תורת המבנה הכימי. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

גילויים מדעיים חשובים ביותר
ספרייה חינם / מדריך / התגליות המדעיות החשובות ביותר

תורת המבנה הכימי. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

התגליות המדעיות החשובות ביותר

בראשית המאה התשע-עשרה שלטה התיאוריה האלקטרוכימית של דייווי-ברזליוס בשיאה בקרב הכימאים המערביים. על פי התיאוריה של ינס ברזליוס (1779–1848), שני חלקים של כל תרכובת כימית הובחנו: חלק אחד נטען בצורה אלקטרו-פוזיטיבית, והשני טעון אלקטרושלילית. בהתאם לכך, ברזליוס סידר את כל היסודות ברצף, כאשר חמצן הוא היסוד האלקטרונילי ביותר, אשלגן הכי אלקטרו-חיובי. ברזליוס כינה את היסודות האלקטרוניטיביים ביותר מטאלואידים, הכי אלקטרו-חיוביים - מתכות.

בשנות השלושים, עם עבודתו, הכימאי הצרפתי J.B. Dumas הנחית מכה בתיאוריה של דייווי - ברזליוס, והציג את מה שמכונה תיאוריית הסוגים שלו לתרכובות אורגניות. דיומא טען שלא כל כך טבעו של גוף מורכב כמו סידור האטומים בו, מאותו סוג, קובעים את התכונות הכימיות של התרכובת. עם זאת, השקפות אלה של דיומא נתקלו במהרה, בתורן, במספר קשיים וסתירות.

לאחר מכן, צעד עצום קדימה בבעיית הפיתוח של מושגים כימיים בסיסיים היה מה שנקרא מערכת יחידה, או התיאוריה של הכימאים הצרפתים צ' ג'רארד ואו לורן. המאפיין המהותי ביותר של תיאוריה זו היה היישום העקבי של הדוקטרינה החדשה על תרכובות כימיות. לורן וג'רארד מיוחסים להבחין בין המושגים של חלקיק, אטום ושווה ערך. עם זאת, הנושא היסודי ביותר שגרם לוויכוח סוער בין הכימאים המובילים במערב היה שאלת האפשרות לבטא את המבנה של תרכובות כימיות באמצעות נוסחאות.

הרפורמר הגדול של הכימיה, כפי שכונה לפעמים שארל פרדריק ז'רארד (1816-1856), השתכנע שתופעות כימיות מתחילות רק כאשר החומר משתנה, כלומר, מפסיק להתקיים ככזה. לכן, אנו יכולים לדעת, כפי שניסח זאת ג'רארד, רק את העבר והעתיד של החומר, וכתוצאה מכך, נוסחאות כימיות לא יכולות לבטא את סידור האטומים, אלא רק אנלוגים ידועים של חומרים. בהתאם למה שנאמר זה עתה, לפי ג'רארד, עבור כל חומר ניתן לכתוב נוסחאות רציונליות רבות ככל שהחומר הנתון יכול לעבור סוגים שונים של טרנספורמציות.

בשנת 1858 הכימאי המפורסם אוגוסט קקולה (1829–1896) עושה צעד חשוב ביותר ומרחיב את המושג של ארבעת אטומי פחמן לתרכובות המכילות מספר אטומי פחמן, ובכך מגיע למסקנה שניתן לקשר בצורה יעילה אטומי פחמן בתרכובות פוליפחמן. בעתיד, Kekule מרחיב את כלל הצימוד הזה למקרים של שילוב של אטומי פחמן עם יסודות פוליאטומיים אחרים, כמו, למשל, חמצן, חנקן ואחרים.

מאוחר יותר, Kekule התקרב לבעיית המבנה של תרכובות אורגניות, עם נקודת מוצא האטומיות או ערכיות היסודות, אך לא נקט צעד מכריע בכיוון זה. לכן, בסוף מאמרו ב-1858, כותב Kekule: "לסיכום, אני רואה צורך לציין שאני עצמי מייחס חשיבות משנית בלבד להנמקה מסוג זה..."

