Dugo su vremena znanstvenici pokušavali razviti jedinstvenu teoriju koja bi objasnila strukturu molekula, opisala njihova svojstva u odnosu na druge tvari. Da bi to učinili, morali su opisati prirodu i strukturu atoma, uvesti pojmove "valentnosti", "gustoće elektrona" i mnoge druge.
Pozadina stvaranja teorije
Kemijska struktura tvari prvi je zainteresirala Talijana Amadeusa Avogadra. Počeo je proučavati težinu molekula raznih plinova i na temelju svojih zapažanja iznio hipotezu o njihovoj strukturi. No, on nije bio prvi koji je o tome izvijestio, već je čekao dok njegovi kolege ne dobiju slične rezultate. Nakon toga, način dobivanja molekularne težine plinova postao je poznat kao Avogadrov zakon.
Nova teorija potaknula je druge znanstvenike na proučavanje. Među njima su bili Lomonosov, D alton, Lavoisier, Proust, Mendelejev i Butlerov.
Butlerovova teorija
Izraz "teorija kemijske strukture" prvi se put pojavio u izvješću o strukturi tvari, koje je Butlerov predstavio u Njemačkoj 1861. godine. Uvršten je bez promjena u naredne publikacije iukorijenjen u anale povijesti znanosti. To je bila preteča nekoliko novih teorija. Znanstvenik je u svom dokumentu iznio vlastiti pogled na kemijsku strukturu tvari. Evo nekih od njegovih teza:
- atomi u molekulama povezani su jedni s drugima na temelju broja elektrona u njihovim vanjskim orbitalama;
- promjena u slijedu povezivanja atoma dovodi do promjene svojstava molekule i pojava nove tvari;
- kemijska i fizikalna svojstva tvari ne ovise samo o tome koji su atomi uključeni u njezin sastav, već i o redoslijedu njihove međusobne povezanosti, kao i o međusobnom utjecaju;- da bi se odredio molekularni i atomski sastav tvari, potrebno je nacrtati lanac uzastopnih transformacija.
Geometrijska struktura molekula
Kemijsku strukturu atoma i molekula dopunio je tri godine kasnije sam Butlerov. On uvodi fenomen izomerizma u znanost, postulirajući da će se tvari, čak i imajući isti kvalitativni sastav, ali različitu strukturu, međusobno razlikovati u nizu pokazatelja.
Deset godina kasnije, pojavljuje se doktrina o trodimenzionalnoj strukturi molekula. Sve počinje objavljivanjem van't Hoffove teorije o kvartarnom sustavu valencija u atomu ugljika. Moderni znanstvenici razlikuju dva područja stereokemije: strukturno i prostorno.
Zauzvrat, strukturni dio je također podijeljen na izomerizam kostura i položaj. To je važno uzeti u obzir pri proučavanju organskih tvari, kada je njihov kvalitativni sastav statičan, a samobroj atoma vodika i ugljika i redoslijed njihovih spojeva u molekuli.
Prostorni izomerizam je nužan kada postoje spojevi čiji su atomi raspoređeni istim redoslijedom, ali je u prostoru molekula smještena drugačije. Dodijelite optički izomerizam (kada se stereoizomeri međusobno zrcali), diasteriomerizam, geometrijski izomerizam i druge.
Atomi u molekulama
Klasična kemijska struktura molekule implicira prisutnost atoma u njoj. Hipotetički, jasno je da se sam atom u molekuli može mijenjati, a mogu se mijenjati i njegova svojstva. Ovisi o tome koji drugi atomi ga okružuju, udaljenosti između njih i vezama koje osiguravaju snagu molekule.
Suvremeni znanstvenici, koji žele pomiriti opću teoriju relativnosti i kvantnu teoriju, prihvaćaju kao početni stav činjenicu da kada se molekula formira, atom ostavlja samo jezgru i elektrone za nju, a sam prestaje postojati. Naravno, do ove formulacije nije došlo odmah. Učinjeno je nekoliko pokušaja da se atom sačuva kao jedinica molekule, ali svi nisu uspjeli zadovoljiti pronicljive umove.
Struktura, kemijski sastav stanice
Koncept "sastav" znači spoj svih supstanci koje su uključene u formiranje i život stanice. Ovaj popis uključuje gotovo cijelu tablicu periodičnih elemenata:
- osamdeset i šest elemenata je uvijek prisutno;
- dvadeset pet od njih je deterministički za normalnoživot;- još dvadesetak apsolutno je potrebno.
Pet najboljih pobjednika otvara kisik, čiji sadržaj u ćeliji doseže sedamdeset pet posto u svakoj ćeliji. Nastaje tijekom razgradnje vode, neophodan je za reakcije staničnog disanja i daje energiju za druge kemijske interakcije. Sljedeći po važnosti je ugljik. Osnova je svih organskih tvari, a također je i supstrat za fotosintezu. Bronca dobiva vodik – najčešći element u svemiru. Također je uključen u organske spojeve na istoj razini kao i ugljik. Važan je sastojak vode. Počasno četvrto mjesto zauzima dušik, koji je neophodan za stvaranje aminokiselina i kao rezultat toga proteina, enzima, pa čak i vitamina.
Kemijska struktura stanice također uključuje manje popularne elemente kao što su kalcij, fosfor, kalij, sumpor, klor, natrij i magnezij. Zajedno zauzimaju oko jedan posto ukupne količine materije u stanici. Izolirani su i mikroelementi i ultramikroelementi, koji se nalaze u živim organizmima u tragovima.
