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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Teoría de la estructura química. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. A principios del siglo XIX, la teoría electroquímica de Davy y Berzelius reinaba entre los químicos occidentales. Según la teoría de Jens Berzelius (1779-1848), cada compuesto químico tenía dos partes: una parte cargada electropositivamente y la otra parte electronegativamente. De acuerdo con lo anterior, Berzelius dispuso todos los elementos en una fila, siendo el oxígeno el elemento más electronegativo y el potasio el más electropositivo. Berzelius llamó metaloides a los elementos más electronegativos y metales a los elementos más electropositivos. En los años treinta, el químico francés J.B. Dumas asestó con su trabajo un golpe a la teoría de Davy-Berzelius, planteando su llamada teoría de los tipos de compuestos orgánicos. Dumas argumentó que no es tanto la naturaleza de un cuerpo complejo, sino la disposición de los átomos en él y del mismo tipo lo que determina las propiedades químicas de un compuesto. Sin embargo, estas opiniones de Dumas pronto, a su vez, tropezaron con una serie de dificultades y contradicciones. Posteriormente, un gran paso adelante en el problema del desarrollo de conceptos químicos básicos fue el llamado sistema unitario, o teoría de los químicos franceses Ch. Gerard y O. Laurent. La característica más esencial de esta teoría fue la aplicación consistente de la nueva doctrina a los compuestos químicos. A Laurent y Gerard se les atribuye la distinción entre los conceptos de partícula, átomo y equivalente. Sin embargo, el tema más fundamental que provocó acalorados debates entre los principales químicos de Occidente fue la cuestión de la posibilidad de expresar la estructura de los compuestos químicos mediante fórmulas. El gran reformador de la química, como a veces se llamaba a Charles Frédéric Gérard (1816-1856), se convenció de que los fenómenos químicos comienzan solo cuando la materia cambia, es decir, deja de existir como tal. Por lo tanto, podemos conocer, como dijo Gerard, solo el pasado y el futuro de la materia y, en consecuencia, las fórmulas químicas no pueden expresar la disposición de los átomos, sino solo los análogos conocidos de las sustancias. De acuerdo con lo que se acaba de decir, según Gerard, para cada sustancia se pueden escribir tantas fórmulas racionales como la sustancia dada puede sufrir varios tipos de transformaciones. En 1858 el famoso químico agosto kekulé (1829-1896) da un paso extremadamente importante y extiende el concepto de cuatro átomos de carbono a compuestos que contienen varios átomos de carbono, y así llega a la conclusión de que es posible unir convenientemente átomos de carbono en compuestos policarbonados. En el futuro, esta regla de acoplamiento de Kekulé se extenderá a los casos de combinación de átomos de carbono con otros elementos poliatómicos, como por ejemplo oxígeno, nitrógeno y otros. Posteriormente, Kekulé se acercó al problema de la estructura de los compuestos orgánicos, teniendo como punto de partida la atomicidad o valencia de los elementos, pero no dio un paso decisivo en esa dirección. Entonces, al final de su artículo en 1858, Kekule escribe: "En conclusión, considero necesario señalar que yo mismo atribuyo una importancia secundaria a argumentos de este tipo..." Debe agregarse a lo anterior que Kekulé permaneció durante mucho tiempo en las garras de las ideas de Gerard y en su conocido libro de texto de química orgánica, publicado en 1859-1861, hace un uso extensivo de fórmulas "racionales" en el espíritu de Gerardo. Y aunque se sintió el acercamiento de un nuevo período en el desarrollo de la química, se necesitaba el genio de Butlerov para lograr un gran avance. Alexander Mijailovich Butlerov (1828–1886) nació en Butlerovka, un pequeño pueblo cerca de Kazán, donde se encontraba la finca de su padre. Sasha no recordaba a su madre, ella murió once días después de su nacimiento. Criado por su padre, un hombre educado, Sasha quería ser como él en todo. Primero estudió en un internado y luego ingresó al Primer Gimnasio de Kazan. Después de graduarse, Sasha ingresó al departamento de ciencias naturales de la Universidad de Kazan, sin embargo, hasta ahora solo como estudiante, todavía era menor de edad. Recién al año siguiente, 1845, cuando el joven cumplió 17 años, el nombre de Butlerov apareció en la lista de los aceptados para el primer año. En 1846, el joven enfermó de tifus y sobrevivió milagrosamente, pero su padre, que lo había contraído, murió. En otoño, junto con mi tía, se mudaron a Kazan. El joven Butlerov estudió con un celo excepcional, pero, para su sorpresa, notó