A szupramolekuláris kémiának nevezett tudományterület fejlődését elemzik. Ennek a tudományágnak az alapvető definícióit és fogalmait adjuk meg. A szupramolekuláris kémia alapjait megalapozó tanulmányokat történelmi kontextusban tekintjük. Példákat adunk néhány tipikus objektumra - klatrátok és ciklodextrinek -. Meg kell jegyezni, hogy a szupramolekuláris kémia legújabb vívmányai és felhasználásának legígéretesebb területei az önszerveződési és önszerveződési folyamatokhoz kapcsolódnak, amelyek különösen a szupramolekuláris szintézisben, valamint a molekuláris és szupramolekuláris szintézis létrehozásában alkalmazhatók. eszközöket.

Szupramolekuláris kémia. Háttér

A szupramolekuláris kémia a kémia egyik legfiatalabb és egyben gyorsan fejlődő területe. Fennállásának 25-30 éve alatt számos fontos szakaszon ment már keresztül, ugyanakkor ennek a tudományágnak az alapgondolatai és koncepciói még nem ismertek és általánosan elfogadottak. Ebben az áttekintésben igyekeztünk nyomon követni a szupramolekuláris kémiának nevezett tudományterület fejlődését, azonosítani fő feladatainak és legfontosabb fogalmainak legsikeresebb definícióit, valamint felvázolni a jelenlegi helyzetet és kilátásokat.

A „supramolekuláris kémia” kifejezést és e tudományág alapfogalmait a francia tudós, J.-M. Len 1978-ban a korábbi munkák fejlesztésének és általánosításának részeként (különösen 1973-ban jelent meg műveiben a „szupermolekula” kifejezés). A szupramolekuláris kémiát a következő szavakkal határozták meg: „Ahogyan a molekuláris kémiának van egy területe, amely kovalens kötéseken alapul, úgy létezik a szupramolekuláris kémia, a molekuláris összeállítások és intermolekuláris kötések kémiája is.” Ezt követően ezt az első definíciót sokszor újrafogalmazták. Példa egy másik Len által adott meghatározásra: „a szupramolekuláris kémia a „molekulán túli kémia”, amely két vagy több kémiai részecske asszociációinak szerkezetét és működését tanulmányozza, amelyeket intermolekuláris erők tartanak össze.

Sok esetben a szupramolekuláris rendszereket alkotó komponenseket (a molekuláris biológiában vizsgált rendszerekkel analóg módon) molekuláris receptornak és szubsztrátnak nevezhetjük, ez utóbbi az a kisebb komponens, amelynek kötődését el kell érni.

Egy kémiai objektum megfelelő leírásához meg kell jelölni annak elemeit és a köztük lévő kapcsolatok típusait, valamint térbeli (geometriai, topológiai) jellemzőit. A szupramolekuláris kémia tárgyai, a szupermolekulák ugyanolyan bizonyossággal rendelkeznek, mint az őket alkotó egyedi molekulák. Azt mondhatjuk, hogy „a szupermolekulák olyan kapcsolatban állnak a molekulákkal, mint a molekulák az atomokkal, és a szupermolekulákban a kovalens kötések szerepét az intermolekuláris kölcsönhatások játsszák”.

Lehn szerint a szupramolekuláris kémia két nagy, részben átfedő területre osztható:

– szupermolekulák kémiája – egyértelműen meghatározott oligomolekuláris részecskék, amelyek több komponens – a receptor és annak szubsztrátja (szubsztrátjai) – intermolekuláris asszociációja eredményeként keletkeznek, és a molekuláris felismerés elve szerint épülnek fel;

- molekuláris összeállítások kémiája - olyan polimolekuláris rendszerek, amelyek meghatározatlan számú komponens spontán társulása eredményeként jönnek létre egy meghatározott fázisba való átmenettel, amelynek többé-kevésbé világosan meghatározott mikroszkópos szerveződése és természetétől függő jellemzői vannak (pl. , klatrátok, membránok, vezikulák, micellák).

A szupramolekuláris képződmények az alkotóelemek térbeli elrendezésével, architektúrájával, „suprastruktúrájával”, valamint a komponenseket összetartó intermolekuláris kölcsönhatások típusaival jellemezhetők. A szupramolekuláris szerelvények jól körülhatárolható szerkezeti, konformációs, termodinamikai, kinetikai és dinamikus tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek erősségükben, irányukban, távolság- és szögfüggőségükben különböznek egymástól: koordinációs kölcsönhatások fémionokkal, elektrosztatikus erők, hidrogén; kötések, van-der Waals kölcsönhatások, donor-akceptor kölcsönhatások stb. A kölcsönhatások erőssége széles tartományban változhat, a gyenge vagy mérsékelt, mint például a hidrogénkötések kialakulása, az erős és nagyon erős, mint például a kölcsönhatások kialakulásában. koordinációs kötések fémmel. Általában azonban az intermolekuláris kölcsönhatások gyengébbek, mint a kovalens kötések, így a szupramolekuláris asszociációk termodinamikailag kevésbé stabilak, kinetikailag labilisabbak és dinamikusabbak, mint a molekulák.

Így a szupramolekuláris kémia lefedi és lehetővé teszi számunkra, hogy egységes perspektívából vizsgáljuk a molekuláris asszociációk minden típusát, a lehető legkisebbtől (dimer) a legnagyobbig (szervezett fázisokig). Ugyanakkor ismételten hangsúlyozni kell, hogy a szupramolekuláris kémia tárgyai szükségszerűen tartalmaznak olyan részeket (alrendszereket), amelyek nem kovalens kötéssel kötődnek.

Len azt javasolta, hogy szemléltesse a molekuláris kémiáról a szupramolekuláris kémiára való átmenetet az 1. ábrán bemutatott diagrammal. 1 .

A szupermolekulák fő funkciói: molekuláris felismerés, transzformáció (katalízis) és átvitel. A funkcionális szupermolekulák, valamint a szervezett polimolekuláris összeállítások és fázisok felhasználhatók molekuláris és szupramolekuláris eszközök létrehozására.

Len mellett meg kell említeni C. J. Pedersent és D. J. Cramot is, akiknek munkássága és kutatása fontos szerepet játszott a szupramolekuláris kémia fejlődésében. 1987-ben ezt a három tudóst kémiai Nobel-díjjal jutalmazták (a molekuláris gazda-vendég komplexek szelektív kialakítására képes makroheterociklusos vegyületek kémiájának fejlesztéséhez való döntő hozzájárulásukért).

Kutatás, amely lefektette a szupramolekuláris kémia alapjait

A szupramolekuláris kémia alapfogalmainak eredete a múltban és a század legelején végzett munkákban keresendő. Így P. Ehrlich 1906-ban tulajdonképpen bevezette a receptor és a szubsztrát fogalmát, hangsúlyozva, hogy a molekulák csak akkor lépnek reakcióba egymással, ha először lépnek fel egy bizonyos kötésbe. A kötés azonban ne legyen bármilyen, hanem szelektív. Ezt E. Fischer hangsúlyozta még 1894-ben, megfogalmazva a „kulcszár” elvét, amely arra utal, hogy a molekuláris felismerés a sztérikus megfeleltetésen, a receptor és a szubsztrát geometriai komplementaritásán alapul. Végül a szelektív kötés interakciót, affinitást igényel a partnerek között, és ennek a gondolatnak a gyökerei A. Werner munkáiban kereshetők, ami a szupramolekuláris kémiát e tekintetben a koordinációs kémia általánosításává és fejlesztésévé teszi.

J.-M. Len, ez a három fogalom – rögzítés (kötés), felismerés és koordináció – fektette le a szupramolekuláris kémia alapjait.

A szupramolekuláris kémia néhány más fogalma is régóta ismert. Még a kifejezést is « Übermolekula", azaz szuper-, vagy szupermolekulát már a 30-as évek közepén bevezették. századunkban a koordináltan telített molekulák asszociációjából (például az ecetsav dimerjének kialakulása során) adódó magasabb szintű szerveződés leírására. A szupramolekuláris szerveződés kritikus szerepe a biológiában jól ismert volt.

A szupramolekuláris kémia, mint önálló terület megjelenése és fejlődése a kémiai tudományok rendszerében azonban jóval később következett be. Ezt írja erről J.-M. Len könyvében: „...egy új tudományos diszciplína megjelenéséhez és gyors fejlődéséhez három feltétel kombinációja szükséges. Először is fel kell ismerni egy új paradigmát, amely megmutatja az eltérő és látszólag egymással nem összefüggő megfigyelések, adatok és eredmények jelentőségét, és egyetlen koherens egésszé egyesíti őket. Másodszor, ezen a területen eszközökre van szükség az objektumok vizsgálatához, és itt a szerkezet és a tulajdonságok vizsgálatára szolgáló korszerű fizikai módszerek (IR, UV és különösen NMR spektroszkópia, tömegspektrometria, röntgendiffrakció stb.) kidolgozása játszott meghatározó szerepet a kutatásban. szupramolekuláris kémia, amely lehetővé teszi még viszonylag labilis szupramolekuláris összeállítások tanulmányozását is, amelyeket alacsony energiájú nem kovalens kölcsönhatások jellemeznek. Harmadszor, a tudományos közösségnek készen kell állnia az új paradigma elfogadására, hogy az új tudományág ne csak a benne közvetlenül érintett szakemberek körében találjon választ, hanem a tudomány kapcsolódó (és nem annyira kapcsolódó) területein is. Ez történt a szupramolekuláris kémiával, amennyire az elmúlt 25 évben tapasztalható gyors fejlődési ütemből és más tudományágakba való behatolásából ítélhető meg.”

Len szerint „...a ma ismert szupramolekuláris kémia az alkálifém-kationok természetes és szintetikus makrociklusos és makropoliciklusos ligandumok, koronaéterek és kriptandok általi szelektív megkötésének tanulmányozásával kezdődött.

