- •1. Основные законы химии
- •1.1 Моль. Количество вещества эквивалента (эквивалент) и молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) простых и сложных веществ. Закон эквивалентов
- •2. Строение атома и химическая связь
- •2.1 Строение атома
- •2.2 Химическая связь и строение молекул.
- •3. Энергетика химических процессов
- •3.1 Химическое сродство.
- •4. Химическая кинетика и равновесие
- •5. Дисперсные системы
- •5.1 Способы выражения концентрации раствора
- •5.3 Ионно-молекулярные (ионные) реакции обмена
- •5.4 Гидролиз солей
- •6.Окислительно-восстановительные
- •6.1 Электродные потенциалы и электродвижущие силы
- •6.2 Электролиз
- •6.3 Коррозия металлов
- •7. Комплексные соединения
- •8. Жесткость воды и методы ее устранения
- •9.Теория строения органических соединений
- •9.1 Теория а.М. Бутлерова
- •9.2 Углеродные цепи и изомерия
- •9.3 Электронные структуры органических соединений
- •10. Классификация органических соединении.
- •10.1 Радикалы
- •10.2 Функциональные группы
- •10.3 Типы реакций органических соединений
- •11. Реакции полимеризации.
- •11.1 Полимеризация органических соединений
- •11.2 Полимеризация углеводородов с двойной связью
- •11.3 Сополимеризация.
- •11.4 Ионная полимеризация.
- •11.5 Пространственная изомерия
- •12. Кристаллическое состояние
- •12.1 Основные понятия
- •12.2 Симметрия кристаллов. Система кристаллов
- •12.3 Кристаллические решетки
- •13. Сплавы
- •13.1 Диаграммы состояния металлических систем.
9.Теория строения органических соединений
Органические соединения — соединения углерода — характеризуются большим разнообразием свойств. Причиной этого является особенность углерода, выделяющая его из всех остальных элементов, — совпадение значений валентности и координационного числа, равных 4. Атомы углерода в органических соединениях связаны ковалентной неполярной связью.
9.1 Теория а.М. Бутлерова
Теория строения органических соединений была впервые сформулирована в 1861 г. А. М. Бутлеровым. Он писал: «Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу» ... «химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением». Изучение химических превращений и физических свойств соединений дает возможность установить последовательный порядок связи атомов между собою и во многих случаях предвидеть свойства изучаемых веществ.
В основу теории строения легло явление изомерии. Этот факт впервые правильно объяснил А. М. Бутлеров, подчеркнув, что различие свойств изомеров объясняется различием порядка связи атомов между собой в изомерных молекулах. Формуле С2Н6О соответствуют два вещества — этиловый спирт и диметиловый эфир. Свойства этих веществ очень различны. Этиловый спирт — жидкость с температурой кипения 78,32°, а диметиловый эфир — газ с температурой кипения —21°. Этиловый спирт реагирует с металлическим натрием, диметиловый эфир не реагирует
Сопоставлением ряда свойств этих веществ можно этиловому
Н Н
| |
спирту приписать строение Н—С—С—ОН, а диметиловому эфиру | |
Н Н
Изображенные структуры могут быть подтверждены рядом химических превращений и физическими свойствами.
Теория строения учит, что атомы внутри молекулы взаимно влияют друг на друга. Свойства соединений являются следствием взаимного влияния атомов и групп атомов, непосредственно соединенных друг с другом. Например, в молекуле спирта связь кислорода с водородом обнаруживается благодаря способности такого водорода вытесняться металлами:
C2H6O+Na → C2H5ONa+ ½ H2.
Отмечено, что и атомы, непосредственно друг с другом не связанные, также могут влиять друг на друга, хотя в более слабой степени.
Сравнение свойств кислот: уксусной СНзСООН, хлоруксусной С1СН2СООН и бета-хлорпропионовой С1СН2СН2СООН показывает, что самой слабой является уксусная, а наиболее сильной из этого ряда — хлоруксусная кислота. Объяснение этому явлению можно найти во влиянии атомов хлора на группу —СООН, хотя он с нею непосредственно и не связан. В хлоруксусной кислоте между хлором и карбоксильной группой находится одна группа СНг, а в бета-хлорпропионовой кислоте — две группы СН2. Поэтому бета-хлорпропионовая кислота слабее хлоруксусной, но сильнее обычной уксусной кислоты.
Исходя из теории строения, можно объяснить причины большого разнообразия органических соединений. Такими причинами являются:
1. Четырехвалентность атома углерода и величина его координационного числа (4). Углерод расположен в IV группе элементов периодической системы. Преимущественный тип связей — ковалентный.
H H H Cl Cl
| | | | |
Н - С - Н Н – С – Сl H – C – Cl H – C – Cl Cl – C - Cl
| | | | |
H H Cl Cl Cl
Метан Хлористый Хлристый Хлороформ Четыреххло-
метил метилен ристый
углерод
В очень редких случаях валентность атома углерода не равна четырем. Как правило, такие соединения непрочны, обладают очень высокой химической активностью и длительное время существовать в свободном состоянии не могут.
2. Равноценность валентностей атома углеро- д а. При замещении атомов водорода в молекуле метана, незави симо от того, какой из четырех атомов замещен одновалентным: атомом или группой атомов, образующееся производное будет об ладать совершенно одинаковыми свойствами.
Равноценность всех четырех валентностей атома углерода объясняется их пространственным расположением. Пересекаясь в одной точке, направления валентностей образуют между собой равные углы.
Геометрически это можно изобразить фигурой тетраэдра, г* центре которого находится атом углерода, а его валентные связи направлены к вершинам, образуя между собой углы в 109°28΄. Такое представление об атоме углерода первоначально был» высказано Вант-Гоффом и нашло обоснование в квантово-механи-ческом толковании. Рентгеноскопические исследования подтвердили эти положения. В кристалле алмаза, например, все расстояния между атомами углерода совершенно одинаковы и равны 1,54А.
3. Способность атомов углерода соединяться между собой с образованием цепей. Возможны три случая:
а) на соединение атомов углерода между собой затрачивается одна валентность; при этом образуется группировка
--
В этом случае образовавшуюся между атомами углерода связь называют простой, или одинарной, а соединения — предельными;
б) два атома углерода на соединение друг с другом могут
затратить по две валентности, образуя группировку С=С .
Такая связь носит название двойной, а соединение—непредель-
ных, или ненасыщенных. Расстояние между атомами угле - рода в соединениях с двойной связью равно 1,34А;
в) два атома углерода могут образовать группировку —С ≡ С—, т. е. затратить на связь друг с другом по три
валентности. Такая связь называется тройной. Соединения имеют ненасыщенный характер. Расстояние между атомами углерода,
соединенными тройной связью, составляет 1,20 А.
Двойные и тройные связи называются кратными.