У свеце вялікіх малекул
Памер: 262с.
Мінск 1959
чатыры сувязі, здольныя далучыць да сябе чатыры атамы вадароду або
Рыс. 4. Мадэлі малекул: 1 — вуглякіслага газу; 2 — метану.
іншага аднавалентнага элемента. Кекуле заўважыў таксама, што атамы вугляроду могуць злучацца адзін з другім.
Сапраўды, адзін атам вугляроду далучае да сябе два атамы двухвалентнага кіслароду, утвараючы вуглякіслы газ, або чатыры атамы аднавалентнага вадароду, утвараючы балотны газ — метан.
Таксама і ў серавугляродзе, выдатным растваральніку тлушчаў і маслаў, адзін атам вугляроду далучае да сябе два атамы дзвюхвалентнай серы, а ў хлараформе — тры аднавалентныя ата-
мы хлору і адзін аднавалентны атам вадароду.
У руках Кекуле цяпер было ўсё неабходнае для таго, каб стварыць новую тэорыю ў арганіч-
най хіміі. Аднак Кекуле не ў сілах быў вызваліць сябе ад путаў тэорыі тыпаў, якая ўжо аджывала свой век. Замест таго каб смела яе адкінуць і выкарыстаць сваё адкрыццё для ства-
рэння новай і прагрэсіўнай тэорыі, Кекуле скарыстаў яго для... умацавання тэорыі тыпаў. Ён прыдумаў новы тып — злучэнне вугляроду з чатырма атамамі вадароду.
Тэорыя тыпаў трывала панавала ў галовах і многіх іншых зарубежных хімікаў.
5. Перамога перадавой тэорыі
I толькі адзін A. М. Бутлераў ацаніў значэнне гэтага адкрыцця. Ен з запалам узяўся за новыя даследаванні і стварыў стройны будынак сваёй тэорыі. Адкрыццё чатырохвалентнага вугляроду паслужыла той апошняй цаглінай, якой яму не хапала.
Малекула — зусім не выпадковае і не адвольнае спалучэнне атамаў. Малекула прадстаўляе сабой стройнае архітэктурнае збудаванне, у якім кожны атам займае пэўнае месца.
Калі атамы злучаюцца ў малекулу, то яны размяшчаюцца не як папала, а ў строгім парадку, Напрыклад, у малекуле вады два атамы вадароду злучаюцца з адным атамам кіслароду. Калі б атамы вадароду злучаліся адзін з другім сваімі адзінымі валентнасцямі, то ім тады не было б чым звязвацца з кіслародам. Значыць, парадак размяшчэння ў малекуле вады можа быць толькі такім: вадарод — кісларод — вадарод.
Таксама і ў арганічных малекулах атамы размяшчаюцца заўсёды ў пэўным парадку, прычым атамы вугляроду займаюць асобае, паную18
чае становішча. Да іх далучаюцца атамы іншых рэчываў. Таму ў арганічных злучэннях вуглярод не можа быць заменены або замешчаны чым-небудзь іншым. Яго атамы складаюць як бы касцяк, або шкілет, малекул арганічных рэчываў.
Напрыклад, касцяк малекулы гліцэрыны складаецца з трох атамаў вугляроду, да якіх далучаны восем атамаў вадароду і тры атамы кіслароду. Усе атамы вугляроду звязаны адзін з другім, а свабоднымі сувязямі злучаны з атамамі вадароду і кіслароду.
У некаторых малекулах адны і тыя ж атамы, таксама як і лііар.ы ў словах, могуць размяшчацца ў розных спалучэннях.
Як ад перастаноўкі літар у словах мяняецца сэнс (напрыклад: мука і кума, мара і рама), так і ад перастаноўкі атамаў мяняюцца ўласцівасці рэчыва.
Векавая загадка ізамерыі, перад якой адступалі ўсе хімікі, дзякуючы тэорыі A. М. Бутлерава, атрымала геніяльна простае тлумачэнне.
Ізамеры— гэта рэчывы, якія адрозніваюцца адно ад другога толькі іншай планіроўкай атамаў у малекуле. Невялікая арганічная малекула, якая складаецца ўсяго толькі з дзевяці атамаў — двух атамаў вугляроду, шасці атамаў вадароду і аднаго атама кіслароду,— можа быць пабудавана двума спосабамі (рыс. 3).
У адным выпадку кожны вуглярод трыма сувязямі злучыцца з вадародамі, а чацвёртай сувяззю — з кіслародам, які будзе знаходзіцца пасярэдзіне.