Az ilyen természetes vegyületek közül elsőként a valinomycin nevű antibiotikumot kell megemlíteni. Szerkezetének 1963-ban történt megfejtése, amelyhez a Yu A. Ovchinnikov vezette szovjet tudósok nagymértékben hozzájárultak, messze túlmutat egy hétköznapi felfedezés keretein. Ez a ciklikus depszipeptid (amid- és észterkötésekkel összekapcsolt amino- és hidroxisavmaradékokból épül fel) volt az első a membránaktív komplexonok, vagyis ionoforok között. Az ilyen elnevezések ezeknek az anyagoknak azt a képességét tükrözik, hogy oldatokban lúgos kationokkal komplex vegyületeket képeznek, és a megkötött kationt a biológiai membránokon keresztül továbbítják. Az ionofórok felfedezésével valósággá vált az ionáramlások célzott szabályozásának lehetősége élő rendszerekben. A membránaktív komplexek területén végzett munkájukért Ovchinnikov és munkatársai 1978-ban Lenin-díjat kapott.

- 89,80 Kb

A rendszerben lévő részecske kvantumállapotának fogalma olyan esetekben érvényes, amikor a kölcsönhatás. a részecskék között egy bizonyos effektív mezővel helyettesíthető, és minden részecskét egyedi kvantumszámkészlettel jellemezhetünk; ha szigorúan figyelembe vesszük az interakciós rendszert. részecskék csak kvantumállapotai az egész rendszer egészének. Az egyrészecskés közelítés az önkonzisztencia módszer alapja. mezők (Hartree-Fock módszer; lásd Molekuláris orbitális módszerek), széles körben használják az atomelméletben és a mol. spektrumok, a kémia kvantumelmélete. kapcsolatokat, az atom és mag héjmodelljei leírásánál stb.

A Pauli-elv az egyrészecskés közelítés keretein belül lehetővé teszi a periodikusság alátámasztását. kémiai rendszer elemei D.I. Mengyelejev, mert Az egyetlen elektron jelenléte egy állapotban megmagyarázza az elektronhéjak kitöltésének sorrendjét és az ehhez a sorozathoz kapcsolódó elemek periodicitását. Max. Az n főkvantumszámú héjban lévő elektronok számát a Pauli-elv szerint a bomlásszám határozza meg. l, ml és ms kvantumszámok halmazai, azaz egyenlő 2(2l + 1) = 2n2. Ebből megkapjuk az elektronhéjak töltési számát növekvő héjszám szerint: 2, 8, 18, 32... Egy atom ekvivalens elektronjaira, azaz azonos n-vel és l-vel rendelkező elektronokra a Pauli-elv miatt nem minden lehetséges állapot megvalósul, de csak azok, amelyek különböznek ml vagy ms. Különösen az elektronikus konfiguráció (pr)2 esetében a mozgásszám momentumainak vektorösszeadásának szabálya hat tagot ad: 1,3S, 1,3P 1,3D, amelyek közül csak három megengedett: 1S, 3P és 1D, mert A maradék három tag esetében a kvantumszámok halmazai két elektronra megegyeznek. A Pauli-elv figyelembe vétele a molekulák és molekulák megengedett elektronállapotainak megtalálásakor is szükséges. komplexek. A Pauli-elv fundam játszik. szerepe a szilárd anyagok kvantumelméletében, a magreakciók és az elemi részecskék közötti kölcsönhatások elméletében.

16 A periodikus törvény jelentése. Az elemek periódusos rendszere a kémia egyik legértékesebb általánosításává vált. Olyan ez, mint az összes elem kémiájának összefoglalása, egy grafikon, amelyről leolvasható az elemek és vegyületeik tulajdonságai. A rendszer lehetővé tette az atomtömegek helyzetének, értékeinek és egyes elemek vegyértékeinek tisztázását. A táblázat alapján meg lehetett jósolni a még fel nem fedezett elemek létezését és tulajdonságait. Mengyelejev megjósolta és leírta az akkor még fel nem fedezett elemek tulajdonságait, amelyeket ekaboronnak (scandium), ekaaluminumnak (galliumnak), ekasiliconnak (germániumnak) nevezett el. Mengyelejev megfogalmazta a periodikus törvényt és javasolta annak grafikus ábrázolását, de ekkor még nem lehetett meghatározni a periodicitás természetét. A tulajdonságok és vegyületeik változásának periodikusságának oka nem derült ki A periodikus törvény értelme később, az atom szerkezetére vonatkozó felfedezések kapcsán derült ki.

Az atomszerkezet elmélete

Az atom egy elektromosan semleges részecske, amely pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronokból áll.

Az atommagok szerkezete

Az atommagok kétféle elemi részecskéből állnak: protonokból (p) és neutronokból (n). Az egy atom magjában lévő protonok és neutronok összegét nukleonszámnak nevezzük: ahol A a nukleonszám, N a neutronok száma, Z a protonok száma.

A protonok töltése pozitív (1), a neutronok töltése nincs (0), az elektronok töltése negatív (-1). A proton és a neutron tömege megközelítőleg azonos, 1-nek tételezzük fel. Az elektron tömege jóval kisebb, mint a proton tömege, ezért a kémiában figyelmen kívül hagyjuk, tekintve, hogy a teljes tömeg atommagjában koncentrálódik. A pozitív töltésű protonok száma az atommagban megegyezik a negatív töltésű elektronok számával, vagyis az atom egésze elektromosan semleges. Az azonos magtöltésű atomok kémiai elemet alkotnak. A különböző elemek atomjait nuklidoknak nevezzük.

17. A kémiai kötés két atom kölcsönhatása elektroncsere révén. Amikor kémiai kötés jön létre, az atomok hajlamosak egy stabil nyolcelektronos (vagy kételektronos) külső héjra, amely megfelel a legközelebbi inert gáz atomjának szerkezetének. A következő típusú kémiai kötéseket különböztetjük meg: kovalens (poláris és nem poláris; cserélő és donor-akceptor), ionos, hidrogénes és fémes.

18. Kovalens kötés- a kémiai kötések legáltalánosabb típusa, amely egy elektronpár cseremechanizmuson keresztül történő megosztása következtében jön létre, amikor a kölcsönhatásban lévő atomok mindegyike egy elektront szolgáltat, vagy donor-akceptor mechanizmuson keresztül, ha egy elektronpárt közös használatra adnak át egyik atommal (donorral) egy másik atommal (akceptorral)

A nempoláris kovalens kötés klasszikus példája (az elektronegativitás különbsége nulla) a homonukleáris molekulákban figyelhető meg: H–H, F–F. A kételektronos kétcentrumú kötés energiája 200–2000 kJ∙mol–1 tartományba esik.

Ha heteroatomos kovalens kötés jön létre, egy elektronpár eltolódik egy elektronegatívabb atomra, ami a kötést polárissá teszi. Egy poláris kötés ionosságát százalékban a 16(χA – χB) + 3,5(χA – χB)2 tapasztalati összefüggéssel számítjuk ki, ahol χA és χB az AB molekula A és B atomjainak elektronegativitása. A polarizálhatóságon kívül a kovalens kötésnek megvan a telítettségi tulajdonsága is - az atom azon képessége, hogy annyi kovalens kötést tudjon kialakítani, ahány atomi pályája van energetikailag elérhető.A kovalens kötés jellemző tulajdonságai - irányítottság, telítettség, polaritás, polarizálhatóság - meghatározzák a vegyületek kémiai és fizikai tulajdonságait.

A kapcsolat irányát az anyag molekulaszerkezete és molekulájának geometriai alakja határozza meg. A két kötés közötti szögeket kötésszögeknek nevezzük.

A telíthetőség az atomok azon képessége, hogy korlátozott számú kovalens kötést hozzanak létre. Az atom által alkotott kötések számát a külső atompályáinak száma korlátozza.

A kötés polaritását az elektronsűrűség egyenetlen eloszlása okozza, amely az atomok elektronegativitásának különbségeiből adódik. Ezen az alapon a kovalens kötéseket nem polárisra és polárisra osztják.

Egy kötés polarizálhatósága a kötés elektronjainak külső elektromos tér hatására bekövetkező elmozdulásában fejeződik ki, beleértve egy másik reagáló részecskét is. A polarizálhatóságot az elektronok mobilitása határozza meg. A kovalens kötések polaritása és polarizálhatósága meghatározza a molekulák poláris reagensekkel szembeni reakciókészségét.

19.Ionos kötés– a kovalens speciális esete, amikor a keletkező elektronpár teljesen egy elektronegatívabb atomhoz tartozik, amely anionná válik. E kötés külön típusként való azonosításának alapja az a tény, hogy az ilyen kötéssel rendelkező vegyületek elektrosztatikus közelítéssel írhatók le, tekintve, hogy az ionos kötés a pozitív és negatív ionok vonzásából adódik. Az ellenkező előjelű ionok kölcsönhatása nem függ az iránytól, és a Coulomb-erők nem rendelkeznek telítettségi tulajdonsággal. Ezért egy ionos vegyületben minden ion annyi ellentétes előjelű iont vonz, hogy ionos típusú kristályrács képződik. Az ionos kristályokban nincsenek molekulák. Minden iont bizonyos számú, eltérő előjelű ion vesz körül (az ion koordinációs száma). Az ionpárok gáz halmazállapotban poláris molekulákként létezhetnek. Gázhalmazállapotban a NaCl dipólusmomentuma ~3∙10–29 C∙m, ami 0,236 nm-es kötéshosszonkénti 0,8 elektrontöltés eltolódásának felel meg Na-ról Cl-ra, azaz Na0,8+Cl0,8– .Az elektronegativitás (χ) az atom alapvető kémiai tulajdonsága, egy molekulában lévő atom azon képességének kvantitatív jellemzője, hogy a közös elektronpárokat maga felé tolja.

