Teadlased püüdsid pikka aega välja töötada ühtset teooriat, mis selgitaks molekulide struktuuri, kirjeldaks nende omadusi võrreldes teiste ainetega. Selleks tuli kirjeldada aatomi olemust ja ehitust, tutvustada mõisteid "valents", "elektrontihedus" ja palju muud.
Teooria loomise taust
Ainete keemiline struktuur huvitas esmakordselt itaallast Amadeus Avogadrot. Ta hakkas uurima erinevate gaaside molekulide massi ja püstitas oma tähelepanekute põhjal hüpoteesi nende struktuuri kohta. Kuid ta ei olnud esimene, kes sellest teatas, vaid ootas, kuni kolleegid said sarnased tulemused. Pärast seda sai gaaside molekulmassi määramise viis tuntuks kui Avogadro seadus.
Uus teooria ajendas teisi teadlasi uurima. Nende hulgas olid Lomonosov, D alton, Lavoisier, Proust, Mendelejev ja Butlerov.
Butlerovi teooria
Sõnastus "keemilise struktuuri teooria" ilmus esmakordselt ainete struktuuri käsitlevas raportis, mille Butlerov esitas Saksamaal 1861. aastal. See lisati muudatusteta järgmistesse väljaannetesse jakinnistunud teadusajaloo annaalides. See oli mitme uue teooria eelkäija. Oma dokumendis kirjeldas teadlane oma seisukohta ainete keemilise struktuuri kohta. Siin on mõned tema teesid:
- molekulides olevad aatomid on omavahel seotud välisorbitaalide elektronide arvu alusel;
- aatomite ühendusjärjestuse muutus toob kaasa molekuli omaduste muutumise ja uue aine ilmumine;
- ainete keemilised ja füüsikalised omadused ei sõltu ainult sellest, millised aatomid sisalduvad selle koostises, vaid ka nende omavaheliste seoste järjekorrast, samuti vastastikusest mõjust;- aine molekulaarse ja aatomilise koostise määramiseks on vaja joonestada järjestikuste teisenduste ahel.
Molekulide geomeetriline struktuur
Aatomite ja molekulide keemilist struktuuri täiendas kolm aastat hiljem Butlerov ise. Ta toob teadusesse isomeeria fenomeni, postuleerides, et isegi sama kvalitatiivse koostisega, kuid erineva struktuuriga ained erinevad üksteisest mitmete näitajate poolest.
Kümme aastat hiljem ilmub molekulide kolmemõõtmelise struktuuri õpetus. Kõik algab van't Hoffi poolt süsinikuaatomi kvaternaarse valentssüsteemi teooria avaldamisega. Kaasaegsed teadlased eristavad kahte stereokeemia valdkonda: struktuurset ja ruumilist.
Omakorda jaguneb struktuurne osa ka skeleti ja asendi isomeeriaks. Seda on oluline arvestada orgaaniliste ainete uurimisel, kui nende kvalitatiivne koostis on staatiline, ja ainultvesiniku- ja süsinikuaatomite arv ning nende ühendite järjestus molekulis.
Ruumiline isomeeria on vajalik siis, kui on ühendeid, mille aatomid paiknevad samas järjekorras, kuid ruumis paikneb molekul erinev alt. Määrake optiline isomeeria (kui stereoisomeerid peegeldavad üksteist), diasteriomeeria, geomeetriline isomeeria ja teised.
Aatomid molekulides
Molekuli klassikaline keemiline struktuur eeldab aatomi olemasolu selles. Hüpoteetiliselt on selge, et aatom ise molekulis võib muutuda ja ka selle omadused võivad muutuda. See sõltub sellest, millised teised aatomid seda ümbritsevad, nendevahelisest kaugusest ja sidemetest, mis tagavad molekuli tugevuse.
Kaasaegsed teadlased, kes soovivad ühitada üldist relatiivsusteooriat ja kvantteooriat, võtavad lähtepositsioonina tõsiasja, et molekuli moodustumisel jätab aatom talle ainult tuuma ja elektronid ning ise lakkab olemast. Loomulikult ei jõutud selle sõnastuseni kohe. On tehtud mitmeid katseid säilitada aatomit molekuli ühikuna, kuid need kõik ei ole suutnud rahuldada tähelepanelikku meelt.
Raku struktuur, keemiline koostis
Mõte "koostis" tähendab kõigi ainete liitu, mis osalevad raku moodustumises ja elus. See loend sisaldab peaaegu kogu perioodiliste elementide tabelit:
- kaheksakümmend kuus elementi on alati olemas;
- kakskümmend viis neist on normaalse jaoks deterministlikudelu;- veel paarkümmend on absoluutselt vajalikud.
Esiviisilise võitja avab hapnik, mille sisaldus lahtris ulatub igas lahtris seitsmekümne viie protsendini. See tekib vee lagunemisel, on vajalik rakkude hingamisreaktsioonideks ja annab energiat muudeks keemilisteks interaktsioonideks. Tähtsuselt järgmine on süsinik. See on kõigi orgaaniliste ainete alus ja on ka fotosünteesi substraat. Pronks saab vesinikku - universumi kõige levinumat elementi. Samuti sisaldub see süsinikuga samal tasemel orgaanilistes ühendites. See on vee oluline koostisosa. Auväärsel neljandal kohal on lämmastik, mis on vajalik aminohapete ja sellest tulenev alt valkude, ensüümide ja isegi vitamiinide tekkeks.
Raku keemiline struktuur sisaldab ka vähem populaarseid elemente, nagu k altsium, fosfor, kaalium, väävel, kloor, naatrium ja magneesium. Üheskoos hõivavad nad umbes ühe protsendi raku aine koguhulgast. Eraldatakse ka mikro- ja ultramikroelemente, mida leidub elusorganismides mikrokogustes.