Атрымаецца сіметрычны малекулярны
Аднак магчыма і іншая планіроўка гэтай жа малекулы. Кісларод змесціцца з краю ланцужка. Крайні вуглярод затраціць тры валентнасці на далучэнне трох вадародаў і адну — на злучэнне з другім вугляродам; другі вуглярод затраціць дзве сувязі на далучэнне двух вадародаў і па адной сувязі — на далучэнне кіслароду і першага вугляроду.
Колькасць і від атамаў аднолькавыя ў абедзвюх .малекулах, але звязаны яны паміж сабой па-рознаму. Таму атрымаліся і розныя па ўласцівасцях рэчывы — ізамеры.
Метылавы эфір (газ) прадстаўляе сабой сіметрычную малекулу, этылавы (вінны) спірт — несіметрычную малекулу.
Значыць, уласцівасці арганічных малекул залежаць не ад электрычных зарадаў, радыкалаў або ад падабенства з тыпамі, а толькі ад колькасці, віду і размяшчэння атамаў у малекуле. Тэорыя, якая тлумачыць усю разнастайнасць арганічных злучэнняў будовай, структурай малекул, атрымала назву структурнай тэорыі.
Арганічная хімія да Бутлерава прадстаўляла сабой хаатычную груду супярэчлівых поглядаў. Яна была падобна да дрымучай нетры без дарог і сцежак. Даследаванні вучоных нагадвалі няўпэўнены рух у цемры.
Рыс. 5. Схема малекулы гліцэрыны.
ланцужок.
Тэорыя Бутлерава асвятліла шлях даследчыкам. Яна дала магчымасць не толькі растлумачыць уласцівасці ўжо вядомых у той час злучэнняў у адпаведнасці з іх будовай, гэта значыць парадкам размяшчэння і ўзаемнай сувяззю атамаў, але і прадказаць новыя.
Карыстаючыся гэтай тэорыяй, хімік мог цяпер, таксама як архітэктар або інжынер, які праектуе будынак той або іншай формы і вышыні, загадзя вызначыць уласцівасці яшчэ невядомых рэчываў, зыходзячы з іх будовы.
Бутлераў паказаў, як будуюцца малыя малекулы арганічных рэчываў. Але ў прыродзе існуюць не толькі малекулы-малюткі, але таксама і малекулы-гіганты.
Якая ж архітэктура вялікіх малекул?
Як пабудаваны малекулы каўчуку, цэлюлозы, крухмалу, бялку?
Ці складаюцца яны з тых жа «цаглінак» і «блокаў»?
Адказы на ўсе гэтыя пытанні далі наступныя даследаванні вучоных.
6. Вялікія і малыя малекулы
Малекулы розных рэчываў не толькі адрозніваюцца адна ад другой сваімі ўласцівасцямі, але і размерамі.
Малекула ацэтылену, якая складаецца ўсяго толькі з двух атамаў вугляроду і двух атамаў вадароду, або малекула воцатнай кіслаты, якая складаецца з васьмі атамаў, здаецца нам маленькай, скромнай хацінай
Рыс. 6. Схема малекулы гематыну — фарбуючага рэчыва крыві.
побач са шматпавярховым будынкам — малекулай хініну з 48 атамаў.
Але ў сваю чаргу малекула хініну будзе выглядаць карлікам 'у параўнанні з веліканам — малекулай хларафілу, якая складаецца з 137 атамаў.
Калі ж параўнаць малекулу хларафілу з малекулай каўчуку, якая складаецца з 26 тысяч атамаў, або з малекулай цэлюлозы, у якой лік
атамаў дасягае. 300 тысяч і больш, то яна дачкай побач з акіянскім цеплаходам.
Па якому ж плану будуюцца вялікія і малыя малекулы?
Як злучаюцца ў іх атамы?
Якая форма «цаглінак» і «блокаў», з якіх будуюцца мінералы і солі, газы і вадкасці, жывёльныя і раслінныя арганізмы?
Гэтыя пытанні глыбока хвалявалі апошнія два стагоддзі галовы вучоных і былі прадметам ажыўленых спрэчак.
Яны выклікалі з’яўленне і крушэнне многіх навуковых тэорый.
Рэчывы, якія складаюцца з вялікіх малекул, як, напрыклад, смолы, каўчук, цэлюлоза і бялок, называюцца ў хіміі высокамалекулярнымі злучэннямі ў адрозненне ад рэчываў, пабудаваных з маленькіх малекул і называемых нізкамалекулярнымі.