יש להוסיף לאמור לעיל כי קקולה נשאר זמן רב באחיזת רעיונותיו של ג'רארד ובספר הלימוד הידוע שלו לכימיה אורגנית, שראה אור בשנים 1859-1861, הוא עושה שימוש נרחב בנוסחאות "רציונליות" ברוח ג'רארד.

ולמרות שהורגשה הגישה של תקופה חדשה בהתפתחות הכימיה, היה צורך בגאונותו של באטלרוב כדי לפרוץ דרך.

אלכסנדר מיכאילוביץ' באטלרוב (1828–1886) נולד בבוטלרובקה, כפר קטן ליד קאזאן, שם הייתה אחוזת אביו. סשה לא זכר את אמו, היא מתה אחד עשר ימים לאחר לידתו. סשה, שגדל על ידי אביו, איש משכיל, רצה להיות כמוהו בכל דבר.

בתחילה למד בפנימייה, ולאחר מכן נכנס לגימנסיה הראשונה של קאזאן. לאחר שסיים את לימודיו, סשה נכנס למחלקה למדעי הטבע של אוניברסיטת קאזאן, אולם, עד כה רק כסטודנט, הוא עדיין היה קטין. רק בשנה שלאחר מכן, 1845, כשמלאו לצעיר 17, הופיע שמו של באטלרוב ברשימת המתקבלים לשנה הראשונה.

בשנת 1846 חלה הצעיר בטיפוס וניצל בנס, אך אביו, שחלה בו, מת. בסתיו, יחד עם דודתי, הם עברו לקאזאן.

באטלרוב הצעיר למד בחריצות יוצאת דופן, אבל, להפתעתו, הוא הבחין שהרצאות על כימיה הסבו לו את ההנאה הגדולה ביותר. הוא התחיל להשתתף בהרצאות באופן קבוע. ניקולאי ניקולאביץ' זיניןשהוקראו לתלמידי החוג לפיזיקה ומתמטיקה.

כדי לקבל תואר מועמד, באטלרוב היה צריך להגיש עבודת גמר עם סיום לימודיו באוניברסיטה. בשלב זה עזב זינין את קאזאן לסנט פטרבורג, ולא נותר אלא לעשות מדעי הטבע. עבור עבודתו של המועמד הכין באטלרוב מאמר "פרפרי היום של החי הוולגה-אורל". עם זאת, הנסיבות היו כאלה שאלכסנדר עדיין נאלץ לחזור לכימיה.

בסתיו 1850 עבר באטלרוב את הבחינות לתואר שני בכימיה ומיד החל בעבודת הדוקטורט שלו "על שמנים אתריים", עליה הגן בתחילת השנה הבאה.

ב-4 ביוני 1854 קיבל באטלרוב אישור כי הוענק לו תואר דוקטור לכימיה ופיזיקה. האירועים התפתחו במהירות מדהימה. מיד לאחר קבלת הדוקטורט מונה באטלרוב לפרופסור בפועל לכימיה באוניברסיטת קאזאן. בראשית 1857 כבר נעשה פרופסור, ובקיץ של אותה שנה קיבל אישור לנסוע לחו"ל.

באטלרוב הגיע לברלין בסוף הקיץ. לאחר מכן המשיך לטייל בגרמניה, שוויץ, איטליה וצרפת. המטרה הסופית של מסעו הייתה פריז - המרכז העולמי של מדע הכימיה של אז. הוא נמשך, קודם כל, לפגישה עם אדולף ווירץ. באטלרוב עבד במעבדת וורץ במשך חודשיים, כאן החל את מחקריו הניסויים, שבמהלך עשרים השנים הבאות הוכתרו בתגליות של עשרות חומרים ותגובות חדשות. סינתזות רבות למופת של Butlerov - אתנול ואתילן, דינזובוטילן, אלכוהול שלישוני, urotropine, trioxymethylene, פילמור של פחמימנים אתילן - נמצאות במקורן של מספר תעשיות, ולפיכך, הייתה לה את ההשפעה המגרה הישירה ביותר עליה.

