Предпосылки возникновения
В 1860 году состоялся первый Международный съезд химиков в Карлсруэ, где ученые четко обозначили разницу между привычными для нас понятиями атома и молекулы. В это же время утвердили и атомно-молекулярное учение, которое позже легло в основу теории химического строения.
Чуть раньше, в 1853 году, английский химик Эдуард Франкленд ввел понятие «валентность», а спустя пять лет Фридрих Кекуле установил, что валентность углерода в органических соединениях равна четырем. К тому же Кекуле и Купер уже в 1857 году выдвигали предположения о том, что атомы углерода могут образовывать цепочки.
Однако у великих умов еще оставались вопросы. Например, как несколько химических элементов способны образовывать такое многообразие соединений? Или как вещества, имеющие одинаковую исходную формулу, могут иметь разные физические и химические свойства? Вот здесь-то и выдвинул свою теорию химического строения Александр Михайлович Бутлеров.
А. М. Бутлеров и его идеи
Александр Михайлович Бутлеров — великий русский химик, ученик Н. Н. Зинина, лауреат Ломоносовской премии и создатель теории химического строения органических веществ.
Еще в 1858 году на заседании Парижского химического общества Бутлеров, выступив с первым докладом, внес ясность в определение радикалов. Он утверждал, что радикалами следует считать не только органические группы атомов, но и характерные для различных классов сочетания атомов. Например, —OH или —NH2. Позже такие сочетания атомов получили название функциональных групп. В этом же докладе Александр Михайлович впервые употребил термин «структура».
В более развернутой и доработанной форме Бутлеров представил свою теорию на суд общественности в 1861 году в химической секции Съезда немецких естествоиспытателей и врачей. В его докладе «О химическом строении вещества» говорилось, что теоретическая сторона химии на текущий момент перестала отвечать фактическому развитию химии как науки. В частности, ученый отметил нестыковки в теориях, выдвинутых ранее.
Нужно сказать, что сам Бутлеров не формулировал теорию химического строения по пунктам: мысли на этот счет он выдвигал в различных статьях, они же пронизывают все его практические эксперименты.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подтяни оценки на курсах по химии.
-
Выбирай из 550+ репетиторов по химии.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Основные положения теории Бутлерова
С Бутлеровым мы познакомились, теперь пришло время познакомиться с основными положениями теории химического строения органических веществ:
Атомы в молекулах соединены между собой химическими связями в соответствии с их валентностью.
Важно помнитьВалентность углерода в органических соединениях равна 4.Атомы в молекулах органических веществ соединены в определенной последовательности, которую характеризует химическое строение молекулы.
Определенная последовательность соединений атомов в молекуле с учетом их валентностей называется химическим строением, которое, в свою очередь, отражают структурные формулы. А последовательное соединение атомов углерода друг с другом, образующее каркас молекулы, называется углеродным скелетом. Но есть одно но: структурные формулы не отражают пространственное расположение молекулы. Вот как можно изобразить строение одной и той же молекулы различными структурными формулами:
Структурные формулы чаще всего изображают в сокращенном виде, например CH3—CH2—CH2—CH3. Однако в сокращенном виде видна только связь «углерод — углерод» и не видны связи «углерод — водород» и «углерод — кислород».
Если в молекуле четыре атома углерода и более, то ее строение может быть не только линейным, но и разветвленным:
Давайте внимательно рассмотрим строение каждой молекулы. Атомы углерода одной из молекул связаны с одним или двумя соседними атомами углерода, как, например, в другой молекуле один из атомов углерода связан сразу с тремя атомами углерода. Отсюда можно предположить, что разному порядку связывания атомов при одинаковом количестве атомов углерода и водорода в данном случае должны соответствовать различные вещества с разными свойствами. Действительно, все так и есть:
Разницу в температурах кипения при одинаковом количественном и качественном составе подтверждают литературные данные.
Все это приводит нас к такому понятию, как изомеры. Изомерами называют вещества с одинаковым количественным и качественным составом, но с разными физико-химическими свойствами, которые обусловлены различным строением. Явление существования различных форм веществ или изомеров называется изомерией. Об изомерах и изомерии мы уже рассказывали в нашем блоге.
Свойства органических веществ зависят не только от числа и природы входящих в состав атомов, но и от химического строения молекулы. Зная строение вещества, можно охарактеризовать его свойства.
В молекулах существует взаимное влияние как непосредственно связанных, так и не связанных между собой атомов.
Химическое строение вещества можно определить благодаря изучению его химических превращений.
Вопросы для самопроверки
Основоположником теории химического строения является…
Зинин
Ломоносов
Менделеев
Бутлеров
Какова валентность углерода в органических молекулах?
I
V
II
IV
Определенная последовательность соединений атомов в молекуле называется…
Изомерией
Гомологами
Углеродным скелетом
Химической формулой
Способны ли структурные формулы отображать пространственное строение молекулы?
Да
Нет
Это одно и то же
Верно ли утверждение: «Наличие изомеров зависит от общего количества атомов углерода в молекуле»?
Верно
Неверно
Изомеры есть у всех веществ
Можно ли предугадать химические свойства, зная строение молекулы?
Это невозможно
Можно, так как свойства зависят от строения
Только зная свойства, можно рассказать о строении молекулы
Глубже разобраться в положениях и значении теории Бутлерова можно на уроках химии в онлайн-школе Skysmart. Мы учим понимать химические явления на примерах из окружающей ученика реальности, показываем межпредметные связи и помогаем ответить на вопрос «Зачем все это учить?». Оставьте заявку и пройдите бесплатное тестирование, а мы подберем подходящий курс и рекомендации для самостоятельного обучения!
Ответы на вопросы
d
d
c
b
a
b
