16828 0

Поради факта, че когато описваме елементите, те се разделят на групи с различни орбитали, нека съвсем накратко припомним същността на това понятие.

Според модела на атома на Бор, електроните се въртят около ядрото в кръгови орбитали (обвивки). Всяка обвивка има строго определено енергийно ниво и се характеризира с определено квантово число. В природата са възможни само определени електронни енергии, тоест дискретни (квантувани) орбитални енергии („разрешени“). Теорията на Бор определя електронните обвивки K, L, M, N и по-нататък в реда на латинската азбука, в съответствие с нарастващото енергийно ниво на обвивките, главно квантово число n, равно на 1, 2, 3, 4 и т.н. Впоследствие се оказа, че електронните обвивки са разделени на подобвивки и всяка се характеризира с определено квантово енергийно ниво, характеризиращо се с орбитално квантово число l.

Според принцип на несигурностХайзенберг, е невъзможно да се определи точно местоположението на електрона във всеки даден момент. Можете обаче да посочите вероятността това да се случи. Областта от пространството, в която вероятността за намиране на електрон е най-висока, се нарича орбитала. Електроните могат да заемат 4 орбитали от различен тип, които се наричат ​​s- (остри), p- (главни), d- (дифузни) и f- (фундаментални) орбитали. Преди това тези букви обозначаваха спектралните линии на водорода, но в момента те се използват само като символи, без декодиране.

Орбиталите могат да бъдат представени като триизмерни повърхности. Обикновено регионите на пространството, ограничени от тези повърхности, са избрани така, че вероятността за откриване на електрон в тях е 95%. Схематично представяне на орбиталите е показано на фиг. 1.

Ориз. 1.

S-орбиталата има сферична форма, p-орбиталата има формата на дъмбел, d-опбиталата има формата на две дъмбели, пресичащи се в две нодални взаимно перпендикулярни равнини, s-подчерупката се състои от една s-орбитала, p-subshell има 3 p-orbitals, d-subshell - от 5 d-orbitals.

Ако не се прилага магнитно поле, всички орбитали на една подчерупка ще имат еднаква енергия; в този случай те се наричат ​​изродени. Във външно магнитно поле обаче подчерупките се разделят (ефект на Зееман). Този ефект е възможен за всички орбитали с изключение на s-орбиталата. Характеризира се магнитно квантово число t. Ефектът на Zeeman се използва в съвременните атомно-абсорбционни спектрофотометри (AASP), за да се увеличи тяхната чувствителност и да се намали границата на откриване при елементен анализ.

За биологията и медицината е важно орбитали с еднаква симетрия, тоест с еднакви числа l и m, но с различна стойност на главното квантово число (например орбитали 1s, 2s, 3s, 4s), се различават по своя относителен размер. Обемът на вътрешното пространство на електронните орбитали е по-голям за атоми с голяма стойност на n. Увеличаването на обема на орбитата е придружено от нейното разхлабване. По време на образуването на комплекси размерът на атома играе важна роля, тъй като определя структурата на координационните съединения. В табл Фигура 1 показва връзката между броя на електроните и главното квантово число.

Таблица 1. Брой електрони при различни стойности на квантово число n

В допълнение към трите посочени квантови числа, които характеризират свойствата на електроните на всеки атом, има още едно - спиново квантово число с , характеризиращи не само електроните, но и атомните ядра.

Медицинска бионеорганика. Г.К. Баръшков

Красота скрита от нас

За всеки си е красиво.
Цицерон

Кои сме „ние“ и какво крият от нас? Ще говорим за химици, но това важи за всички. По време на нашето пътуване ще ни е необходим пътеводител или карта на района, за да стигнем бързо до скритата цел. Химикът винаги има под ръка такова ръководство - това е периодичната таблица. По-нататъшната история ще стане много по-интересна, ако имате тази маса под ръка.

Представете си, че сте срещнали интересен човек, от когото постоянно научавате необичайна и интересна информация. Първоначално ще бъде достатъчно да получите интересна информация, но постепенно ще се заинтересувате от самия този човек. Ще искате да знаете неговите вкусове, възгледи, привързаности, как живее.

В нашата статия електроните предоставят информация. Именно те (предимно валентните електрони) определят поведението на веществата, образувани от химични елементи и безкрайното разнообразие от техните химични трансформации. Нека разгледаме условията, при които живеят електроните. Не може да се каже, че някой крие от нас архитектурата на дома си, но малко хора знаят истинската картина.

Природата е отличен дизайнер

Спомнете си, че областта от пространството, заета от електрон в атом или молекула, се нарича орбитала. Не само самата концепция за орбиталите стана позната и дори популярна, но и техният външен вид, който понякога може да се види на кориците на книгите. Например, на корицата на един от училищните учебници по химия има диаграма на водна молекула, а подобен график е диаграма на молекула метан (фиг. 1).

И двата дизайна са много привлекателни. Орбиталите, разположени вътре в тетраедъра, наподобяващи удължени балони, са в контакт със сферичните орбитали.

В молекулата на метана има молекулни орбитали, но ние ще се съсредоточим върху по-прости обекти - атомни орбитали. Къде се намират електроните в изолирани атоми, които не са свързани с химични връзки? След като се възхитихме на показаните снимки, нека оставим емоциите настрана и добавим тъжна бележка - истинските молекулярни орбитали в метана са доста забележимо различни на външен вид от това, което е показано на повечето снимки. Ще поговорим защо това се случи малко по-късно.

Какви са всъщност?

