Причины выделения органической химии в самостоятельную науку

Причины выделения органической химии в самостоятельную науку

    Все это и было причиной выделения органической химии в самостоятельную науку. [c.5]

    ПРИЧИНЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ В САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ НАУКУ [c.7]

    ПРИЧИНЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ В САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ НАУКУ. ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ [c.10]

    Как самостоятельная научная дисциплина, биохимия оформилась во второй половине XIX в., когда в ряде университетов были созданы кафедры биохимии, написаны учебники, начали издаваться научные журналы, и курс биохимии стал обязательной составной частью учебных планов при подготовке биологов и медиков. Причинами для выделения биохимии в отдельную науку были значительные успехи, достигнутые органической химией в изучении многочисленных природных соединений и физиологией в области исследования процессов, протекающих в животных и растительных организмах (поэтому на заре возникновения биохимию называли физиологической химией). Кроме того, развитие биохимии теснейшим образом связано с потребностями практики—медицины, сельского хозяйства и промышленности. [c.5]

Конспект Предмет органической химии | СТУДЕНТОРИЙ

Органическая химия
Понятие органической химии и причины её выделения в самостоятельную дисциплину

Органическая химия – химия углеводородов и их производных, т. е. продуктов, образующихся при замене водорода в молекулах этих веществ другими атомами или группами атомов.

Признаки органических веществ:

1. Содержат углерод в валентности 4
2. Горят или разлагаются с образованием углеродсодержащих продуктов
3. Связь в молекуле, как правило, ковалентные

Причины выделения в самостоятельную дисциплину органическую химию:

1. Многообразие органических соединений
2. Многочисленность органических соединений
3. Специфическое строение и свойства органических соединений
4. Большое практическое значение соединений углерода: нефть и способы её переработки

Причины многообразия органических соединений:

1. Соединение атомов углерода в цепи различной длины
2. Разный характер углеродных цепей: прямые, разветвленные циклические
3. Способность атома углерода образовывать простые и кратные связи друг с другом и другими атомами
4. Множество элементов, входящих в состав органических соединений
5. Изомерия

Изомеры – вещества одинакового качественного и количественного состава (т.е. имеющие одинаковую суммарную формулу), но разного строения, следовательно, различными физическими и химическими свойствами.

Фенантрен (справа) и антрацен (слева) – структурные изомеры.

Краткий очерк развития органической химии

Первый период развития органической химии, называемый эмпирическим (с середины XVII до конца XVIII века), охватывает большой промежуток времени от первоначального знакомства человека с органическими веществами до возникновения органической химии как науки. В этот период познание органических веществ, способов их выделения и переработки происходило опытным путем. По определению знаменитого шведского химика И. Берцелиуса, органическая химия этого периода была «химией растительных и животных веществ». К концу эмпирического периода были известны многие органические соединения. Из растений были выделены лимонная, щавелевая, яблочная, галловая, молочная кислоты,  из мочи человека – мочевина, из мочи лошади – гиппуровая кислота. Обилие органических веществ послужило стимулом для углубленного изучения их состава и свойств.
Следующий период, аналитический (конец XVIII – середина XIX века), связан с появлением методов установления состава органических веществ. Важнейшую роль в этом сыграл открытый М. В. Ломоносовым и А. Лавуазье закон сохранения массы (1748), положенный в основу количественных методов химического анализа.
Именно в этот период было установлено, что все органические соединения содержат углерод. Кроме углерода, в составе органических соединений были обнаружены такие элементы, как водород, азот, сера, кислород, фосфор, которые в настоящее время называют элементами-органогенами. Стало ясно, что органические соединения отличаются от неорганических прежде всего по составу. К органическим со­единениям существовал тогда особое отношение: их продолжали счи­тать продуктами жизнедеятельности растительных или животных организмов, которые можно получить только с участием нематериальной «жизненной силы». Эти идеалистические воззрения были опровергнуты практикой. В 1828 г. немецкий химик Ф. Велер синтезировал органическое соединение мочевину из неорганического цианата аммония.
С момента исторического опыта Ф. Велера начинается бурное развитие органического синтеза. И. Н. Зинин восстановлением нитробензола получил анилин, положив тем самым начало анилинокрасочной промышленности (1842). А. Кольбе синтезировал уксусную кислоту (1845). М, Бертло – вещества типа жиров (1854). А. М. Бутлеров – первое сахаристое вещество (1861). В наши дни органический синтез составляет основу многих отраслей промышленности.
Важное значение в истории органической химии имеет структурный период (вторая половина XIX – начало XX века), ознаменовавшийся рождением научной теории строения органических соединений, основоположником которой был великий русский химик А. М. Бутлеров. Основные положения теории строения имели большое значение не только для своего времени, но служат научной платформой и для современной органической химии.
В начале XX века органическая химия вступила в современный период развития. В настоящее время в органической химии для объяснения ряда сложных явлений используются квантово-механические представления; химический эксперимент все больше сочетается с использованием физических методов; возросла роль различных расчетных методов. Органическая химия превратилась в такую обширную область знаний, что от нее отделяются новые дисциплины – биоорганическая химия, химия элементоорганических соединений и др.

Теория химического строения органических соединений А. М. Бутлерова

Решающая роль в создании теории строения органических соединений принадлежит великому русскому ученому Александру Михайловичу Бутлерову. 19 сентября 1861 года на 36-м съезде немецких естествоиспытателей А.М.Бутлеров обнародовал ее в докладе "О химическом строении вещества".

Основные положения теории химического строения А.М.Бутлерова:

1. Все атомы в молекуле органического соединения связаны друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Изменение последовательности расположения атомов приводит к образованию нового вещества с новыми свойствами. Например, составу вещества С2Н6О отвечают два разных соединения: диметиловый эфир (СН₃-О-СН₃) и этиловый спирт (С₂Н₅ОН) – смотрите Изомерия.
2. Свойства веществ зависят от их химического строения. Химическое строение – это определенный порядок в чередовании атомов в молекуле, во взаимодействии и взаимном влиянии атомов друг на друга – как соседних, так и через другие атомы. В результате каждое вещество имеет свои особые физические и химические свойства. Например, диметиловый эфир – это газ без запаха, нерастворимый в воде, t°пл. = -138°C, t°кип. = 23,6°C; этиловый спирт – жидкость с запахом, растворимая в воде, t°пл. = -114,5°C, t°кип. = 78,3°C.
   Данное положение теории строения органических веществ объяснило явление изомерии, широко распространенное в органической химии. Приведенная пара соединений  – диметиловый эфир и этиловый спирт – один из примеров, иллюстрирующих явление изомерии.
3. Изучение свойств веществ позволяет определить их химическое строение, а химическое строение веществ определяет их физические и химические свойства.
4. Атомы углерода способны соединятся между собой, образовывая углеродные цепи различного вида. Они могут быть как открытыми, так и замкнутыми (циклическими), как прямыми, так и разветвленными. В зависимости от числа связей, затрачиваемых атомами углерода на соединение друг с другом, цепи могут быть насыщенными (с одинарными связями) или ненасыщенными (с двойными и тройными связями).
5. Каждое органическое соединение имеет одну определенную формулу строения или структурную формулу, которую строят, основываясь на положении о четырехвалентном углероде и способности его атомов образовывать цепи и циклы. Строение молекулы как реального объекта можно изучить экспериментально химическими и физическими методами.

А.М.Бутлеров не ограничился теоретическими объяснениями своей теории строения органических соединений. Он провел ряд экспериментов, подтвердив предсказания теории получением изобутана, трет. бутилового спирта и т.д. Это дало возможность А.М.Бутлерову заявить в 1864 году, что имеющиеся факты позволяют ручаться за возможность синтетического получения любого органического вещества.

