Теорія будови органічних сполук. Залежність властивостей речовин від складу і хімічної будови молекул.

Теорія будови органічних сполук. Залежність властивостей речовин від складу і хімічної будови молекул.  

Cтворення теорії хімічної будови органічних сполук. На початку ХІХ ст. стрімкого розвитку як окрема галузь науки набула органічна хімія. Це було спричинено вимогами виробництва й зумовило безліч наукових відкриттів. Серед них — уведення поняття «валентність». Учені робили спроби визначити валентність багатьох хімічних елементів. Тоді ж уперше німецький учений Ф. А. Кекуле встановив, що Карбон може проявляти чотиривалентність.

Однак у багатьох органічних речовин чотиривалентність Карбону не обчислювалась. Наприклад, якщо в метану СН4 Карбон проявляє валентність чотири, то в наступного представника гомологічного ряду метану — етану С2 Н6 на два атоми Карбону припадає шість атомів Гідрогену, тобто валентність Карбону має дорівнювати трьом. А в пропану С3 Н8 вона обчислюється дробовим числом.

Крім зазначених непорозумінь із валентністю Карбону, учені відкрили чимало сполук з однаковим якісним і кількісним складом молекул, але з різними властивостями, проте причина такого явища залишалася невідомою. Тогочасні теорії не могли пояснити виниклих суперечностей.

Кекуле Фрідріх Август (1829–1896) Німецький учений, хімік, праці якого сприяли становленню основ органічної хімії. Вивчав хімію у Ю. фон Лібіха, прослухав курс лекцій. Продовжив навчання в Парижі в Ж. Дюма, Ш. а. Вюрца, Ш. Ф. Жерара. Повернувшись у 1856 р. до Німеччини, заснував хімічну лабораторію. Працював у Гейдельберзькому, Гентському та Боннському університетах, займався педагогічною діяльністю. Уперше висловив думку про чотиривалентність Карбону. запропонував циклічну формулу бензену. Синтезував багато органічних сполук.

Проаналізувавши нагромаджені факти, російський учений О. Бутлеров дійшов висновку, що пояснення необхідно шукати у внутрішній будові молекул речовин. Він висловив припущення, що атоми в молекулах мають сполучатися в певній послідовності відповідно до їхньої валентності й що від хімічної будови речовини будуть залежати її властивості. Свої міркування О. Бутлеров задекларував на з’їзді німецьких природо­дослідників і лікарів у вересні 1861 р. в доповіді «Про хімічну будову речовини», де сформулював два положення теорії хімічної будови органічних речовин

Теорія хімічної будови органічних речовин1. Атоми в молекулах розміщуються не безладно, а в певній послідовності, відповідно до їхньої валентності.2. Властивості речовин залежать не тільки від якісного та кількісного складу молекул, а й від їхньої хімічної будови.

Бутлеров Олександр Михайлович (1828–1886) Російський учений­хімік. закінчив Казанський університет і працював у ньому до 1868 р. з 1869 р. — професор Петербурзького університету, з 1874 р. — академік Петербурзької академії наук. Розробив теорію хімічної будови органічних речовин, яка пояснила явище ізомерії та багатоманітність органічних сполук. Синтезував уротропін. Уперше добув цукристу речовину та полімер формальдегіду. Створена ним теорія будови речовин не втратила своєї значущості й дотепер.

Пояснення основних положень теорії хімічної будови. Вам уже відомо, що в молекулі метану всі чотири валентні електрони атома Карбону утворюють хімічні зв’язки з чотирма атомами Гідрогену. Структурною формулою це зображається так:

Щоб у молекулі етану C2 H6 зберігалась чотиривалентність Карбону, очевидно, ці атоми мають сполучатися між собою. Тому кожний атом Карбону віддає по одному електрону на утворення зв’язку з іншим атомом Карбону, а три інші електрони утворюють зв’язки з Гідрогеном. Структурна й напівструктурна (скорочена структурна) формули етану відповідно набувають такого вигляду:

У наступних членів гомологічного ряду атоми Карбону витрачатимуть по два електрони на утворення зв’язків між собою, крім крайніх, унаслідок чого карбоновий ланцюг довшатиме. Послідовність сполучення атомів у молекулах пропану C3 H8, бутану C4 H10 і пентану C5 H12 зображають структурні формули відповідно:

Очевидно, що Карбон в усіх вуглеводнях залишається чотиривалентним. Друге запитання, яке може виникнути: Чому члени гомологічного ряду метану різняться за складом молекул на гомологічну різницю –СН2–?

Відповідь на це запитання полягає в тому, що під час переходу від одного вуглеводню гомологічного ряду до наступного карбоновий ланцюг довшає на групу атомів –СН2–. Саме ця закономірність є причиною великої різноманітності органічних сполук. Зі структурних формул видно, що атоми Карбону повністю використовують усі валентні електрони на утворення зв’язків між собою та атомами Гідрогену. Вони не можуть приєднувати більше атомів Гідрогену чи інших атомів. Звідси й назва цих сполук «насичені вуглеводні». З курсу хімії 9 класу вам уже відомо, що метан й етан, крім реакцій горіння та термічного розкладу, вступають тільки в реакції заміщення, тобто речовини, які мають подібну будову, виявляють подібні властивості.

Речовини, що подібні за будовою та властивостями, але відрізняються одна від одної за складом молекул на одну або кілька груп атомів –СН2–, називають гомологами.

Висновки: У першій половині ХіХ ст. відкрито й досліджено чимало речовин, існування яких неможливо було пояснити відомими на той час теоріями. Пояснення цим фактам дала створена О. Бутлеровим теорія хімічної будови речовин. Основні положення теорії: 1. атоми в молекулах розміщуються не безладно, а в певній послідовності, відповідно до їхньої валентності. 2. властивості речовин залежать не тільки від якісного та кількісного складу молекул, а й від їхньої хімічної будови. Властивості речовин взаємопов’язані з будовою та складом молекул.