Az atomok elektronegativitásának modern fogalmát L. Pauling amerikai kémikus vezette be. L. Pauling az elektronegativitás fogalmát használta annak magyarázatára, hogy egy A-B heteroatomos kötés energiája (A, B bármely kémiai elem szimbóluma) általában nagyobb, mint az A-A és B-B homoatomikus kötések geometriai középértéke.

Jelenleg nagyon sokféle módszer létezik az atomok elektronegativitásának meghatározására, amelyek eredményei a viszonylag kis eltérések kivételével jól egyeznek egymással, és mindenesetre belsőleg konzisztensek.

Fém csatlakozás a vegyértékelektronok részleges delokalizációja eredményeként jön létre, amelyek meglehetősen szabadon mozognak a fémrácsban, elektrosztatikusan kölcsönhatásba lépve a pozitív töltésű ionokkal. A kötőerők nem lokalizáltak vagy irányítottak, és a delokalizált elektronok magas hő- és elektromos vezetőképességet okoznak.

Hidrogén kötés. Kialakulása annak köszönhető, hogy egy elektronpár erős eltolódása következtében egy elektronegatív atom felé egy hidrogénatom, amely effektív pozitív töltésű, kölcsönhatásba léphet egy másik elektronegatív atommal (F, O, N, kevesebb gyakran Cl, Br, S). Az ilyen elektrosztatikus kölcsönhatás energiája 20–100 kJ∙mol–1. A hidrogénkötések lehetnek intra- és intermolekulárisak. Egy intramolekuláris hidrogénkötés képződik például acetil-acetonban, és gyűrűzáródás kíséri.

20. A „hibridizáció” fogalmát a kémiában Linus Pauling amerikai kémikus javasolta, hogy megmagyarázza a molekulák, például a metán szerkezetét.

Történelmileg csak egyszerű molekulákhoz használták, de később bonyolultabbakra is kiterjesztették. A molekuláris pályák elméletétől eltérően például nem kvantitatív, még olyan egyszerű molekulák fotoelektronspektrumát sem képes megjósolni. Ezért jelenleg elsősorban pedagógiai célokra és a szintetikus szerves kémiában használják.

Háromféle hibridizáció létezik:

Sp hibridizáció

Akkor fordul elő, ha egy s- és egy p-pálya keveredik. Két egyenértékű sp-atomi pálya keletkezik, amelyek lineárisan 180 fokos szöget zárnak be, és a szénatom magjától különböző irányokba irányulnak. A fennmaradó két nem hibrid p-pálya egymásra merőleges síkban helyezkedik el, és részt vesz a `0;-kötések kialakításában, vagy magányos, 0,120 nm hosszúságú elektronpárok foglalják el.

Sp² hibridizáció

Akkor fordul elő, ha egy s és két p pálya keveredik. Három hibrid pályát képeznek, amelyek tengelyei ugyanabban a síkban helyezkednek el, és 120 fokos szögben a háromszög csúcsaira irányulnak. A nem hibrid p-atomi pálya merőleges a síkra, és általában 0,134 nm hosszúságú 0;-kötések kialakításában vesz részt.

Sp³ hibridizáció

Akkor fordul elő, ha egy s és három p pálya keveredik. Négy egyforma pálya jelenik meg, amelyek egymáshoz képest 109° 28' (109,47°) tetraéderes szögben helyezkednek el, hossza 0,154 nm.Molekuláris orbitális módszer feltételezi, hogy minden molekulapálya az atomi pályák algebrai összegeként (lineáris kombinációja) van ábrázolva. Például egy hidrogénmolekulában csak két hidrogénatom 1s atomi pályája vehet részt az MO képződésében, ami két MO-t ad, ami az 1s1 és 1s2 atompályák összegét és különbségét jelenti - MO± = C11s1 ±C21s2.

21. A fémes kötés a fémkristályokban lévő pozitív ionok közötti kötés, amely a kristályban szabadon mozgó elektronok vonzása miatt jön létre. A periódusos rendszerben elfoglalt helyük szerint a fématomoknak kevés vegyértékelektronja van. Ezek az elektronok meglehetősen gyengén kötődnek az atommagjukhoz, és könnyen elszakadhatnak tőlük. Ennek eredményeként a fém kristályrácsában pozitív töltésű ionok és szabad elektronok jelennek meg. Ezért a fémek kristályrácsában nagy az elektronok mozgási szabadsága: az atomok egy része elveszíti elektronjait, és a keletkező ionok ezeket az elektronokat fel tudják venni az „elektrongázból”. Ennek következtében a fém számos pozitív iont képvisel, amelyek a kristályrács bizonyos pozícióiban lokalizálódnak, és nagyszámú elektront, amelyek viszonylag szabadon mozognak a pozitív centrumok terén. Ez egy fontos különbség a fémes kötések és a kovalens kötések között, amelyek szigorú térbeli orientációval rendelkeznek.

A fémkötés erősségében is különbözik a kovalens kötéstől: energiája 3-4-szer kisebb, mint a kovalens kötésé.

A kötés energiája az az energia, amely egy kémiai kötés megszakításához szükséges minden olyan molekulában, amely egy mól anyagot alkot. A kovalens és ionos kötések energiái általában magasak, és 100-800 kJ/mol nagyságrendűek.

22. A HIDROGÉNKÖTÉS (H-kötés) a reaktív csoportok közötti kölcsönhatás speciális típusa, ahol az egyik hidrogénatomot tartalmazó csoport hajlamos ilyen kölcsönhatásra. A hidrogénkötés globális jelenség, amely az egész kémiát felöleli. A közönséges kémiai kötésekkel ellentétben a H-kötés nem célzott szintézis eredményeként jelenik meg, hanem megfelelő körülmények között maga jön létre, és intermolekuláris vagy intramolekuláris kölcsönhatások formájában nyilvánul meg.A hidrogénkötés jellemzői. A hidrogénkötés megkülönböztető jellemzője viszonylag alacsony szilárdsága, energiája 5-10-szer kisebb, mint a kémiai kötésé. Energia szempontjából köztes helyet foglal el a kémiai kötések és a van der Waals kölcsönhatások között, amelyek a molekulákat szilárd vagy folyékony fázisban tartják.A H-kötés kialakulásában döntő szerepet játszik a kötésben részt vevő atomok elektronegativitása - az a képesség, hogy egy kémiai kötés elektronjait vonzza a kötésben részt vevő partneratomtól. Ennek eredményeként az A atomon megnövekedett elektronegativitással részleges negatív töltés d-, a partneratomon pedig pozitív d+ töltés jelenik meg, és a kémiai kötés polarizálódik: Ad-–Hd+.

Rövid leírás

Ásványi makro- és mikroműtrágyák, valamint takarmány-foszfátok gyártása. Mész, gipsz és egyéb anyagok hozzáadása a talaj szerkezetének javítására. Kémiai növényvédő szerek alkalmazása: gyomirtó, zoocid és rovarölő szerek, stb. Növényi növekedést és termést serkentő szerek alkalmazása a növénytermesztésben. Környezetbarát mezőgazdasági termékek termesztésének módszereinek kidolgozása. Az állatok termelékenységének növelése növekedésserkentő szerek és speciális takarmány-adalékok felhasználásával. Polimer anyagok előállítása és felhasználása mezőgazdasági célokra. Anyagok gyártása a mezőgazdaságban használt kisgépesítő berendezésekhez. A mezőgazdaságban a vegyszerezés fő célja a termelés növekedésének biztosítása, a mezőgazdasági termékek minőségének javítása és eltarthatóságának meghosszabbítása, valamint a gazdálkodás és az állattenyésztés hatékonyságának növelése. A kártevők, gyomok és betegségek leküzdésére hazánkban évente több mint 500 ezer tonna növényvédő szert állítanak elő. Használatuk évente akár több százezer tonna termést is megtakaríthat.

Szupramolekuláris kémia

Szupramolekuláris kémia. Háttér

Lehn szerint a szupramolekuláris kémia két nagy, részben átfedő területre osztható:

Len azt javasolta, hogy szemléltesse a molekuláris kémiáról a szupramolekuláris kémiára való átmenetet az 1. ábrán bemutatott diagrammal. 1 .

1. ábra. A molekuláris kémiából a szupramolekuláris kémiába való átmenet vázlata

Kutatás, amely lefektette a szupramolekuláris kémia alapjait

J.-M. Len, ez a három fogalom – rögzítés (kötés), felismerés és koordináció – fektette le a szupramolekuláris kémia alapjait.

A szupramolekuláris kémia néhány más fogalma is régóta ismert. Még a kifejezést is « bermolekula", azaz szuper-, vagy szupermolekulát már a 30-as évek közepén bevezették. századunkban a koordináltan telített molekulák asszociációjából (például az ecetsav dimerjének kialakulása során) adódó magasabb szintű szerveződés leírására. A szupramolekuláris szerveződés kritikus szerepe a biológiában jól ismert volt.

A szupramolekuláris kémia fejlődésének következő fontos állomása a koronaéterek felfedezése, amelyet Ch. Pedersen 1962-ben fedezett fel. Pedersen olyan inhibitorokat próbált szintetizálni, amelyek stabilizálják az önoxidációból származó kőolajolajokat, és egy melléktermékhez jutott, amelyet ma dibenzo-18-korona-6-nak neveznek. Pedersen ezt követően körülbelül 60 makrociklusos poliétert szintetizált és tanulmányozott, amelyek oxigénatomjainak száma 4-20, gyűrűmérete pedig 12-60 tag volt. Felfedezte, hogy a koronaéterek erős komplexeket képeznek alkáli- és alkáliföldfémek kationjaival, amelyek kristályos formában izolálhatók.