Причины выделения органической химии в самостоятельную научную дисциплину

    Как самостоятельная научная дисциплина, биохимия оформилась во второй половине XIX в., когда в ряде университетов были созданы кафедры биохимии, написаны учебники, начали издаваться научные журналы, и курс биохимии стал обязательной составной частью учебных планов при подготовке биологов и медиков. Причинами для выделения биохимии в отдельную науку были значительные успехи, достигнутые органической химией в изучении многочисленных природных соединений и физиологией в области исследования процессов, протекающих в животных и растительных организмах (поэтому на заре возникновения биохимию называли физиологической химией). Кроме того, развитие биохимии теснейшим образом связано с потребностями практики—медицины, сельского хозяйства и промышленности. [c.5]

Создание органической химии, как самостоятельной науки

    Совершенно ясно, что с таким материалом, каким разнообразным бы он ни был, органическую химию, как науку, создать было бы невозможно. Именно поэтому с первых же своих самостоятельных шагов химики-органики с поразительной смелостью пошли по пути создания своего объекта исследования, синтезируя тысячи и тысячи неизвестных Природе веществ и изучая их свойства и взаимопревращения. Огромные усилия нескольких поколений ученых были потрачены на то, чтобы создать прежде всего фундамент фактов для новой науки — органической химии — и определить проблемы, которыми она должна заниматься. Без этого не могло бы состояться создание грандиозной области на>тси и промышленности и в конечном счете новой, искусственной природы. Эта созданная руками человека природа не только обеспечивает нас почти всем необходимым для повседневной жизни, но и становится на наших глазах все более значимым биогеохимическим фактором глобального масштаба.  [c.52]

    В четвертой книге из серии Всеобщая история химии , посвященной истории развития классической органической химии, показано становление органической химии как самостоятельной науки. Анализируются предпосылки для создания теории химического строения и стереохимического учения. Большое внимание уделено истории органического синтеза. В пря тожении помещена Нобелевская речь Ф. Гриньяра. [c.151]

    Быстрое развитие органической химии в первые десятилетия XIX в. выделило ее в самостоятельную науку. Было открыто и исследовано много новых органических веществ. Среди них были и такие, которые при одинаковом химическом составе и одинаковой молекулярной массе обладали различными свойствами. Существовавшие в то время теории не могли объяснить опытный материал и наблюдения. Отсутствие объединяющей научной теории тормозило развитие органической химии. Из этого теоретического тупика ее вывела теория химического строения органических соединений, созданная великим русским учёным А. М. Бутлеровым (1861 г.). Эта теория заложила научные основы органической химии и объяснила ее важнейшие закономерности. [c.306]

    История самостоятельного существования органической химии насчитывает около 150 лет. Зародившись как наука о веществах живой природы, органическая химия затем в значительной степени обратилась к изучению синтетических соединений. Успехи синтетической органической химии послужили еще в прошлом веке основой для создания целых отраслей промышленности — производств синтетических красителей, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ. Уже в нашем столетии на основе использования нефтяного сырья развилась промышленность тяжелого органического синтеза — многотоннажные производства чистых углеводородов, спиртов, кетонов, кислот и их производных, являющихся в свою очередь сырьем для получения разнообразных продуктов. В отрасль большого объема и первостепенного значения развилось получение синтетических высокомолекулярных соединений. Если бы вдруг по какому-то злому волшебству исчезло все, изготовленное при содействии синтетической органической химии, человечество лишилось бы одежды и обуви, большинства предметов домашнего обихода, лекарств и многого другого. Получение все новых и новых полезных веществ и материалов является и в настоящее время важной задачей органической химии. [c.484]

    Химия красящих веществ, как наука, начала создаваться в конце прошлого и в начале нынешнего столетия и имела своими истоками как органическую химию, так и химическую технологию волокнистых веществ. Вначале она играла сугубо подсобную для последней роль. Лишь немногие крупные ученые (преимущественно химики-текстильщики) понимали то огромное самостоятельное значение в народном хозяйстве, которое по праву принадлежит химии красящих веществ и промежуточных продуктов. Среди них одним из первых следует назвать В. Г. Шапошникова. Глубоко зная химию и химическую технологию волокнистых материалов, В. Г. Шапошников был одним из пионеров создания научной основы химии красящих веществ. [c.3]

    Наука о полимерах, созданная трудами выдающихся ученых в области органической, коллоидной и физической химии, трудами физиков и биологов, является в настоящее время самостоятельной областью химического знания — полимерной, или высокомолекулярной, химией [1]. [c.11]

    В значительной степени благодаря научно-исследовательской деятельности А. Н. Несмеянова область элементоорганической химии, охватившая к настоящему времени большую часть элементов Периодической системы Д. И. Менделеева, развилась и оформилась в СССР как самостоятельная дисциплина, связавшая воедино органическую и неорганическую химии. Саме понятие элементоорганические соединения было введено в науку А. Н. Несмеяновым. Предвидя бурное развитие области, наступившее в наши дни, А. Н. Несмеянов одним из первых понял, что дальнейшее успешное развитие химии элементоорганических соединений в недрах органической химии, как это было у нас в стране, или неорганической химии, как это часто происходит за рубежом, недостаточно эффективно. Специфичность свойств элементоорганических соединений, методов их синтеза и, наконец, образа мышления химика-элементоорганика настоятельно требовала организации новых профилированных научных центров и подготовку специализированных научных кадров. С этой целью им был создан первый в мире Институт элементоорганических соединений, ныне носящий его имя. С этой же целью им была организована лаборатория металлоорганических соединений при кафедре органической химии Химического факультета МГУ. А. Н. Несмеянов создал самую крупную в мире школу элементооргаников. [c.5]

    Прошло совсем немного врем

Выделение - органическая химия - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Выделение - органическая химия

Cтраница 1

Выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину обусловлено большим числом и многообразием соединений углерода, наличием специфических свойств, отличающих их от соединений других элементов и, наконец, их исключительным значением в жизни человека.  [1]

Выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину обусловлено большим числом и многообразием соединений углерода, наличием специфических свойств отличающих их от соединений других элементов и, наконец, их исключительным значением в жизни человека.  [2]

Выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину обусловлено большим числом и многообразием соединений углерода, наличием специфических свойств, отличающих их от соединений других элементов, и, наконец, их исключительным значением в жизни человека.  [3]

Выделение органической химии в самостоятельный раздел химической науки вызвано многими причинами. Вторая причина состоит в сложности и своеобразии органических веществ по сравнению с неорганическими. Например, их температуры плавления и кипения имеют более низкие значения; они легко разрушаются при воздействии даже сравнительно невысоких температур ( часто не превышающих 100 С), в то время как неорганические вещества выдерживают высокие температуры. Большинство химических реакций с участием органических соединений протекает гораздо медленнее, чем ионные реакции, характерные для неорганических веществ, что обусловлено природой основной химической связи в органических веществах - ковалентной связи. Следует подчеркнуть, что выход продукта в органических реакциях, как правило, ниже, чем в реакциях с участием неорганических веществ. Кроме того, в органической химии приходится сталкиваться с новыми понятиями и явлениями: органический радикал, функциональная группа, изомерия и гомология, а также взаимное влияние атомов и атомных групп в молекуле.  [4]

Выделение органической химии в самостоятельный раздел химической науки вызвано многими причинами. Вторяя причина состоит в сложности и своеобразии органических вещ дтв по сравнению с неорганическими, Например, их температуры плавления и кипения имеют более низкие значения; они легко разрушаются при воздействии на них даже сравнительно невысоких температур ( часто не превышающих 100 С), в то время как неорганические вещества свободно выдерживают очень высокие температуры. Большинство химических реакций с участием органических соединений протекает гораздо медленнее, чем ионные реакции неорганических веществ, что обусловлено природой основной химической связи в органических веществах - ковалентной связью. Следует подчеркнуть, что выход продукта в органической реакции, как правило, ниже, чем при реакции неорганических веществ. Кроме того, в области органической химии приходится сталкиваться с новыми понятиями и явлениями: органический радикал, функциональная группа, изомерия и гомология, а также взаимное влияние атомов и атомных групп в молекуле.  [5]

Наконец, выделение органической химии в особый отдел обусловлено и той исключительной ролью, которую играют органические соединения в живой природе и в жизни человека.  [6]

