logo search
пособие_КСЕ

Теория химического строения Бутлерова

Со второй половины XIX в. в истории химии начинается период крупнейших теоретических обобщений.

Этому в немалой степени способствовало широкое использование в промышленности органических веществ, характеризуемых многообразием их свойств, при крайне однообразном элементном составе (углерод, водород, кислород, сера, фосфор).

Создание в 1860 г. выдающимся русским химиком А.М. Бутлеровым (1828–1886) теории химического строения вещества ознаменовало возникновение более высокого уровня познания вещества – структурной химии. Период становления структурной химии иногда называют "триумфальным маршем органического синтеза". В этот период зарождалась технология органических веществ. Были получены всевозможные красители для тканей, фармацевтические препараты, искусственные материалы и т.п.

Основными положениями теории химического строения являются следующие утверждения:

До Бутлерова считалось невозможным познать строение молекулы, т.е. порядок химических связей между атомами. Так, совершенно непонятным казалось явление изомерии, открытое в 1823 г. немецкими химиками Ф. Велером (1800–1882) и Ю. Либихом (1803–1873) и заключающееся в существовании химических соединений –изомеров, имеющих один и тот же качественный и количественный состав, одинаковую молекулярную массу, но отличающихся друг от друга строением, а следовательно, и свойствами. Изомерами, например, являются этиловый спирт и диметиловый эфир, структурные формулы которых имеют вид:

Эти два вещества, несмотря на одинаковый качественный и количественный состав CHOи одинаковую молекулярную массу, имеют совершенно различные свойства: этиловый спирт – жидкость, кипящая при +78,4C , смешивающаяся с водой в любых соотношениях, а диметиловый эфир – газ, почти не растворимый в воде и существенно отличающийся от этилового спирта по химическим свойствам.

Явление было объяснено в 1861 г. Бутлеровым на основе созданной им теории химического строения. Более того, Бутлеров предсказал существование двух изомеров бутана – веществ, имеющих одинаковый состав, но отличающихся порядком соединения атомов в молекулах. В 1867 г. Бутлеров синтезировал предсказанный изомер, это был изобутан, который от нормального бутана отличается строением молекулы, хотя оба имеют одинаковую эмпирическую формулу CH10 :

Синтез изобутана был первым большим успехом теории химического строения.

Теория химического строения Бутлерова, развитая и дополненная представлениями об электронном строении атома, является важнейшей частью теоретического фундамента химии органических соединений.

Согласно современным представлениям структура молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность квантовомеханической системы, состоящей из атомных ядер и электронов.

Теория Бутлерова способствовала развитию органического синтеза. Так, в 1860-е годы были синтезированы на основе простейших углеводородов из каменноугольной смолы и аммиака анилиновые красители: фуксин, анилиновая соль, ализарин. Кроме того, были получены новые вещества: индиго, флавоны, ксантоны; взрывчатые вещества: тринитротолуол, тринитрофенол, уротропин; лекарственные препараты: аспирин, феноцетин, антифебрин, салол, антипирин и т.п.

Относительно недавно открыт новый класс металлоорганических соединений с двухслойной структурой, названной структурой сэндвичевых соединений. К такому классу относится ферроцен. Хотя подобного рода соединения пока не нашли практического применения, они представляют теоретический интерес при анализе природы валентности и химической связи.

Структурная химия охватывает и неорганические материалы. В структурной неорганической химии можно выделить два перспективных направления:

Выращивание кристаллов требует специальных условий, при которых необходимо исключить воздействие внешних факторов, даже таких, как поле гравитации, поэтому некоторые эксперименты по выращиванию кристаллов проводятся в космосе на орбитальных станциях.