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    化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說創(chuàng)立前有機(jī)化學(xué)研究上所存在的問題上我們研究過甲烷、乙烷、丙烷的分子結(jié)構(gòu),現(xiàn)在看來,烷屬烴分子中碳原子之間,以及碳原子跟氫原子之間的結(jié)合情況,已是很清楚了.但是,這些問題的得到解決,并不是那么順利的,而是經(jīng)過了不少的研究和論爭,才取得目前這樣的結(jié)論。

①空氣的平均分子量約為29。

    十九世紀(jì)初期,由于生產(chǎn)發(fā)展的推動,發(fā)現(xiàn)了許多新的有機(jī)物和有機(jī)化學(xué)反應(yīng).有很多事實,不能運用當(dāng)時已有的化學(xué)理論來加以解釋.象元素的化合價的概念,在十九世紀(jì)五十年代就被科學(xué)家們所確定了,知道每種元素都有一定的化合價,元素的化合價有的只有一種,有的可能有幾種,但無論如何化合價總應(yīng)當(dāng)是整數(shù).從二氧化碳、碳酸、碳酸鹽等無機(jī)化合物來看,很明顯碳是一個4價元素,可是根據(jù)第一冊S2·15里所討論過的化合價規(guī)則(甲元素的化合價×甲元素的原子數(shù)=乙元素的化合價×乙元素的原子數(shù))似乎不適用于有機(jī)物.側(cè)如在甲烷里碳是4價,而在在乙烷里,碳就好象是3價(6/2)了;至于在丙烷(C3H)、丁烷(CH)里,碳的化合價甚至成了分?jǐn)?shù)(8/3和10/4)了,要是把甲烷的同系物的分子式,逐個來檢査,就黨得各種烷烴分子里碳原子的價數(shù)各不相同.為什么碳元素在各種化合物里的化合價會有這么多的變化呢?這是當(dāng)時一個難以解釋的問題,除了化合價之外,象有機(jī)物為什么這樣多?同系物之間為什么總是相差一個或幾個CH2原子團(tuán)?一種物質(zhì)是不是只應(yīng)有一種式子,還是同時可以有多種式子來表示①等等一連串的問題,一時都得不到解決.因此,研究有機(jī)化學(xué)遇到了很大的困難。

    上畫所談的這許多問題題,顯然是和有機(jī)物復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)有關(guān).但是當(dāng)時有很多化學(xué)家認(rèn)為化學(xué)工作者只應(yīng)該研究

①當(dāng)時有些化學(xué)家認(rèn)為:一種物質(zhì)在不同的化學(xué)反應(yīng)里,應(yīng)該用不同的式子來表示。

    物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)過程,不應(yīng)該去探索分子本身構(gòu)造上的秘密這種觀點嚴(yán)重地妨礙了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展,而把有機(jī)化學(xué)引到死胡同里去.直到十九世紀(jì)六十年代,俄國的化學(xué)家布特列洛夫系統(tǒng)地研究了當(dāng)時所積累的科學(xué)資料,認(rèn)為要解決這些問題,只有到分子結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域里去找尋,終于在1861年創(chuàng)立了化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說,澄清了當(dāng)時的混亂狀態(tài).布特列洛夫認(rèn)為有機(jī)物的分子具有一定的結(jié)構(gòu),而且分子的結(jié)構(gòu)是可以通過實驗的方法來確定的,一種種物質(zhì)只能有一種結(jié)構(gòu),因此只能用一個式子來表示.布特列洛夫的化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說,不僅解釋了當(dāng)時有機(jī)化學(xué)上的一系列問題,而且成為發(fā)展有機(jī)化學(xué)的重要理論.后來學(xué)說本身又被新的理論所充實和補(bǔ)充,使舊有的原理,更加深深刻并日趨完善,成為為一個完整的理論。

    化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說的基本內(nèi)容  布特列洛夫認(rèn)為,在任何個化合物的分子中,原子并不是散亂的堆積,分子是有一定的

化學(xué)結(jié)構(gòu)的,結(jié)構(gòu)決定著化合物的性質(zhì)。

    什么叫做化學(xué)結(jié)構(gòu)呢?在任何一種化合物的分子中,每一個原子都有一定的化合價(當(dāng)時稱為化學(xué)力或親和力的數(shù)量),原子是按照這種化合價相互結(jié)合著的,原子相互結(jié)合成分子的方式,稱為物質(zhì)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

    物質(zhì)的分子不僅具有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu),而且它的性質(zhì)就決定于它的結(jié)構(gòu).一種化合物的性質(zhì)不僅取決于含有幾種原子和幾個原子,而且決定于這些原子如何有順序地結(jié)合成為分子,因此,可以根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)來推知它的化學(xué)結(jié)構(gòu),反過來,也可以根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu),來推知這種物質(zhì)的性質(zhì)。