Важнейшие причины выделения органической химии в отдельную науку заключаются в следующем.  [7]

Главной причиной для выделения органической химии в самостоятельную науку было существовавшее тогда воззрение, что органические вещества образуются только в животных и растительных организмах при участии особой жизненной силы, а искусственным путем из неорганических веществ они не могут быть получены. Это учение о жизненной силе получило название виталистического учения ( от латинского слова vitalis - жизненный), а последователи этого учения назывались виталистами. Виталисты считали, что для того, чтобы сделать материю живой, необходимо участие особой непознаваемой жизненной силы, которая и управляет жизненными процессами.  [8]

Таким образом, выделение органической химии как самостоятельной дисциплины относится к началу прошлого века. Деление химии на неорганическую и органическую, выделение изучения органических веществ в отдельную науку безусловно сыграло положительную роль, так как подчеркнуло важность изучения этой - группы веществ и необходимость сосредоточить внимание ученых на их исследовании.  [9]

Уже этот факт многочисленности органических веществ является веским основанием для выделения органической химии в самостоятельную науку.  [10]

Что является предметом изучения органической химии. Чем обусловлено выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину.  [11]

Ученые-химики постепенно стали отходить от виталистических позиций и склоняться к тому, что и органические вещества человек может получать из химических элементов. Органическая химия изучает соединения углерода - углеводороды и их производные, в состав молекул которых могут входить почти все элементы периодической системы. Выделение органической химии в самостоятельную науку вбусловлено большим числом и многообразием и особыми свойствами соединений углерода.  [12]

Страницы:      1

ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ | Энциклопедия Кругосвет

ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ – раздел химической науки, изучающий углеводороды – вещества, содержащие углерод и водород, а также различные производные этих соединений, включающие атомы кислорода, азота и галогенов. Все такие соединения называют органическими.

Органическая химия возникла в процессе изучения тех веществ, которые добывались из растительных и животных организмов, состоящих в основной своей массе из органических соединений. Именно это определило чисто историческое название таких соединений (организм – органический). Некоторые технологии органической химии возникли еще в глубокой древности, например, спиртовое и уксуснокислое брожение, использование органических красителей индиго и ализарина, процессы дубления кожи и др. В течение долгого времени химики умели лишь выделять и анализировать органические соединения, но не могли получать их искусственно, в результате чего возникло убеждение, что органические соединения могут быть получены только с помощью живых организмов.

Начиная со второй половины 19 в. методы органического синтеза стали интенсивно развиваться, что позволило постепенно преодолеть устоявшееся заблуждение. Впервые синтез органических соединений в лаборатории удалось осуществить Фридриху Велеру (в период 1824–1828), при гидролизе дициана он получил щавелевую кислоту, выделяемую до этого из растений, а при нагревании циановокислого аммония за счет перестройки молекулы (см. ИЗОМЕРИЯ) получил мочевину – продукт жизнедеятельности живых организмов (рис. 1. Первые синтезы органических соединений).

Сейчас многие из соединений, присутствующих в живых организмах, можно получить в лаборатории, кроме того, химики постоянно получают органические соединения, не встречающиеся в живой природе.

Становление органической химии как самостоятельной науки произошло в середине 19 в., когда благодаря усилиям ученых-химиков, стали формироваться представления о строении органических соединений. Наиболее заметную роль сыграли работы Э.Франкланда (определил понятие валентности), Ф.Кекуле (установил четырехвалентность углерода и строение бензола), А. Купера (предложил используемый и поныне символ валентной черты, соединяющей атомы при изображении структурных формул), А.М.Бутлерова (создал теорию химического строения, в основе которой лежит положение, согласно которому свойства соединения определяются не только его составом, но и тем, в каком порядке соединены атомы).

Следующий важный этап в развитии органической химии связан с работами Я.Вант-Гоффа, который изменил сам способ мышления химиков, предложив перейти от плоского изображения структурных формул к пространственному расположению атомов в молекуле, в итоге химики стали рассматривать молекулы как объемные тела.

Представления о природе химической связи в органических соединениях впервые сформулировал Г.Льюис, предположивший, что атомы в молекуле связаны с помощью электронов: пара обобщенных электронов создает простую связь, а две или три пары образуют, соответственно, двойную и тройную связь. Рассматривая распределение электронной плотности в молекулах (например, ее смещение под влиянием электроотрицательных атомов O, Cl и др.) химики смогли объяснить реакционную способность многих соединений, т.е. возможность их участия в тех или иных реакциях.

Учет свойств электрона, определяемых квантовой механикой, привел к развитию квантовой химии, использующей представления о молекулярных орбиталях. Сейчас квантовая химия, показавшая на многих примерах свою предсказательную силу, успешно сотрудничает с экспериментальной органической химией.

Небольшую группу соединений углерода не относят к органическим: угольная кислота и ее соли (карбонаты), цианистоводородная кислота HCN и ее соли (цианиды), карбиды металлов и некоторые другие соединения углерода, которые изучает неорганическая химия.

Главная особенность органической химии – исключительное разнообразие соединений, которое возникло из-за способности атомов углерода соединяться друг с другом в практически неограниченном количестве, образуя молекулы в виде цепочек и циклов. Еще большее разнообразие достигается за счет включения между атомами углерода атомов кислорода, азота и др. Явление изомерии, благодаря которому молекулы, обладающие одинаковым составом, могут иметь различное строение, дополнительно увеличивает многообразие органических соединений. Сейчас известно свыше 10 млн. органических соединений, причем их количество ежегодно увеличивается на 200–300 тысяч.

Классификация органических соединений.

В качестве основы при классификации приняты углеводороды, их считают базовыми соединениями в органической химии. Все остальные органические соединения рассматривают как их производные.

При систематизации углеводородов принимают во внимание строение углеродного скелета и тип связей, соединяющих атомы углерода.

I. АЛИФАТИЧЕСКИЕ (aleiphatos. греч. масло) углеводороды представляют собой линейные или разветвленные цепочки и не содержат циклических фрагментов, они образуют две крупные группы.

1. Предельные или насыщенные углеводороды (названы так потому, что не способны что-либо присоединять) представляют собой цепочки атомов углерода, соединенных простыми связями и окруженных атомами водорода (рис. 1). В том случае, когда цепочка имеет разветвления, к названию добавляют приставку изо. Простейший насыщенный углеводород – метан, с него начинается ряд этих соединений.

Рис. 2. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Основные источники насыщенных углеводородов – нефть и природный газ. Реакционная способность насыщенных углеводородов очень низкая, они могут реагировать только с наиболее агрессивными веществами, например, с галогенами или с азотной кислотой. При нагревании насыщенных углеводородов выше 450 С° без доступа воздуха разрываются связи С-С и образуются соединения с укороченной углеродной цепью. Высокотемпературное воздействие в присутствии кислорода приводит к их полному сгоранию до СО₂ и воды, что позволяет эффективно использовать их в качестве газообразного (метан – пропан) или жидкого моторного топлива (октан).

При замещении одного или нескольких атомов водорода какой-либо функциональной (т.е. способной к последующим превращениям) группой образуются соответствующие производные углеводородов. Соединения, содержащие группировку С-ОН, называют спиртами, НС=О – альдегидами, СООН – карбоновыми кислотами (слово «карбоновая» добавляют для того, чтобы отличить их от обычных минеральных кислот, например, соляной или серной). Соединение может содержать одновременно различные функциональные группы, например, СООН и NH₂, такие соединения называют аминокислотами. Введение в состав углеводорода галогенов или нитрогрупп приводит соответственно к галоген- или нитропроизводным (рис. 3).

Рис. 4. ПРИМЕРЫ НАСЫЩЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ с функциональными группами

Все показанные производные углеводородов образуют крупные группы органических соединений: спирты, альдегиды, кислоты, галогенпроизводные и т.д. Поскольку углеводородная часть молекулы имеет очень низкую реакционную способность, химическое поведение таких соединений определяется химическими свойствами функциональных групп –ОН, -СООН, -Cl, -NO₂ и др..