1966-ban J.-M. Len érdeklődni kezdett az idegrendszerben végbemenő folyamatok iránt, és azon töprengett: vajon a kémia hozzájárulhat-e e magasabb szintű biológiai funkciók tanulmányozásához? Az idegsejtek elektromos folyamatai a sejtmembránokban a kálium- és nátriumionok eloszlásának változásán alapulnak. Az akkoriban megjelent tudományos közlemények kimutatták, hogy a valinomycin képes közvetíteni a káliumionok szállítását a mitokondriumokba. Ez vezette Lent arra az ötletre, hogy a megfelelő mesterségesen létrehozott ciklopeptidek vagy analógjaik eszközt jelenthetnek a kationok membránban való eloszlásának és a membránon keresztüli transzportjának tanulmányozására. Az enniatin és aktin csoportba tartozó más semleges antibiotikumok is mutattak ilyen tulajdonságokat, ami az alkálifém-kationokkal való szelektív komplexek képződésével magyarázható. Szükség volt azonban olyan molekulák szintetizálására, amelyek kémiailag kevésbé aktívak, mint a ciklikus peptidek. C. Pedersen felfedezése fontos szerepet játszott egy ilyen szintézis megvalósításában. A koronaétereket olyan anyagoknak kezdték tekinteni, amelyek egyesítik a makrociklusos antibiotikumok komplexképző képességét és az észterek stabil funkcióit.

2. ábra: J.-M. Len (m=0, n=1; m=1, n=0; m=n=1)

Ugyanakkor világossá vált, hogy a háromdimenziós szferoidális üreggel rendelkező vegyületeknek, amelyek a kötött iont teljesen körülzárják, erősebb komplexeket kell alkotniuk, mint a lapos alakú makrociklusoknak. A probléma megoldása 1967 októberében kezdődött, és 1968 őszén megszületett az első háromdimenziós amino-észter, amelyet Len cryptandnak nevezett el (2. ábra, m=n=1). Azonnal észrevették, hogy erősen megköti a káliumionokat, és a kapott komplexhez kriptát (sejt) szerkezetet rendeltek. Más kriptátokat is szintetizáltak. Szerkezetüket számos komplex kristályszerkezetének meghatározásával igazoltuk (3. ábra).

D. Cram felhívta a figyelmet a koronaéterek és kriptandok jelentős hátrányára, hogy mindkettő nem jól szervezett a vendégionok befogadására: szerkezetük ráncos, de kristályos formában izolálható. nincs kiegyenesedve (4. ábra, a, b). Ezért amikor egy kation belép az üregbe, energiaköltségekre van szükség az összehangolásához (optimalizálásához), és ez befolyásolja a komplex stabilitását. D. Cram úgy döntött, hogy megszerkeszti az úgynevezett „k molekulákat”

3. ábra A rubídium-kriptát szerkezete

Konténerek" előre szervezett szerkezettel. Az 1980-as évek elején bonyolult többlépcsős szintézisek eredményeként. gömböket és üregeket kaptunk (4c, d ábra) - egyfajta molekuláris tálak, amelyek falát aromás magok bélelik, a mélyedéseket, ahová a vendégrészecske esik, oxigénatomok bélelik. Ezeknek a csészéknek még lábai is vannak – fenil-gyökökhöz kapcsolódó metilcsoportok. A vizsgálatok során kiderült, hogy a keletkező vegyületek az alkálifém-kationokkal lényegesen stabilabb komplexeket képeznek, mint a koronaéterek és kriptandok. Kis, semleges molekulák, például CH 2 Cl 2, CH 3 CN, SO 2, szintén bejuthatnak a kavitand csészébe, és ott szilárdan tarthatók.

Meg kell jegyezni, hogy az összetettebb vegyületeknek összetettebb molekuláris felismerési folyamata is van. Ha az egyszerű kriptátkomplexekre jellemző a legegyszerűbb - „gömb alakú” - felismerés, amelyben csak a gömb mérete játszik szerepet, közelítve a szubsztrátot, akkor összetett vegyületeknél a molekuláris felismerés lehet „tetraéderes” vagy „lineáris” felismerés, amelyet hordoznak. különböző típusú receptorok által. A következő években a molekuláris felismerési folyamatok számos változatát tanulmányozták, és a folyamatokban részt vevő receptorok különféle vegyületosztályokhoz tartoztak (koronaéterek, kriptandok, szferandok, kavitandok, kalixarének, ciklofánok, ciklodextrinek, kriptofánok stb.). ). Ahogy Lehn írja: „...a kutatási terület kibővült, ami a molekuláris felismerés új kémiai kutatási területeként való felismeréséhez vezetett, amely az intermolekuláris kölcsönhatásokra és általában a folyamatokra helyezve a figyelem középpontját, széles körben elterjedt. rokon területeken, szupramolekuláris kémiává nőtte ki magát.”

4. ábra: A koronaéter (a), kriptand (b) valós (rendezetlen) szerkezetei, valamint a kavitand (c) és gömb (d) előre szervezett szerkezetei

A szupramolekuláris kémia néhány jellegzetes tárgyának tanulmányozásának története

Történelmi összefüggésben a szupramolekuláris kémia első vizsgált tárgyai zárványvegyületek voltak, amelyeket később klatrátoknak neveztek. A klatrátok olyan vegyületek, amelyek úgy képződnek, hogy a vendégeknek nevezett molekulákat egy másfajta molekulákból álló keret üregeibe, úgynevezett gazdaszervezetekbe vagy egy nagy gazdamolekula üregébe helyezik. Gyakran nincs interakció a vendégek és a házigazdák között, csak van der Waals. Az ilyen vegyületek termodinamikai stabilitását a vendégmolekulák kedvező geometriája biztosítja a gazdaváz üregeiben, aminek következtében a gyenge intermolekuláris kölcsönhatások energianövekedéshez vezetnek az alkotó kezdeti komponensek energiájához képest. a szabad állam. Ebben az esetben, akárcsak a közönséges kémiai vegyületeknél, az alkotóelemek aránya változó lehet, mint például a hidrokinon-klatrátok és a nemesgázok esetében, vagy szigorúan meghatározott, mint a paraffinokat tartalmazó karbamidvegyületeknél és a legtöbb klatrát-hidrátnál.

A jelenleg zárványvegyületnek tekintett anyagokat először A. Kronstedt figyelte meg, aki 1756-ban fedezte fel a stilbit zeolitot, és J. Priestley, aki 1778-ban fedezte fel az „anomális jeget”, amelyről kiderült, hogy SO 2 hidrát. 10H 2 O. 1785-1786-ban B. Peletier és W. Carsten, 1811-ben pedig G. Davy figyelte meg a kristályok képződését a klórgáz hűtésekor, ezt követően (1823-ban) M. Faraday megállapította, hogy ez Cl 2; 10H 2 O azonban ennek a hidrátnak a szerkezetét csak 1952-ben állapította meg M. Stackelberg és G. Müller.

5. ábra A tiokarbamid klatrát komplexének szerkezete adamantánnal 3:1

Az amo fogalmát és a „klatrát” kifejezést modern értelmezésében 1947-ben G. Powell vezette be. ábrán. Az 5. ábra egy tiokarbamid klatrát komplex szerkezetét mutatja be példaként 3:1 adamantánnal. A klatrát komplexek közé tartoznak a ciklodextrin zárványvegyületek is.

6. ábra Ciklodextrinek szerkezete: a – kémiai szerkezet, b – alak

Az iclodextrinek olyan ciklikus oligoszacharidok, amelyek molekulái hat, hét vagy nyolc molekulából állnak. (n=6, 7, 8) d-glükopiranóz egységek, amelyek  -1,4- glikozidos kötéssel kapcsolódnak egymáshoz (6. ábra). A ciklodextrin molekulák csonka kúp (vödör) alakúak, belül üregesek, amelyben 6-8 primer OH-csoport található az alsó bázis kerülete mentén, és 12-16 másodlagos OH-csoport a felső bázis kerülete mentén. A ciklodextrineket 1891-ben fedezte fel A. Viliers, izolálásuk első részletes leírását 1903-ban tette közzé F. Schardinger. 1938-ban K. Freudenberg meghatározta a ciklodextrinek szerkezetét. Azóta ezeket a természetben előforduló receptorokat különféle célokra használják. Így 1954-ben F. Kramer volt az első, aki kimutatta, hogy a ciklodextrinek a szubsztrátok széles skálájával zárványkomplexeket tudnak alkotni. Katalizátorként betöltött szerepüket I. Tabushi és Breslow tanulmányozta 1982-ben.

A ciklodextrin és a „vendég” közötti kölcsönhatások természetét nem állapították meg egyértelműen, és széles körben tárgyalják. A legvalószínűbbek a viszonylag gyenge kölcsönhatások (van der Waals, hidrofób, stb.), amelyek lehetővé teszik, hogy ezeket a komplexeket a szupramolekuláris kémia tárgyai közé sorolják. Az ilyen komplexek kémiai átalakulása összetett molekuláris konstrukciók, például katenánok, rotaxánok, polirotaxánok és csövek képződéséhez vezet, amelyeket más módon nem könnyű előállítani. A ciklodextrinek azon képessége, hogy vizes oldatokban erős komplexeket képezzenek nagyszámú, különféle típusú „vendég” jelenlétében, oda vezetett, hogy az önszerveződésük révén létrejött és a nanoeszközökbe beépülő nanostruktúrák építőelemeiként használják őket.

