Przez długi czas naukowcy próbowali opracować ujednoliconą teorię, która wyjaśniałaby budowę cząsteczek, opisywała ich właściwości w stosunku do innych substancji. Aby to zrobić, musieli opisać naturę i strukturę atomu, wprowadzić pojęcia „wartościowości”, „gęstości elektronowej” i wielu innych.
Tło powstania teorii
Struktura chemiczna substancji najpierw zainteresowała włoskiego Amadeusa Avogadro. Zaczął badać wagę cząsteczek różnych gazów i na podstawie swoich obserwacji postawił hipotezę dotyczącą ich budowy. Ale nie był pierwszym, który o tym poinformował, ale czekał, aż jego koledzy uzyskają podobne wyniki. Po tym, sposób na uzyskanie masy cząsteczkowej gazów stał się znany jako prawo Avogadro.
Nowa teoria skłoniła innych naukowców do studiowania. Wśród nich byli Łomonosow, D alton, Lavoisier, Proust, Mendelejew i Butlerow.
Teoria Butlerowa
Sformułowanie „teoria struktury chemicznej” po raz pierwszy pojawiło się w raporcie na temat struktury substancji, który Butlerov przedstawił w Niemczech w 1861 roku. Został on włączony bez zmian w kolejnych publikacjach izakorzeniony w annałach historii nauki. To był zwiastun kilku nowych teorii. W swoim dokumencie naukowiec nakreślił własny pogląd na budowę chemiczną substancji. Oto niektóre z jego tez:
- atomy w cząsteczkach są połączone ze sobą na podstawie liczby elektronów na ich zewnętrznych orbitalach;
- zmiana kolejności połączeń atomów prowadzi do zmiany właściwości cząsteczki i pojawienie się nowej substancji;
- chemiczne i fizyczne właściwości substancji zależą nie tylko od tego, jakie atomy są zawarte w jej składzie, ale także od kolejności ich połączenia ze sobą, a także od wzajemnego oddziaływania;- w celu określenia składu cząsteczkowego i atomowego substancji konieczne jest narysowanie łańcucha następujących po sobie przemian.
Geometryczna struktura cząsteczek
Strukturę chemiczną atomów i cząsteczek uzupełnił trzy lata później sam Butlerov. Wprowadza do nauki zjawisko izomerii, postulując, że nawet mając ten sam skład jakościowy, ale inną strukturę, substancje będą różnić się od siebie wieloma wskaźnikami.
Dziesięć lat później pojawia się doktryna trójwymiarowej struktury cząsteczek. Wszystko zaczyna się od opublikowania przez van't Hoffa jego teorii czwartorzędowego układu walencji w atomie węgla. Współcześni naukowcy rozróżniają dwa obszary stereochemii: strukturalną i przestrzenną.
Z kolei część strukturalna dzieli się również na izomerię szkieletu i położenie. Należy to wziąć pod uwagę przy badaniu substancji organicznych, gdy ich skład jakościowy jest statyczny i tylkoliczba atomów wodoru i węgla oraz kolejność ich związków w cząsteczce.
Izomeria przestrzenna jest konieczna, gdy istnieją związki, których atomy są ułożone w tej samej kolejności, ale w przestrzeni cząsteczka jest położona inaczej. Przydziel izomerię optyczną (gdy stereoizomery odzwierciedlają się), diasteriomeryzm, izomeria geometryczna i inne.
Atomy w cząsteczkach
Klasyczna struktura chemiczna cząsteczki implikuje obecność w niej atomu. Hipotetycznie jasne jest, że sam atom w cząsteczce może się zmienić, a także mogą zmienić się jego właściwości. Zależy to od tego, jakie inne atomy ją otaczają, odległości między nimi i wiązań, które zapewniają siłę molekuły.
Współcześni naukowcy, chcąc pogodzić ogólną teorię względności i teorię kwantową, przyjmują jako wyjściową pozycję fakt, że gdy powstaje cząsteczka, atom pozostawia dla niej tylko jądro i elektrony, a sam przestaje istnieć. Oczywiście do tego sformułowania nie doszło od razu. Podjęto kilka prób zachowania atomu jako jednostki cząsteczki, ale żadne z nich nie zadowoliło wnikliwych umysłów.
Struktura, skład chemiczny ogniwa
Pojęcie „składu” oznacza połączenie wszystkich substancji, które biorą udział w tworzeniu i życiu komórki. Ta lista zawiera prawie całą tablicę pierwiastków okresowych:
- osiemdziesiąt sześć elementów jest zawsze obecnych;
- dwadzieścia pięć z nich jest deterministycznych dla normalnegożycie;- potrzeba jeszcze około dwudziestu.
Pięciu najlepszych zwycięzców otwiera tlen, którego zawartość w komórce sięga siedemdziesięciu pięciu procent w każdej komórce. Powstaje podczas rozkładu wody, jest niezbędny do reakcji oddychania komórkowego i dostarcza energii do innych oddziaływań chemicznych. Następna w kolejności jest węgiel. Stanowi podstawę wszystkich substancji organicznych, a także jest substratem do fotosyntezy. Brąz dostaje wodór - najczęstszy pierwiastek we wszechświecie. Jest również zawarty w związkach organicznych na tym samym poziomie co węgiel. Jest ważnym składnikiem wody. Zaszczytne czwarte miejsce zajmuje azot, który jest niezbędny do tworzenia aminokwasów, a co za tym idzie białek, enzymów, a nawet witamin.
Struktura chemiczna ogniwa obejmuje również mniej popularne pierwiastki, takie jak wapń, fosfor, potas, siarka, chlor, sód i magnez. Razem zajmują około jednego procenta całkowitej ilości materii w komórce. Izolowane są również mikroelementy i ultramikroelementy, które w organizmach żywych występują w śladowych ilościach.