2. Ненасыщенные углеводороды имеют те же варианты строения основной цепи, что и насыщенные, но содержат двойные или тройные связи между атомами углерода (рис. 6). Простейший ненасыщенный углеводород – этилен.

Рис. 6. НЕНАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Наиболее характерно для ненасыщенных углеводородов присоединение по кратной связи (рис. 8), что позволяет синтезировать на их основе разнообразные органические соединения.

Рис. 8. ПРИСОЕДИНЕНИЕ РЕАГЕНТОВ к ненасыщенным соединениям по кратной связи

Другое важное свойство соединений с двойными связями - их способность полимеризоваться (рис. 9.), двойные связи при этом раскрываются, в результате образуются длинные углеводородные цепи.

Рис. 9. ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ЭТИЛЕНА

Введение в состав ненасыщенных углеводородов упомянутых ранее функциональных групп так же, как и в случае насыщенных углеводородов, приводит к соответствующим производным, которые также образуют крупные группы соответствующих органических соединений – ненасыщенные спирты, альдегиды и т.д. (рис. 10).

Рис. 10. НЕНАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ с функциональными группами

Для показанных соединений приведены упрощенные названия, точное положение в молекуле кратных связей и функциональных групп указывают в названии соединения, которое составляют по специально разработанным правилам.

Химическое поведение таких соединений определяется как свойствами кратных связей, так и свойствами функциональных групп.

II. КАРБОЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ содержат циклические фрагменты, образованные только атомами углерода. Они образуют две крупные группы.

1. Алициклические (т.е. и алифатические и циклические одновременно) углеводороды. В этих соединениях циклические фрагменты могут содержать как простые, так и кратные связи, кроме того, соединения могут содержать несколько циклических фрагментов, к названию этих соединений добавляют приставку «цикло», простейшее алициклическое соединение – циклопропан (рис. 12).

Рис. 12. АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Помимо показанных выше существуют иные варианты соединения циклических фрагментов, например, они могут иметь один общий атом, (так называемые, спироциклические соединения), либо соединяться таким образом, чтобы два или более атомов были общими для обоих циклов (бициклические соединения), при объединении трех и более циклов возможно также образование углеводородных каркасов (рис. 14).

Рис. 14. ВАРИАНТЫ СОЕДИНЕНИЯ ЦИКЛОВ в алициклических соединениях: спироциклы, бициклы и каркасы. В названии спиро- и бициклических соединений указывают тот алифатический углеводород, который содержит такое же общее число атомов углерода, например, в показанном на рисунке спироцикле содержится восемь атомов углерода, поэтому его название построено на основе слова «октан». В адамантане атомы расположены так же, как в кристаллической решетке алмаза, что определило его название (греч. adamantos – алмаз)

Многие моно- и бициклические алициклические углеводороды, а также производные адамантана входят в состав нефти, их обобщенное название – нафтены.

По химическим свойствам алициклические углеводороды близки соответствующим алифатическим соединениям, однако, у них появляется дополнительное свойство, связанное с их циклическим строением: небольшие циклы (3–6-членные) способны раскрываться, присоединяя некоторые реагенты (рис. 15).

Рис. 15. РЕАКЦИИ АЛИЦИКЛИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ, протекающие с раскрытием цикла

Введение в состав алициклических углеводородов различных функциональных групп приводит к соответствующим производным – спиртам, кетонам и т.п. (рис. 16).

Рис. 16. АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ с функциональными группами

2. Вторую крупную группу карбоциклических соединений образуют ароматические углеводороды бензольного типа, т.е содержащие в своем составе один или несколько бензольных циклов (существуют также ароматические соединения небензольного типа (см. АРОМАТИЧНОСТЬ). При этом они могут также содержать фрагменты насыщенных или ненасыщенных углеводородных цепей (рис. 18).

Рис. 18. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Существуют группа соединений, в которых бензольные кольца как бы спаяны между собой, это так называемые конденсированные ароматические соединения (Рис. 20).

Рис. 20. КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Многие ароматические соединения, в том числе и конденсированные (нафталин и его производные) входят в состав нефти, второй источник этих соединений – каменноугольная смола.

Для бензольных циклов не характерны реакции присоединения, которые проходят с большим трудом и в жестких условиях, наиболее типичны для них реакции замещения атомов водорода (рис.21).

Рис. 21. РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ атомов водорода в ароматическом ядре.

Помимо функциональных групп (галогена, нитро- и ацетильной группы), присоединенных к бензольному ядру (рис. 21), можно также ввести иные группы, в результате получаются соответствующе производные ароматических соединений (рис. 22), образующие крупные классы органических соединений – фенолы, ароматические амины и др.

Рис. 22. АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ с функциональными группами. Соединения, в которых neгруппа -ОН соединена с атомом углерода в ароматическом ядре, называют фенолами, в отличие от алифатических соединений, где такие соединения называют спиртами.

III. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ содержат в составе цикла (помимо атомов углерода) различные гетероатомы: O, N, S. Циклы могут быть различного размера, содержать как простые, так и кратные связи, а также присоединенные к гетероциклу углеводородные заместители. Существуют варианты, когда гетероцикл «спаян» с бензольным ядром (рис. 24).

Рис. 24. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. Их названия сложились исторически, например, фуран получил название от фуранового альдегида – фурфурола, получаемого из отрубей (лат. furfur – отруби). Для всех показанных соединений реакции присоединения затруднены, а реакции замещения проходят достаточно легко. Таким образом, это ароматические соединения небензольного типа.

Разнообразие соединений этого класса увеличивается дополнительно за счет того, что гетероцикл может содержать два и более гетероатомов в цикле (рис. 26).

Рис. 26. ГЕТЕРОЦИКЛЫ с двумя и более гетероатомами.

Точно так же, как и рассмотренные ранее алифатические, алициклические и ароматические углеводороды, гетероциклы могут содержать в своем составе различные функциональные группы (-ОН, -СООН, -NH₂ и др.), причем гетероатом в цикле в некоторых случаях также можно рассматривать как функциональную группу, поскольку он способен принимать участие в соответствующих превращениях (рис. 27).

Рис. 27. ГЕТЕРОАТОМ N в роли функциональной группы. В названии последнего соединения буква «N» указывает, к какому атому присоединена метильная группа.

Реакции органической химии.

В отличие от реакций неорганической химии, где с высокой скоростью (иногда мгновенно) взаимодействуют ионы, в реакциях органических соединений обычно участвуют молекулы, содержащие ковалентные связи. В результате все взаимодействия протекают гораздо медленнее, чем в случае ионных соединений (иногда десятки часов), часто при повышенной температуре и в присутствии ускоряющих процесс веществ – катализаторов. Многие реакции протекают через промежуточные стадии или в нескольких параллельных направлениях, что приводит к заметному снижению выхода нужного соединения. Поэтому при описании реакций вместо уравнений с числовыми коэффициентами (что традиционно принято в неорганической химии) часто используют схемы реакций без указания стехиометрических соотношений.

Название крупных классов органических реакций часто связывают с химической природой действующего реагента или с типом вводимой в соединение органической группы:

а) галогенирование – введение атома галогена (рис. 8, первая схема реакции),

б) гидрохлорирование, т.е. воздействие HCl (рис. 8, вторая схема реакции)

в) нитрование – введение нитрогруппы NO₂ (рис. 21, второе направление реакции)

г) металлирование – введение атома металла (рис. 27, первая стадия)

а) алкилирование – введение алкильной группы (рис. 27, вторая стадия)

б) ацилирование – введение ацильной группы RC(O)- (рис. 27, вторая стадия)

Иногда название реакции указывает на особенности перестройки молекулы, например, циклизация – образование цикла, дециклизация – раскрытие цикла (рис.15).

Крупный класс образуют реакции конденсации (лат. condensatio – уплотнение, сгущение), при которых происходит формирование новых связей С-С с одновременным образованием легко удаляемых неорганических или органических соединений. Конденсацию, сопровождаемую выделением воды, называют дегидратацией. Конденсационные процессы могут также проходить внутримолекулярно, то есть, в пределах одной молекулы (рис. 28).

