3.3.3. Проблема вовлечения и применения новых химических соединений

• Практическое решение этой проблемы в разработке новых химических технологий синтеза и катализа.

• Свойства вещества определяются его элементным и молекулярным составом, структурой его молекул, термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество находится в процессе химической реакции, уровнем химической организации веществ.

• Все химические вещества можно разделить на органические, неорганические и смеси двух или нескольких веществ, гомогенные и гетерогенные смеси.

3.4. Структурная химия

(«Структурная химия» - термин условный. Речь идет об уровне развития химических знаний, при котором особую роль играет понятие «структура химического соединения», а также структура молекул)

• В основе структурной химии лежит химическая атомистика Д.Дальтона, согласно которой любые химические соединения состоят из молекул, а молекулы из атомов, при этом молекулы обладают строго количественным и качественным составом.

• Более конкретные представления о структуре молекул содержатся в теории И. Берцелиуса (1779-1848гг), согласно которой структура молекул возникает благодаря взаимодействию атомов или атомных групп. Дополняя эти представления, Ш. Жерар (1816 - 1856гг) отмечал, что при образовании структур различные атомы не просто взаимодействуют, но известным образом преобразуют друг друга, так что в результате возникает определенная целостность (система). Так оформилась атомно-молекулярная модель вещества.

• Ф. Кекуле (1829-1896гг) предпринял попытку раскрыть структуры молекул и синтезировать новые вещества. Он связал структуру с понятием валентности элемента или числа единиц его сродства. На этой основе и возникли структурные формулы органической химии и появился термин «органический синтез».

• В это время были синтезированы на основе простейших углеводов анилиновые красители. Затем были поучены новые вещества (лекарственные препараты, взрывчатые вещества и т.д.)

• Определяющей идеей понятия химической структуры была теория химического строения А.М.Бутлерова (1828-1886гг). Характерной, неклассической концепцией стало представление об изомерии и её взаимосвязи со структурой веществ и типологии молекул. Бутлеров первым чётко сформулировал определение химического строения как способа химических связей в молекуле и в химических соединениях. Он же ввёл понятие энергоёмкости химических связей. Так с помощью структурной теории развивалась систематика органических соединений.

• Важно было также введение Вант-Гоффом стереоскопических структурных моделей.

• Современная структурная химия использует кооперативное взаимодействие классических химических моделей вещества и типологии молекул (атомно-молекулярной, геометрической как в двумерном, так и в трехмерном виде, с неклассической электронной моделью) и опирается на взаимосодействие классической и квантовой химии. Особое значение приобретают квантовомеханические представления о типах химической связи в пересечении и с угловой геометрией между ними и геометрией распределения электронной плотности. Особую роль в становлении и развитии структурной химии сыграли физические методы исследования структуры органических и неорганических соединений и прежде всего рентгеноструктурный анализ, оптическая, рентгеновская и электронная спектроскопия, нейтронография и др.

• По современным представлениям, структура молекул – это пространственная и энергетическая упорядоченность квантовомеханической системы, состоящей из атомных ядер и электронов. Органические соединения – структурные образования из органических молекул. Главная роль в структуре органических соединений принадлежит углероду, который строит сложные циклические, ветвистые, линейные цепи, вовлекая в них и другие химические элементы, прежде всего – водород.

• Структура неорганических соединений взаимосвязана с химией твердых и жидкокристаллических тел, пересекающейся с квантовой физикой. Структура задается квантовомеханическим взаимодействием атомов в неорганических молекулах, атомов химических элементов и (или) неорганических молекул в неорганических соединениях.