A szupramolekuláris kémia jelenlegi helyzete és fejlődési irányai

A szupramolekuláris kémia legújabb eredményei és felhasználásának legígéretesebb területei a molekuláris rezolválás folyamataihoz kapcsolódnak

7. ábra: Molekulák közötti hidrogénkötéseket magában foglaló önszerveződés

Új struktúrák kialakulása, kialakulása az úgynevezett „önfolyamatok” következtében. Az önszerveződés és az önszerveződés fogalmát J.-M. Len a szervetlen komplexek (kettős helikátok) spontán képződésének tanulmányozása során, amely önszerveződési folyamatként megy végbe. Valójában ezek a fogalmak a biokémiából kerültek a szupramolekuláris kémiába, ahol már korábban is fontos helyet foglaltak el, hiszen csak „önfolyamatok” révén valósulhat meg a bioszintézis. Az élőtermészetben az önszerveződés legszembetűnőbb megnyilvánulása a nukleinsavmolekulák önszerveződése, a fehérjék mátrixszintézise; Az önszerveződés meghatározó szerepét az enzimek és receptorok szigorúan meghatározott térszerkezete jelzi.

A szupramolekuláris kémiában az önszerveződés egy jól meghatározott szupramolekuláris struktúra spontán létrejöttét jelenti adott körülmények között az egyes alkotóelemekből. Lehn szerint az önszerveződés és az önszerveződés a jelenségek két különálló, de részben egymást átfedő osztályát írja le, ahol az önszerveződés tágabb fogalom, mint az önszerveződés. A szupramolekuláris önszerveződés legalább két vagy több komponens spontán összekapcsolódásából áll, ami vagy különálló szupermolekulák, vagy kiterjesztett polimolekuláris összeállítások (molekuláris rétegek, filmek stb.) kialakulásához vezet. Ebben az esetben az asszociációs folyamat nem kovalens kölcsönhatások miatt következik be.

8. ábra A környezet pH-értékének változtatásával kapcsolható molekuláris inga

Len az önszerveződést rendezett önasszociációként határozza meg, amely:

1) olyan rendszereket foglal magában, amelyekben lehetséges a rend spontán kialakulása a térben és/vagy időben, 2) lefedi a térbeli (strukturális) és időbeli (dinamikus) rendet, 3) csak a szupramolekuláris (nem kovalens) szintet érinti, 4) többkomponensű . Így az önszerveződés magában foglalja a kollektív viselkedést meghatározó interakciót és integrációt.

Az önszerveződés történhet oldatban, folyadékkristályos fázisban vagy szilárd halmazállapotban is, ahol a hidrogénkötések, az elektrosztatikus és donor-akceptor kölcsönhatások, valamint a környezeti hatások (szolvofób kölcsönhatások) a fő kölcsönhatások a komponensek között. ábrán. A 7. ábrán két porfirinmolekulából álló hidrogénkötést mutatunk be, 2,4,6-triamino-5-alkil-pirimidinek közvetítésével. A kapott szerkezet sejt alakú.

J.-M. Lehn megjegyzi, hogy "a szupramolekuláris kémia hozzájárulása a kémiai szintézishez két fő szempont szerint szemlélhető: maguk a nem kovalens szupramolekuláris fajok előállítása, ami közvetlenül tükröződik az önszerveződési folyamatokban, és a szupramolekuláris jellemzők használata a szintézis elősegítésére. kovalens molekulaszerkezetek." Maga a szupramolekuláris szintézis abból áll, hogy irányított intermolekuláris erők révén szupramolekuláris struktúrákat alakítanak ki. Ebben az esetben az is szükséges, hogy a szintézis során a szintézis során szupramolekuláris részecskék keletkezzenek. Azt mondhatjuk, hogy a szupramolekuláris szintézis akkor lehetséges, ha intermolekuláris szinten van egyfajta tervezés és kontroll. A komplex kovalens vegyületek szintézisében a szupramolekuláris kémia felhasználható a komponensek kívánt módon történő elrendezésére, például önszerveződéssel. Ez új lehetőségeket nyit meg a komplex rendszerek szintézise terén, és az elmúlt években ez az irány az egyik vezető irányzattá vált.

A szupramolekuláris kémia másik ígéretes fejlesztési területe a molekuláris és szupramolekuláris eszközök létrehozása. A molekuláris eszközök szerkezetileg szervezett és funkcionálisan integrált kémiai rendszerek. Ezek meghatározott komponensek sajátos térbeli szerveződésén alapulnak, és szupramolekuláris struktúrákba építhetők be. Fotonikus, elektronikus vagy ionos eszközöket különböztethetünk meg attól függően, hogy az összetevők fotoaktív, elektroaktív vagy ionosak-e, pl. részt vesznek a fotonok abszorpciójában vagy emissziójában, elektrondonorok vagy akceptorok, vagy részt vesznek az ioncserében.

Az ilyen eszközökben található komponensek két fő típusa különböztethető meg: az adott műveletet végrehajtó aktív komponensek (fotonok, elektronok, ionok stb. fogadása, kibocsátása vagy továbbadása), valamint a szupramolekuláris architektúra létrehozásában részt vevő szerkezeti komponensek. az aktív komponensek szükséges térbeli elrendezésének meghatározása, különösen a felismerési folyamatok miatt. Ezen túlmenően segédkomponensek is bevihetők a készülékbe, melynek célja az aktív és szerkezeti komponensek tulajdonságainak módosítása. A lényeg az, hogy a hagyományos anyagoktól eltérően az azokból álló alkatrészeknek és eszközöknek molekuláris és szupramolekuláris szinten kell ellátniuk funkcióikat. A molekuláris eszközök szupramolekuláris rendszerekbe való beépítése lehetővé teszi funkcionális szupermolekulák vagy szerelvények (rétegek, filmek, membránok stb.) előállítását.

A molekuláris és szupramolekuláris eszközök definíció szerint kovalens, illetve nem kovalens kötésekkel összekapcsolt komponensekből jönnek létre. Szupramolekulárisnak minősíthetők azok az eszközök is, amelyek komponensei kovalens kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, de legalább részben megőrzik egyéniségüket.

A közelmúltban lehetőség nyílt olyan kapcsoló molekuláris összeállítások létrehozására, amelyek térbeli szerkezetüket olyan külső tényezők hatásától függően változtatják meg, mint a környezet pH-ja vagy elektrokémiai potenciálja. Példa erre a rotaxán, az ábrán látható. 8. Egy hosszú poliészter láncból áll, amely egy gyűrűn van átfűzve, amely két dipiridil egységből épül fel, amelyeket ciklofán hidak kötnek össze. Annak megakadályozására, hogy a gyűrű leugorjon a láncról, a végein terjedelmes csoportok vannak - triizopropil-szilil-szubsztituensek. A poliéterláncban lévő 4,4"-diamino-difenil- és 4,4"-dihidroxi-difenil-maradékok kifejezett elektrondonor tulajdonságokkal rendelkeznek; ezért az elektronszívó tetrakationos gyűrű elektrosztatikusan kapcsolódik hozzájuk. Ebben az esetben két konformáció valósul meg, amelyek mobil egyensúlyi állapotban vannak. Mivel az aromás aminok erősebb elektrondonorok, mint a fenolok, az a forma dominál, ahol a gyűrű kölcsönhatásba lép az aminrésszel. Az egyensúlyi helyzet azonban megváltoztatható a közeg savasságának változtatásával. Erősen savas környezetben az amin nitrogénatomjai protonálódnak, azaz. önmagukban elektronakceptorokká válnak, és a bisz-dipiridinium gyűrű teljesen átugrik a fenolos fragmentumhoz. Ugyanez történik, amikor a külső elektrokémiai potenciál megváltozik. Nyilvánvalóan molekuláris kapcsolót lehet létrehozni az eszköz alapján. Úgy gondolják, hogy az ilyen molekuláris eszközök lehetővé teszik a nanotechnológia jövőbeli fejlődését, amely nagymértékben felváltja a jelenleg domináns félvezető technológiát.

A szupramolekuláris kémia sajátosságairól szólva figyelni kell arra, hogy ebben a tudományban a részletes és teljes szerkezeti adatok különleges, rendkívül fontos szerepet töltenek be. Ezen a területen az előrelépés nem lenne lehetséges a szupramolekuláris rendszerek komponenseinek térbeli konfigurációjának és relatív térbeli elrendezésének specifikus elemzése nélkül. A fentiek alapot adnak arra, hogy a szupramolekuláris kémiát a szerkezeti kémia természetes részének tekintsük.

Mint már említettük, a szupramolekuláris kémia számos ötlete és ága valójában jóval formális születése előtt felmerült. Ehhez hozzátehetjük, hogy az intermolekuláris kölcsönhatások természetét (beleértve a hidrogénkötéseket és más specifikus kölcsönhatásokat), energiájukat és a legkülönbözőbb folyamatokban betöltött szerepüket már régóta alaposan tanulmányozzák, beleértve a szupramolekuláris kémiára jellemző szerkezeti aspektust is. Így Oroszországban egész iskolák voltak, amelyek átfogóan tanulmányozták az intermolekuláris kölcsönhatásokat.

A molekuláris kristályok szerkezetét, különösen a „kevert” kristályok, például a klatrátok szerkezetét A. I. Kitaigorodsky és munkatársai tanulmányozták. , az intermolekuláris kölcsönhatások az adszorpcióban és a kromatográfiában A. V. Kiselev és munkatársai kutatásának tárgyává váltak. , a nem vegyértékű kölcsönhatások hatása a molekulák konformációira V. G. Dashevsky munkáinak témája lett. És mégis, J.-M. joggal tekintik a szupramolekuláris kémia megalkotóinak. Len, C. J. Pedersen és D. J. Cram.

E kiváló tudósok fő érdeme, hogy a hagyományos kémia arzenálját, az intermolekuláris erők fizikai és kémiai vizsgálatában elért eredményeket, valamint a modern fizikai kutatási módszerek minden erejét alapvetően új kémiai objektumok, elméleti és gyakorlati tárgyak létrehozásába irányították. amelynek jelentősége rendkívül nagy és, úgy tűnik, még nem valósult meg teljesen.