    在學(xué)說中還有很重要的一點,就是,在一個分子中,原子之間相互產(chǎn)生著影響.一個分子的性質(zhì),并不等于分子中各種原子性質(zhì)的總和,而是在原子之間有著相互影響、相互制約的關(guān)系。

    總之,化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說是關(guān)于物質(zhì)分子里原子的相互結(jié)合、排列和相互影響的學(xué)說,我們可以把它歸納為下列四點：

   (1)在物質(zhì)的分子里,所有的原子都按照一定的順序相互結(jié)合,并不是雜亂的堆積

   (2)分子里所有的原子都按照它們的化合價相互結(jié)合,。而且每一個原子的化合價都一定得到滿足,沒有剩余的化合價。

   (3)一種分子只可能有一種化學(xué)結(jié)構(gòu).物質(zhì)的性質(zhì)不但決定于它的分子組成,而且決定于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

   (4)在一個分子里,原子之間是相互影響著的。

    運用化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說解釋存在的問題根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說的原理,我們可以用學(xué)過的烷屬烴作為例子,來推知它們的性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系,從而解釋在結(jié)構(gòu)學(xué)說創(chuàng)立以前所存在的一些問題。

    1.有機(jī)物分子里碳的化合價問題我們們已經(jīng)講過乙烷和丙烷的分子結(jié)構(gòu),知道在它們分子里的碳原子之間,以單鍵相互聯(lián)結(jié)成鏈狀.不僅乙烷和丙烷如此,就是所有烷屬烴里碳原子之間也都如此.因為化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說肯定了在物質(zhì)的分子里所有原子都是按照一定順序彼此結(jié)合的,所以只要把甲烷同系物分子里的碳原子按照順序排成鏈狀結(jié)構(gòu),就可以看出碳原子都是4價,仍舊符合于化合價規(guī)則,而就不會產(chǎn)生碳原子化合價多變的錯覺了。

    2.為什么同系物之間總是相差一個或幾個CH2原子團(tuán)把甲烷到丁烷的結(jié)構(gòu)式排列起來;

可以看出,在碳鏈上每增加一個碳原子,必然要增加二個氫原子,否則各個原子的化合價就得不到滿足.所以同系物之間,都是相差一個或幾個CH2原子團(tuán).由此亦可以看到,烷屬烴的通式只可能是CnH2n+2,而它們同系物之間具有相似的結(jié)構(gòu),因此具有相似的化學(xué)性質(zhì)。

    3.一種物質(zhì)是不是只應(yīng)有一種式子來表示由于物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)間有著一定的關(guān)系,已如上述.因此,亦就是肯定了分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的單一性.化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說指出:每一個分子只能有一種化學(xué)結(jié)構(gòu),在相同分子中不可能有幾個不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)同時并存.所以,一種物質(zhì)只能用一個既反映結(jié)構(gòu)、又在一定程度上反映性質(zhì)的固定式子來表示.例如,丙烷的結(jié)構(gòu)式只能是

 一種,它既反映丙烷分子中碳原子是單鍵鏈狀結(jié)構(gòu),又表示它不能再加入任何原子而只能起取代反應(yīng)的性質(zhì).有時我們把它寫成 CHCH2-CH2模樣,情況仍然一樣,這個式子叫微結(jié)構(gòu)簡式,“-”表示碳原子間的價鍵,至于碳原子和氫原子間的價鍵則已略去.。

   H   H   H

      |     |     |

H-C-C-C-H

      |     |     |

   H   H   H

    4.怎樣體現(xiàn)“分子里原子之間是相互影響著的”關(guān)于分子中原子之間相互影響的意義,目前我們可以用幾種常見的簡單化合物為徹來加以說明.在HC1、H2O、NH3、CH:四種分子中,氫原子是分別跟四種不同的原子氯、氧、氮、碳相結(jié)合的,它們的性質(zhì)不一樣.我們們知道,金屬鈉很容易從水里置換出氫來,但很難使甲烷中的氫被取代、為什么有這種差別呢?主要原因就在于和氫相連結(jié)的原子不同,以及氫原子的個數(shù)不同,從而所起的影響也不同.這種直接相連的原子間的影響,在有機(jī)化合物中將會時常碰到。
   5,為什么有機(jī)化合物的種數(shù)這樣多前面講過,有機(jī)物種數(shù)已超過百萬種.為什么這樣多?從烷屬烴的同系物來看,我們很容易理解,這就是由于碳原子能彼此結(jié)合成為碳鏈的緣故.碳原子之間,彼此共有一對電子,形成牢固的共價鍵,使這種碳鏈可以結(jié)合得很長,如在七士烷里,就有七十個碳原子結(jié)合成的長鏈,這就是有機(jī)物為數(shù)眾多的主要原因之一.