюция понятия «структура».
3. Противопоставление понятий «структура» - «динамика».
4. Структурная теория твердого тела.
5. Предмет структурной химии.
6. Пределы структурной химии, ограниченность химической технологии на этом уровне.
Возникновение первых структурных представлений
Самые первые структурные представления возникли еще в атомистике Дальтона и функционировали в рамках I-ой концептуальной системы. Дальтон, развивая представления об объединении простых атомов в сложное, выдвинул такие соображения о соединении, которые привели к символике структурных формул. Работа Дальтона послужила основанием для выхода на вторую ступень, назначение которой есть изучение связи между структурой и свойствами веществ.
Эволюция понятия «структура»
Сам термин «структура» использовался в различных областях знания. Это понятие характеризует закономерности образования и существования любой системы как множества взаимосвязанных элементов. Для химии структура – это устойчивая упорядоченность качественно неизменных систем и это понятие в химии применяется к атому, молекуле, молекулярному иону, комплексу и макротелу, но основным объектом является молекула. Поэтому структурной химией называют учение о строении органических молекул, а структурной неорганической химией – химию твердого тела. Наибольший вклад внес Берцелиус. Он считал, что молекула представляет собой определенную упорядоченность, заключающуюся в объединении двух разноименно заряженных атомов или группировок, способных к самостоятельному существованию, которые стали называть радикалами. Эту теорию он применял к неорганической химии. Через 2 года (1832) Вёлер и Либих распространили теорию Берцелиуса на органические соединения и доказали наличие в них радикалов.
Они заметили, что эти 3 соединения содержат неизменно повторяющуюся структурную группировку.
Такую структурную группировку назвали радикалом. Теория радикалов стала широко применяться. Однако от теории Берцелиуса пришлось отказаться, так как она была лишена одного из важнейших представлений, что переход от элементов к соединениям не простое сложение, а качественное преобразование вещества, и вторым аргументом послужила реакция:
C6H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl
Это объяснить не удалось.
Главное, что взяла наука из теории Берцелиуса, это то, что молекула состоит из радикалов, способных к самостоятельному существованию.
Следующий ученый – Жерар, который к 1840-м годам создал унитарную (единую) теорию, которая органически связана со следующими результатами его работы:
- предсказание и открытие новых органических соединений;
- открытие гомологии в качестве общей закономерности;
- создание классификации органических соединений;
- создание системы эквивалентов в органической химии, разграничение понятий атома, молекулы;
До Жерара под частицей понимали не систему, а суммативное множество элементов. Эти понятия отличаются так же, как куча песка от кристалла. В своих работах Жерар доказал, что количественное изменение элементов системы обязательно приводит к качественным изменениям. Эстафету после Жерара подхватили Кекуле, Купер, Бутлеров и др.
Первой же теорией реакционной способности органических веществ явилась опубликованная в 1861 году теория Бутлерова, внесшая революционные изменения в органическую химию. Бутлеров – первый представитель классической химии, ставший на путь отказа от абсолютизации законов стехиометрии. Бутлеров доказал, что способ соединения одного и того же числа атомов может быть различным, и принципиальным отличием теории явился вывод, что при разных способах соединения образуются неравноценные химические связи.
Скачать реферат