nekrasovI (1114433), страница 188
Текст из файла (страница 188)
Сущность этого учения заключается в том, что свойства каждого входящего в состав химического соединения атома зависят ие только от его собственной природы, ио и от природы других атомов, образующих рассматриваемое соединение. При этом влияние оказывают ие только атомы, непосредственно связанные с даииым, но и с ним непосредственно не связанные. Так, в СНвСООН кислотный характер имеет лишь водород, связанный с кислородом. Хорошим примером четко выраженного влияния непосредственно ие связаииых атомовможетслужитьизменение констант диссоциации по ряду кислот: СН,СООН(2 10 ')— — СНвС!СООН (1 ° 10-') — СНС!,СООН (6 10-а) — СС!вСООН (2 1Π— '). Как видно из приведенных данных, замещение воддрода на хлор в м ет и л ь и о м радикале уксусной кислоты сопровождается быстрым ростом кислотности к а р б о к с и л ь и о г о водорода.
Теория химического строения является основной теоретической базой органической химии. Оиа утверждает, в частности, что для вещества того или иного заданного состава может существовать столько изомеров, сколько различных структурных формул для него можно теоретически построить. Выводы теории строения вполне подтверждаются опытом: во всех случаях, когда их подвергали проверке, действительно удавалось получать все предсказаииые нзомеры. Число последних быстро возрастает с увеличением числа атомов в молекуле. Например, для углеводорода состава СтНм возможны 9, для С„Нвв — 75, для СпНтв — 355, для СтвНж — более 366 т ы с я ч, а для СввНвв — более 62 т р и л л и о н о в изомеров."' Из изложенного очевидна колоссальная важность для органической химии от р у к тур н ы х формул.
Действительно, только они отображают в п о л н е о п р е д е л е и н ы е вещества, между тем как простая формула дает представление лишь о более или менее многочисленной г р у п п е веществ, сходных по составу, но отличающихся друг от друга по свойствам. Вместе с тем, указывая расположение в молекулеотдельных связей между атомами, структурная формула позволяет делать важные выводы о с в о й с т в а х рассматриваемого соединения.
Она представляет, следовательно, как бы стенографическую запись его химической характеристики, хорошо понятную опытному химикусив Необыкновенное многообразие органических соединений позволяет находить среди иих вещества с различными, чрезвычайно далеко отстоящими друг от друга свойствами. С другой стороны, оно же позволяет осуществлять тонкие переходы и вариации свойств. Благодаря обеим этим возможностям органические соединения находят самые разиообразиые применения буквально иа каждом шагу жизни современного человека, причем постоянно завоевывают новые области использованиявм '" 8 2, Органические соединения 'Дололнения 1) В настоящее время было бы правильнее рассматривать органическую химию кан химию углеводородов и их производных. Название «органическая» химия сохранилось от тех времен (более 150 лет тому назад), когда считали, что природа может быть разбита на даа резко обособленных друг от друга «царств໠— минеральное и органическое (животный н растительный мнр).
В соответствии с общим духом господствовавшего в то время метзфизнческого идеализма грань между обоими «царствамп» признавалась абсолютной н непереходимой. Искусственное получение различных веществ, входншпх п состав живых организмов нлн выделяемых нмн в качестве продуктов распада, представлялось принцвпнально невозможным, так как в образовании их должна была участвовать «жизненная сила». Сторонники такого воззрения получнлн впоследствии название в н т з л н с т о в (от латинского щ!а — жизнь). Господство витализма повето к тому, что первый период развития органической химин был посвишеп всключитсльио изученво различных веществ растительного и животного происхождения. Изучеяие это велось путем разложения природных продуктов на более простые составные части (т.
е. путем анализа — перехода от сложного к простому), н поэтому рассматриваемый этап развития органической химии может быть назван а и а л н т н чески м. Попытки идти путем синтеза (т. е, перехода от простого к сложному) вовсе не имели места, так как, с точки зрения витализма, онп заранес были обречены на неудачу. Первая брешь в виталистическом мировоззрении была пробита открытием Велера (1828 г.). Выпарпвая раствор пиановокислого аммония ()цН<ХСО), вещества заведомо «мннеральаого», Велер неожиданно для себя получил «органическое» вещество — моче. вину [СО(г)Н»)з), в обрнзоазпни которой с точки зрения витализма должна была уча. ствовать «жизненная сила».
Переход цнановокислого аммония в мочевнну предстаиляет собой простую пере. группировку атомов. Однако во времена Велера его работа имела громадное принципиальное значение, так как впервые н а о с н о в а н и и о п ы т а поставила под сомнение правильность виталистнческнх представлений. Отход аиталвстов на новые позиции был облегчен тем обстоятпчьством, что мочевнна является «отбросом» животного организма (входит в состав мочи). Только п о э т он у, как стали утверждать виталисты, она и могла быть искусственно получена.