Рис. 28. РЕАКЦИИ КОНДЕНСАЦИИ

В конденсации бензола (рис. 28) роль функциональных групп выполняют фрагменты С-Н.

Классификация органических реакций не имеет строгого характера, например, показанную на рис. 28 внутримолекулярную конденсацию малеиновой кислоты можно также отнести к реакциям циклизации, а конденсацию бензола – к дегидрированию.

Существуют внутримолекулярные реакции, несколько отличающиеся от конденсационных процессов, когда фрагмент (молекула) отщепляется в виде легко удаляемого соединения без очевидного участия функциональных групп. Такие реакции называют элиминированием (лат. eliminare – изгонять), при этом образуются новые связи (рис. 29).

Рис. 29. РЕАКЦИИ ЭЛИМИНИРОВАНИЯ

Возможны варианты, когда совместно реализуются несколько типов превращений, что показано далее на примере соединения, в котором при нагревании протекают разнотипные процессы. При термической конденсации слизевой кислоты (рис. 30) проходит внутримолекулярная дегидратация и последующее элиминирование СО₂.

Рис. 30. ПРЕВРАЩЕНИЕ СЛИЗЕВОЙ КИСЛОТЫ (получаемой из желудевого сиропа) в пирослизевую кислоту, названную так потому, что получают ее нагреванием слизевой. Пирослизевая кислота представляет собой гетероциклическое соединение – фуран с присоединенной функциональной (карбоксильной) группой. В процессе реакции разрываются связи С-О, С-Н и образуются новые связи С-Н и С-С.

Существуют реакции, при которых происходит перестраивание молекулы без изменения состава (см. ИЗОМЕРИЗАЦИЯ).

Методы исследования в органической химии.

Современная органическая химия помимо элементного анализа использует многие физические методы исследования. Сложнейшие смеси веществ разделяют на составляющие компоненты с помощью хроматографии, основанной на перемещении растворов или паров веществ через слой сорбента. Инфракрасная спектроскопия – пропускание инфракрасных (тепловых) лучей через раствор или сквозь тонкий слой вещества – позволяет установить наличие в веществе определенных фрагментов молекулы, например, групп С₆Н₅, С=О, NH₂ и др.

Ультрафиолетовая спектроскопия, называемая также электронной, несет информацию об электронном состоянии молекулы, она чувствительна к присутствию в веществе кратных связей и ароматических фрагментов. Анализ кристаллических веществ с помощью лучей рентгеновского диапазона (рентгеноструктурный анализ) дает объемную картину расположения атомов в молекуле, подобную тем, что показаны на приведенных выше анимированных рисунках, иными словами, позволяет как бы увидеть строение молекулы своими глазами.

Спектральный метод – ядерный магнитный резонанс, основанный на резонансном взаимодействии магнитных моментов ядер с внешним магнитным полем, дает возможность различить атомы одного элемента, например, водорода, расположенные в различных фрагментах молекулы (в углеводородном скелете, в гидроксильной, карбоксильной или аминогруппе), а также определить их количественное соотношение. Подобный анализ возможен также для ядер С, N, F и др. Все эти современные физические методы привели к интенсивным исследованиям в органической химии – стало возможным быстро решать те задачи, на которые ранее уходили долгие годы.

Некоторые разделы органической химии выделились в крупные самостоятельные области, например, химия природных веществ, лекарственных препаратов, красителей, химия полимеров. В середине 20 в. химия элементоорганических соединений стала развиваться как самостоятельная дисциплина, которая изучает вещества, содержащие связь С-Э, где символ Э обозначает любой элемент(кроме углерода, водорода, кислорода, азота и галогенов). Велики успехи биохимии, изучающей синтез и превращения органических веществ, происходящие в живых организмах. Развитие всех этих областей основано на общих законах органической химии.

Современный промышленный органический синтез включат в себя широкий набор различных процессов – это, прежде всего, крупнотоннажные производства – переработка нефти, газа и получение моторных топлив, растворителей, теплоносителей, смазочных масел, кроме того, синтез полимеров, синтетических волокон, разнообразных смол для покрытий, клеев и эмалей. К малотоннажным производствам относят получение лекарственных препаратов, витаминов, красителей, пищевых добавок и душистых веществ.

Михаил Левицкий

5 Программа исследований: видение будущего науки о разделении | Программа исследований для преобразования науки о разделении

внутренних пор), которые могут быть оптимизированы для избирательного распознавания, адсорбции и транспорта сложных молекул, таких как белки, ДНК, РНК и поверхностно-активные вещества.

Интерфейсы и эффекты удержания могут быть еще более важными в жидких и ионных средах. Например, эффекты важны там, где регулирование заряда (Ninham and Parsegian, 1971) и истощение адсорбированных частиц сильно зависят от масштаба длины ограничивающих размеров, таких как размер пор и расстояние между частицами (Gaddam et al., 2018). Примером может служить случай конформационной стабильности белков во время биоразделения в гидрофильных порах (Radhakrishna et al., 2013; Grimaldi et al., 2015).

Интерфейсы влияют на структуру в межфазной области, которая может варьироваться от молекулярных до макроскопических размеров. В результате они могут изменять сольватацию различных частиц в непосредственной близости (Somasundaran and Huang, 2000), избирательно связывать молекулы, которые нейтрализуют поверхностный заряд (двойной слой), влиять на сольватацию ионов (Barrett et al., 2016), влияют на ориентацию молекул воды (Kocsis et al., 2018; Rock et al., 2018), запускают адсорбционные каскадные процессы (такие как загрязнение поверхности; см. Тему 2) и влияют на структуру адсорбированных частиц (для например, индуцирование перегруппировки ионов и структуры воды). Все эти влияния можно использовать с пользой при выполнении разделения.

Интерфейсы также могут влиять на поток жидкости в разделительных системах в результате структуры поверхности, дефектов, шероховатости, химического состава и гибкости.Когда присутствует твердая поверхность (например, пористый адсорбент или мембрана), текучая среда, текущая над поверхностью, не проявляет скольжения на твердых поверхностях и скольжения в открытых областях пористого материала. Это влияет на скорость сдвига на стенке, повторный унос материала, осажденного на поверхности, в текущую жидкость и характеристики (селективность и проницаемость) через пористую среду. Эффекты шероховатости поверхности зависят от масштаба и представляют увеличенную площадь поверхности для возможного осаждения частиц (Han et al., 2003).

Химическая функционализация поверхностей - еще один инструмент, влияющий на поток, адсорбцию и разделение. Например, щеточно-подобные поверхности, имитирующие ворсинки в природе, очень гибкие и имеют большую площадь поверхности, которая может использоваться для влияния на поток и адсорбцию. Такие сложные межфазные структуры могут влиять на характеристики хроматографии, мембран и адсорбции. Функционализированные поверхности, которые имеют гидрофильные или полярные молекулы, могут оказывать существенное влияние на селективность и емкость из-за адгезии растворенных веществ и поверхностного заряда твердых поверхностей (шариков, мембран и микрофлюидных каналов).

1-C-ii: Общие сведения о интерфейсах в системах разделения. Эксперименты, теория и молекулярное моделирование необходимы для изучения интерфейсов, относящихся к системам разделения. Основная задача - определить структуру границ раздела и то, как молекулярные взаимодействия между двумя фазами вызывают образование межфазной области. Дефекты часто являются особенно важным аспектом межфазной структуры, который сложно, но необходимо исследовать. Межфазные области могут иметь размеры от молекулярных до макроскопических; Первое гораздо сложнее обнаружить и охарактеризовать.Интерфейсов может быть много, и их можно легко наблюдать и охарактеризовать, или их может быть мало, и они могут быть скрыты от методов массовой характеристики. Дальнейшее усложнение экспериментальной задачи заключается в необходимости исследовать границу раздела на месте и при работе, где структурная эволюция может влиять на кинетику массопереноса.

