Transcript Изтегли
СТРУКТУРНА ТЕОРИЯ Предпоставки за създаване на структурната теория Същност на структурната теория Развитие на структурната теория Предпоставки за създаване на структурната теория През 19-ти в. вече са известни и изследвани огромен брой съединения на въглерода с разнообразна структура и свойства, огромен кръг от практически приложения и, с много малки изключения, играещи водеща роля във всички жизнени процеси при живите организми. Днес те наброяват около няколко милиона, докато съединенията на всички останали химични елементи са около 100 000. С изключение на простите вещества, въглеродните оксиди, въглеродната киселина и нейните соли (карбонатите), съединенията на въглерода носят името органични съединения. То е предложено от шведския учен Якоб Берцелиус, който защитава идеята, че органичните съединения се образуват само в живите организми под действието на т. нар. жива сила (vis vitalis). Днес органични съединения се получават лабораторно и промишлено. Много от тях не се срещат в живите организми. Органичните съединения, техният строеж, свойства и законите на техните превръщания са обект на един от основните дялове на химията, наречен органична химия. Натрупаните в процеса на изледванията факти водят до редица важни открития: Получени са и са изследвани съединения, които имат еднакъв състав, но различни свойства. Явлението е наречено изомерия , а съединенията изомери (от гр. исос - еднакъв и мерос част). Открита е валентността като свойство на атомите на елементите да се свързват с точно определен брой атоми от други химични елементи. Установени са особеностите на въглеродния атом. Утвърдена е атомно-молекулната теория. Налице са условия и необходимост от нова научна теория, която да обясни натрупаните факти. През 1861 г., на Конгреса на естествениците в Германия, руският учен Александър Бутлеров излага своята теория за строежа на органичните съединения, известна като структурна теория. Основно понятие в нея е химична структура. Основните положения на структурната теория могат да бъдат формулирани по следния начин: Първо основно положение: Атомите в молекулите са свързани в строго определен ред съобразно тяхната валентност. Всяко съединение има строго определен строеж на молекулата,който се изразява с една единствена структурна формула. Тя е детайлно графично описание на пространственото разположение на атомите и вида на връзките между тях. Двуизмерни и триизмерни структурни формули етен метан Второ основно положение: Свойствата на съединенията се определят не само от техния качествен и количествен състав, но и от строежа на молекулата (подреждането и свързването на атомите в нея). Съединения, които имат еднакъв количествен и качествен състав, но различна структура и свойства, се наричат изомери, а явлението – изомерия. Изомерия Изомерия при въглеводорода пентан Трето основно положение: Атомите в молекулата взаимно си влияят. Това определя молекулата като нова частица с нови свойства. Въглеродният атом в светлината на структурната теория за строежа на органичните вещества: Въглеродният атом в съединенията си е от 4-та валентност. Изключение прави въглеродният оксид (СО), в който въглеродът е двувалентен. Въглеродният атом образува химични връзки чрез четирите електрона в най-външния слой на електронната си обвивка. Въглеродният атом се свързва с атоми и на други химични елементи: H, O, S, N, P, халогенни елементи. Въглеродният атом има способност да се свързва с други въглеродни атоми и да образува въглеродни вериги: отворени(прави и разклонени) и затворени (циклични). Въглеродните вериги могат да съдържат прости и сложни ковалентни връзки. Въглеродният атом и четирите му валентни връзки определят в пространството правилен тетраедър (правилна триъгълна пирамида). Въглеродни вериги: Ако въглероден атом от веригата е свързан само с един друг въглероден атом, той се нарича първичен (1 ); ако е свързан с два-вторичен (2 ); с тритретичен ( 3); с четири-четвъртичен(4 ). 0 0 0 0 Развитие на структурната теория Структурната теория търпи своето развитие главно в следните две направления: Първото е предположението за пространственото разположение на атомите в молекулата, израз на което е стереохимичната хипотеза. Второто направление е свързано с изясняване на природата на химичната връзка. Стереохимична теория Тя е създадена през 1874 г. едновременно и независимо от Вант Хоф и Льо Бел. Според нея четирите валентни връзки, с които въглеродният атом се свързва с други атоми са насочени към върховете на правилен тетраедър (правилна триъгълна пирамида, чиито стени и основа са равностранни триъгълници. Химичните връзки сключват ъгъл от 109°28'. Ето защо правите въглеродни вериги в действителност са начупени. Електронен строеж и характер на химичните връзки Изясняването на електронния строеж на атома позволява да се обясни природата на химичната връзка: В молекулите на органичните съединения чрез четирите си единични електрони въглеродният атом образува здрави ковалентни връзки чрез общи електронни двойки между атомите. Ковалентната връзка може да бъде неполярна или полярна Ако двата атома са еднакви, общата електронна двойка принадлежи в еднаква степен и на двата. Такава връзка е неполярна. Когато атомите са на два различни неметала, електронната двойка принадлежи в по-голяма степен на атома на химичния елемент с по-голяма електроотрицателност. Той привлича към себе си общата електронна двойка. Такава ковалентна връзка е полярна. Ако подредим в ред най-често срещаните елементи според тяхната електроотрицателност, то в началото на реда са разположени найелектроположителните (активните метали), а в края – найелектроотрицателните елементи (активните неметали): Cs, Li, Ba, Na, Сa, Mg, Ag, Mn, Fe, Zn …P, H, I, S, C, Br, Cl, N, O, F Примери за неполярни и полярни ковалентни връзки: Неполярни ковалентни връзки: H : H (Н2) – молекула на водорода; N:::N (N2) – молекула на азота. Полярни ковалентни връзки: H :Cl: (НСl) – молекула на хлороводорода; H :O: H (H2O) – молекула на водата. Всяка ковалентна връзка се характеризира с енергия, която определя нейната здравина. Значение на структурната теория Структурната теория е обща за химичните съединения теория. Но тя е оказала особено положително влияние на развитието на органичната химия, и по-точно на органичния синтез. Тя е много полезна и при изучаване на непознати вещества. За да се изучат свойствата на всяко ново съединение, трябва да се познава строежа му и как този строеж влияе на неговите свойства. Това е важно, тъй като съгласно структурната теория свойствата на веществата се определят не само от техния качествен и количествен състав, от последователността на свързване на атомите, а и от пространствения им и електронен строеж.