Напротив, вещества, входящие в состав с а м от о живого организма (папоимер, жиры илн углеводы), образуются только прн участии «жизненной силы» н поэтому искусственным путем получены быть не могут. Такое «объяснение» опыта Велера удерживалось в науке еше около 30 лет, по в течение этого периода оно постепенно подтачнвалось открытием все новых н новых возможностей перехода от «минеральных» веществ к «органическим», Окончательный »дар витали»му был нааесеи искусственным получением жиров (Бертло, !854 г.) я углеводов (Л.
М. Бутлеров, !85! г.), т. е. веществ, которые уже ни с какой натяжкой нельзя было отнести н разряду «мертвых отбросов» живых организмов. Можно ручаться за возможность синтетического получения каждого органического вещества»,— писал А. М. Бутлеров в !854 г. Освобождение от внталистнческнх идей оказало чрезвычайно сильное и благотворное действие на развитие органической химии. Начиная приблизительно с пояовнны прошлого столетия под влиянием нарастающих запросов промышленности в этой науке последовал блестящий расцвет с и н те т н ч еского направления, благодаря чему в настоящее время можно искусственно получать значительно большее многообразие типов углеродистых сосдипспнй, чем нх образуется в результате' свободно протекающих природных процессов.
2) Показанная на рнс. Х-24 схема строения углеродной цепи отвечает идеальному случаю строго тетраэдрического расположения валентностей углерода, которое практически имеет место лишь при одинаковости всех четырех связанных с нин атомов (например, в алмазе). Если атомы эти не одинаковы, тотетраэдр претерпевает меньшее Х.
»(ггвергая группо периодической системы или большее искажение. Например, для цепей из СНт-групп имеем в среднем дССС = 112'. 3) По Полингу (!931 г.), та или иная направленность ковалентных связей зависит от природы образующих нх электронов. Пространственная характеристика преимущественного нахождения электрона (!1! 4 4 доп. 13) носит название его орбитили. Следует отметить, что в пределах ограничиваемой орбнталью области «плотность» электронного облака не однородна (с чеы часто не считаются). Ркс.
Х.зэ. Схема папраааенаоста орбатааеа. При построении октетного внешнего слоя в качестве валентных могут фигурировать максимально один з-электрон и трн р-электрона рассматриваемого атома. Орбнталь з-электрона обладает шаровой симметрией, н поэтому з-валентность не является направленной.
Напротив, орбитали р-электронов стремятся расположиться по направлениям взаимно перпендикулярных осей, т. е. под угламн 90' друг к другу (рис. Х.2Ь). Благодаря такой направленности нх орбнталей р-валентности насыщаются предпочтительно перед з-валентностью. С рассматриваемой точки зрения в молеиулах типов АБ» н АБ» прн октетной электронной конфигурации атома А угол между направлениями валентностей должен быть равен 90'. То обстоятельство, что он обычно превышант это значение, объясняется взаимным отталкиванием атомов Б. 4) В структурах типа АБ» трн связи, образованные дз -уз р-электронами, должны были бы отличаться от четвертой, образованной г-электроном.
Однако опыт показывает, что в СН», СС1» н других соединениях такого типа все четыре свнзн одинаковы. Для обьиснення этого факта было введено представление о гибридизации (т. е. как бы выравнивании) связей. Получающиеся в результате гибридизации г-валентЗр -дз ности н всех трех р-валентностей (что сокращенно обозначается символом гра) четыре одинаковые гибридные валентности взаимно ориентируются под углами 109,5', как это и имеет место у углеродного атома. б) Гибридизация внешних электронных орбит из ол яр о ванн ого атома представляет собой его отклонение от характерного квантового состояния н поэтому могла бы происходить толька с затратой энергии.
Что так же обстоит дело для атома в м ол е куле — не очевидно, но вероятно. Считается, что затрата энергии на возникающую в процессе образования соединения гибридизацию с избытком компенсируется повышенной прочностью валентных связей, образуемых гнбрнлнымн орбнталямн. «Мы не должны, разумеется, думать, что гибридизация представляет собой какое-то реальное „явление"» (Коул сон), Она есть лишь метод описания янлення — образования равноценных валентных связей из задаваемых принятой моделью неравноценных орбиталей исходного атома. 6) За основу теоретической оценки относительной прочности валентных связей обычно принимается п р ни цип ма к си м альп ого п ер е к рива н н я: связь тем прочнее, чем большее взаимное перекрывание валентных орбиталей может осуществиться прн ее образовании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