Исторически сложилось так, что в науке о разделении границы раздела фаз характеризовались посредством косвенных, объемных исследований, по крайней мере частично из-за присущих трудностей, связанных с зондированием межфазной структуры и видообразования в сложных условиях действия.Было проведено несколько экспериментов на молекулярном и мезомасштабном уровне, чтобы исследовать роль, влияние и эффекты структурирования на атомном, молекулярном и иерархическом уровнях на границе раздела в системе разделения. Такая ситуация возникла из-за отсутствия соответствующих экспериментальных методов, которые могут предоставить прямую информацию о границах раздела, которые часто находятся в системах твердое тело – жидкость и жидкость – жидкость и имеют низкие концентрации целевых частиц. Проблема усложняется неизвестным эффектом временной и пространственной динамики; понимание этих эффектов потребует изучения операндо.Ученые недостаточно знают об интерфейсах и межфазных областях, которые присутствуют в системах разделения.

Появление датчиков, специфичных для интерфейса, способных выполнять измерения в реальных условиях эксплуатации, делает возможным количественное определение межфазных процессов. Примерами таких датчиков являются рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия при атмосферном давлении, методы рассеяния рентгеновских лучей in situ для определения структуры на границах раздела твердое тело-жидкость, спектроскопия генерации суммарной частоты, а также сканирующая зондовая и атомно-силовая микроскопии в сочетании со спектроскопией (см. Глава 3 и Приложение C).Эти передовые инструменты могут предоставить информацию о границах раздела твердых и жидких веществ, необходимую для управления массопереносом.

При изучении интерфейса первым шагом является определение присутствующих видов и их концентраций с использованием передовых спектроскопических инструментов для определения поверхности. Отличаются ли виды от основной массы? Если да, то почему? Какие силы действуют и как они соотносятся со структурой интерфейса? Фундаментальное понимание межмолекулярных сил на границах раздела имеет решающее значение для улучшения характеристик капиллярного электрофореза, хроматографии, мембранной фильтрации, адсорбции, ионного обмена, аффинных мультимодальных систем и других.Например, поведение ионов вблизи заряженных границ раздела напрямую влияет на разрешение и скорость разделения посредством электроосмотического потока при капиллярном электрофорезе.

Теоретические модели, используемые для описания адсорбции и взаимодействия частиц с частицами, все еще нуждаются в существенных улучшениях. Классическая теория Дерягина-Ландау-Вервея-Овербека (DLVO) объясняет Лифшица-ван дер

Что такое химия? | Живая наука

Вы можете думать о химии только в контексте лабораторных тестов, пищевых добавок или опасных веществ, но область химии включает в себя все, что нас окружает.

«Все, что вы слышите, видите, обоняние, вкус и прикосновение, связано с химией и химическими веществами (материей)», согласно Американскому химическому обществу (ACS), некоммерческой научной организации по развитию химии, учрежденной США. Конгресс. "А слышание, видение, дегустация и прикосновение - все это связано с запутанной серией химических реакций и взаимодействий в вашем теле."

Итак, даже если вы не работаете химиком, вы занимаетесь химией или чем-то, что связано с химией, практически со всем, что вы делаете. В повседневной жизни вы занимаетесь химией, когда готовите, когда используете уборку. моющие средства, чтобы вытереть столешницу, когда вы принимаете лекарства или разбавляете концентрированный сок, чтобы вкус не был таким интенсивным.

Связанный: Вау! Огромный взрыв «сахарной ваты» в детской химической лаборатории

Согласно ACS, химия - это исследование материи, определяемой как все, что имеет массу и занимает пространство, а также изменения, которые материя может претерпеть, когда она находится в различных средах и условиях.Химия стремится понять не только свойства материи, такие как масса или состав химического элемента, но также то, как и почему материя претерпевает определенные изменения - трансформировалось ли что-то из-за того, что оно соединилось с другим веществом, замерзло, потому что оно было оставлено на две недели в морозильник или изменил цвет из-за слишком сильного воздействия солнечного света.

Основы химии

Причина, по которой химия затрагивает все, что мы делаем, заключается в том, что почти все, что существует, можно разбить на химические строительные блоки.

Основными строительными блоками в химии являются химические элементы, которые представляют собой вещества, состоящие из одного атома. Каждое химическое вещество уникально, состоит из определенного количества протонов, нейтронов и электронов и идентифицируется по названию и химическому символу, например «C» для углерода. Элементы, которые ученые обнаружили на данный момент, перечислены в периодической таблице элементов и включают как элементы, встречающиеся в природе, такие как углерод, водород и кислород, так и созданные человеком, например Лоуренсий.

Связанный: Как элементы сгруппированы в периодической таблице?

Химические элементы могут соединяться вместе, образуя химические соединения, которые представляют собой вещества, состоящие из нескольких элементов, таких как диоксид углерода (который состоит из одного атома углерода, соединенного с двумя атомами кислорода), или нескольких атомов одного элемента, как газообразный кислород (который состоит из двух атомов кислорода, соединенных вместе). Эти химические соединения могут затем связываться с другими соединениями или элементами, образуя бесчисленное множество других веществ и материалов.

Химия - это физическая наука

Химия обычно считается физической наукой в ​​соответствии с определением Британской энциклопедии, поскольку изучение химии не связано с живыми существами. Большая часть химии, связанной с исследованиями и разработками, такими как создание новых продуктов и материалов для клиентов, относится к этой сфере.

Но, по мнению Биохимического общества, различия как физическая наука становятся немного размытыми в случае биохимии, которая исследует химию живых существ.Химические вещества и химические процессы, изучаемые биохимиками, технически не считаются «живыми», но их понимание важно для понимания того, как устроена жизнь.

Пять основных разделов химии

Согласно онлайн-учебнику химии, опубликованному LibreText, химия традиционно делится на пять основных разделов.Существуют также более специализированные области, такие как пищевая химия, химия окружающей среды и ядерная химия, но в этом разделе основное внимание уделяется пяти основным субдисциплинам химии.

Аналитическая химия включает в себя анализ химических веществ и включает качественные методы, такие как изучение изменений цвета, а также количественные методы, такие как определение точной длины (длин) волны света, которую поглощает химическое вещество, что приводит к изменению цвета.

Эти методы позволяют ученым охарактеризовать множество различных свойств химических веществ и могут принести пользу обществу разными способами.Например, аналитическая химия помогает пищевым компаниям делать замороженные обеды вкуснее, обнаруживая, как химические вещества в продуктах питания меняются с течением времени. Аналитическая химия также используется для мониторинга состояния окружающей среды, например, путем измерения химических веществ в воде или почве.

Биохимия , как упоминалось выше, использует химические методы, чтобы понять, как биологические системы работают на химическом уровне. Благодаря биохимии исследователи смогли составить карту генома человека, понять, что различные белки делают в организме, и разработать лекарства от многих болезней.

Связано: Раскрытие генома человека: 6 молекулярных вех

Неорганическая химия изучает химические соединения в неорганических или неживых объектах, таких как минералы и металлы. Традиционно неорганическая химия рассматривает соединения, которые не , а содержат углерод (которые охватываются органической химией), но это определение не совсем точное, согласно ACS.

Некоторые соединения, изучаемые в неорганической химии, такие как «металлоорганические соединения», содержат металлы, которые связаны с углеродом - основным элементом, изучаемым в органической химии.Таким образом, такие соединения считаются частью обеих областей.

Неорганическая химия используется для создания разнообразных продуктов, включая краски, удобрения и солнцезащитные кремы.

Органическая химия занимается химическими соединениями, содержащими углерод - элемент, который считается необходимым для жизни. Химики-органики изучают состав, структуру, свойства и реакции таких соединений, которые наряду с углеродом содержат другие неуглеродные элементы, такие как водород, сера и кремний.Органическая химия используется во многих областях, как описано в ACS, таких как биотехнология, нефтяная промышленность, фармацевтика и пластмассы.

Физическая химия использует концепции физики, чтобы понять, как работает химия. Например, выяснить, как атомы движутся и взаимодействуют друг с другом, или почему некоторые жидкости, включая воду, превращаются в пар при высоких температурах. Физические химики пытаются понять эти явления в очень малом масштабе - на уровне атомов и молекул - чтобы сделать выводы о том, как работают химические реакции и что придает конкретным материалам их уникальные свойства.