И така, електронът се движи в атом около ядрото не по фиксирана линия - орбита, а заема определена област от пространството. Преди това използваха термина „орбита“, но постепенно стигнаха до идеята, че орбита (от лат. орбита– track) е линия в пространството. Например нашата планета се движи около Слънцето по орбитата на Земята. Областта, в която се намира електрон, не е линия, а определена обемна част от пространството, поради което започва да се използва терминът „орбитала“. Уникалността на понятието „орбитала“ е, че тази част от пространството няма ясни граници, тя е замъглена. Например, електрон във водороден атом (фиг. 2а) може с известна вероятност да бъде или много близо до ядрото, или на значително разстояние (точките, показващи произволното местоположение на електрона, са по-плътни в определен регион) .

Има област от пространството, където е най-вероятно да се намери електронът. За по-голяма яснота орбиталата е ограничена до повърхност, която очертава областта от пространството, където вероятността за поява на електрон е най-голяма, с други думи, където електронната плътност е максимална (фиг. 2b). Така че орбиталата трябва да се възприема като вид обемно тяло, вътре в което се намира електронът с вероятност от 95%.

Електронната орбитала на водородния атом има сферична (сферична) форма, следователно електронната плътност в посоката на всяка ос на триизмерните координати е еднаква (фиг. 3). Това е т.нар с- орбитален.

Към днешна дата са описани пет вида орбитали: с, стр, г, еИ ж.Имената на първите три са формирани исторически, след това е избран азбучният принцип, така че тези букви не носят никакво скрито значение. Орбиталите съществуват независимо дали съдържат електрони (заети орбитали) или отсъстват (вакантни орбитали). Интересно е, че атомът на всеки елемент, като се започне от водорода и се стигне до последния получен днес елемент, има пълен набор от всички орбитали на всички енергийни нива, а запълването им с електрони става с увеличаване на атомния номер на елемента, т.е. заряд на ядрото на атома.

Атомът на всеки химичен елемент съдържа с-орбитали, с по една такава на всяко енергийно ниво орбитали. Всички те са със сферична форма, но тук природата е подготвила изненада. Ако на първо енергийно ниво с-орбитала е твърдо тяло, след това на втората е сфера в сфера, а на третата има три сфери, вложени една в друга (фиг. 4).

По този начин числото на енергийното ниво е кодирано в с-орбитали, използващи броя на вътрешните слоеве (напомнящи скрит баркод). Какъв е физическият смисъл на многослойна структура? Факт е, че в пролуките между сферичните слоеве електроните се появяват изключително рядко, с други думи, в тези пролуки електронната плътност е изключително ниска. По-рано беше казано, че орбиталата е изобразена с помощта на областта на пространството, където електронната плътност е максимална, следователно местата с ниска плътност са празнини.

Между другото, третото енергийно ниво започва да се запълва в елементите на третия период на периодичната система (второто ниво - в елементите на втория период, четвъртото ниво - в елементите на четвъртия период и т.н. ). Така природата е шифровала една и съща информация два пъти - в броя на периодите и в броя на слоевете с-орбитали.

Освен това с-съществуват и орбитали Р-орбитали. Три такива орбитали се появяват за първи път на второ енергийно ниво. На всяко следващо ниво също винаги има три от тях. Както и да се обадят Р-орбитални - както с двулопатни перки, така и с дъмбели; Сега е установено името „обемни осмици“. И трите орбитали са идентични на външен вид, но са ориентирани по различен начин в пространството. Тяхната максимална електронна плътност е концентрирана по една от трите координатни оси - х, гили z(фиг. 5). Точно така изглежда областта на най-вероятното местоположение на електрона, когато той се установи Р-орбитали.

Тези орбитали са изобразени по този начин във всички учебници. Интересно е, че истинската форма на тези орбитали (фиг. 6) се различава значително от общоприетата (виж фиг. 5).

Изобщо не изглеждат като продълговати капки, а по-скоро приличат на кокове или копчета. Именно в тези орбитали се намират електроните в елементите от втория период на периодичната таблица, започвайки с бор и завършвайки с неон. Съвсем логично е тези елементи да се наричат Р- елементи. Обикновено в таблицата на Д. И. Менделеев Р-елементите са подчертани със специален цвят. На третото енергийно ниво също има Р-орбитали, но те са малко по-различни на външен вид от техните „роднини“, живеещи на „втория етаж“ (фиг. 7). U 3 Р-орбитали се появява "пола", целият дизайн е подобен на антична настолна лампа, само привидно двойна. Тези орбитали постепенно се запълват с електрони от алуминий до аргон, те също се наричат Р- елементи. В периодичната таблица те имат точно същия цвят като Р-елементи от втория период.

При преминаване към четвъртото енергийно ниво „полата“ става по-сложна, сега това са типични шампиньони (фиг. 8), но някои учени с развито въображение ги наричат ​​медузи.

Така че, когато преминавате към всяко следващо ниво, не само външният вид се променя с-орбитали, придобиващи многослойна структура, но също Р-орбитали, при които стеснената част се усложнява. Как учените успяха да видят и изобразят такива необичайни форми? Това е резултат от изчисления, извършени с помощта на методи на квантовата химия. Съответствието на изчисленията с реалността се потвърждава от структурни проучвания.

Защо са толкова изкривени? Р-орбитали, изобразени в книгите? Тук няма злонамереност, това е резултат от опростачване. За да се обяснят възникващите взаимодействия, е напълно достатъчно да се посочи пространственото разположение на орбиталите и техните приблизителни очертания. Освен това капкообразната форма е много по-лесна за изобразяване и с нейна помощ е по-удобно да се предаде припокриването на орбиталите, което се получава при образуването на химически връзки. Да вземем един по-близък до нас пример. Когато пишем уравнение на реакцията, ние представяме атомите с помощта на символи на химически елементи. В същото време не изобразяваме всички електрони близо до всеки от тях и не посочваме кой от електроните Р, коя тогава - с. В повечето случаи това не е задължително. Ако възникне такава необходимост, тогава, например, двойка електрони се въвежда в реакционната схема за осъществяване на ковалентна връзка.

