დიდი ხნის განმავლობაში, მეცნიერები ცდილობდნენ შეემუშავებინათ ერთიანი თეორია, რომელიც ახსნიდა მოლეკულების სტრუქტურას, აღწერდა მათ თვისებებს სხვა ნივთიერებებთან მიმართებაში. ამისათვის მათ უნდა აღეწერათ ატომის ბუნება და სტრუქტურა, შემოეტანათ ცნებები „ვალენტობა“, „ელექტრონული სიმკვრივე“და მრავალი სხვა..
თეორიის შექმნის ფონი
ნივთიერებების ქიმიურმა სტრუქტურამ პირველად დააინტერესა იტალიელი ამადეუს ავოგადრო. მან დაიწყო სხვადასხვა გაზების მოლეკულების წონის შესწავლა და დაკვირვების საფუძველზე წამოაყენა ჰიპოთეზა მათი აგებულების შესახებ. მაგრამ ის არ იყო პირველი, ვინც ამის შესახებ მოხსენება გააკეთა, მაგრამ დაელოდა სანამ მისი კოლეგები მსგავს შედეგებს მიიღებდნენ. ამის შემდეგ, გაზების მოლეკულური წონის მიღების გზა ცნობილი გახდა, როგორც ავოგადროს კანონი.
ახალმა თეორიამ აიძულა სხვა მეცნიერები შეესწავლათ. მათ შორის იყვნენ ლომონოსოვი, დალტონი, ლავუაზიე, პრუსტი, მენდელეევი და ბუტლეროვი.
ბუტლეროვის თეორია
ფორმულირება "ქიმიური სტრუქტურის თეორია" პირველად გამოჩნდა მოხსენებაში ნივთიერებების სტრუქტურის შესახებ, რომელიც ბუტლეროვმა წარმოადგინა გერმანიაში 1861 წელს. იგი ცვლილებების გარეშე შევიდა შემდგომ პუბლიკაციებში დაჩასმულია მეცნიერების ისტორიის ანალებში. ეს იყო რამდენიმე ახალი თეორიის წინამორბედი. თავის დოკუმენტში მეცნიერმა გამოავლინა საკუთარი შეხედულება ნივთიერებების ქიმიურ სტრუქტურაზე. აქ არის მისი რამდენიმე თეზისი:
- მოლეკულებში ატომები ერთმანეთთან დაკავშირებულია მათ გარე ორბიტალებში ელექტრონების რაოდენობის მიხედვით;
- ატომების შეერთების თანმიმდევრობის ცვლილება იწვევს მოლეკულის თვისებების ცვლილებას და ახალი ნივთიერების გამოჩენა;
- ნივთიერებების ქიმიური და ფიზიკური თვისებები დამოკიდებულია არა მხოლოდ იმაზე, თუ რომელი ატომები შედის მის შემადგენლობაში, არამედ მათი ერთმანეთთან დაკავშირების რიგითობაზე, აგრეთვე ურთიერთგავლენაზე.;- ნივთიერების მოლეკულური და ატომური შემადგენლობის დასადგენად აუცილებელია თანმიმდევრული გარდაქმნების ჯაჭვის დახატვა.
მოლეკულების გეომეტრიული აგებულება
ატომებისა და მოლეკულების ქიმიური სტრუქტურა სამი წლის შემდეგ თავად ბუტლეროვმა შეავსო. ის მეცნიერებაში შემოაქვს იზომერიზმის ფენომენს და ამტკიცებს, რომ ერთი და იგივე თვისებრივი შემადგენლობის, მაგრამ განსხვავებული სტრუქტურის მქონე ნივთიერებებიც კი განსხვავდებიან ერთმანეთისგან მთელი რიგი ინდიკატორებით.
ათი წლის შემდეგ ჩნდება მოლეკულების სამგანზომილებიანი სტრუქტურის დოქტრინა. ყველაფერი იწყება ვანტ ჰოფის მიერ ნახშირბადის ატომში ვალენტობათა მეოთხეული სისტემის თეორიის გამოქვეყნებით. თანამედროვე მეცნიერები განასხვავებენ სტერეოქიმიის ორ სფეროს: სტრუქტურულ და სივრცულს.
