במשך זמן רב ניסו מדענים לפתח תיאוריה מאוחדת שתסביר את המבנה של מולקולות, תתאר את תכונותיהן ביחס לחומרים אחרים. לשם כך, הם היו צריכים לתאר את הטבע והמבנה של האטום, להציג את המושגים של "ערך", "צפיפות אלקטרונים" ועוד רבים אחרים.
הרקע ליצירת התיאוריה
המבנה הכימי של חומרים עניין לראשונה את אמדאוס אבוגדרו האיטלקי. הוא החל לחקור את משקל המולקולות של גזים שונים ועל סמך תצפיותיו העלה השערה לגבי המבנה שלהן. אבל הוא לא היה הראשון שדיווח על כך, אלא חיכה עד שעמיתיו יקבלו תוצאות דומות. לאחר מכן, הדרך לקבל את המשקל המולקולרי של גזים נודעה כחוק אבוגדרו.
התיאוריה החדשה הניעה מדענים אחרים ללמוד. ביניהם היו לומונוסוב, דלתון, לבויזייה, פרוסט, מנדלייב ובטלרוב.
התיאוריה של בוטלרוב
הנוסח "תיאוריית המבנה הכימי" הופיע לראשונה בדוח על מבנה החומרים, אותו הציג באטלרוב בגרמניה ב-1861. הוא נכלל ללא שינויים בפרסומים הבאים ומושרש בדברי ימי ההיסטוריה של המדע. זה היה המבשר של כמה תיאוריות חדשות. במסמך שלו, המדען תיאר את השקפתו שלו על המבנה הכימי של חומרים. הנה כמה מהעבודות שלו:
- אטומים במולקולות מחוברים זה לזה על סמך מספר האלקטרונים באורביטלים החיצוניים שלהם;
- שינוי ברצף החיבור של האטומים מוביל לשינוי בתכונות המולקולה והופעת חומר חדש;
- התכונות הכימיות והפיזיקליות של חומרים תלויות לא רק באילו אטומים נכללים בהרכבו, אלא גם בסדר החיבור שלהם זה לזה, כמו גם בהשפעה ההדדית;- כדי לקבוע את ההרכב המולקולרי והאטומי של חומר, יש צורך לצייר שרשרת של טרנספורמציות עוקבות.
מבנה גיאומטרי של מולקולות
המבנה הכימי של אטומים ומולקולות הוסף שלוש שנים מאוחר יותר על ידי באטלרוב עצמו. הוא מציג את תופעת האיזומריזם למדע, תוך הנחה כי אפילו בעלי אותו הרכב איכותי, אך מבנה שונה, חומרים יהיו שונים זה מזה במספר אינדיקטורים.
עשר שנים מאוחר יותר, מופיעה תורת המבנה התלת מימדי של מולקולות. הכל מתחיל בפרסום של ואן הוף של התיאוריה שלו על מערכת הערכיות הרבעונית באטום הפחמן. מדענים מודרניים מבחינים בין שני תחומים של סטריאוכימיה: מבניים ומרחביים.
בתורו, החלק המבני מחולק גם לאיזומריזם של השלד והמיקום. חשוב לקחת זאת בחשבון כאשר לומדים חומרים אורגניים, כאשר ההרכב האיכותי שלהם סטטי, ורקמספר אטומי המימן והפחמן ורצף התרכובות שלהם במולקולה.
איזומריזם מרחבי הכרחי כאשר יש תרכובות שהאטומים שלהן מסודרים באותו סדר, אבל בחלל המולקולה ממוקמת אחרת. הקצו איזומריזם אופטי (כאשר סטריאואיזומרים משקפים זה את זה), דיאסטריומריזם, איזומריזם גיאומטרי ואחרים.
אטומים במולקולות
המבנה הכימי הקלאסי של מולקולה מרמז על נוכחות של אטום בתוכה. באופן היפותטי, ברור שהאטום עצמו במולקולה יכול להשתנות, וגם תכונותיו יכולות להשתנות. זה תלוי באילו אטומים אחרים מקיפים אותו, המרחק ביניהם והקשרים המספקים את חוזק המולקולה.
מדענים מודרניים, המבקשים ליישב את תורת היחסות הכללית ותורת הקוונטים, מקבלים כעמדה ההתחלתית את העובדה שכאשר נוצרת מולקולה, אטום משאיר לה רק גרעין ואלקטרונים, ובעצמו מפסיק להתקיים.. כמובן, ניסוח זה לא הושג מיד. נעשו מספר ניסיונות לשמר את האטום כיחידה של המולקולה, אך כולם לא הצליחו לספק מוחות בעלי אבחנה.
מבנה, הרכב כימי של התא
המושג "קומפוזיציה" פירושו איחוד של כל החומרים המעורבים ביצירת התא ובחייו. רשימה זו כוללת כמעט את כל הטבלה של יסודות תקופתיים:
- שמונים ושישה יסודות קיימים תמיד;
- עשרים וחמישה מהם דטרמיניסטיים עבור נורמליחיים;- כעשרים נוספים נחוצים בהחלט.
חמשת הזוכים המובילים נפתחים על ידי חמצן, שתכולתו בתא מגיעה לשבעים וחמישה אחוזים בכל תא. הוא נוצר במהלך פירוק המים, הכרחי לתגובות נשימה תאית ומספק אנרגיה לאינטראקציות כימיות אחרות. הבא בחשיבותו הוא פחמן. הוא הבסיס לכל החומרים האורגניים, והוא גם מצע לפוטוסינתזה. ברונזה מקבל מימן - היסוד הנפוץ ביותר ביקום. זה כלול גם בתרכובות אורגניות באותה רמה כמו פחמן. זהו מרכיב חשוב במים. מקום רביעי מכובד תופס חנקן, הנחוץ ליצירת חומצות אמינו וכתוצאה מכך חלבונים, אנזימים ואפילו ויטמינים.
המבנה הכימי של התא כולל גם יסודות פחות פופולריים כמו סידן, זרחן, אשלגן, גופרית, כלור, נתרן ומגנזיום. יחד הם תופסים כאחוז אחד מכמות החומר הכוללת בתא. מיקרו-אלמנטים ואולטרה-מיקרו-אלמנטים מבודדים גם הם, שנמצאים באורגניזמים חיים בכמויות עקבות.