Истинските форми на орбиталите обаче са важни и се вземат предвид при сложни изчисления, които отчитат пространствените взаимодействия на орбиталите.

Само редки ентусиасти се заемат с тази трудна работа. Благодарение на техните усилия можем да видим как изглежда всичко в действителност и в същото време да оценим странната фантазия на Природата.

Всеки предпочита своите орбитали

Ако формата Р-орбиталите най-често се обсъждат в учебниците по органична химия, след това следните д-орбиталите са любима тема в координационната химия, която изследва свойствата на комплексните съединения. Тези орбитали се появяват на третото енергийно ниво. На това и всяко следващо ниво винаги има пет от тях. д-Орбиталите започват да се заселват от електрони от елементи от четвъртия период, така наречените преходни елементи (по-често наричани
д-елементи), започвайки със скандий и завършвайки с цинк. В периодичната таблица д-елементите са боядисани в цвят, различен от с- И Р- елементи. Форма д-орбиталите са малко по-сложни от тези на Р-орбитали. Четири д-орбиталите имат еднакъв вид (витло с четири лопатки, по-точно четири капки, разположени на кръст), но са ориентирани в пространството по различен начин. Пето д-орбиталата има необичайна форма - триизмерна осмица, пронизана през тор или, както се казва в ежедневието, поничка. Обикновено в книгите по координационна химия тези орбитали са изобразени, както е показано на фиг. 9.

всичко д-орбиталите обикновено се изобразяват по този начин, независимо от кое ниво принадлежат. Най-интересното е, че показано на фиг. 9, изображението почти не се различава от истинското, но това се отнася само за орбиталите от трето ниво (фиг. 10).

В петия период настъпва пълнене д-орбитали на четвърто енергийно ниво, в резултат се появяват нови д-елементи, от итрий до кадмий, в таблицата са оцветени точно както д-елементи от предходния период. Цялата предишна история ни подготви за факта, че появата 4 д-орбиталите ще бъдат малко по-различни от 3 д-орбитали. Това всъщност е така (фиг. 11). Капковидната форма отстъпва място на гъбовидна и се появява нещо като допълнителни крака. За подобни 5 д-орбиталите започват да утаяват електрони д-елементи от шестия период, т.е. в лантан и по-нататък от хафний до живак.

Сега вече не изглежда изненадващо, че д-орбиталите на петото енергийно ниво имат още по-сложна форма (фиг. 12).

Ако е необходимо само едно тяхно опростено изображение и чисто качествено обсъждане на формата, тогава можем условно да приемем, че всички разгледани д-орбиталите имат формата, показана на фиг. 10. Имаме приятна възможност да видим как изглежда всичко в действителност, благодарение на усилията на учен от университета в Шефилд Марк Уинтър.

Не всички го видяха

На четвъртото енергийно ниво се появяват седем е-орбитали, като на всяко следващо ниво те винаги са седем. Те започват да се заселват от електрони от елементи, наречени лантаниди (наричани още f-елементи), започвайки с церий и завършвайки с лутеций. Техните клетки в периодичната таблица също са оцветени в специален цвят. Ако всички споменати по-рано орбитали могат да се видят под една или друга форма в различни книги, тогава външният вид е-Малко хора са запознати с орбиталите. Междувременно, чисто външно, те напълно заслужават не само да се появят на страниците на книгата, но и да украсят корицата, но преценете сами (фиг. 13).

В следващия период от периодичната таблица естествено се появяват нови. f-елементите, от торий до лауренций, имат формата е-орбитали е още по-необичайно; между два големи тора (понички) се появява намален пръстен (фиг. 14).

Изглежда, че пространственото въображение на природата трябва да бъде изчерпано, но тогава ни очакват още по-сложни дизайни.

Най-добрата фантазия на природата

Отзад е-орбиталите следват девет g-орбитали. Те се появяват на следващото (пето) енергийно ниво, т.е. в пълно съответствие с установения ред - всяко ново ниво носи със себе си нов тип орбитали. По-рано беше казано, че всеки атом има пълен набор от всички орбитали, като се започне с водорода. Но за да може един електрон да се установи на определена горна орбитала, всички предишни орбитали трябва да бъдат запълнени (по-подробно в: Химия, 2000, № 22. Химични елементи. Постижения и перспективи). Все още не можем да назовем онези елементи, които съдържат електрони g-орбитали, такива елементи все още не са получени. Изчисленията показват, че за първи път електрон може да бъде поставен на тази орбитала при химически елемент № 125. Чакането обаче най-вероятно не е толкова дълго, днес вече е получен елемент № 118. Серията ще започне с елемент № 125 g-елементи (всеки следващ ще добавя по един електрон на g-орбитали), тези елементи ще бъдат фундаментално нови; те нямат аналози в цялата предишна периодична таблица. Те не са толкова лесни за получаване, но ще бъде още по-трудно да се изследват техните свойства, тъй като те най-вероятно ще бъдат краткотрайни радиоактивни елементи. Без да чакаме момента, в който са получени, вече можем да се възхищаваме на външния вид g-орбитали (фиг. 15).

Трудно е дори да си представим, че природата е предоставила на електроните толкова странни области на тяхното най-вероятно местоположение. Не е лесно да се намерят реални изображения, с които да се сравнят тези орбитали. Осем необичайни конгломерата, наподобяващи гроздове от грах и кафеени зърна, и всичко това е покрито от космически кораб, сглобен от пет тора с различни размери, пробити от две капковидни тела. Всички тези девет орбитали са разположени по неразбираем начин около едно атомно ядро, без да си пречат една на друга. Въображението ни не е в състояние да си представи подобно нещо, защото тук важат други правила – законите на квантовата механика. Разбира се, нашето въображение губи в конкуренцията с такава реалност.

