เป็นเวลานาน ที่นักวิทยาศาสตร์พยายามพัฒนาทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวที่จะอธิบายโครงสร้างของโมเลกุล อธิบายคุณสมบัติของพวกมันที่สัมพันธ์กับสารอื่นๆ ในการทำเช่นนี้ พวกเขาต้องอธิบายธรรมชาติและโครงสร้างของอะตอม แนะนำแนวคิดของ "วาเลนซี" "ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน" และอื่นๆ อีกมากมาย
เบื้องหลังการสร้างสรรค์ทฤษฎี
โครงสร้างทางเคมีของสารสนใจชาวอิตาลี อะโวกาโดร เขาเริ่มศึกษาน้ำหนักของโมเลกุลของก๊าซต่างๆ และจากการสังเกตของเขา เขาได้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของพวกมัน แต่เขาไม่ใช่คนแรกที่รายงานเรื่องนี้ แต่รอจนกว่าเพื่อนร่วมงานของเขาจะได้รับผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน หลังจากนั้น วิธีการรับน้ำหนักโมเลกุลของก๊าซจึงกลายเป็นที่รู้จักในชื่อกฎของอโวกาโดร
ทฤษฎีใหม่กระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ศึกษา ในนั้นได้แก่ โลโมโนซอฟ, ดาลตัน, ลาวัวซิเยร์, พรูสต์, เมนเดเลเยฟ และบัตเลรอฟ
ทฤษฎีของบัตเลรอฟ
คำว่า "ทฤษฎีโครงสร้างทางเคมี" ปรากฏตัวครั้งแรกในรายงานเกี่ยวกับโครงสร้างของสาร ซึ่ง Butlerov นำเสนอในเยอรมนีในปี 1861 มันถูกรวมไว้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงในสิ่งพิมพ์ที่ตามมาและที่ฝังรากลึกในบันทึกประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ นี่คือที่มาของทฤษฎีใหม่หลายทฤษฎี ในเอกสารของเขา นักวิทยาศาสตร์ได้สรุปมุมมองของตนเองเกี่ยวกับโครงสร้างทางเคมีของสาร นี่คือวิทยานิพนธ์บางส่วนของเขา:
- อะตอมในโมเลกุลเชื่อมต่อกันตามจำนวนอิเล็กตรอนในออร์บิทัลชั้นนอก
- การเปลี่ยนแปลงลำดับการเชื่อมต่อของอะตอมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของโมเลกุล และการปรากฏตัวของสารใหม่;
- เคมีและคุณสมบัติทางกายภาพของสารนั้นไม่เพียงแต่จะขึ้นอยู่กับอะตอมที่รวมอยู่ในองค์ประกอบของมันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับลำดับของการเชื่อมต่อซึ่งกันและกันตลอดจนอิทธิพลซึ่งกันและกัน;- เพื่อกำหนดองค์ประกอบโมเลกุลและอะตอมของสาร จำเป็นต้องวาดห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงที่ต่อเนื่องกัน
โครงสร้างทางเรขาคณิตของโมเลกุล
โครงสร้างทางเคมีของอะตอมและโมเลกุลเสริมสามปีต่อมาโดย Butlerov เอง เขาแนะนำปรากฏการณ์ไอโซเมอร์ริซึมเข้าสู่วิทยาศาสตร์ โดยตั้งสมมติฐานว่าถึงแม้จะมีองค์ประกอบเชิงคุณภาพเหมือนกัน แต่มีโครงสร้างต่างกัน สารก็มีความแตกต่างกันในตัวชี้วัดจำนวนหนึ่ง
สิบปีต่อมา หลักคำสอนเรื่องโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลก็ปรากฏขึ้น ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยการตีพิมพ์โดย Van't Hoff เกี่ยวกับทฤษฎีของเขาเกี่ยวกับระบบควอเทอร์นารีของวาเลนซ์ในอะตอมของคาร์บอน นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่แยกแยะระหว่างสเตอริโอเคมีสองด้าน: โครงสร้างและเชิงพื้นที่