Согласно ACS, этот тип исследований помогает информировать другие отрасли химии и важен для разработки продуктов. Например, физико-химики могут изучать, как определенные материалы, такие как пластик, могут реагировать с химическими веществами, с которыми материал предназначен для контакта.

Чем занимаются химики?

Химики работают в различных областях, включая исследования и разработки, контроль качества, производство, защиту окружающей среды, консалтинг и право. Согласно ACS, они могут работать в университетах, в правительстве или в частном секторе.

Вот несколько примеров того, чем занимаются химики:

Исследования и разработки

В академических кругах химики, выполняющие исследования, стремятся получить дополнительные знания по определенной теме и не обязательно имеют в виду конкретное приложение. Однако их результаты все еще могут быть применены к соответствующим продуктам и приложениям.

В промышленности химики, занимающиеся исследованиями и разработками, используют научные знания для разработки или улучшения конкретного продукта или процесса.Например, пищевые химики улучшают качество, безопасность, хранение и вкус продуктов; химики-фармацевты разрабатывают и анализируют качество лекарств и других лекарственных форм; а агрохимики разрабатывают удобрения, инсектициды и гербициды, необходимые для крупномасштабного растениеводства.

Иногда исследования и разработки могут включать не улучшение самого продукта, а скорее производственный процесс, связанный с его изготовлением. Инженеры-химики и инженеры-технологи придумывают новые способы упростить производство своей продукции и сделать ее более рентабельной, например, увеличить скорость и / или выход продукта при заданном бюджете.

Охрана окружающей среды

Химики-экологи изучают, как химические вещества взаимодействуют с окружающей средой, характеризуя химические вещества и химические реакции, присутствующие в естественных процессах в почве, воде и воздухе. Например, ученые могут собирать почву, воду или воздух в интересующем месте и анализировать их в лаборатории, чтобы определить, загрязнила ли деятельность человека окружающую среду или повлияет ли на нее иным образом. Некоторые химики-экологи также могут помочь восстановить или удалить загрязнители из почвы, по словам У.С. Бюро статистики труда.

Связано: Почему удобрения опасны (инфографика)

Ученые с опытом работы в области химии окружающей среды могут также работать в качестве консультантов в различных организациях, таких как химические компании или консалтинговые фирмы, предоставляя рекомендации о том, как можно выполнять практические действия и процедуры. соответствие экологическим нормам.

Закон

Химики могут использовать свое академическое образование, чтобы давать советы или защищать научные вопросы.Например, химики могут работать в сфере интеллектуальной собственности, где они могут применять свои научные знания к вопросам авторского права в науке, или в области экологического права, где они могут представлять группы с особыми интересами и подавать заявки на одобрение регулирующих органов до того, как начнется определенная деятельность.

Химики также могут выполнять анализы, помогающие правоохранительным органам. Судебные химики собирают и анализируют вещественные доказательства, оставленные на месте преступления, чтобы помочь установить личности причастных к делу людей, а также ответить на другие жизненно важные вопросы о том, как и почему было совершено преступление.Судебные химики используют широкий спектр методов анализа, таких как хроматография и спектрометрия, которые помогают идентифицировать и количественно определять химические вещества.

Дополнительные ресурсы:

ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЮ

Химия - это отрасль науки, изучающая состав и свойства вещества, а также изменения, которым оно претерпевает. Химия - это гораздо больше, чем набор фактов и совокупности знаний. Все дело в материи, то есть всем, что имеет массу и занимает пространство.

Химию иногда называют «центральной наукой», потому что она связывает друг с другом другие естественные науки, такие как физика, геология и биология.

Этимология слова «химия» вызывает много споров.Происхождение химии можно проследить до определенных практик, известных как алхимия, которые практиковались на протяжении нескольких тысячелетий в различных частях мира, особенно на Ближнем Востоке.

Слово химия происходит от слова алхимия , более раннего набора практик, которые включали элементы химии, металлургии, философии, астрологии, астрономии, мистицизма и медицины; это обычно рассматривается как стремление превратить свинец или другой обычный исходный материал в золото.Алхимия, которая практиковалась около 330 г., - это изучение состава воды, движения, роста, воплощения, развоплощения, извлечения духов из тел и связывания духов в телах (Зосим). Алхимика в просторечии называли «химиком», и позже к этому слову был добавлен суффикс «-ry», чтобы описать искусство химика как «химия».

Оглядываясь назад, можно сказать, что определение химии со временем изменилось, так как новые открытия и теории увеличивали функциональность науки.Термин «химия», по мнению известного ученого Роберта Бойля в 1661 году, означал предмет материальных принципов смешанных тел. В 1663 году «химия» означала научное искусство, с помощью которого человек учится растворять тела и извлекать из них различные вещества, входящие в их состав, а также как снова объединять их и возносить их к более высокому совершенству - это определение использовалось химик Кристофер Глейзер.

Определение слова «химия» 1730 года, которое использовал Георг Эрнст Шталь, означало искусство разделения смешанных, составных или агрегатных тел на их принципы; и составления таких органов на основе этих принципов.В 1837 году Жан-Батист Дюма считал, что слово «химия» относится к науке, связанной с законами и эффектами молекулярных сил. Это определение продолжало развиваться, пока в 1947 году оно не стало означать науку о веществах: их структуру, их свойства и реакции, которые превращают их в другие вещества - характеристика, принятая Линусом Полингом. Совсем недавно, в 1998 году, определение «химия» было расширено до обозначения изучения материи и изменений, которым она претерпевает, как сформулировал профессор Раймонд Чанг.

Химия как наука была сформирована к концу 18 века французским химиком Антуан Лавуазье , который считается «отцом современной химии».

Общая область химии настолько огромна, что изначально была разделена на несколько основных дисциплин. Но сейчас существует огромное количество совпадений между различными областями химии, как и между различными науками.

Вот традиционные отрасли химии:

Аналитическая химия - это анализ образцов материалов, позволяющий понять их химический состав и структуру.Аналитическая химия включает стандартизированные экспериментальные методы в химии. Эти методы могут использоваться во всех разделах химии, за исключением чисто теоретической химии.

Биохимия - это исследование химических веществ, химических реакций и химических взаимодействий, происходящих в живых организмах. Биохимия и органическая химия тесно связаны, как в медицинской химии или нейрохимии. Биохимия также связана с молекулярной биологией и генетикой.

Неорганическая химия - это исследование свойств и реакций неорганических соединений. Различие между органическими и неорганическими дисциплинами не является абсолютным, и они во многом пересекаются, особенно это касается суб-дисциплины металлоорганической химии.

Органическая химия - это исследование структуры, свойств, состава, механизмов и реакций органических соединений. Органическое соединение определяется как любое соединение на основе углеродного скелета.

Физическая химия - это изучение физических и фундаментальных основ химических систем и процессов. В частности, для физиков-химиков интересны энергетика и динамика таких систем и процессов. Важные области исследования включают химическую термодинамику, химическую кинетику, электрохимию, статистическую механику, спектроскопию и, в последнее время, астрохимию.

Химия окружающей среды - это исследование источников, реакций, переноса, эффектов и судьбы химических веществ в воздухе, почве и водной среде; и влияние человеческой деятельности и биологической активности на них.

Другие дисциплины в химии традиционно сгруппированы по типу изучаемого вопроса или виду изучения. К ним относятся неорганическая химия, изучение неорганических веществ; органическая химия, изучение органического (углеродного) вещества; биохимия, изучение веществ, содержащихся в биологических организмах; физическая химия, изучение химических процессов с использованием таких физических понятий, как термодинамика и квантовая механика; и аналитическая химия, анализ образцов материалов для понимания их химического состава и структуры.

В последние годы появилось много более специализированных дисциплин, например нейрохимия, химические исследования нервной системы.