Не точно, но разбираемо

Нека се върнем отново към метановата молекула CH4, показана от дясната страна на фиг. 1. Въглеродният атом, подобно на всички следващи елементи, има четири орбитали на второ енергийно ниво (една си три Р). Освен това въглеродът има четири валентни електрона, два от които са разположени на с-орбитали и още един електрон на две Р-орбитали (фиг. 16, долу вляво), трети Р-въглеродната орбитала не е заета.

В момента, когато въглероден атом образува четири химични връзки с четири водородни атома, и четирите орбитали изглежда се сливат, образувайки хибридни орбитали (фиг. 16, горе вдясно), които са оформени като асиметрични триизмерни осмици (голяма капка и малка опашка). За да посочат от какво са направени хибридните орбитали, те обикновено пишат -
sp 3-орбитали, т.е. получени от един с-и три Р-орбитали (колкото орбитали участват в образуването на хибриди, толкова се получават хибридни орбитали).

Такива снимки могат да се видят във всички учебници по органична химия, а истинският вид на хибридите е показан на фиг. 17. За да се покаже по-ясно формата им, хибридните орбитали бяха изобразени на известно разстояние една от друга (фиг. 17, вляво). За да видите цялата картина в действителност, тези орбитали трябва да се комбинират в пространството, така че четирите бели точки да съвпаднат (там се намира въглеродното ядро). Резултатът е показан на фиг. 17, точно.

Освен това тези четири орбитали, насочени към върховете на въображаем тетраедър, се припокриват със сферичните орбитали на четири водородни атома, което съответства на образуването на четири химични връзки (виж фиг. 1). Тук възникват чисто графични трудности - ако доближите четири сфери до фигура, състояща се от „слепващи се“ сферични обеми (вижте фиг. 17, вдясно), тогава няма да можете да различите нищо в такава картина. Всичко изглежда много по-ясно, ако хибридните орбитали са умишлено разтегнати (виж фиг. 16). По този начин истинската форма на орбиталите непрекъснато се изкривява в името на яснотата и е трудно да се възрази нещо тук, обаче, за любителите на точността на фиг. 17 ще ви помогне мислено да си представите как изглежда всичко в действителност.

Орбитали – извор на творчество

Ако химиците обикновено не отиват по-далеч в разсъжденията си д-орбитали, е-И g-те се интересуват по-малко от орбиталите, тогава хората от други професии бързо обърнаха внимание на последните две групи, главно поради тяхната изключителна архитектурна привлекателност. Художници-приложници, дизайнери, конструктори и декоратори оцениха въображението на природата, което предлага много нестандартни мотиви, надминаващи творческата измислица. Майсторите на ювелирното изкуство намериха такива предмети за много интересни за създаване на съвременни бижута въз основа на тях (фиг. 18).

Художниците, създаващи образци на мебели, обувки и домакински уреди, не могат да пренебрегнат тези популярни изображения. Сега орбиталите могат да се видят и на градски емблеми, д-орбиталите са представени на една от пацифистките емблеми и Р-орбиталите отдавна служат като модел при производството на пясъчни часовници (фиг. 19).

Орбиталният дизайн изглежда особено добре в архитектурата, където украсява подпори на мостове и телевизионни кули. Между другото, формулярите g-орбиталите учудващо точно отговарят на идеалните параметри на релейните антени (фиг. 20).

Цялото това артистично движение, наречено орбитален дизайн, допълнително привлича купувачи и клиенти с примамливата звучност на новия термин.

Какво е сериозно и какво с усмивка?

Появата на всички показани орбитали, въпреки донякъде фантастичния им характер, е резултат от прецизни изчисления и е напълно вярна. Даваме възможност на читателите сами да преценят колко сериозно е направлението в художественото творчество с общото наименование „орбитален дизайн“. В химията е доста обичайно да се намери комбинация от сериозни и хумористични теми, представени заедно. В предишните години априлските броеве на вестник „Химия“ редовно публикуваха различни материали от този род. От тези публикации може да се научи: как да се предскаже съдбата с помощта на периодичната таблица, какви периодични таблици съществуват за фармацевти, гастрономи и любители на различни напитки, възможно ли е да се използва полимерна химия, за да се направи процедурата по приемане на лекарства изключително приятна, как да станете известни в химията, характеристики на живата комуникация между химици и много други.

Атомна орбитала- едноелектронна вълнова функция, получена чрез решаване на уравнението на Шрьодингер за даден атом; се дава от: главно n, орбитално l и магнитно m - квантови числа. Единичният електрон на водороден атом образува сферична орбитала около ядрото - сферичен електронен облак, като хлабаво навита топка от пухкава вълна или памучна топка.

Учените са се съгласили да наричат ​​сферичната атомна орбитала s орбитала. Той е най-стабилен и се намира доста близо до ядрото. Колкото по-голяма е енергията на електрона в атома, толкова по-бързо се върти, толкова повече се разтяга зоната на пребиваване и накрая се превръща във форма на дъмбел р-орбитала:

Орбитална хибридизация- хипотетичен процес на смесване на различни (s, p, d, f) орбитали на централния атом на многоатомна молекула с появата на идентични орбитали, които са еквивалентни по своите характеристики.

5.Тетраедричен модел на въглеродния атом. Теория на структурата на Бутлеров

Теорията за химическата структура на органичните вещества е формулирана от А. М. Бутлеров през 1861 г.

