Органическая и элементоорганическая химия. Полимеры.

Бурное развитие органической химии началось после создания русским химиком А. М. Бутлеровым ее теоретической основы – структурной теории. Бутлеров ввел понятие изомеров - веществ с одинаковым составом и молекулярной массой, но с разной структурой и потому с разными свойствами. Именно возможность построения из одних и тех же немногих элементов большого числа изомерных структур объясняет существование огромного количества органических соединений (их более пяти миллионов, тогда как неорганических - около пятисот тысяч). Конец Х1Х -начало ХХ века был периодом триумфального шествия органического синтеза; в эти годы были впервые получены анилиновые красители, взрывчатые органические вещества, многие лекарства.

В ХХ веке начала интенсивно развиваться и другая область органической химии - химия полимеров. Полимеры – это длинноцепочечные структуры, состоящие из повторяющихся звеньев, причем число этих звеньев может достигать нескольких десятков и даже сотен тысяч. Такие большие молекулы называют макромолекулами. К полимерам относятся все пластмассы, синтетические каучуки, без которых было бы невозможно развитие автомобильной промышленности и, наконец, искусственные (на природной основе) и синтетические волокна.

ХХ век по праву можно назвать не только веком выхода в космос и освоения ядерной энергии, но также и веком полимеров. Были синтезированы десятки тысяч новых веществ с полезными человеку свойствами, которых не создала природа. Оборотной стороной этих успехов полимерной химии явилось возникновение проблемы утилизации отходов производства и быта.

В ХХ веке появился еще один молодой раздел химии - химия элементоорганических соединений. Это соединения, в состав которых, кроме углерода, водорода, кислорода, азота и серы входят кремний, фтор, бор, а также некоторые металлы. На основе кремнийорганических соединений созданы полимеры, обладающие уникальными свойствами, что делает их незаменимыми в авиации и энергетике. Фторорганические соединения обладают исключительной устойчивостью даже в кислотах и щелочах, из них изготавливают всевозможные покрытия (фторопласты). Некоторые металлоорганические соединения (например, ферроцен) используют в качестве лекарств и кровезаменителей. Огромный вклад в химию элементоорганических соединений внес выдающийся русский ученый академик А.Н.Несмеянов.

Реакционная способность веществ зависит, однако, не только от их состава и структуры, но также и от условий протекания химических реакций. В основе учения о химических процессах лежат химическая термодинамика, кинетика и катализ. Химическую термодинамику, т.е. метод управления химическим процессом с помощью температуры и давления, разработал в конце Х1Х века голландский химик Я. Вант-Гофф. Однако термодинамические методы позволяли управлять только направлением химического процесса, но не его скоростью. Учение о скоростях химических реакций - химическую кинетику - создал в ХХ веке выдающийся русский ученый, лауреат Нобелевской премии академик Н. Н. Семенов. В основе катализа (ускорения химической реакции ), разработанного еще в начале XIX века русским ученым академиком К. С. Кирхгофом, лежит активация молекул реагентов при их контакте с катализатором (веществом, ускоряющим химическую реакцию, но при этом сохраняющим свою массу). Большинство катализатторов металы или их оксиды.

Эволюционная химия зародилась в 60-тых годах ХХ века. Главная идея, лежащая в основе этого раздела, - построение принципиально нового . Химики надеются создать катализаторы нового поколения, которые позволили бы, например, осуществлять преобразование солнечного света, аналогичное фотосинтезу, в химическую и электрическую энергию.

Пути к этому уже намечены. Изучено множество биохимических катализаторов – ферментов, найдены способы их стабилизации.

В 50 - 60 - тых годах ХХ века русскими химиками Б.П. Белоусовым и А.М. Жаботинским были открыты автоколебательные химические реакции, в которых со временем происходят периодические изменения выхода продуктов реакции, т.е. необходимый продукт то выделялся в больших количествах, то прекращал выделяться совсем. Оказалось, что в некоторых случаях в ходе таких нестационарных реакций общее количество продукта было даже выше, чем в реакциях с постоянной скоростью. Любопытно, что нестационарные химические процессы обнаружены и в живой природе.

Таким образом, развитие химии шло от выяснения состава и структуры вещества к выяснению условий и механизмов химических реакций и способов управления ими. Как мы увидим далее, без химических знаний был бы невозможен столь стремительный рывок, который в ХХ веке совершила биология.

Контрольные вопросы:

Что такое химическая связь?

Из каких разделов состоит химия и что они изучают ?

Что такое полимеры и какие вещества к ним относятся ?

Литература :

3, 15, 19,20, 24__