Вывести на печать

Строение молекул и спектроскопия. Химики-органики 19 в. разработали простые правила определения валентности (способности к объединению) многих химических элементов. Например, они установили, что валентность углерода равна 4 (один атом углерода может присоединить четыре атома водорода с образованием молекулы метана CH4), кислорода – 2, водорода – 1. Исходя из эмпирических представлений, основанных на опытных данных, высказывались предположения о пространственном расположении атомов в молекулах (например, молекула метана имеет тетраэдрическую структуру, при этом атом углерода находится в центре треугольной пирамиды, а водород – в четырех ее вершинах). Однако этот подход не позволял раскрыть механизм образования химических связей, а значит, оценить размеры молекул, определить точное расстояние между атомами.

С помощью спектроскопических методов, разработанных в 20 в., была определена структура молекул воды (H2O), этана (C2H6), а затем и гораздо более сложных молекул, таких, как белки. Методы СВЧ-спектроскопии (ЭПР, ЯМР) и электронной дифракции позволили установить длины связей, углы между ними (валентные углы) и взаимное расположение атомов в простых молекулах, а рентгеноструктурный анализ – аналогичные параметры для более крупных молекул, образующих молекулярные кристаллы. Составление каталогов молекулярных структур и использование простых представлений о валентности заложили основы структурной химии (пионером ее был Л.Полинг) и дали возможность использовать молекулярные модели для объяснения сложных явлений на молекулярном уровне. Если бы молекулы не имели определенной структуры или если бы параметры связей CC и С–H в хромосомах сильно отличались от таковых в молекулах метана или этана, то с помощью простых геометрических моделей Дж.Уотсон и Ф.Крик не смогли бы построить в начале 1950-х годов свою знаменитую двойную спираль – модель дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Исследуя методами ИК- и УФ-спектроскопии колебания атомов в молекулах, удалось установить природу сил, удерживающих атомы в составе молекул, что, в свою очередь, навело на мысль о наличии внутримолекулярного движения и позволило исследовать термодинамические свойства молекул (см. выше). Это был первый шаг к определению скоростей химических реакций. Далее, спектроскопические исследования в УФ-области помогли установить механизм образования химической связи на электронном уровне, что позволило описывать химические реакции, основываясь на представлении о переходе реагентов в возбужденное состояние (часто под действием видимого или УФ-света). Возникла даже целая научная область – фотохимия. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) дала возможность химикам исследовать отдельные стадии сложных химических процессов и идентифицировать активные центры в молекулах ферментов. Этот метод позволил также получить трехмерные изображения интактных клеток и отдельных органов. См. также МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС; ФОТОХИМИЯ.

С начала 1960-х годов использование нового метода – лазерной спектроскопии – позволило повысить чувствительность спектроскопических методов до 10–12 с. В результате появились новые частотные и временные стандарты (см. также ЛАЗЕР). Высокая интенсивность и строго определенная частота лазерного излучения позволили детально изучать энергетические состояния молекул. Используя ультракороткие импульсы, можно исследовать молекулярные процессы, которые протекают за время порядка пико- и фемтосекунд, – именно за такое время происходят разрыв химических связей между отдельными атомами и образование новых (одна пикосекунда равна 10–12 с, а одна фемтосекунда - 10–15 с). С применением такой техники можно исследовать химические реакции на высоком уровне разрешения и зафиксировать образование и изменение конформации таких жизненно важных макромолекул, как нуклеиновые кислоты. Более того, изучая характер «ответа» отдельной молекулы на интенсивный импульс, можно получить ценную информацию о силах, действующих в микромире. Новые спектроскопические методы, использование молекулярных и ионных пучков в качестве зондов, а также успехи физики низких температур позволяют «увидеть» все более и более мелкие структурные образования. Удалось всесторонне исследовать слабые внутри- и межмолекулярные взаимодействия в таких системах, как кристаллы графита (см. также МОЛЕКУЛ СТРОЕНИЕ; СПЕКТРОСКОПИЯ).

назад   дальше



ХИМИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ
Химическая термодинамика
Кинетическая теория и статистическая термодинамика
Строение молекул и спектроскопия
Теория валентности
Химическая кинетика
Литература

Дополнительные опции

Популярные рубрики:

Страны мира Науки о Земле Гуманитарные науки История Культура и образование Медицина Наука и технология


Добавьте свои работы

Помогите таким же студентам, как и вы! Загрузите в Интернет свои работы, чтобы они стали доступны всем! Сделать это лучше через платформу BIBLIOTEKA.BY. Принимаем курсовые, дипломы, рефераты и много чего еще ;- )

Опубликовать работы →

Последнее обновление -
29/03/2024

Каждый день в нашу базу попадают всё новые и новые работы. Заходите к нам почаще - следите за новинками!

Мобильная версия

Можете пользоваться нашим научным поиском через мобильник или планшет прямо на лекциях и занятиях!