Основные положения теории строения А.М. Бутлерова

Федеральное государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 

" государственный технический университет" 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по дисциплине:

«Концепции  современного естествознания»

на тему:

«Основные положения теории строения А.М. Бутлерова» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание                                                                                           Стр. 
 
 
 

Введение…………………………………………………………………………3 

1.    Предпосылки возникновения теории А.М. Бутлерова……………….5 

2.    Александр Михайлович Бутлеров…………………………………...…7 

3.    Основные положения теории строения А.М. Бутлерова…………..11 

3.1. Формулы строения……………………………………………………….11 

3.2. Понятие об изомерии……………………………………………...…….12 

3.3. Структурные изомеры……………………………………………….......13 

3.4. Стереоизомеры…………………………………………………………...14 

3.5. Электронные представления  в органической химии………………14 

3.6. Свойства электрона……………………………………………………...15 

3.7. Атомные орбитали……………………………………………………….16 

3.8. Форма и энергия  атомных орбиталей………………………………...17 

3.9. Заполнение атомных орбиталей электронами……………………...18 

4.    Значение теории А.М. Бутлерова…………………………….……….20 

       Заключение…………………………………………………………...…...22 

       Список использованной литературы………………………………….25 
 
 

       Введение 

     Теория химического строения — теория, описывающая строение органических соединений, т. е. последовательность (порядок) расположения атомов и связей в молекуле, взаимное влияние атомов, а также связь строения с физическими и химическими свойствами веществ.

     Впервые основные положения Х. с. т. были высказаны  А. М. Бутлеровым в докладе "О химическом строении веществ" (съезд немецких естествоиспытателей, г. Шпейер, 1861); 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" (Избранные работы по органической химии, 1951, с. 71—72). Впоследствии эти положения были развиты им в ряде статей и книге "Введение к полному изучению органической химии"  — первом руководстве по органической химии, в котором весь материал систематизирован с позиций теории химического строения.

     Созданию  теории химического строения предшествовали установление таких важных понятий, как атом и молекула (1-й Международный конгресс химиков, Карлсруэ, 1860), а также постулирование Ф. А. Кекуле и А. С. Купером четырёхвалентности углерода (1857—58). Графические формулы органических соединений, близкие формулам, вытекающим из теории химического строения, были предложены в 1858 Купером.

      Правильность своей теории Бутлеров подтвердил синтезом ряда органических соединений. Теория химического строения обладала огромной предсказательной способностью в направлении синтеза органических соединений и установлении строения уже известных веществ. Поэтому теория Бутлерова способствовала бурному развитию химической науки, в том числе синтетической органической химии и химической промышленности.

     Объектом  исследования является теория строения А. М. Бутлерова.

     Цель исследования – раскрыть основные положения теории химического строения Александра Михайловича Бутлерова.

     Поставленная  цель предполагает решение следующих  задач:

1. Определить предпосылки возникновения теории А.М. Бутлерова
2. Рассмотреть биографию Александра Михайловича Бутлерова.
3. Изучить основные положения теории строения А.М. Бутлерова.
4. Выявить значение теории А.М. Бутлерова.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Предпосылки появления  теории строения  Бутлерова 

     В начале девятнадцатого века среди западных химиков безраздельно господствовала электрохимическая теория Дэви —  Берцелиуса. Согласно теории Йенса Берцелиуса (1779—1848), в каждом химическом соединении отличали две его части: одну часть, заряженную электроположительно, другую — электроотрицательно. Соответственно сказанному все элементы Берцелиус располагал в ряд, причем кислород самым электроотрицательным элементом, калий самым электроположительным. Наиболее электроотрицательные элементы Берцелиус назвал металлоидами, наиболее электроположительные — металлами.

     В тридцатых  годах своими работами французский  химик Ж. Б. Дюма нанес удар по теории Дэви — Берцелиуса, выдвинув для  органических соединений свою, так  называемую, теорию типов. Дюма утверждал, что не столько природа сложного тела, сколько расположение в нем  атомов, одинаковость типа, обуславливают  химические свойства соединения. Однако эти воззрения Дюма скоро в  свою очередь натолкнулись на целый  ряд затруднений и противоречий.

     В дальнейшем огромным шагом вперед в проблеме развития основных химических понятий  явилась так называемая унитарная  система, или теория французских  химиков, Ш. Жерара и О. Лорана. Наиболее существенной чертой этой теории было последовательное приложение к химическим соединениям нового учения. Лорану и Жерару принадлежит заслуга разграничения понятий о частице, атоме и эквиваленте. Однако наиболее принципиальным вопросом, вызвавшим бурные споры между ведущими химиками Запада, был вопрос о возможности выражать формулами строение химических соединений.

     Великий реформатор химии, как иногда называли Шарля Фредерика Жерара (1816—1856), пришел к убеждению, что химические явления начинаются лишь тогда, когда вещество изменяется, т. е. перестает существовать как таковое. Поэтому мы можем знать, как выражался Жерар, только прошедшее и будущее вещества, и, следовательно, химические формулы могут выражать не расположение атомов, а лишь известные аналоги веществ. В соответствии с только что сказанным, по Жерару, для каждого вещества можно написать столько рациональных формул, сколько данное вещество может испытывать различных видов превращений.

     В 1858 году известный химик Август Кекуле (1829—1896) делает чрезвычайно важный шаг и распространяет положение о четырехатомности углерода на соединения, заключающие в своем составе несколько углеродных атомов, и таким образом приходит к выводу о возможности целесообразного сцепления углеродных атомов во многоуглеродистых соединениях. В дальнейшем это правило сцепления Кекуле распространяет и на случаи соединения углеродных атомов с другими многоатомными элементами, такими, например, как кислород, азот и другие.