:

Описание курсов | Химия | Иллинойский университет в Чикаго

химия | Определение, темы и история

Химия , наука, изучающая свойства, состав и структуру веществ (определяемых как элементы и соединения), превращения, которым они подвергаются, и энергию, которая выделяется или поглощается во время этих процессов. Каждое вещество, будь то природное или искусственно созданное, состоит из одного или нескольких из ста с лишним видов атомов, которые были идентифицированы как элементы. Хотя эти атомы, в свою очередь, состоят из более элементарных частиц, они являются основными строительными блоками химических веществ; нет кислорода, ртути или золота, например, меньше, чем атом этого вещества.Поэтому химия занимается не субатомной областью, а свойствами атомов и законами, управляющими их комбинациями, и тем, как знание этих свойств может быть использовано для достижения определенных целей.

Популярные вопросы

Что такое химия?

Химия - это отрасль науки, изучающая свойства, состав и структуру элементов и соединений, то, как они могут изменяться, а также энергию, которая выделяется или поглощается при их изменении.

Как связаны химия и биология?

Химия изучает вещества, то есть элементы и соединения, а биология изучает живые существа.Однако эти две области науки встречаются в дисциплине биохимии, которая изучает вещества в живых существах и то, как они изменяются в организме.

Большой задачей в химии является разработка последовательного объяснения сложного поведения материалов, почему они выглядят такими, как они есть, что придает им долговечные свойства и как взаимодействия между различными веществами могут приводить к образованию новых веществ и разрушение старых. С самых первых попыток понять материальный мир в рациональных терминах химики изо всех сил пытались разработать теории материи, которые удовлетворительно объясняли бы как постоянство, так и изменение.Упорядоченная сборка неразрушимых атомов в маленькие и большие молекулы или расширенные сети перемешанных атомов обычно считается основой постоянства, в то время как реорганизация атомов или молекул в различные структуры лежит в основе теорий изменений. Таким образом, химия включает изучение атомного состава и структурной архитектуры веществ, а также различных взаимодействий между веществами, которые могут привести к внезапным, часто бурным реакциям.

Химия также занимается использованием природных веществ и созданием искусственных.Кулинария, ферментация, производство стекла и металлургия - все это химические процессы, восходящие к истокам цивилизации. Сегодня винил, тефлон, жидкие кристаллы, полупроводники и сверхпроводники представляют собой плоды химической технологии. В 20-м веке произошел значительный прогресс в понимании удивительной и сложной химии живых организмов, и молекулярная интерпретация здоровья и болезней открывает большие перспективы. Современная химия, опираясь на все более совершенные инструменты, изучает материалы размером с отдельные атомы и такие большие и сложные, как ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), которая содержит миллионы атомов.Можно даже разработать новые вещества, которые обладают желаемыми характеристиками, а затем синтезировать. Скорость, с которой продолжают накапливаться химические знания, впечатляет. С течением времени было охарактеризовано и произведено более 8 000 000 различных химических веществ, как природных, так и искусственных. Еще в 1965 году их было меньше 500 000.

С интеллектуальными проблемами химии тесно связаны проблемы, связанные с промышленностью. В середине XIX века немецкий химик Юстус фон Либих заметил, что богатство нации можно измерить по количеству производимой серной кислоты.Эта кислота, необходимая для многих производственных процессов, остается сегодня ведущим химическим продуктом в промышленно развитых странах. Как признал Либих, страна, производящая большое количество серной кислоты, - это страна с сильной химической промышленностью и сильной экономикой в ​​целом. Производство, распространение и использование широкого спектра химических продуктов характерно для всех высокоразвитых стран. Фактически, можно сказать, что «железный век» цивилизации сменяется «полимерным веком», поскольку в некоторых странах общий объем производимых полимеров превышает объем железа.

Область химии

Давно прошли те дни, когда один человек мог надеяться получить детальные знания во всех областях химии. Те, кто преследует свои интересы в определенных областях химии, общаются с другими людьми, разделяющими те же интересы. Со временем группа химиков со специализированными исследовательскими интересами становится членами-основателями области специализации. Области специализации, возникшие в начале истории химии, такие как органическая, неорганическая, физическая, аналитическая и промышленная химия, а также биохимия, по-прежнему представляют наибольший общий интерес.Однако в XX веке произошел значительный рост в области полимерной, экологической и медицинской химии. Более того, продолжают появляться новые специальности, например, пестициды, судебная медицина, компьютерная химия.

Инициирование, распространение, прекращение - Master Organic Chemistry

Инициирование, распространение и прекращение свободных радикальных реакций

В предыдущем посте о реакциях замещения свободных радикалов мы говорили о том, почему в свободнорадикальных реакциях требуются тепло или свет. В этом посте мы рассмотрим механизм реакции свободнорадикального замещения, который имеет три основных типа этапов: инициирование, распространение и завершение.

Содержание

1. Механизм замещения свободных радикалов в алкане Cl ₂
2. Этап, на котором наблюдается чистое увеличение количества свободных радикалов, называется «инициированием»
3. A Этап, на котором нет чистой прибыли или потери свободных радикалов, называется «распространением». Чистое снижение количества свободных радикалов называется «прекращением».
4. Полный механизм замещения алкана свободными радикалами
5. Резюме: Реакции замещения свободных радикалов
6. Примечания
7. (Расширенный) Ссылки и дополнительная литература

1.Механизм замещения алкана на свободные радикалы с помощью Cl ₂

Вы, возможно, помните, что видели эту реакцию в предыдущем посте - это свободнорадикальное хлорирование метана с помощью Cl ₂ .

Это замена углерода, потому что связь C-H разрывается и образуется новая связь C-Cl. Побочный продукт - HCl.

Теперь, когда мы знаем немного больше о том, что такое свободные радикалы и их ключевые свойства, сегодня мы ответим: «, как работает эта реакция? “.

Мы собираемся пройти ключевые этапы этой реакции и узнать, что они состоят из трех ключевых фаз: инициирование , завершение и распространение .

2. Этап, на котором происходит чистое увеличение количества свободных радикалов, называется «инициированием».

Свободнорадикальные реакции обычно требуют воздействия тепла или света. Это потому, что любой из этих источников энергии может привести к гомолитическому разрыву относительно слабых связей, таких как Cl-Cl, с образованием свободных радикалов [i.е. Cl •]

Каждая свободнорадикальная реакция начинается со стадии образования свободных радикалов, и по этой причине эта начальная стадия называется инициацией .

Вот уравнение для этого шага инициации. Следует отметить два момента:

1. Реакция является равновесной - в любой момент времени присутствует только небольшая концентрация свободных радикалов (но этого будет достаточно, как мы увидим)
2. Обратите внимание, что существует чистых увеличение количества свободных радикалов в этой реакции.Мы переходим от ноль (в реагентах) к два (в продуктах).

3. Этап, на котором нет чистой прибыли или потери свободных радикалов, называется «распространением»

Наш субстрат (CH ₄ в нашем примере) задействуется только после того, как появятся свободные радикалы. . Хлорные радикалы обладают высокой реакционной способностью и могут соединяться с водородом из метана, давая метильный радикал, • CH ₃

Если вы посчитаете количество свободных радикалов в этом уравнении, вы заметите, что один в реагентах и один в продуктах.Таким образом, на нет чистого увеличения количества свободных радикалов.

Этот тип шага называется «распространение».

Если вы ведете счет, к этому моменту вы должны быть в состоянии увидеть, что до завершения нашей реакции остается сформировать только одну связь. Все, что нам нужно сделать, это сформировать связь C – Cl.

4. Остерегайтесь этой распространенной ошибки при построении свободных радикалов

Именно здесь легко допустить небольшую ошибку. Учитывая, что на стадии инициирования образуются два радикала хлора, может показаться, что естественным образом объединить метильный радикал и радикал хлора с образованием CH ₃ -Cl.Правильно?????

Неееет!

Обратите внимание, что количество свободных радикалов уменьшилось на , здесь , а не , а осталось прежним. Это не может быть пропагандой! (На самом деле это увольнение, о чем мы поговорим через минуту).