תוך כדי לימוד פחמימנים, באטלרוב הבין שהם מייצגים מעמד מיוחד מאוד של כימיקלים. בניתוח המבנה והמאפיינים שלהם, המדען שם לב שיש כאן דפוס קפדני. זה היווה את הבסיס לתיאוריית המבנה הכימי שיצר.

ב-17 בפברואר 1858 פרסם באטלרוב דו"ח באגודה הכימית של פריז, שם תיאר לראשונה את רעיונותיו התיאורטיים לגבי מבנה החומר.

הדו"ח שלו עורר עניין כללי וויכוח ער:

"היכולת של אטומים לשלב זה עם זה שונה. מעניין במיוחד מהבחינה הזו הוא פחמן, שלפי אוגוסט קקולה הוא ארבע-ערכי", אמר באטלרוב בדו"ח שלו. לא שם לב ששיטת החיבור באה לידי ביטוי בתכונות מהתרכובות המתאימות.

אף אחד עדיין לא הביע מחשבות כאלה. "אולי הגיע הזמן", המשיך באטלרוב, "שהמחקר שלנו צריך להפוך לבסיס של תיאוריה חדשה של המבנה הכימי של חומרים. תיאוריה זו תובחן על ידי הדיוק של חוקים מתמטיים ותאפשר לחזות את התכונות של תרכובות אורגניות."

כמה שנים לאחר מכן, במהלך טיול שני לחו"ל, הציג באטלרוב את התיאוריה שיצר לדיון. הוא פרסם את ההכרזה בקונגרס ה-36 של חוקרי טבע ורופאים גרמנים בשפייר. הכינוס התקיים בספטמבר 1861.

הוא הציג מצגת לפני המדור הכימי. לנושא היה שם יותר מצנוע - "משהו על המבנה הכימי של גופים".

בדו"ח מבטא באטלרוב את ההוראות העיקריות של התיאוריה שלו על המבנה של תרכובות אורגניות. זוהי, קודם כל, ההגדרה של המושג "מבנה כימי", אשר באטלרוב מנסח כך:

"מתוך הרעיון שכל אטום כימי, שהוא חלק מהגוף, לוקח חלק ביצירתו של זה האחרון ופועל כאן עם כמות מסוימת של כוח כימי (זיקה) השייך לו, אני קורא למבנה הכימי התפלגות של פעולת הכוח הזה, שבגללה אטומים כימיים, המשפיעים זה על זה באופן אמצעי או ישיר, מתחברים לחלקיק כימי.

"ההגדרה הזו של באטלרוב כל כך עמוקה", כותב האקדמאי א.א. ארבוזוב בספרו, "משמעותית כל כך שבעצם היא אינה שונה ממה שאנו מתכוונים כיום במבנה כימי לאור הרעיונות המדעיים העדכניים ביותר לגבי מבנה חלקיק כימי. (מולקולות).

חשוב ביותר, במיוחד לאותה תקופה, הוא גם המקום בדו"ח שבו באטלרוב מדבר על האפשרות לשפוט את מבנה המולקולות של חומר בשיטות כימיות ובעיקר בשיטות לסינתזה של תרכובות אורגניות.

בנושא זה אומר באטלרוב בדו"ח שלו: "מסקנות לגבי המבנה הכימי של חומרים, ככל הנראה, יכולות להתבסס בצורה הטובה ביותר על חקר שיטות היווצרותם הסינתטיות - ובעיקר על סינתזות כאלה המתרחשות בטמפרטורה מעט מוגבהת ובאופן כללי - בתנאים שבהם ניתן לעקוב אחר מהלך הסיבוך ההדרגתי של חלקיק כימי".

עם זאת, המקום החשוב ביותר בדו"ח של באטלרוב הוא שאלת האפשרות לבטא מבנה של חומר בנוסחאות.