     Позднее Кекуле подошел вплотную к проблеме строения органических соединений, имея отправным пунктом атомность или валентность элементов, но решительного шага в этом направлении не сделал. Так, в конце своей статьи в 1858 году Кекуле пишет: «В заключение я считаю нужным отметить, что сам я рассуждениям подобного рода придаю лишь второстепенное значение...»

     К сказанному следует добавить, что Кекуле еще долгое время остается во власти идей Жерара и в своем известном учебнике органической химии, изданном в 1859—1861 годах, широко пользуется «рациональными» формулами в духе Жерара.

     И хотя чувствовалось приближение нового периода в развитии химии, но нужен  был гений Бутлерова, чтобы совершить  прорыв. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Александр Михайлович Бутлеров 

     Бутлеров А. М. - знаменитый русский химик и видный общественный деятель (1828 - 86). Первоначальное воспитание Бутлеров получил в Казани. В 1844 г. он поступил в Казанский университет на естественный разряд физико-математического факультета, где в 1849 г. и окончил курс со степенью кандидата; в следующем году Бутлерову было поручено чтение университетских лекций по физике и физической географии для медиков и неорганической химии для натуралистов и математиков; в 1851 г. он получил степень магистра химии.

     Докторскую  степень Бутлеров получил в начале 1854 г. в Московском университете, и  по возвращении в Казань был избран экстраординарным, а в 1858 г. утвержден  в звании ординарного профессора. В начале 1868 г. Бутлерова пригласили, по инициативе профессора Д.И. Менделеева, в Петербургский университет, где с февраля 1869 г. он начал чтение лекций, а в 1870 г. устроил в университете отделение химической лаборатории для специальных работ по органической химии.

     Вскоре  по переходе в Петербург Бутлеров (в начале 1870 г.) был избран членом Императорской Академии Наук и заведывал сначала вместе с Зининым, а затем один академической химической лабораторией. Бутлеров умер в звании заслуженного профессора Петербургского университета, ординарного академика Императорской Академии Наук и профессора химии Высших женских курсов, состоя почетным членом университетов казанского, киевского и московского, медицинской академии, различных ученых обществ в России и за границей.

      Бутлеров, как химик и основатель целой  химической школы, пользовался  громкою известностью не только  у нас, но еще большею за  границей. Кроме того, Бутлеров, интересуясь  и занимаясь некоторыми отделами  прикладного естествознания, немало  потрудился в этой области,  и многого достиг, в особенности  на поприще пчеловодства, где  настойчивой деятельностью на  практике и в печати заново  призвал к жизни русское пчеловодство. Известен также в сфере популяризации и разбора явлений так называемого медиумизма.

      Бутлеров  образовал и оставил после  себя в России целую школу  исследователей по органической  химии, разрабатывавших эту науку  в духе идей и приемов своего  учителя. Бутлеров и в лаборатории,  и у себя в кабинете был всегда доступен и практикантам-химикам, и любителям-пчеловодам, и сторонним посетителям (превосходная речь Г.Г. Густавсона  в "Журнале Русского Химического Общества" 1887). Укрепившиеся еще с середины 60-х годов выражения в химии: "Бутлеровское направление", "Бутлеровская школа" сохранились во всей их силе и до сего времени. Зовется это направление Бутлеровским потому, что Бутлеров был одним из творцов как нового научного принципа - "химического строения", так в особенности всестороннего применения и развития этого последнего, положенного им в основу и преподавания, и всех научных работ, произведенных им лично и его учениками.

      Первые  пионеры школы Бутлерова учились  у первоисточника не только  работе лабораторной со своеобразными  приемами и методами исследования  веществ, но и особым приемам  трактования предмета исследования, по которому частности подчинялись и ярко освещались единым общим принципом. С конца 50-х годов начинают появляться исследования наипростейших органических соединений с одним паем углерода в составе, начатые Бутлеровым в лаборатории Вюрца в Париже, продолженные в Казани и давшие науке способы образования, свойства и превращения веществ, важность которых для науки и практики все более и более увеличивается. Так, упомянем о приготовленном Бутлеровым иодистом метилене, CH₂J₂ (из иодоформа действием C₂H₅ОNa). Исходя из иодистого метилена и щавелево-кислого серебра, Бутлеров получил так называемый оксиметилен, (CH₂O)_n, превращающийся при нагревании в простейший алдегид (муравьиный) и снова при охлаждении переходящий в твердое, полимерное состояние. Интерес и значение последнего соединения высоки потому, что еще в 1861 г. Бутлерову удалось действием на оксиметилен известковой воды доказать впервые возможность искусственного получения сахаристого начала, названного им метиленитаном. Лишь позднее, когда создались совершенно новые методы исследования и выделения сахаристых начал, авторитет в этой области - Эмиль Фишер - вновь возбудил интерес в первой синтетической глюкозе, в которой по ее свойствам очень не легко было угадать в начале 60-х годов синтетическую глюкозу.

      После  1861 г. Бутлеров выступает с  рядом теоретических и критических  статей, в которых излагаются  им главнейшие основания учения  о "Химическом строении веществ". Назовем здесь: "О химическом строении вещества" (1861); "О различных способах объяснения некоторых случаев изомерии" (1863, в Эрленмейеровском "Kritische Zeitschrift f. Chemie", и в "Ученых записках Казанского университета"). Это учение имело и имеет конечною целью определить взаимное химическое отношение и связь отдельных элементарных атомов, составляющих частицу данного тела.