que las conferencias sobre química le proporcionaban el mayor placer. Comenzó a asistir a conferencias con regularidad. Nikolái Nikoláyevich Zininlas cuales fueron leídas para estudiantes del Departamento de Física y Matemáticas. Para recibir el título de candidato, Butlerov tuvo que presentar una disertación al graduarse de la universidad. En ese momento, Zinin se fue de Kazán a San Petersburgo, y no quedó nada más que hacer ciencias naturales. Para el trabajo del candidato, Butlerov preparó un artículo "Mariposas diurnas de la fauna del Volga-Ural". Sin embargo, las circunstancias eran tales que Alejandro todavía tenía que volver a la química. En el otoño de 1850, Butlerov aprobó los exámenes para obtener una maestría en química e inmediatamente comenzó su tesis doctoral "Sobre los aceites esenciales", que defendió a principios del año siguiente. El 4 de junio de 1854, Butlerov recibió la confirmación de que había obtenido el título de Doctor en Química y Física. Los acontecimientos se desarrollaron con una velocidad increíble. Inmediatamente después de recibir su doctorado, Butlerov fue nombrado profesor interino de química en la Universidad de Kazan. A principios de 1857 ya se convirtió en profesor y en el verano de ese año recibió permiso para viajar al extranjero. Butlerov llegó a Berlín a finales del verano. Luego continuó de gira por Alemania, Suiza, Italia y Francia. El destino final de su viaje fue París, el centro mundial de la ciencia química en ese momento. Le atrajo, en primer lugar, su encuentro con Adolf Wurtz. Butlerov trabajó en el laboratorio de Wurtz durante dos meses; fue aquí donde comenzó su investigación experimental, que durante los siguientes veinte años culminó con el descubrimiento de docenas de nuevas sustancias y reacciones. Numerosas síntesis ejemplares de Butlerov (etanol y etileno, dinzobutileno, alcoholes terciarios, urotropina, trioximetileno, polimerización de hidrocarburos de etileno) se encuentran en el origen de varias industrias y, por lo tanto, tuvieron un efecto estimulante muy directo en ellas. Mientras estudiaba los hidrocarburos, Butlerov se dio cuenta de que representan una clase muy especial de productos químicos. Al analizar su estructura y propiedades, el científico notó que aquí hay un patrón estricto. Formó la base de la teoría de la estructura química que creó. El 17 de febrero de 1858, Butlerov realizó un informe en la Sociedad Química de París, donde expuso por primera vez sus ideas teóricas sobre la estructura de la materia. Su informe despertó el interés general y un animado debate: "La capacidad de los átomos para combinarse entre sí es diferente. Particularmente interesante a este respecto es el carbono, que, según August Kekule, es tetravalente", dijo Butlerov en su informe. No se nota que el método de conexión se refleja en las propiedades. de los compuestos correspondientes. Nadie ha expresado todavía tales pensamientos. "Tal vez ha llegado el momento", continuó Butlerov, "cuando nuestra investigación debería convertirse en la base de una nueva teoría de la estructura química de las sustancias. Esta teoría se distinguirá por la precisión de las leyes matemáticas y permitirá predecir las propiedades de compuestos orgánicos.” Unos años más tarde, durante un segundo viaje al extranjero, Butlerov presentó la teoría que había creado para la discusión. Hizo el anuncio en el 36º Congreso de Naturalistas y Médicos Alemanes en Speyer. La convención tuvo lugar en septiembre de 1861. Hizo una presentación en la sección de química. El tema tenía un título más que modesto: "Algo sobre la estructura química de los cuerpos". En el informe, Butlerov expresa las principales disposiciones de su teoría de la estructura de los compuestos orgánicos. Esta es, en primer lugar, la definición del concepto de "estructura química", que Butlerov formula de la siguiente manera: “Partiendo de la idea de que cada átomo químico que forma parte del cuerpo participa en la formación de este último y actúa aquí con cierta cantidad de fuerza química (afinidad) que le pertenece, llamo estructura química a la distribución de la acción de esta fuerza, debido a la cual los átomos químicos, mediata o directamente influyéndose entre sí, se combinan en una partícula química. “Esta definición de Butlerov es tan profunda”, escribe el académico A. E. Arbuzov en su libro, “tan significativa que básicamente no difiere de lo que entendemos actualmente por estructura química a la luz de las últimas ideas científicas sobre la estructura de una partícula química. (moléculas). Extremadamente importante, especialmente para esa época, es también el lugar del informe donde Butlerov habla de la posibilidad de juzgar la estructura de las moléculas de