Ilgu laiku zinātnieki mēģināja izstrādāt vienotu teoriju, kas izskaidrotu molekulu uzbūvi, aprakstītu to īpašības saistībā ar citām vielām. Lai to izdarītu, viņiem bija jāapraksta atoma būtība un struktūra, jāievieš jēdzieni "valence", "elektronu blīvums" un daudzi citi.
Teorijas tapšanas fons
Vielu ķīmiskā struktūra vispirms ieinteresēja itāli Amadeus Avogadro. Viņš sāka pētīt dažādu gāzu molekulu svaru un, pamatojoties uz saviem novērojumiem, izvirzīja hipotēzi par to struktūru. Bet viņš nebija pirmais, kas par to ziņoja, bet gaidīja, līdz viņa kolēģi saņems līdzīgus rezultātus. Pēc tam veids, kā iegūt gāzu molekulmasu, kļuva pazīstams kā Avogadro likums.
Jaunā teorija pamudināja citus zinātniekus pētīt. Viņu vidū bija Lomonosovs, D altons, Lavuazjē, Prusts, Mendeļejevs un Butlerovs.
Butlerova teorija
Formulējums "ķīmiskās struktūras teorija" pirmo reizi parādījās ziņojumā par vielu struktūru, kuru Butlerovs prezentēja Vācijā 1861. gadā. Tas tika iekļauts bez izmaiņām turpmākajās publikācijās uniesakņojies zinātnes vēstures annālēs. Tas bija vairāku jaunu teoriju priekštecis. Savā dokumentā zinātnieks izklāstīja savu viedokli par vielu ķīmisko struktūru. Šeit ir dažas no viņa tēzēm:
- atomi molekulās ir savienoti viens ar otru, pamatojoties uz elektronu skaitu to ārējās orbitālēs;
- atomu savienojuma secības izmaiņas noved pie molekulas īpašību izmaiņām un jaunas vielas parādīšanās;
- vielu ķīmiskās un fizikālās īpašības ir atkarīgas ne tikai no tā, kuri atomi ir iekļauti tās sastāvā, bet arī no to savstarpējās savienošanās kārtības, kā arī savstarpējās ietekmes;- lai noteiktu vielas molekulāro un atomu sastāvu, nepieciešams uzzīmēt secīgu transformāciju ķēdi.
Molekulu ģeometriskā struktūra
Atomu un molekulu ķīmisko struktūru pēc trim gadiem papildināja pats Butlerovs. Viņš ievieš izomērijas fenomenu zinātnē, postulējot, ka pat ar vienādu kvalitatīvo sastāvu, bet atšķirīgu struktūru, vielas viena no otras atšķirsies pēc vairākiem rādītājiem.
Pēc desmit gadiem parādās doktrīna par molekulu trīsdimensiju struktūru. Viss sākas ar van't Hoff publikāciju par viņa teoriju par oglekļa atoma valences ceturtdaļsistēmu. Mūsdienu zinātnieki izšķir divas stereoķīmijas jomas: strukturālo un telpisko.
Savukārt strukturālā daļa tiek sadalīta arī skeleta un pozīcijas izomērijā. Tas ir svarīgi ņemt vērā, pētot organiskās vielas, ja to kvalitatīvais sastāvs ir statisks, un tikaiūdeņraža un oglekļa atomu skaits un to savienojumu secība molekulā.
Telpiskā izomērija ir nepieciešama, ja ir savienojumi, kuru atomi ir sakārtoti vienā secībā, bet telpā molekula atrodas atšķirīgi. Piešķiriet optisko izomēriju (kad stereoizomēri atspoguļo viens otru), diasteriomērismu, ģeometrisko izomēriju un citus.
Atomi molekulās
Klasiskā molekulas ķīmiskā struktūra nozīmē atoma klātbūtni tajā. Hipotētiski ir skaidrs, ka pats atoms molekulā var mainīties, un var mainīties arī tā īpašības. Tas ir atkarīgs no tā, kādi citi atomi to ieskauj, attāluma starp tiem un saitēm, kas nodrošina molekulas stiprumu.
Mūsdienu zinātnieki, vēloties saskaņot vispārējo relativitātes teoriju un kvantu teoriju, par sākotnējo pozīciju pieņem faktu, ka, veidojoties molekulai, atoms atstāj tai tikai kodolu un elektronus un pats beidz pastāvēt.. Protams, šis formulējums netika sasniegts uzreiz. Ir veikti vairāki mēģinājumi saglabāt atomu kā molekulas vienību, taču tie visi nav spējuši apmierināt zinošākos prātus.
Šūnas struktūra, ķīmiskais sastāvs
Jēdziens "sastāvs" nozīmē visu to vielu savienību, kas ir iesaistītas šūnas veidošanā un dzīvē. Šajā sarakstā ir iekļauta gandrīz visa periodisko elementu tabula:
- astoņdesmit seši elementi vienmēr ir klāt;
- divdesmit pieci no tiem ir deterministiski normālamdzīve;- absolūti nepieciešami vēl kādi divdesmit.
Pieci uzvarētājus atver skābeklis, kura saturs šūnā sasniedz septiņdesmit piecus procentus katrā šūnā. Tas veidojas ūdens sadalīšanās laikā, ir nepieciešams šūnu elpošanas reakcijām un nodrošina enerģiju citām ķīmiskajām mijiedarbībām. Nākamais pēc nozīmes ir ogleklis. Tas ir visu organisko vielu pamats, kā arī fotosintēzes substrāts. Bronza iegūst ūdeņradi - visizplatītāko elementu Visumā. Tas ir iekļauts arī organiskajos savienojumos tādā pašā līmenī kā ogleklis. Tā ir svarīga ūdens sastāvdaļa. Godpilno ceturto vietu ieņem slāpeklis, kas nepieciešams aminoskābju un rezultātā proteīnu, enzīmu un pat vitamīnu veidošanai.
Šūnas ķīmiskajā struktūrā ietilpst arī mazāk populāri elementi, piemēram, kalcijs, fosfors, kālijs, sērs, hlors, nātrijs un magnijs. Kopā tie aizņem apmēram vienu procentu no kopējā vielas daudzuma šūnā. Tiek izdalīti arī mikroelementi un ultramikroelementi, kas dzīvos organismos ir atrodami nelielos daudzumos.