Основни положения теория на структуратасе свеждат до следното:

1) в молекулите атомите са свързани помежду си в определена последователност в съответствие с тяхната валентност. Редът, в който се свързват атомите, се нарича химична структура;

2) свойствата на веществото зависят не само от това кои атоми и в какво количество са включени в неговата молекула, но и от реда, в който са свързани помежду си, т.е. от химическата структура на молекулата;

3) атоми или групи от атоми, които образуват една молекула, взаимно си влияят.

Основните идеи за химическата структура, заложени от Бутлеров, са допълнени от Вант Хоф и Ле Бел (1874), които развиват идеята за пространственото разположение на атомите в органична молекула. ин-ва и повдигна въпроса за пространствената конфигурация и конформация на молекулите. Работата на Вант Хоф бележи началото на посоката на орг. Химия - стереохимия - изследване на пространствената структура Ван'т Хоф предлага тетраедричен модел на въглеродния атом - четирите валенции на атома във въглерода в метана са насочени към четирите ъгъла на тетраедъра, в центъра на който има въглероден атом, а във върховете са водородни атоми.

Ненаситени карбоксилни киселини

Химични свойства.
Химичните свойства на ненаситените карбоксилни киселини се определят както от свойствата на карбоксилната група, така и от свойствата на двойната връзка. Киселини с двойна връзка, разположени близо до карбоксилната група - алфа, бета-ненаситени киселини - имат специфични свойства. В тези киселини добавянето на халогеноводороди и хидратацията противоречат на правилото на Марковников:

CH 2 =CH-COOH + HBr -> CH 2 Br-CH 2 -COOH

При внимателно окисляване се образуват дихидрокси киселини:

CH 2 =CH-COOH + [O] + H 2 0 -> HO-CH 2 -CH(OH)-COOH

По време на енергично окисление двойната връзка се разкъсва и се образува смес от различни продукти, от които може да се определи позицията на двойната връзка. Олеиновата киселина C 17 H 33 COOH е една от най-важните висши ненаситени киселини. Това е безцветна течност, която се втвърдява при студено. Неговата структурна формула: CH 3 -(CH 2) 7 -CH=CH-(CH 2) 7 -COOH.

Производни на карбоксилна киселина

Производни на карбоксилна киселинаса съединения, в които хидроксилната група на карбоксилна киселина е заменена с друга функционална група.

Етери- органични вещества с формула R-O-R", където R и R" са въглеводородни радикали. Трябва обаче да се има предвид, че такава група може да бъде част от други функционални групи на съединения, които не са етери

Естери(или естери) - производни на оксокиселини (както карбоксилни, така и неорганични) с обща формула R k E(=O) l (OH) m, където l ≠ 0, формално представляващи продукти от заместването на водородни атоми на хидроксилни -OH киселинна функция с въглеводороден остатък (алифатен, алкенилов, ароматен или хетероароматен); също се считат за ацилови производни на алкохоли. В номенклатурата на IUPAC естерите включват също ацилови производни на халкогенидни аналози на алкохоли (тиоли, селеноли и телурени).

Те се различават от етери (етери), в които два въглеводородни радикала са свързани с кислороден атом (R 1 -O-R 2)

Амиди- производни на оксокиселини (както карбоксилни, така и минерални) R k E(=O) l (OH) m, (l ≠ 0), формално представляващи продукти на заместване на хидроксилни групи -OH на киселинната функция с аминогрупа (незаместена и заместен); също се считат за ацилови производни на амини. Съединения с един, два или три ацилови заместителя при азотния атом се наричат ​​първични, вторични и третични амиди; вторичните амиди също се наричат ​​имиди.

Амиди на карбоксилни киселини - карбоксамиди RCO-NR1R2 (където R1 и R2 са водород, ацил или алкил, арил или друг въглеводороден радикал) обикновено се наричат ​​амиди; в случай на други киселини, в съответствие с препоръките на IUPAC, когато се наименува амид, името на киселинния остатък се посочва като префикс, например амидите на сулфоновите киселини RS(=O 2 NH 2 се наричат ​​сулфонамиди.

Хлорид на карбоксилната киселина(ацил хлорид) е производно на карбоксилна киселина, в която хидроксилната група -OH в карбоксилната група -COOH е заменена с хлорен атом. Общата формула е R-COCl. Първият представител с R=H (формил хлорид) не съществува, въпреки че смес от CO и HCl в реакцията на Gattermann-Koch се държи като хлорид на мравчена киселина.

Касова бележка

R-COOH + SOCl 2 → R-COCl + SO 2 + HCl

Нитрили- органични съединения с обща формула R-C≡N, които формално са С-заместени производни на циановодородната киселина HC≡N

Капрон(поли-ε-капроамид, найлон-6, полиамид 6) - синтетично полиамидно влакно, получено от петрол, продукт на поликондензация на капролактам

[-HN(CH2)5CO-] n

В промишлеността се получава чрез полимеризация на производно

Найлон(Английски) найлон) е семейство синтетични полиамиди, използвани предимно в производството на влакна.

