Дълго време учените се опитваха да разработят единна теория, която да обясни структурата на молекулите, да опише техните свойства по отношение на други вещества. За да направят това, те трябваше да опишат природата и структурата на атома, да въведат понятията "валентност", "електронна плътност" и много други.
Фонът на създаването на теорията
Химичната структура на веществата първо заинтересува италианския Амадеус Авогадро. Той започва да изучава теглото на молекулите на различни газове и въз основа на своите наблюдения излага хипотеза за тяхната структура. Но той не беше първият, който съобщи за това, а изчака, докато колегите му получат подобни резултати. След това начинът за получаване на молекулното тегло на газовете става известен като Закона на Авогадро.
Новата теория подтикна други учени да изучават. Сред тях бяха Ломоносов, Далтон, Лавоазие, Пруст, Менделеев и Бутлеров.
Теорията на Бутлеров
Формулировката "теория на химическата структура" се появява за първи път в доклад за структурата на веществата, който Бутлеров представя в Германия през 1861 г. Той беше включен без промени в следващите публикации изалегнал в аналите на историята на науката. Това беше предшественикът на няколко нови теории. В своя документ ученият очертава собствения си поглед върху химическата структура на веществата. Ето някои от тезите му:
- атомите в молекулите са свързани един с друг въз основа на броя на електроните във външните им орбитали;
- промяна в последователността на свързване на атомите води до промяна в свойствата на молекулата и появата на ново вещество;
- химичните и физичните свойства на веществата зависят не само от това кои атоми са включени в неговия състав, но и от реда на тяхното свързване един с друг, както и от взаимното влияние;- за да се определи молекулния и атомния състав на веществото, е необходимо да се начертае верига от последователни трансформации.
Геометрична структура на молекулите
Химичната структура на атомите и молекулите е допълнена три години по-късно от самия Бутлеров. Той въвежда феномена изомерия в науката, като постулира, че дори и да имат същия качествен състав, но различна структура, веществата ще се различават едно от друго по редица показатели.
Десет години по-късно се появява доктрината за триизмерната структура на молекулите. Всичко започва с публикуването на Вант Хоф на неговата теория за кватернерната система от валентности във въглеродния атом. Съвременните учени разграничават две области на стереохимията: структурна и пространствена.
От своя страна, структурната част също е разделена на изомерия на скелета и позиция. Това е важно да се има предвид при изучаване на органични вещества, когато техният качествен състав е статичен и самоброя на водородните и въглеродните атоми и последователността на техните съединения в молекулата.
Пространствената изомерия е необходима, когато има съединения, чиито атоми са подредени в същия ред, но в пространството молекулата е разположена различно. Разпределете оптичен изомеризъм (когато стереоизомерите отразяват един друг), диастериомеризъм, геометричен изомеризъм и други.
Атоми в молекули
Класическата химическа структура на молекулата предполага наличието на атом в нея. Хипотетично е ясно, че самият атом в една молекула може да се промени и свойствата му също могат да се променят. Зависи от това какви други атоми го заобикалят, разстоянието между тях и връзките, които осигуряват здравината на молекулата.
Съвременните учени, които желаят да съвместят общата теория на относителността и квантовата теория, приемат като изходна позиция факта, че когато се образува молекула, атомът оставя само ядро и електрони за нея и самият той престава да съществува. Разбира се, до тази формулировка не се стигна веднага. Бяха направени няколко опита да се запази атомът като единица от молекулата, но всички те не успяха да задоволят проницателните умове.
Структура, химичен състав на клетката
Понятието "състав" означава обединението на всички вещества, които участват в образуването и живота на клетката. Този списък включва почти цялата таблица с периодични елементи:
- осемдесет и шест елемента винаги присъстват;
- двадесет и пет от тях са детерминистични за нормалнотоживот;- още около двадесет са абсолютно необходими.
Петте най-добри победители се отварят от кислород, чието съдържание в клетката достига седемдесет и пет процента във всяка клетка. Образува се при разлагането на водата, необходимо е за реакциите на клетъчното дишане и осигурява енергия за други химични взаимодействия. Следващият по важност е въглеродът. Той е в основата на всички органични вещества, а също така е и субстрат за фотосинтеза. Бронзът получава водород - най-разпространеният елемент във Вселената. Той също така е включен в органичните съединения на същото ниво като въглерода. Той е важна съставка на водата. Почетно четвърто място е заето от азота, който е необходим за образуването на аминокиселини и в резултат на това протеини, ензими и дори витамини.
Химичната структура на клетката включва и по-малко популярни елементи като калций, фосфор, калий, сяра, хлор, натрий и магнезий. Заедно те заемат около един процент от общото количество материя в клетката. Изолират се също микроелементи и ултрамикроелементи, които се намират в живите организми в следи.