Irodalom

1. Volkov V.A., Vonsky E.V., Kuznetsova G.I. //A világ kiváló vegyészei. M. 1991.

2. Lehn J.-M. // Pure and Appl. Chem. 1978. 50. 871. o.

3. Lehn J.-M. // Struktúra. Ragasztás. 1973. 16. o. 1.

4. Len J.-M.. // Kémia külföldön., M. 1989. 13. o.

5. Lehn J.-M. // Tudomány. 1985. 227. 849. o.

6. Lehn J.-M. Szupramolekuláris kémia, fogalmak és perspektívák. Weinheim, 1995. Orosz fordítás: Len J.-M. Szupramolekuláris kémia. Fogalmak és perspektívák. Novoszibirszk, 1998.

7. Len J.-M.. // Orosz kémiai folyóirat. 1995. 39. 94. o.

8. Ehrlich P. // Tanulmányok az immunitásról. Wiley. N.Y., 1906. Idézet innen.

9. Fischer E. // Ber. Deutsch. Chem. Ges. 1894. 27. 2985. Idézet innen.

10. Werner A. // Zeitschr. Anorg. Chem. 1893. 3. 267. Idézet innen.

11. Wolf K.L., Frahm F., Harms H. // Z. Phys. Chem. Abt. 1937. B 36. P. 17. Idézet innen.

12. Lehn J.-M. // Pure and Appl. Chem. 1979. 51. 979. o.

13. Ovchinnikov Yu.A., Ivanov V.T., Shkrob A.M. Membránaktív komplexonok. M. 1974.

14. Davydova S.L. Csodálatos makrociklusok. L., 1989.

15. Pedersen C.J. Kémia külföldön. M., 1989.

16. Pozharsky A.F. // Soros oktatási magazin. 1997. 9. sz. 32. o.

17. Cram D.J. // Tudomány. 1983. 219. 1177. o.

18. Dyadin Yu.A., Udachin K.A., Bondaryuk I.V. Kapcsolódások váltása. Novoszibirszk 1988.

19. Muller A., Reuter H., Dillinger S. // Angew. Chem. Int. Szerk. Engl. 1995. 34. 2328. o.

20. Powell H.M. J. Chem. Soc. 1948. 1. 61. o.

21. Gopal R., Robertson B.E., Rutherford J.S. // Acta Cryst. C. 1989. 45. 257. o.

22. Philp D., Stoddart J.F. // Angew. Chem. Int. Szerk. Engl. 1996. 35. 1155. o.

23. Wenz G. // Angew. Chem. Int. Szerk. Engl. 1994. 33. 803. o.

24. Viliers A., Hebd C.R. // Seances Acad. Sci. 1891. 112. P. 536. Id. által .

25. Schardinger F. // Z. Unters Nahr. Genussmus. Gebrauchsgegenstaende. 1903. 6. 865., idézve. által .

26. Cramer F. Einschlussverbindungen. Berlin, Springer-Werlag, 1954, idézve. által .

27. Tabushi I. // Acc. Chem. Res. 1982. 15. P. 66. Idézve. által .

28. Lehn J.-M., Rigault A., Siegel J., Harrowfield J., Chevrier B., Moras D. // Proc. Natl. Acad. Sci. EGYESÜLT ÁLLAMOK. 1987. 84. 2565. o.

29. . Pozharsky A.F. // Soros oktatási magazin. 1997. 9. sz. 40. o.

30. Lawrence D.S., Jiang T., Levett M. // Chem. Fordulat. 1995. 95. 2229. o.

31. Kitajgorodszkij A.I. Molekuláris kristályok. M., 1971.

32. Kitajgorodszkij A.I. Vegyes kristályok. M., 1983.

33. Avgul N.N., Kiselev A.V., Poshkus V.D. Adszorpció homogén felületeken. M., 1975.

34. Dashevsky V.G. Szerves molekulák konformációi. M., 1974.

35. Dashevsky V.G. Makromolekulák konformációs elemzése. M., 1987.

Mi a molekuláris kémia

A kémia molekulákat tanulmányozó ága

Molekula (novolat. molekula, a latin mólok kicsinyítője - tömeg, az anyag legkisebb részecskéje, amely kémiai tulajdonságokkal ruházza fel. A molekula atomokból, pontosabban atommagokból, körülvevő belső elektronokból és külső vegyértékelektronokból áll, amelyek kémiai kötéseket alkotnak (lásd Vegyérték . Az atomok belső elektronjai általában nem vesznek részt a kémiai kötések kialakításában. Egy adott anyag molekuláinak összetétele és szerkezete nem függ az előállítás módjától. Monatomikus molekulák esetében (pl. , inert gázok, a molekula és az atom fogalma megegyezik.
A molekulák fogalmát először a kémiában vezették be azzal kapcsolatban, hogy meg kellett különböztetni a molekulát, mint a kémiai reakciókba belépő anyag legkisebb mennyiségét az atomtól, mint egy adott elem legkisebb mennyiségét, amely a molekula része. (Nemzetközi Kongresszus, Karlsruhe, 1860). A molekulák szerkezetének alaptörvényeit a kémiai reakciók tanulmányozása, a kémiai vegyületek elemzése és szintézise, valamint számos fizikai módszer alkalmazása eredményeként határozták meg.
Az atomokat a legtöbb esetben kémiai kötések egyesítik molekulákká. Általában egy ilyen kötést egy, két vagy három elektronpár hoz létre, amelyek két atom között osztoznak. Egy molekula tartalmazhat pozitív és negatív töltésű atomokat, azaz ionokat; ebben az esetben elektrosztatikus kölcsönhatások valósulnak meg. A jelzetteken kívül gyengébb kölcsönhatások is vannak a molekulák atomjai között. A vegyértékkötés nélküli atomok között taszító erők hatnak.
A molekulák összetételét kémiai képletek fejezik ki. Az empirikus képlet (például az etil-alkohol C2H6O-ját az anyagban lévő elemek kémiai elemzéssel meghatározott atomaránya és a molekulatömeg alapján állapítják meg.
A molekulák szerkezetének tanulmányozásának fejlődése elválaszthatatlanul összefügg mindenekelőtt a szerves kémia sikereivel. A 60-as években megalkotott szerves vegyületek szerkezetének elmélete. 19. század A. M. Butlerov, F. A. Kekule, A. S. Cooper és mások munkái lehetővé tették a molekulák szerkezetének ábrázolását szerkezeti képletekkel vagy a molekulák vegyérték-kémiai kötéseinek sorrendjét kifejező szerkezeti képletekkel. Ugyanazon empirikus képlet mellett lehetnek különböző szerkezetű molekulák, amelyek eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek (az izoméria jelensége. Ilyen pl. az etil-alkohol C5H5OH és a dimetil-éter (CH3)2O. Ezeknek a vegyületeknek a szerkezeti képlete eltér:
Egyes esetekben az izomer molekulák gyorsan átalakulnak egymásba, és dinamikus egyensúly jön létre közöttük (lásd Tautomerizmus. Ezt követően J. H. van't Hoff és egymástól függetlenül A. J. Le Bel francia kémikus megértette az atomok térbeli elrendezését A molekula és a sztereoizoméria jelenségének magyarázata A. Werner (1893) kiterjesztette a szerkezetelmélet általános elképzeléseit a szervetlen komplex vegyületekre is. A kémia a XX. az esetek túlnyomó többségében csak a kémiai tulajdonságaik tanulmányozása igazolta a kémia szerkezeti képleteit, amelyeket egy anyag makroszkopikus mennyiségeinek tanulmányozásával állapítottak meg, nem pedig az egyes molekulákat.
A fizikában a molekulák fogalma szükségesnek bizonyult a gázok, folyadékok és szilárd anyagok tulajdonságainak magyarázatához. A molekulák létezésének közvetlen kísérleti bizonyítékát először a Brown-mozgás tanulmányozásával nyerték

HASONLÓ FELADATOK:

Tantárgy:

A kémia, amelynek alapfogalmait megvizsgáljuk, olyan tudomány, amely az anyagokat és azok átalakulásait vizsgálja, amelyek a szerkezet és az összetétel, és ezáltal a tulajdonságok változásával lépnek fel. Először is meg kell határozni, hogy mit jelent az „anyag” kifejezés. Tágabb értelemben az anyag olyan formája, amelynek nyugalmi tömege van. Az anyag bármely elemi részecske, például neutron. A kémiában ezt a fogalmat szűkebb értelemben használják.

Kezdésként röviden írjuk le a kémia és az atom-molekuláris tudomány alapvető fogalmait és fogalmait. Ezt követően elmagyarázzuk őket, és felvázoljuk e tudomány néhány fontos törvényét.

A kémia alapfogalmai (anyag, atom, molekula) mindannyiunk számára ismerősek már iskolás korunk óta. Az alábbiakban rövid leírást adunk ezekről, valamint más, nem annyira nyilvánvaló kifejezésekről és jelenségekről.

Atomok

Először is, minden kémiában vizsgált anyag apró részecskékből, úgynevezett atomokból áll. A neutronok nem képezik a tudomány tárgyát. Azt is el kell mondani, hogy az atomok kapcsolódhatnak egymással, ami kémiai kötéseket eredményez. Ennek a kapcsolatnak a megszakításához energiára van szükség. Következésképpen az atomok közönséges körülmények között nem léteznek önmagukban (a „nemesgázok” kivételével). Legalább párban kapcsolódnak egymáshoz.

Folyamatos hőmozgás

A folyamatos hőmozgás minden részecskét jellemzi, amelyet a kémia vizsgál. Ennek a tudománynak az alapfogalmait nem lehet bemutatni anélkül, hogy ne beszélnénk róla. Folyamatos részecskemozgás esetén a hőmérséklettel arányos (viszont meg kell jegyezni, hogy az egyes részecskék energiái eltérőek). Ekin = kT / 2, ahol k a Boltzmann-állandó. Ez a képlet bármilyen típusú mozgásra érvényes. Mivel Ekin = mV 2 / 2, a masszív részecskék mozgása lassabb. Például, ha a hőmérséklet azonos, az oxigénmolekulák átlagosan 4-szer lassabban mozognak, mint a szénmolekulák. Ez azért történik, mert tömegük 16-szor nagyobb. A mozgás lehet oszcilláló, transzlációs és forgó. Rezgés figyelhető meg folyékony, szilárd és gáznemű anyagokban. De a transzlációs és forgási folyamatok legkönnyebben gázokban valósíthatók meg. Folyadékban nehezebb, szilárd anyagokban pedig még nehezebb.

