Взаимосвязь химического строения и структуры неорганических и органических соединений. Изомерия и ее виды

Для описания химического соединения часто бывает важным знание не только его состава, то есть записи его химической формулы, но и так называемой структуры. Говоря о структуре вещества, химики все­гда имеют в виду его молекулярное строение. Под термином «структу­ра» подразумевается расположение в пространстве атомов при образо­вании молекулы вещества. Для понимания этого концептуального для химии понятия важно рассмотреть молекулы с квантовых позиций.

Согласно современным представлениям, структура молекул — это пространственная и энергетическая упорядоченность квантово-механической системы, состоящей из атомных ядер и электронов. Суть де­ла в том, что электроны, реализуя статистический набор состояний вблизи собственного атомного ядра при образовании химической свя­зи, вступают во взаимодействие с электронами и ядрами других атомов и некоторые до этого статистически доступные «места» в пространст­ве запять не могут. Особенности фундаментального электромагнитно­го взаимодействия нескольких заряженных объектов микромира при­водят к тому, что атомы в молекулах оказываются «локализованы» в строго определенных «местах», положение в пространстве которых мож­но рассчитать с помощью математического аппарата квантовой химии.

В современной химии разработана система наглядного изображе­ния пространственных структур молекул, которая очень полезна как в процессе познания природы химических соединений, особенно в орга­нической химии, так и для решения практических задач химического синтеза этих соединений. Начало изучению структуры органических соединений было положено в теории строения органических соедине­ний, разработанной великим русским химиком А. М. Бутлеровым (1860 г.). Изучением пространственных структур химических соединений занимается современная паука стереохимия, являющаяся под­разделом органической химии.

С понятием «пространственная структура органических соедине­ний» неразрывно связано одно из интереснейших явлений природы пашей планеты, аналогичное явлениям радиоактивной изотопии эле­ментов и аллотропии простых и сложных неорганических веществ. Как и в упомянутых случаях, одной химической формуле органиче­ского соединения, то есть одному составу вещества, соответствуют разные соединения с разными физическими или химическими свойст­вами, и основное различие между ними заключено в разной простран­ственнойструктуре молекул этих соединений. Это явление называется изомерией органических соединений. Изомеры органических соеди­нений, несмотря на то что имеют одинаковые химические формулы, называются по-разному, и их названия также соответствуют строгой номенклатуре химических соединений. В стереохимии рассматрива­ется изомерия разных видов — изомерия предельных углеводородов, цис-транс-изомерия непредельных углеводородов, таутомерия кисло­родсодержащих органических соединений (кетонов и альдегидов), оп­тическая изомерия и диастереомерия сложных органических соедине­ний.

А что же неорганические соединения? Есть ли в этом классе хими­ческих соединений проблемы, связанные с пространственной структу­рой молекул? Да, есть. Неорганические соединения (не все) в твердом состоянии способны образовывать надмолекулярные комплексы по­вторяющегося состава и сложной объемной пространственной струк­туры. Они называются кристаллами. А структура кристаллов, харак­теризующаяся высокой степенью упорядоченности, называется кри­сталлической структурой, или кристаллической решеткой.

Дата добавления: 2014-01-06