Доўгі час у навуцы панавалі няправільныя ўяўленні аб будове высокамалекулярных рэчываў — каўчуку, шэрсці, шоўку, смол, цэлюлозы.
Гэтыя рэчывы не раствараюцца ў вадзе, пры награванні яны раскладаюцца, не плавячыся.
Слабыя кіслоты і шчолачы на іх не дзейнічаюць, а моцныя — разбураюць іх.
У прыродзе яны заўсёды сустракаюцца ў сумесі з іншымі рэчывамі. Іх вельмі цяжка вылучыць у чыстым выглядзе.
Некаторыя вучоныя лічылі, што высокамалекулярныя рэчывы складзены з калоідных часцінак, гэта значыць параўнальна буйных згусткаў, або камячкоў, якія складаюцца з мноства маленькіх малекул, што зліпліся паміж сабой. Яны параўноўвалі іх з часцінкамі клею, мы-
здасца маленькай, кволай, ло-
Рыс. 7. Мудрагелісты ўзор малекулы хларафілу— зялёнага фарбуючага рэчыва раслін.
ла, студзеню.
Другія вучоныя лічылі, што часцінкі высокамалекулярных рэчываў маюць вельмі складаную архітэктуру.
Нават такое высокамалекулярнае рэчыва, як, напрыклад, гематын — фарбуючае рэчыва крыві, у якім налічваецца ўсяго толькі 77 атамаў,
гаварылі яны, прадстаўляе мудрагелістае збудаванне з кольцаў і ланцужкоў, якія вычварна сплятаюцца.
Яшчэ больш мудрагелісты ўзор мае малекула хларафілу — зялёнага фарбуючага рэчыва раслін.
Вучоным здавалася, шго велізарныя малекулярныя пабудовы, якія складаюцца з дзесяткаў і соцень тысяч атамаў, прадстаўляюць сабой яшчэ больш складаную структуру.
Сучасныя вучоныя, скарыстоўваючы навейшыя спосабы фізіка-хімічнага даследавання, даказалі, што вялікія малекулы — гэта не ка-
Рыс. 8. Схема малекулы цэлюлозы, якая складаецца з велізарнай колькасці атамаў. На рысунку паказана звяно атамаў, мнагакратнае паўтарэнне якога ўтварае малекулу цэлюлозы.
мячкі малекул, якія хаатычна зліпліся, і не складаныя архітэктурныя збудаванні.
Гэта ўсяго толькі ланцужкі або сеткі, складзеныя з асобных звенняў.
Велізарная малекула каўчуку складаецца з 26 тысяч атамаў і прадстаўляе доўгі ланцужок, складзены з асобных звенняў. Больш трох тысяч малекул вады можна змясціць удоўж адной малекулы — ніці каўчуку.
Малекулы валакністых рэчываў таксама складзены з велізарнай колькасці атамаў і прадстаўляюць доўгія тонкія ніці.
Раней вучоныя лічылі, што малекула цэлюлозы складаецца прыкладна з 3000—4000 звенняў або 60—80 тысяч атамаў. Савецкія вучоныя О. П. Голава і В. I. Іваноў, скарыстаўшы новы спосаб вызначэння малекулярнай вагі, паказалі, што малекула цэлюлозы складзена больш чым з 300 000 атамаў.
Малекула цэлюлозы пры павелічэнні ў 100 000 разоў здавалася б нам абрыўкам ніткі даўжынёй у 10 сантыметраў і таўшчынёй у 0,07 міліметра.
Мільёны такіх малекул, прыцягваючыся адна да другой, размяшчаюцца ў паралельныя пучкі і ўтвараюць тое, што мы называем Ba22
лакном. У каўчуку ж малекулы размяшчаюцца не паралельна, а ў выглядзе хаатычных зблытаных клубкоў.
Большасць высокамалекулярных прыродных і сінтэтычных рэчываў пабудавана ў выглядзе доўгіх ніткападобных малекул.
Адрозненне ў размерах ланцугоў і парадку іх размяшчэння ў малекуле служыць прычынай адрознення і ва ўласцівасцях высокамалекулярных рэчываў, хоць форма іх малекул і з’яўляецца падобнай.
Бутлераў, распрацаваўшы тэорыю хімічнай будовы арганічных рэчываў, даў у рукі вучоных такую зброю. з дапамогаю якой упершыню
КНІГІ ОНЛАЙН