Двата най-често срещани вида найлон са полихексаметилен адипинамид ( anid(СССР/Русия), найлон 66 (САЩ)), често наричан найлон, и поли-ε-капроамид ( найлон(СССР/Русия), найлон 6 (САЩ)). Известни са и други видове, например поли-ω-енантоамид ( енант(СССР/Русия), найлон 7 (САЩ)) и поли-ω-ундеканамид ( ундекан(СССР/Русия), найлон 11 (САЩ), Rilsan (Франция, Италия)

Формула на анидното влакно: [-HN(CH 2) 6 NHOC(CH 2) 4 CO-] n. Анидът се синтезира чрез поликондензация на адипинова киселина и хексаметилендиамин. За да се осигури стехиометрично съотношение на реагентите 1:1, необходимо за получаване на полимер с максимално молекулно тегло, се използва сол на адипинова киселина и хексаметилендиамин ( AG-сол):

R = (CH 2) 4, R" = (CH 2) 6

Формула на найлоново (найлон-6) влакно: [-HN(CH 2) 5 CO-] n. Синтезът на капрон от капролактам се извършва чрез хидролитична полимеризация на капролактам, като се използва механизмът "отваряне на пръстена - добавяне":

Пластмасовите продукти могат да бъдат направени от твърд найлон - еколон, чрез впръскване на течен найлон във форма под по-голямо налягане, като по този начин се постига по-голяма плътност на материала.

Класификация

КЕТО КИСЕЛИНИ- органични вещества, чиито молекули включват карбоксилни (COOH-) и карбонилни (-CO-) групи; служат като прекурсори за много съединения, които изпълняват важни биологични функции в тялото. Значителни метаболитни нарушения, които възникват при редица патологични състояния, са придружени от повишаване на концентрацията на определени кето киселини в човешкото тяло

кето енолен тавтомеризъм

Методи за получаване на алфа и бета кето киселини

α-Кето киселините се получават чрез окисление на α-хидрокси киселини.

Поради тяхната нестабилност, β-кето киселините се получават от естери чрез кондензация на Claisen.

В органичната химия терминът „реакция на окисление“ означава какво се окислява органичнисъединение, а окислителят в повечето случаи е неорганичен реагент.

Алкени

KMnO 4 и H 2 O (неутрална среда)

3СH2=CH2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O = 3C 2 H 4 (OH) 2 + 2MnO 2 + 2KOH - пълно уравнение

(киселинна среда)

двойната връзка е разкъсана:

R-СH 2 =CH 2 -R + [O] → 2R-COOH - схематично уравнение

Алкиларени

Етилбензен-алкиларен

Кетони

Кетоните са много устойчиви на окислители и се окисляват само от силни окислители при нагряване. По време на процеса на окисляване връзките С-С от двете страни на карбонилната група се разкъсват и като цяло се получава смес от четири карбоксилни киселини:

Окисляването на кетона се предшества от неговата енолизация, която може да се случи както в алкална, така и в кисела среда:

Винена киселина(дихидроксиянтарна киселина, винена киселина, 2,3-дихидроксибутандиова киселина) HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH е двуосновна хидрокси киселина. Солите и анионите на винената киселина се наричат ​​тартарати.

Известни са три стереоизомерни форми на винена киселина: D-(-)-енантиомер (горе вляво), L-(+)-енантиомер (горе вдясно) и мезо-форма (мезотартарова киселина):

Диастереомери- стереоизомери, които не са огледални образи един на друг. Диастереомерията възниква, когато едно съединение има множество стереоцентрове. Ако два стереоизомера имат противоположни конфигурации на всички съответни стереоцентрове, тогава те са енантиомери.

Електронът има двойна природа: в различни експерименти той може да проявява свойствата на частица и вълна. Свойства на електрона като частица: маса, заряд; вълнови свойства- в характеристиките на движение, интерференция и дифракция.

Движението на електрона се подчинява на законите квантова механика .

Основните характеристики, които определят движението на електрона около ядрото: енергийни и пространствени характеристики на съответната орбитала.

При взаимодействие (припокриване) атомни орбитали(АД ) се образуват принадлежащи на два или повече атома молекулни орбитали(МО).

Молекулните орбитали са запълнени със споделени електрони и извършват ковалентна връзка.

Преди образуването на молекулни орбитали може да има хибридизация на атомни орбитали на един атом.

Хибридизация –промяна на формата на някои орбитали по време на образуването на ковалентна връзка за по-ефективното им припокриване. Образуват се еднакви хибриди АДкоито участват в образованието МО, припокривайки атомните орбитали на други атоми. Хибридизацията е възможна само за атоми, които образуват химични връзки, но не и за свободни атоми.

Въглеводороди

Основни въпроси:

1. Въглеводороди. Класификация. Номенклатура.
2. Структура. Имоти.
3. Приложение на въглеводороди.

Въглеводороди- клас органични съединения, които се състоят от два елемента: въглерод и водород.

Изберете изомери и хомолози:

Наименувайте алканите:

____________________________________________

__________________________________________

Ä реакция на нитриране (Реакцията на Коновалов, 1889 г) е реакцията на заместване на водород с нитро група.

Условия: 13% HNO 3, t = 130 – 140 0 C, P = 15 – 10 5 Pa. В промишлен мащаб нитрирането на алкани се извършва в газова фаза при 150 - 170 0 С с азотен оксид (IV) или пари на азотна киселина.

CH 4 + HO – NO 2 → CH 3 – NO 2 + H 2 O

нитрометан

@ Решете задачи:

1. Съставът на алканите се отразява от общата формула:

а) C n H 2 n +2; б) C n H 2 n -2; в) C n H 2 n; г) CnH2n-6.

2. С какви реагенти могат да реагират алканите:

а) Br 2 (разтвор); б) Br 2, t 0; V) H2SO4; G) HNO3 (разреден), t 0; д) KMnO 4 ; д) CON?

Отговори: 1) реактиви а, б, г, г; 2) реактиви b, c, f;

3) реактиви b, d; 4) реактиви b, d, d, f.

1. Установете съответствие между вида на реакцията и реакционната схема (уравнение):

1. Посочете веществото, което се образува при пълно хлориране на метан:

а) трихлорометан; б) тетрахлорметан; в) дихлорометан; г) тетрахлороетан.

