Dolgo časa so znanstveniki poskušali razviti enotno teorijo, ki bi razložila strukturo molekul, opisala njihove lastnosti v odnosu do drugih snovi. Da bi to naredili, so morali opisati naravo in strukturo atoma, uvesti pojme "valenca", "elektronska gostota" in mnoge druge.
Ozadje nastanka teorije
Kemična zgradba snovi je najprej zanimala Italijana Amadeusa Avogadra. Začel je preučevati težo molekul različnih plinov in na podlagi svojih opazovanj postavil hipotezo o njihovi zgradbi. A ni bil prvi, ki je o tem poročal, ampak je čakal, da so njegovi kolegi dobili podobne rezultate. Po tem je način pridobivanja molekulske mase plinov postal znan kot Avogadrov zakon.
Nova teorija je spodbudila druge znanstvenike k študiju. Med njimi so bili Lomonosov, D alton, Lavoisier, Proust, Mendelejev in Butlerov.
Butlerovova teorija
Besedilo "teorija kemijske strukture" se je prvič pojavilo v poročilu o strukturi snovi, ki ga je Butlerov predstavil v Nemčiji leta 1861. Brez sprememb je bil vključen v poznejše publikacije inzasidrano v anale zgodovine znanosti. To je bil predhodnik več novih teorij. V svojem dokumentu je znanstvenik orisal svoj pogled na kemično strukturo snovi. Tukaj je nekaj njegovih tez:
- atomi v molekulah so med seboj povezani na podlagi števila elektronov v njihovih zunanjih orbitalah;
- sprememba zaporedja povezav atomov vodi do spremembe lastnosti molekule in pojav nove snovi;
- kemijske in fizikalne lastnosti snovi niso odvisne le od tega, kateri atomi so vključeni v njeno sestavo, temveč tudi od vrstnega reda njihove medsebojne povezave, pa tudi od medsebojnega vpliva;- za določitev molekulske in atomske sestave snovi je potrebno narisati verigo zaporednih transformacij.
Geometrijska struktura molekul
Kemično strukturo atomov in molekul je tri leta pozneje dopolnil sam Butlerov. V znanost uvaja pojav izomerizma in domneva, da se bodo snovi, čeprav imajo enako kvalitativno sestavo, a različno strukturo, med seboj razlikovale po številnih kazalnikih.
Deset let pozneje se pojavi doktrina o tridimenzionalni strukturi molekul. Vse se začne z objavo van't Hoffove teorije o kvaternarnem sistemu valenc v ogljikovem atomu. Sodobni znanstveniki razlikujejo med dvema področjema stereokemije: strukturno in prostorsko.
Po drugi strani je strukturni del razdeljen tudi na izomerizem okostja in položaj. To je pomembno upoštevati pri preučevanju organskih snovi, ko je njihova kakovostna sestava statična in samoštevilo vodikovih in ogljikovih atomov ter zaporedje njihovih spojin v molekuli.
Prostorska izomerija je nujna, kadar obstajajo spojine, katerih atomi so razporejeni v enakem vrstnem redu, v prostoru pa se molekula nahaja drugače. Dodeli optično izomerizem (ko se stereoizomeri zrcalijo), diasteriomerizem, geometrijski izomerizem in druge.
Atomi v molekulah
Klasična kemična struktura molekule implicira prisotnost atoma v njej. Hipotetično je jasno, da se sam atom v molekuli lahko spremeni, spremenijo pa se lahko tudi njegove lastnosti. Odvisno je od tega, kateri drugi atomi ga obdajajo, razdalja med njimi in vezi, ki zagotavljajo moč molekule.
Sodobni znanstveniki, ki želijo uskladiti splošno teorijo relativnosti in kvantno teorijo, sprejemajo kot izhodiščno stališče dejstvo, da ob tvorbi molekule atom pusti zanjo samo jedro in elektrone, sam pa preneha obstajati. Seveda do te formulacije ni prišlo takoj. Opravljenih je bilo več poskusov, da bi atom ohranili kot enoto molekule, vendar vsi niso uspeli zadovoljiti pronicljivih umov.
Struktura, kemična sestava celice
Koncept "sestave" pomeni združitev vseh snovi, ki so vključene v nastanek in življenje celice. Ta seznam vključuje skoraj celotno tabelo periodičnih elementov:
- vedno je prisotnih šestinosemdeset elementov;
- petindvajset jih je determinističnih za normalnolife;- še približno dvajset je nujno potrebnih.
Pet najboljših zmagovalcev odpre kisik, katerega vsebnost v celici doseže petindvajset odstotkov v vsaki celici. Nastane med razgradnjo vode, nujen je za reakcije celičnega dihanja in zagotavlja energijo za druge kemične interakcije. Naslednji po pomembnosti je ogljik. Je osnova vseh organskih snovi in je tudi substrat za fotosintezo. Bron dobi vodik - najpogostejši element v vesolju. Prav tako je vključen v organske spojine na isti ravni kot ogljik. Je pomembna sestavina vode. Častno četrto mesto zaseda dušik, ki je potreben za tvorbo aminokislin in posledično beljakovin, encimov in celo vitaminov.
Kemična struktura celice vključuje tudi manj priljubljene elemente, kot so kalcij, fosfor, kalij, žveplo, klor, natrij in magnezij. Skupaj zavzemajo približno en odstotek celotne količine snovi v celici. Izolirani so tudi mikroelementi in ultramikroelementi, ki jih najdemo v živih organizmih v sledovih.