თავის მხრივ, სტრუქტურული ნაწილი ასევე იყოფა ჩონჩხისა და პოზიციის იზომერიზმად. ეს მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ ორგანული ნივთიერებების შესწავლისას, როდესაც მათი ხარისხობრივი შემადგენლობა სტატიკურია და მხოლოდწყალბადის და ნახშირბადის ატომების რაოდენობა და მათი ნაერთების თანმიმდევრობა მოლეკულაში.
სივრცითი იზომერიზმი აუცილებელია, როდესაც არსებობს ნაერთები, რომელთა ატომები განლაგებულია იმავე თანმიმდევრობით, მაგრამ სივრცეში მოლეკულა განსხვავებულად მდებარეობს. გამოყავით ოპტიკური იზომერიზმი (როდესაც სტერეოიზომერები ერთმანეთს ასახავს), დიასტერიომერიზმი, გეომეტრიული იზომერიზმი და სხვა.
ატომები მოლეკულებში
მოლეკულის კლასიკური ქიმიური სტრუქტურა გულისხმობს მასში ატომის არსებობას. ჰიპოთეტურად, ცხადია, რომ თავად ატომს მოლეკულაში შეუძლია შეიცვალოს და მისი თვისებებიც შეიცვალოს. ეს დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა სხვა ატომები აკრავს მას, მათ შორის მანძილი და ობლიგაციები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მოლეკულის სიძლიერეს.
თანამედროვე მეცნიერები, რომლებსაც სურთ შეათანხმონ ფარდობითობის ზოგადი თეორია და კვანტური თეორია, საწყის პოზიციად იღებენ იმ ფაქტს, რომ როდესაც მოლეკულა იქმნება, ატომი მას მხოლოდ ბირთვს და ელექტრონებს ტოვებს და თავად წყვეტს არსებობას.. რა თქმა უნდა, ეს ფორმულირება მაშინვე არ იქნა მიღწეული. რამდენიმე მცდელობა გაკეთდა ატომის, როგორც მოლეკულის ერთეულის შესანარჩუნებლად, მაგრამ ყველამ ვერ დააკმაყოფილა გამჭრიახი გონება.
უჯრედის სტრუქტურა, ქიმიური შემადგენლობა
ცნება "შემადგენლობა" ნიშნავს ყველა ნივთიერების გაერთიანებას, რომლებიც მონაწილეობენ უჯრედის ფორმირებასა და სიცოცხლეში. ეს სია მოიცავს პერიოდული ელემენტების თითქმის მთელ ცხრილს:
- ოთხმოცდაექვსი ელემენტი ყოველთვის არის;
- მათგან ოცდახუთი დეტერმინისტულია ნორმალურისთვისსიცოცხლე; - დაახლოებით ოცი მეტი აბსოლუტურად აუცილებელია.
მოწინავე ხუთეულს ხსნის ჟანგბადი, რომლის შემცველობა უჯრედში სამოცდათხუთმეტ პროცენტს აღწევს თითოეულ უჯრედში. იგი წარმოიქმნება წყლის დაშლის დროს, აუცილებელია უჯრედული სუნთქვის რეაქციებისთვის და უზრუნველყოფს ენერგიას სხვა ქიმიური ურთიერთქმედებისთვის. შემდეგი მნიშვნელობით არის ნახშირბადი. ის არის ყველა ორგანული ნივთიერების საფუძველი და ასევე არის ფოტოსინთეზის სუბსტრატი. ბრინჯაო იღებს წყალბადს - სამყაროში ყველაზე გავრცელებული ელემენტი. ის ასევე შედის ორგანულ ნაერთებში იმავე დონეზე, როგორც ნახშირბადი. ეს არის წყლის მნიშვნელოვანი კომპონენტი. საპატიო მეოთხე ადგილს იკავებს აზოტი, რომელიც აუცილებელია ამინომჟავების და, შედეგად, ცილების, ფერმენტების და თუნდაც ვიტამინების ფორმირებისთვის.
უჯრედის ქიმიურ სტრუქტურაში ასევე შედის ნაკლებად პოპულარული ელემენტები, როგორიცაა კალციუმი, ფოსფორი, კალიუმი, გოგირდი, ქლორი, ნატრიუმი და მაგნიუმი. ისინი ერთად იკავებენ უჯრედში არსებული მატერიის მთლიანი რაოდენობის დაახლოებით ერთ პროცენტს. ასევე იზოლირებულია მიკროელემენტები და ულტრამიკროელემენტები, რომლებიც ცოცხალ ორგანიზმებში კვალი რაოდენობით გვხვდება.