1. Посочете най-вероятния продукт от монобромирането на 2,2,3-триметилбутан:

а) 2-бромо-2,3,3-триметилбутан; b) 1-бромо-2,2,3-триметилбутан;

c) 1-бромо-2,3,3-триметилбутан; d) 2-бромо-2,2,3-триметилбутан.

Напишете уравнение за реакцията.

Реакция на Wurtz – ефект на метален натрий върху халогенни производни на въглеводороди. Когато две различни халогенни производни реагират, се образува смес от въглеводороди, която може да бъде разделена чрез дестилация.

CH 3 I + 2 Na + CH 3 I → C 2 H 6 + 2 NaI

@ Решете задачи:

1. Посочете името на въглеводорода, който се образува при нагряване на бромоетан с метален натрий:

а) пропан; б) бутан; в) пентан; г) хексан; д) хептан.

Напишете уравнение за реакцията.

1. Какви въглеводороди се образуват, когато металният натрий действа върху сместа:

а) йодометан и 1-бромо-2-метилпропан; б) 2-бромопропан и 2-бромобутан?

Циклоалкани

1. За малки цикли (C 3 – C 4) са характерни реакции на присъединяване водород, халогени и водородни халиди. Реакциите са придружени от отваряне на цикъла.

2. За други цикли (От 5 и нагоре) типични реакции на заместване.

Ненаситени въглеводороди(ненаситени):

Алкени (олефини, ненаситени въглеводороди с двойна връзка, етиленови въглеводороди): Структура: sp 2 -хибридизация, планарно разположение на орбиталите (плосък квадрат). Реакции:добавяне (хидрогениране, халогениране, хидрохалогениране, полимеризация), заместване (нетипично), окисление (изгаряне, KMnO 4), разлагане (без достъп на кислород).

@ Решете задачи:

1. Каква е хибридизацията на въглеродните атоми в молекулата на алкена:

а) 1 и 4 – sp 2, 2 и 3 – sp 3; б) 1 и 4 – sp 3, 2 и 3 – sp 2;

в) 1 и 4 – sp 3, 2 и 3 – sp; г) 1 и 4 – нехибридизирани, 2 и 3 – sp 2 .

2. Назовете алкена:

1. Съставете уравнения на реакцията, като използвате 1-бутен като пример, и назовете получените продукти.

4. В схемата на трансформация по-долу етиленът се образува в реакцията:

а) 1 и 2; б) 1 и 3; в) 2 и 3;

г) етилен не се образува при никаква реакция.

1. Коя реакция противоречи на правилото на Марковников:

а) CH 3 – CH = CH 2 + HBr →; b) CH 3 – CH = CH 2 + H 2 O →;;

в) CH 3 – CH = CH – CH 2 + HCI →; г) CCI 3 – CH = CH 2 + HCI →?

þ Диени със спрегнати връзки:хидролиза 1,3-бутадиен – образува се 2-бутен (1,4-присъединяване):

þ хидрогениране 1,3-бутадиен в присъствието на катализатор Ni - бутан:

þ халогениране 1,3-бутадиен – 1,4-присъединяване (1,4 – дибромо-2-бутен):

þ полимеризация на диени:

Полиени(ненаситени въглеводороди с много двойни връзки) са въглеводороди, чиито молекули съдържат най-малко три двойни връзки.

Получаване на диени:

Ø ефект на алкохолен разтвор на алкали:

Ø Метод на Лебедев (дивинил синтез):

Ø дехидратация на гликоли (алкандиоли):

Алкини (ацетиленови въглеводороди, въглеводороди с една тройна връзка): Структура: sp хибридизация, линейно подреждане на орбиталите. Реакции:добавяне (хидрогениране, халогениране, хидрохалогениране, полимеризация), заместване (образуване на соли), окисление (изгаряне, KMnO 4), разлагане (без достъп на кислород).	5-метилхексин-2 1-пентин 3-метилбутин-1
	1. Кои въглеводороди съответстват на общата формула C n H 2n-2: а) ацетилен, диен; б) етилен, диен; в) циклоалкани, алкени; г) ацетилен, ароматен? 2. Тройната връзка е комбинация от: а) триσ връзки; б) една σ-връзка и две π-връзки; в) две σ-връзки и една π-връзка; г) триπ връзки. 3. Създайте формулата за 3-метилпентин -3.
аз Реакции на присъединяване
v Хидрогениранепротича през етапа на образуване на алкени:
v Добавяне на халогенипротича по-лошо, отколкото в алкените: Алкините обезцветяват бромната вода ( качествена реакция).
v Добавяне на халогеноводороди:
Определят се присъединителните продукти към несиметрични алкини Правилото на Марковников:
v Добавяне на вода (хидратация)– реакция на М. Г. Кучеров, 1881 г.
За ацетиленовите хомолози продуктът от добавянето на вода е кетон:
III. Образуване на соли (киселинни свойства) – реакции на заместване
ð Взаимодействие с активни метали: Ацетиленидите се използват за синтеза на хомолози.
ð Взаимодействие на алкини с амонячни разтвори на сребърен оксид или меден (I) хлорид:
Качествена реакция на крайната тройна връзка -образуването на сиво-бяла утайка от сребърен ацетилид или червено-кафяв меден (I) ацетилид:	HC ≡ CH + CuCI → CuC ≡ CCu ↓ + 2HCI Не възниква реакция
IV. Окислителни реакции
Ÿ Лека оксидация– обезцветяване на воден разтвор на калиев перманганат ( качествен отговор на множество връзки):	Когато ацетиленът реагира с разреден разтвор на KMnO 4 (стайна температура) - оксалова киселина.

мквантови числа.