Molekulák

Folytassuk a kémia alapvető fogalmainak és definícióinak ismertetését. Ha az atomok egymással egyesülve kis csoportokat (úgynevezett molekulákat) alkotnak, ezek a csoportok részt vesznek a hőmozgásban, egyetlen egészként hatnak. A tipikus molekulákban legfeljebb 100 atom van jelen, számuk az úgynevezett nagy molekulatömegű vegyületekben a 105-öt is elérheti.

Nem molekuláris anyagok

Az atomokat azonban gyakran hatalmas, 107-től 1027-ig terjedő csoportokba egyesítik. Ebben a formában gyakorlatilag nem vesznek részt a hőmozgásban. Ezek az asszociációk már nem hasonlítanak molekulákra. Inkább szilárd anyagdarabkák. Ezeket az anyagokat általában nem molekulárisnak nevezik. Ebben az esetben a darab belsejében hőmozgás történik, és maga nem repül, mint egy molekula. Van egy átmeneti méretű régió is, amely 105 és 107 közötti atomokból álló asszociációkat foglal magában. Ezek a részecskék vagy nagyon nagy molekulák, vagy kis porszemcsék.

Ionok

Meg kell jegyezni, hogy az atomok és csoportjaik elektromos töltéssel rendelkezhetnek. Ebben az esetben ionoknak nevezik őket egy olyan tudományban, mint a kémia, amelynek alapfogalmait tanulmányozzuk. Mivel a hasonló töltetek mindig taszítják egymást, az az anyag, ahol bizonyos töltések jelentős feleslege van, nem lehet stabil. A negatív és pozitív töltések mindig váltakoznak a térben. De az anyag egésze elektromosan semleges marad. Vegyük észre, hogy az elektrosztatikában nagynak számító töltések kémiai szempontból jelentéktelenek (1e 105-1015 atomonként).

Tanulmányi tárgyak a kémiában

Tisztázni kell, hogy a kémia vizsgálati tárgyai azok a jelenségek, amelyekben az atomok nem keletkeznek vagy nem pusztulnak, hanem csak átrendeződnek, azaz új módon kapcsolódnak össze. Egyes kapcsolatok megszakadnak, aminek következtében mások jönnek létre. Más szavakkal, új anyagok jelennek meg azokból az atomokból, amelyek az eredeti anyagok részét képezték. Ha mind az atomok, mind a közöttük fennálló kötések megmaradnak (például molekuláris anyagok elpárolgása során), akkor ezek a folyamatok nem a kémia, hanem a molekuláris fizika tudományterületébe tartoznak. Abban az esetben, ha atomok keletkeznek vagy megsemmisülnek, akkor mag- vagy atomfizika vizsgálati tárgyairól beszélünk. A kémiai és fizikai jelenségek határa azonban elmosódott. Hiszen a külön tudományokra való felosztás önkényes, míg a természet oszthatatlan. Ezért a fizika ismerete nagyon hasznos a vegyészek számára.

Röviden felvázoltuk a kémia alapfogalmait. Most megkérjük, hogy nézze meg őket közelebbről.

Bővebben az atomokról

Az atomokat és a molekulákat sokan a kémiával társítják. Ezeket az alapfogalmakat egyértelműen meg kell határozni. Az atomok létezésének tényét kétezer évvel ezelőtt remekül sejtették. Aztán már a 19. században a tudósok rendelkeztek kísérleti adatokkal (még közvetetten). Az Avogadro-féle többszörös arányokról, az összetétel állandóságának törvényeiről beszélünk (a kémia ezen alapfogalmait az alábbiakban tárgyaljuk). Az atomot a 20. században is folytatták, amikor számos közvetlen kísérleti megerősítés merült fel. Spektroszkópiai adatokon alapultak, röntgensugárzás, alfa-részecskék, neutronok, elektronok stb. szóródásán. Ezeknek a részecskéknek a mérete körülbelül 1 E = 1o -10 m. Tömegük körülbelül 10 -27 - 10 -25 kg. E részecskék középpontjában egy pozitív töltésű atommag található, amely körül negatív töltésű elektronok mozognak. Az atommag mérete körülbelül 10 -15 m Kiderült, hogy az elektronhéj határozza meg az atom méretét, de tömege szinte teljesen az atommagban koncentrálódik. A kémia alapfogalmainak mérlegelésekor egy másik meghatározást kell bevezetni. - olyan atomtípus, amelynek a magtöltése azonos.

Gyakran előfordul, hogy az anyag legkisebb részecskéjeként kémiailag oszthatatlan. Mint már említettük, a jelenségek fizikai és kémiai felosztása önkényes. De az atomok létezése feltétlen. Ezért jobb, ha rajtuk keresztül határozzuk meg a kémiát, és nem fordítva, az atomokat a kémián keresztül.

Kémiai kötés

Ez tartja össze az atomokat. Nem teszi lehetővé, hogy a hőmozgás hatására szétrepüljenek. Jegyezzük meg a kötések fő jellemzőit: az atommagok közötti távolságot és az energiát. Ezek is alapvető kémiai fogalmak. A kötés hosszát kísérletileg, meglehetősen nagy pontossággal határozzák meg. Energia is, de nem mindig. Például lehetetlen objektíven meghatározni, hogy mi ez egy összetett molekulában lévő egyedi kötéssel kapcsolatban. Azonban egy anyag porlasztási energiája, amely az összes létező kötés megszakításához szükséges, mindig meghatározásra kerül. A kötés hosszának ismeretében meghatározható, hogy mely atomok kapcsolódnak össze (kis távolságúak) és melyek nem (nagy távolságúak).

Koordinációs szám és koordináció

Az analitikus kémia alapfogalmai közé tartozik ez a két kifejezés. mit jelentenek? Találjuk ki.

A koordinációs szám az adott atom legközelebbi szomszédjainak számát jelenti. Más szóval, azoknak a száma, akikkel kémiailag kapcsolódik. A koordináció a szomszédok relatív helyzetét, típusát és számát jelenti. Más szóval, ez a fogalom értelmesebb. Például a nitrogén koordinációs száma, amely az ammónia és a salétromsav molekulákra jellemző, azonos - 3. A koordinációjuk azonban eltérő - nem sík és sík. A kötés természetére vonatkozó elképzelésektől függetlenül határozzák meg, míg az oxidáció mértéke és a vegyérték feltételes fogalmak, amelyeket azért hoznak létre, hogy előre jelezzék a koordinációt és az összetételt.

Molekula meghatározása

A kémia alapfogalmait és törvényszerűségeit röviden áttekintve már érintettük ezt a fogalmat. Most nézzük meg részletesebben. A tankönyvek gyakran úgy definiálják a molekulát, mint az anyag legkisebb semleges részecskéjét, amely rendelkezik kémiai tulajdonságaival, és képes önállóan is létezni. Meg kell jegyezni, hogy ez a meghatározás jelenleg elavult. Először is, amit minden fizikus és vegyész molekulának nevez, az nem tartja meg az anyag tulajdonságait. A víz disszociál, de ehhez minimum 2 molekula szükséges. A víz disszociációs foka 10 -7. Más szóval, 10 millióból csak egy molekula mehet át ezen a folyamaton. Az a tény, hogy a kémiában a reakciók hőhatásai általában magukban foglalják a molekulák közötti kölcsönhatás energiáját. Ezért egyikük használatával sem találhatók meg. Mind a kémiai, mind a fizikai anyagokat csak a molekulák nagy csoportja lehet azonosítani. Ezenkívül vannak olyan anyagok, amelyekben az önállóan létezni képes „legkisebb” részecske végtelenül nagy, és nagyon különbözik a közönséges molekuláktól. A molekula valójában egy atomcsoport, amely nem elektromosan töltött. Egy adott esetben ez lehet egy atom, például Ne. Ennek a csoportnak képesnek kell lennie arra, hogy részt vegyen a diffúzióban, valamint más típusú hőmozgásban, egyetlen egységként működve.

Amint látja, a kémia alapfogalmai nem ilyen egyszerűek. A molekulát alaposan tanulmányozni kell. Megvannak a saját tulajdonságai, valamint molekulatömege. Most az utóbbiról fogunk beszélni.

Molekulatömeg

Hogyan határozzuk meg kísérleti úton a molekulatömeget? Az egyik módszer Avogadro törvényén alapul, a relatív gőzsűrűségen alapul. A legpontosabb módszer a tömegspektrometria. Egy elektron kiütődik a molekulából. A keletkező iont először elektromos térben felgyorsítják, majd mágnesesen eltérítik. A töltés és a tömeg arányát pontosan az eltérés nagysága határozza meg. Vannak olyan módszerek is, amelyek az oldatok tulajdonságain alapulnak. Azonban ezekben az esetekben a molekuláknak mindenképpen mozgásban kell lenniük - oldatban, vákuumban, gázban. Ha nem mozognak, lehetetlen objektíven kiszámítani tömegüket. És a létezésüket ebben az esetben nehéz észlelni.