בסוגיה עקרונית זו, עמדתו המדעית של באטלרוב הייתה שונה מאוד מהשקפות והרשעות של כל קודמיו. היה זה AM Butlerov, בניגוד לג'רארד, Kekula, Kolbe וכימאים אחרים, שחשבו שאפשר והכרחי לבטא מבנה של תרכובת מסוימת עם נוסחה אחת בלבד. שבוטלרוב הוא היוצר האמיתי של תורת המבנה הכימי".

אז, התיאוריה הכריזה על זכותה להתקיים. זה דרש פיתוח נוסף והוכחות ניסיוניות.

בשנת 1863, Butlerov, הפועל על אצטיל כלוריד עם דימתילצינק, השיג לראשונה בהיסטוריה של הכימיה את האלכוהול השלישוני הפשוט ביותר - אלכוהול שלישוני בוטיל, או טרימתיל-קרבינול. זמן קצר לאחר מכן, הופיעו דיווחים בספרות על סינתזה מוצלחת של אלכוהול בוטיל ראשוני ומשניים. כעת לא הייתה שאלה של מחלוקת כלשהי - היו ארבעה אלכוהול בוטיל שונים. וכולם איזומרים.

איזה ניצחון לתיאוריה המבנית! וכמה שמח היה מחברו. הניצחון של התיאוריה של באטלרוב על המבנה הכימי של תרכובות אורגניות היה ההסבר הנכון על סמך תיאוריה זו של תופעות האיזומריזם. במאמר "על דרכים שונות להסבר כמה מקרים של איזומריזם", שפורסם ב-1863 בגרמנית וב-1864 בצרפתית, סיכם באטלרוב: "אם, עם אותו הרכב, חומרים שונים בתכונותיהם, אז הם חייבים להיות שונים גם במבנה הכימי שלהם". האישור הטוב ביותר לתיאוריית האיזומריזם של באטלרוב היה הסינתזה של איזומרים חזויים תיאורטית - איזובוטן ואיזובוטילן.

בשנים 1862–1865 ביטא בוטלרוב את העמדה המרכזית של תורת האיזומריזציה הפיכה – הטאוטומריזם, המנגנון שלפי בטלרוב הוא פיצול מולקולות ממבנה אחד ושילוב שייריהן ליצירת מולקולות ממבנה אחר. ההצלחה הביאה ביטחון למדען, אך במקביל הציבה בפניו משימה חדשה וקשה יותר. היה צורך ליישם את התיאוריה המבנית על כל התגובות והתרכובות של הכימיה האורגנית, והכי חשוב, לכתוב ספר לימוד חדש על כימיה אורגנית, שבו כל התופעות ייחשבו מנקודת מבטה של תורת מבנה חדשה.

באטלרוב עבד על ספר הלימוד כמעט שנתיים ללא הפסקה. הספר "מבוא לחקר מלא של כימיה אורגנית" יצא לאור בשלוש מהדורות בשנים 1864-1866.

להופעתו של ספר לימוד זה הייתה חשיבות רבה להפצת הדוקטרינה החדשה בקרב כימאים. הספר חולל מהפכה של ממש במדעי הכימיה. כבר ב-1867 החלה העבודה על תרגומו ופרסומו בגרמנית.

הפרסום על ידי באטלרוב ברוסית וגרמנית של מדריך לכימיה אורגנית, שבו לראשונה תורת המבנה הכימי הועברה בעקביות בכל המחלקות הידועים אז של תרכובות אורגניות, יחד עם הסינתזות המבריקות שלו, תרמו להכרה הרחבה חיזוק התיאוריה שלו בקרב כימאים ברחבי העולם.

זמן קצר לאחר מכן, הופיעו מהדורות כמעט בכל השפות הגדולות באירופה. לדברי החוקר הגרמני ויקטור מאייר, היא הפכה ל"אור מנחה ברוב המכריע של המחקר בכימיה אורגנית".