Вълновата функция се изчислява с помощта на вълновото уравнение на Шрьодингер в рамките на едноелектронното приближение (метод на Хартри-Фок) като вълновата функция на електрон, разположен в самосъгласувано поле, създадено от атомното ядро ​​с всички останали електрони на атом.

Самият Е. Шрьодингер разглежда електрона в атома като отрицателно зареден облак, чиято плътност е пропорционална на квадрата на стойността на вълновата функция в съответната точка на атома. В тази форма концепцията за електронен облак беше приета и в теоретичната химия.

Повечето физици обаче не споделят вярванията на Е. Шрьодингер - няма доказателства за съществуването на електрона като „отрицателно зареден облак“. Макс Борн обосновава вероятностната интерпретация на квадрата на вълновата функция. През 1950 г. Е. Шрьодингер в статията „Какво е елементарна частица?“ Принуден съм да се съглася с аргументите на М. Борн, който е удостоен с Нобелова награда за физика през 1954 г. с формулировката „За фундаментални изследвания в областта на квантовата механика, особено за статистическата интерпретация на вълновата функция“.

Квантови числа и орбитална номенклатура

Разпределение на плътността на радиалната вероятност за атомни орбитали при различни нИ л.

• Главно квантово число нможе да приеме всяка положителна цяло число, започвайки от едно ( н= 1,2,3, … ∞) и определя общата енергия на електрона в дадена орбитала (енергийно ниво):

Енергия за н= ∞ съответства на енергията на йонизация на един електрон за дадено енергийно ниво.

• Орбиталното квантово число (наричано още азимутално или допълнително квантово число) определя ъгловия импулс на електрона и може да приема цели числа от 0 до н - 1 (л = 0,1, …, н- 1). Ъгловият момент се дава от отношението

Атомните орбитали обикновено се наричат ​​с буквата на техния орбитален номер:

Буквите за атомни орбитали идват от описанието на спектралните линии в атомните спектри: с (остър) - рязка серия в атомните спектри, стр (главница)- У дома, д (дифузен) - дифузен, f (фундаментален) - основен.

• Магнитно квантово число m lопределя проекцията на орбиталния ъглов момент върху посоката на магнитното поле и може да приема цели числа в диапазона от - лпреди л, включително 0 ( m l = -л … 0 … л):

В литературата орбиталите се означават с комбинация от квантови числа, като главното квантово число се обозначава с число, орбиталното квантово число със съответната буква (вижте таблицата по-долу), а магнитното квантово число с долен израз, показващ проекцията на орбиталата върху декартовите оси x, y, z, например 2p x, 3d xy, 4f z(x²-y²). За орбиталите на външната електронна обвивка, т.е. в случай на описание на валентни електрони, основното квантово число в орбиталното обозначение обикновено се пропуска.

Геометрично представяне

Геометричното представяне на атомна орбитала е област от пространството, ограничена от повърхност с еднаква плътност (повърхност на еднаква плътност) на вероятност или заряд. Плътността на вероятността на граничната повърхност се избира въз основа на проблема, който се решава, но обикновено по такъв начин, че вероятността за намиране на електрон в ограничена област е в диапазона от стойности 0,9-0,99.

Тъй като енергията на електрона се определя от взаимодействието на Кулон и следователно от разстоянието от ядрото, основното квантово число нзадава размера на орбиталата.

Формата и симетрията на орбиталата се определят от орбиталните квантови числа лИ м: с-орбиталите са сферично симетрични, стр, дИ f-орбиталите имат по-сложна форма, обусловена от ъгловите части на вълновата функция – ъглови функции. Ъглови функции Y lm (φ, θ) - собствени функции на оператора на квадрата на ъгловия момент L², в зависимост от квантовите числа лИ м(виж Сферични функции), са сложни и описват в сферични координати (φ, θ) ъгловата зависимост на вероятността за намиране на електрон в централното поле на атом. Линейната комбинация от тези функции определя позицията на орбиталите спрямо декартовите координатни оси.

За линейни комбинации Y lm се приемат следните обозначения:

Стойност на орбиталното квантово число	0	1	1	1	2	2	2	2	2
Стойност на магнитното квантово число	0	0			0
Линейна комбинация
Обозначаване

Допълнителен фактор, който понякога се взема предвид в геометричното представяне, е знакът на вълновата функция (фаза). Този фактор е важен за орбитали с орбитално квантово число л, различни от нула, тоест нямащи сферична симетрия: знакът на вълновата функция на техните „венчелистчета“, лежащи от противоположните страни на нодалната равнина, е противоположен. Знакът на вълновата функция се взема предвид в метода на молекулярните орбитали MO LCAO (молекулни орбитали като линейна комбинация от атомни орбитали). Днес науката познава математически уравнения, които описват геометрични фигури, представляващи орбитали (в зависимост от координатите на електрона спрямо времето). Това са уравнения на хармоничните трептения, които отразяват въртенето на частиците през всички налични степени на свобода - орбитално въртене, спин,... Хибридизацията на орбиталите се представя като интерференция на трептения.

Запълване на орбиталите с електрони и електронната конфигурация на атома

Всяка орбитала може да съдържа не повече от два електрона, различаващи се по стойността на спиновото квантово число с(обратно). Тази забрана се определя от принципа на Паули. Редът на запълване на орбитали от едно и също ниво с електрони (орбитали със същата стойност на главното квантово число н) се определя от правилото на Клечковски, редът, в който електроните запълват орбиталите в рамките на едно подниво (орбитали с еднакви стойности на главното квантово число ни орбитално квантово число л) се определя от правилото на Хунд.

Кратък запис на разпределението на електроните в атом върху различни електронни обвивки на атома, като се вземат предвид техните главни и орбитални квантови числа нИ лНаречен