ในทางกลับกัน ส่วนโครงสร้างยังแบ่งออกเป็น isomerism ของโครงกระดูกและตำแหน่ง นี่เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องคำนึงถึงเมื่อศึกษาสารอินทรีย์เมื่อองค์ประกอบเชิงคุณภาพของพวกมันคงที่และเท่านั้นจำนวนอะตอมของไฮโดรเจนและคาร์บอนและลำดับของสารประกอบในโมเลกุล
isomerism เชิงพื้นที่เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อมีสารประกอบที่มีอะตอมอยู่ในลำดับเดียวกัน แต่ในอวกาศโมเลกุลจะอยู่ต่างกัน จัดสรร optical isomerism (เมื่อ stereoisomers สะท้อนซึ่งกันและกัน), diasteriomerism, เรขาคณิต isomerism และอื่นๆ
อะตอมในโมเลกุล
โครงสร้างทางเคมีแบบคลาสสิกของโมเลกุลแสดงถึงการมีอยู่ของอะตอมในนั้น ตามสมมุติฐาน เป็นที่ชัดเจนว่าอะตอมในโมเลกุลสามารถเปลี่ยนแปลงได้ และคุณสมบัติของมันก็สามารถเปลี่ยนแปลงได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมอื่นๆ ล้อมรอบมันอย่างไร ระยะห่างระหว่างพวกมันกับพันธะที่ให้ความแข็งแกร่งของโมเลกุล
นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ที่ต้องการประนีประนอมทฤษฎีทั่วไปของสัมพัทธภาพและทฤษฎีควอนตัม ให้ยอมรับความจริงที่ว่าเมื่อโมเลกุลก่อตัวขึ้น อะตอมจะเหลือเพียงนิวเคลียสและอิเล็กตรอนสำหรับโมเลกุลนั้น และตัวมันเองก็หยุดอยู่. แน่นอนว่าสูตรนี้ไม่สามารถทำได้ในทันที มีความพยายามหลายครั้งที่จะรักษาอะตอมให้เป็นหน่วยหนึ่งของโมเลกุล แต่ก็ล้มเหลวในการตอบสนองจิตใจที่ฉลาดหลักแหลม
โครงสร้าง องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์
แนวคิดของ "องค์ประกอบ" หมายถึงการรวมตัวของสารทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวและชีวิตของเซลล์ รายการนี้ประกอบด้วยตารางธาตุเกือบทั้งหมด:
- มีองค์ประกอบ 86 ตัวเสมอ
- ส่วนประกอบ 25 ตัวเป็นองค์ประกอบปกติชีวิต;- อีกประมาณยี่สิบเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง
ผู้ชนะห้าอันดับแรกเปิดโดยออกซิเจน เนื้อหาในเซลล์ถึงเจ็ดสิบห้าเปอร์เซ็นต์ในแต่ละเซลล์ มันเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของน้ำ ซึ่งจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาการหายใจระดับเซลล์ และให้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ สิ่งสำคัญรองลงมาคือคาร์บอน เป็นพื้นฐานของสารอินทรีย์ทั้งหมด และยังเป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ทองสัมฤทธิ์ได้ไฮโดรเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดในจักรวาล มันยังรวมอยู่ในสารประกอบอินทรีย์ในระดับเดียวกับคาร์บอน เป็นองค์ประกอบสำคัญของน้ำ อันดับที่สี่ที่มีเกียรติถูกครอบครองโดยไนโตรเจนซึ่งจำเป็นสำหรับการก่อตัวของกรดอะมิโนและเป็นผลให้โปรตีนเอนไซม์และวิตามิน
โครงสร้างทางเคมีของเซลล์ยังรวมถึงองค์ประกอบที่ไม่ค่อยเป็นที่นิยม เช่น แคลเซียม ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม กำมะถัน คลอรีน โซเดียม และแมกนีเซียม พวกเขาร่วมกันครอบครองประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของจำนวนสสารทั้งหมดในเซลล์ ไมโครอิลิเมนต์และอัลตราไมโครอิลิเมนต์ก็ถูกแยกออกเช่นกัน ซึ่งพบในสิ่งมีชีวิตในปริมาณเล็กน้อย