במחקרו המשיך באטלרוב לפתח את התיאוריה המבנית. הוא יצא להוכיח שלכל סוגי התרכובות האורגניות יכולות להיות שרשראות פחמן מסועפות וישרות. זה נבע ישירות מהתיאוריה, אך היה צורך להוכיח את ההצעות התיאורטיות בפועל. האם לא ניתן להשיג פחמימן - למשל בוטאן - שארבעת אטומי הפחמן שלו יהיו מחוברים זה לזה לא ברצף, אלא באופן שבו הם מחוברים בטרימתיל-קרבינול? אבל כדי למצוא את השיטה הנכונה לסינתזה שלו, נדרשו ניסויים רבים.

ולבסוף, מאמציו של באטלרוב הוכתרו בהצלחה. בבקבוק גדול היה האיזובוטילן המיוחל. קיומה של שרשרת מסועפת של פחמימנים הוכח!

כיום, אגב, ייצור הפחמימנים והאלכוהול, שבו עסק בוטלרוב, הגיע לקנה מידה תעשייתי אדיר, הם מיוצרים במיליוני טונות.

מחבר: סאמין ד.ק.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר:

▪ חוק בויל-מריוט

▪ המשפט האחרון של פרמה

▪ יסודות האימונולוגיה

ראה מאמרים אחרים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

חיישן נוזלי רקמות מיניאטורי עבור אלקטרוניקה לבישה 21.06.2014

מטופלים שייעזרו בעתיד בהליכים יקרים ודורשים זמן רב לניתוח מעבדה של נוזל רקמות, יוכלו להשתמש במכשיר לביש המנתח במהירות וללא כאבים את מאזן האלקטרוליטים ברקמות הגוף.

מכשירים כאלה יהיו שימושיים לספורטאים העוסקים בספורט הקשור לסבולת, כמו גם לאנשי צבא, מכיוון שניתן להשתמש בהם כדי לקבל במהירות נתונים על המצב הגופני ולנקוט את האמצעים הדרושים בזמן כדי לשפר את הביצועים. בגוף האדם, לתמיסות של אשלגן, סידן, מגנזיום ואלקטרוליטים אחרים תפקיד מפתח במעבר דחפים עצביים השולטים בעבודת הלב ושאר השרירים.

אב הטיפוס של חיישן נוזל הרקמה תוכנן ונבנה על ידי המעבדה הלאומית של Sandia. חיישן שיכול לזהות את רמות האלקטרוליטים השונים בנוזל הרקמה יכול להיות מותקן במכשיר בגודל שעון.

מאחר ושיטה לא פולשנית לניתוח נוזלי רקמות אינה ניתנת לביצוע, יש צורך לחדור לתוך הרקמות. במקרה של שימוש בחיישן החדש, משימה זו הוטלה על מיקרו-מחטים שאינן פוגעות בעצבים, כך שההליך אינו כואב. מכיוון שהנוזל הביניים מנותח, ההתערבות אינה הרסנית והמתמר מתאים ללבוש ארוך טווח.

המפתחים מאמינים שחיישנים מסוג זה הם העתיד של שירותי בריאות מותאם אישית. הם בטוחים שהפיתוח בהחלט יגיע לשלב המסחור.

עוד חדשות מעניינות:

▪ חיישן זיהום אוויר חכם איקאה VINDSTYRKA

▪ השתלת מקור לנשר

▪ LED בשמן

▪ צגי מגע ענקיים של Microsoft

▪ סוג חדש של טאבלט מבית לנובו

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר עובדות מעניינות. מבחר מאמרים

▪ כתבה כמו שביט חסר חוק במעגל של כוכבים מחושבים. ביטוי עממי

▪ מאמר באילו תנאים שורפים מים? תשובה מפורטת

▪ מאמר ברגוזינסקי שמורת. נס טבע

▪ מאמר מודולים סולאריים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ כתבה כיבוי ללא מגע של פיתול ההתחלה של המנוע החשמלי. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר