Теория химического строения А. М. Бутлерова

В создании своей теории А.М. Бутлеров исходил из правильных научных и философских представлений о реальном существовании атомов и молекул, о возможности познания химической связи между атомами. Большое значение имел учет особенностей элемента углерода. Бутлеров доказал, что строение молекулы можно установить опытным путем, изучая превращение вещества, и, наоборот, зная строение молекулы, можно предсказать его свойства. Главным в создании теории было познание внутренней структуры молекул, которую ученый называл «химическим строением». Важной была идея Бутлерова о том, что атомы, соединяясь в молекулу в определенной последовательности и согласно их валентности, взаимно влияют друг на друга. Взаимное влияние атомов изменяет и их собственную природу. Например, свойства атома водорода в соединениях НСl, Н₂O, NH₃ в водных растворах существенно различны. Атомы водорода в первом случае находятся в виде ионов Н⁺, обусловливая кислотные свойства хлороводорода в воде; во втором случае вода — слабый электролит, и ион водорода, так же как и ион гидроксила, отщепляется с большим трудом, реакция среды нейтральная; в третьем — молекула аммиака присоединяет к себе ион водорода воды, образуя ион аммония NH⁺₄, а увеличение числа ионов ОН^- воды, образуемых за счет смещения равновесия ее диссоциации, обеспечивает раствору щелочную среду. Таким образом, сравнивая эти вещества, можно заметить различия в их свойствах, хотя они содержат в своем составе атомы одного и того же элемента — водорода. Они по-разному меняют окраску индикатора — лакмуса. Так же можно сравнить между собой и органические вещества, имеющие одинаковые атомы элементов или группы атомов.

В основу теории химического строения были положены следующие фундаментальные понятия: «химические частицы (атомы, молекулы)», «валентность», «химическое строение», «изомерия».

Основные положения теории химического строения

1. Атомы в молекулах соединены в определенной последовательности химическими связями. Порядок связи атомов называется химическим строением. Изменение этой последовательности приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами.

2. Соединение атомов в молекулу происходит в соответствии с их валентностью. Валентность углерода в органических веществах равна IV.

3. Свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от того, в каком порядке атомы в молекуле соединены, т. е. от химического строения их молекул.

4. Порядок соединения атомов (химическое строение молекул) можно изучать и устанавливать химическими методами.

5. Атомы или группы атомов в молекуле взаимно влияют друг на друга, что сказывается на реакционной способности молекулы. Наиболее сильно влияют друг на друга атомы, непосредственно связанные между собой. Это положение в равной степени относится как к органическим, так и к неорганическим веществам.

Теория химического строения объясняет изомерию органических соединений и позволяет предсказывать изомеры. Утверждению теории способствовало предсказание Бутлеровым двух изомеров бутана, а затем осуществление синтеза предсказанного изобутана, имеющего такую же молекулярную формулу, как нормальный бутан, — С₄Н₁₀.

Для изображения изомеров Бутлеров использовал структурные формулы, которые отражают химическое строение, но не показывают расположение атомов в пространстве. Он подтвердил, что каждое вещество имеет только одну структурную формулу. Предсказание и синтез изомеров бутана стали блестящим подтверждением правильности теории Бутлерова и выявили ее основные функции — объяснение и прогнозирование.

<<< К началу Окончание >>>