A nem molekuláris anyagok jellemzői

Amikor róluk beszélünk, meg kell jegyezni, hogy nem molekulákból, hanem atomokból állnak. Ugyanez igaz azonban a nemesgázokra is. Ezek az atomok szabadon mozognak, ezért jobb, ha egyatomos molekuláknak tekintjük őket. Azonban nem ez a fő. Ennél is fontosabb, hogy a nem molekuláris anyagoknak sok atomja van, amelyek egymáshoz kapcsolódnak. Meg kell jegyezni, hogy az összes anyag nem molekuláris és molekuláris felosztása nem elegendő. Az összeköttetés szerinti felosztás értelmesebb. Vegyük például a grafit és a gyémánt tulajdonságainak különbségét. Mindkettő karbon, de az első lágy, a második kemény. Miben különböznek egymástól? A különbség éppen a kapcsolódásukban rejlik. Ha figyelembe vesszük a grafit szerkezetét, látni fogjuk, hogy erős kötések csak két dimenzióban léteznek. De a harmadikban az atomközi távolságok nagyon jelentősek, ezért nincs erős kapcsolat. A grafit könnyen átcsúszik és megreped ezeken a rétegeken.

A szerkezet összekapcsolhatósága

Egyébként ezt térbeli dimenziónak hívják. A tér dimenzióinak számát reprezentálja, amelyre jellemző, hogy folyamatos (majdnem végtelen) vázrendszerrel rendelkeznek (erős kapcsolatok). A felvehető értékek 0, 1, 2 és 3. Ezért különbséget kell tenni a háromdimenziósan kapcsolódó, réteges, lánc- és sziget- (molekuláris) struktúrák között.

Az összetétel állandóságának törvénye

A kémia alapfogalmait már megtanultuk. Az anyagot röviden áttekintettük. Most beszéljünk a rá vonatkozó törvényről. Általában a következőképpen fogalmazzák meg: bármely egyedi anyag (azaz tiszta), függetlenül attól, hogy hogyan került előállításra, mennyiségi és minőségi összetétele azonos. De mit is jelent a koncepció?

Kétezer évvel ezelőtt, amikor az anyagok szerkezetét még nem tudták direkt módszerekkel vizsgálni, amikor még a számunkra is ismert kémiai alapfogalmak és törvényszerűségek sem léteztek, leírólag határozták meg. Például a víz olyan folyadék, amely a tengerek és folyók alapját képezi. Nincs szaga, színe, íze. Ilyen-olyan fagyási és olvadási hőmérséklete van, kékre színezi a tengervizet, mert nem tiszta. A sók azonban desztillációval elválaszthatók. Körülbelül így, leíró módszerrel határozták meg a kémia kémiai alapfogalmait és törvényeit.

Az akkori tudósok számára nem volt nyilvánvaló, hogy a különböző módszerekkel (hidrogén égetésével, vitriol dehidratálásával, tengervíz desztillálásával) izolált folyadék azonos összetételű. Ennek a ténynek a bizonyítéka volt a tudomány egyik jelentős felfedezése. Világossá vált, hogy az oxigén és a hidrogén aránya nem változhat zökkenőmentesen. Ez azt jelenti, hogy az elemek atomokból állnak - oszthatatlan részekből. Így keletkeztek az anyagok képletei, és igazolták a tudósok molekulákkal kapcsolatos elképzeléseit.

Manapság minden anyagot – akár kimondva, akár implicit módon – elsősorban képlete határozza meg, nem pedig olvadáspontja, íze vagy színe. A víz H 2 O. Ha más molekulák vannak jelen, többé nem lesz tiszta. Ezért tiszta molekuláris anyag az, amely csak egy típusú molekulákból áll.

De mi a helyzet az elektrolitokkal ebben az esetben? Végül is ionokat tartalmaznak, és nem csak molekulákat. Szigorúbb meghatározásra van szükség. Tiszta molekuláris anyag az, amely egyfajta molekulákból, valamint esetleg ezek reverzibilis gyors átalakulásának (izomerizáció, asszociáció, disszociáció) termékeiből áll. A "gyors" szó ebben az összefüggésben azt jelenti, hogy ezektől a termékektől nem tudunk megszabadulni, azonnal újra megjelennek. A „reverzibilis” szó azt jelzi, hogy az átalakítás nem fejeződött be. Ha igen, akkor jobb azt mondani, hogy instabil. Ebben az esetben nem tiszta anyag.

Az anyagtömeg megmaradásának törvénye

Ez a törvény metaforikus formában az ókor óta ismert. Azt mondta, hogy az anyag teremtetlen és elpusztíthatatlan. Aztán megjelent a mennyiségi megfogalmazása. Eszerint a tömeg (és a 17. század vége óta - tömeg) az anyag mennyiségének mértéke.

Ezt a törvényt ismerős formájában 1748-ban fedezte fel Lomonoszov. 1789-ben A. Lavoisier francia tudós egészítette ki. Modern megfogalmazása így hangzik: a kémiai reakcióba lépő anyagok tömege megegyezik a reakció eredményeként kapott anyagok tömegével.

Avogadro törvénye, a gázok térfogatarányának törvénye

Az utolsót J. L. Gay-Lussac francia tudós fogalmazta meg 1808-ban. Jelenleg ezt a törvényt Gay-Lussac törvénynek nevezik. Eszerint a reagáló gázok térfogatai kis egész számként viszonyulnak egymáshoz, valamint a keletkező gáznemű termékek térfogatához.

A Gay-Lussac által felfedezett minta megmagyaráz egy törvényt, amelyet valamivel később, 1811-ben Amedeo Avogadro, egy olasz tudós fedezett fel. Kimondja, hogy azonos feltételek mellett (nyomás és hőmérséklet) az azonos térfogatú gázok ugyanannyi molekulát tartalmaznak.

Avogadro törvényéből két fontos következmény következik. Az első az, hogy azonos körülmények között bármely gáz egy mólja azonos térfogatot foglal el. Bármelyik térfogata normál körülmények között (amelyek hőmérséklete 0 ° C és nyomás 101,325 kPa) 22,4 liter. Ennek a törvénynek a második következménye a következő: egyenlő feltételek mellett az azonos térfogatú gázok tömegének aránya megegyezik moláris tömegük arányával.

Van még egy törvény, amit mindenképpen meg kell említeni. Beszéljünk róla röviden.

Periodikus törvény és táblázat

D. I. Mengyelejev az elemek kémiai tulajdonságai és az atom-molekuláris tudomány alapján fedezte fel ezt a törvényt. Ez az esemény 1869. március 1-jén történt. A periodikus törvény az egyik legfontosabb a természetben. A következőképpen fogalmazható meg: az elemek és az általuk alkotott összetett és egyszerű anyagok tulajdonságai periodikusan függnek az atommagok töltésétől.

A Mengyelejev által létrehozott periódusos rendszer hét periódusból és nyolc csoportból áll. Függőleges oszlopait csoportoknak nevezzük. A benne lévő elemek hasonló fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek. A csoport viszont alcsoportokra oszlik (fő és másodlagos).

A táblázat vízszintes sorait pontoknak nevezzük. A bennük található elemek különböznek egymástól, de van egy közös vonásuk is - hogy utolsó elektronjaik ugyanazon az energiaszinten helyezkednek el. Az első periódus mindössze két elemet tartalmaz. Ezek a hidrogén H és a hélium He. A második periódusban nyolc elem van jelen. A negyedikben már 18-an vannak Mengyelejev ezt az időszakot jelölték meg az első nagynak. Az ötödik is 18 elemből áll, felépítése hasonló a negyedikhez. A hatodik 32 elemet tartalmaz. A hetedik még nincs kész. Ez az időszak Franciaországgal (Fr) kezdődik. Feltételezhetjük, hogy a hatodikhoz hasonlóan 32 elemet fog tartalmazni. Eddig azonban csak 24-et találtak.

Visszaadási szabály

A visszapattanási szabály szerint minden elem hajlamos egy elektront nyerni vagy elveszíteni annak érdekében, hogy a hozzá legközelebb álló nemesgáz 8 elektronos konfigurációja legyen. Az ionizációs energia az az energiamennyiség, amely egy elektron eltávolításához szükséges az atomból. A kilökési szabály kimondja, hogy amikor balról jobbra mozog a periódusos rendszerben, több energiára van szükség az elektron eltávolításához. Ezért a bal oldalon lévő elemek hajlamosak elektront veszíteni. Éppen ellenkezőleg, azok, akik a jobb oldalon helyezkednek el, alig várják, hogy megszerezzék.

Röviden felvázoltuk a kémia törvényszerűségeit és alapfogalmait. Természetesen ez csak általános információ. Lehetetlen egy cikkben részletesen beszélni ilyen komoly tudományról. A cikkünkben röviden felvázolt kémia alapfogalmai és törvényszerűségei csak kiindulópontot jelentenek a további tanulmányozáshoz. Hiszen ennek a tudománynak számos szakasza van. Van például szerves és szervetlen kémia. E tudomány egyes szakaszainak alapfogalmai nagyon hosszú ideig tanulmányozhatók. De a fent bemutatottak általános kérdésekre vonatkoznak. Ezért elmondhatjuk, hogy ezek a szerves kémia, valamint a szervetlen kémia alapfogalmai.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete

Molekuláris kémia. Molekuláris elektronika

Mennyibe kerül a dolgozat megírása?

Köszönjük, e-mailt küldtünk Önnek. Nézd meg az e-mailedet.

Szupramolekuláris kémia

Szupramolekuláris kémia. Háttér

Kutatás, amely lefektette a szupramolekuláris kémia alapjait

Atomok

Folyamatos hőmozgás

Molekulák

Nem molekuláris anyagok

Ionok

Tanulmányi tárgyak a kémiában

Bővebben az atomokról

Kémiai kötés

Koordinációs szám és koordináció

Molekula meghatározása

Molekulatömeg

A nem molekuláris anyagok jellemzői

A szerkezet összekapcsolhatósága

Az összetétel állandóságának törvénye

Az anyagtömeg megmaradásának törvénye

Avogadro törvénye, a gázok térfogatarányának törvénye

Periodikus törvény és táblázat

Visszaadási szabály