una sustancia por métodos químicos y, sobre todo, por métodos para la síntesis de compuestos orgánicos. Sobre este tema, Butlerov dice en su informe: “La mejor manera de sacar conclusiones sobre la estructura química de las sustancias, con toda probabilidad, se basará en el estudio de los métodos para su formación sintética - y principalmente - en aquellas síntesis que se llevan a cabo a temperaturas ligeramente elevadas. temperaturas y, en general, en condiciones en las que es posible seguir el progreso de la complicación gradual de una partícula química." Sin embargo, el lugar más importante en el informe de Butlerov es la cuestión de la posibilidad de expresar la estructura de una sustancia mediante fórmulas. Sobre este tema fundamental, la posición científica de Butlerov difería marcadamente de las opiniones y convicciones de todos sus predecesores. Fue AM Butlerov, a diferencia de Gerard, Kekula, Kolbe y otros químicos, quien consideró posible y necesario expresar la estructura de un determinado compuesto con una sola fórmula. Butlerov es el verdadero creador de la teoría de la estructura química". Entonces, la teoría ha declarado su derecho a existir. Requería mayor desarrollo y evidencia experimental. En 1863, Butlerov, actuando sobre cloruro de acetilo con dimetilzinc, obtuvo por primera vez en la historia de la química el alcohol terciario más simple: el alcohol terciario butílico o trimetilcarbinol. Poco después, aparecieron en la literatura informes sobre la síntesis exitosa de alcoholes butílicos primarios y secundarios. Ahora ya no podía haber disputa alguna: había cuatro alcoholes butílicos diferentes. Y todos son isómeros. ¡Qué triunfo de la teoría estructural fue! Y qué feliz estaba su autor. El triunfo de la teoría de Butlerov sobre la estructura química de los compuestos orgánicos fue la explicación correcta de los fenómenos de isomería sobre la base de esta teoría. En el artículo "Sobre varias formas de explicar algunos casos de isomería", publicado en 1863 en alemán y en 1864 en francés, Butlerov concluía: "Si sustancias con la misma composición difieren en propiedades, entonces también deben diferir en su estructura química. " La mejor confirmación de la doctrina de la isomería de Butlerov fue la síntesis de isómeros teóricamente predichos: isobutano e isobutileno. En 1862-1865, Butlerov expresó la posición principal de la teoría de la isomerización reversible: la tautomería, cuyo mecanismo, según Butlerov, es la división de moléculas de una estructura y la combinación de sus residuos para formar moléculas de diferente estructura. El éxito le dio confianza al científico, pero al mismo tiempo le presentó una tarea nueva y más difícil. Era necesario aplicar la teoría estructural a todas las reacciones y compuestos de la química orgánica y, lo más importante, escribir un nuevo libro de texto sobre química orgánica, donde todos los fenómenos serían considerados desde el punto de vista de la nueva teoría de la estructura. Butlerov trabajó en el libro de texto durante casi dos años sin descanso. El libro "Introducción al estudio completo de la química orgánica" se publicó en tres ediciones en 1864-1866. La aparición de este libro de texto fue de gran importancia para la difusión de la nueva doctrina entre los químicos. El libro causó una verdadera revolución en la ciencia química. Ya en 1867 se empezó a trabajar en su traducción y publicación en alemán. La publicación por Butlerov en ruso y alemán de un manual de química orgánica, donde por primera vez la teoría de la estructura química se llevó de manera consistente a todas las clases de compuestos orgánicos entonces conocidas, junto con sus brillantes síntesis, contribuyó al amplio reconocimiento y fortalecimiento de su teoría entre los químicos de todo el mundo. Poco después, aparecieron ediciones en casi todos los principales idiomas europeos. Según el investigador alemán Victor Meyer, se ha convertido en “un faro guía en la gran mayoría de las investigaciones en química orgánica”. En su investigación, Butlerov continuó desarrollando la teoría estructural. Se propuso demostrar que todos los tipos de compuestos orgánicos pueden tener cadenas de carbono rectas y ramificadas. Esto se derivaba directamente de la teoría, pero las disposiciones teóricas debían demostrarse en la práctica. ¿No es posible obtener un hidrocarburo, por ejemplo el butano, cuyos cuatro átomos de carbono no estarían conectados entre sí en serie, sino del mismo modo que lo están en el trimetilcarbinol? Pero encontrar el método adecuado para su síntesis requirió muchos experimentos. Y finalmente, los esfuerzos de Butlerov se vieron coronados por el éxito. En un matraz grande estaba el tan esperado isobutileno. ¡Se ha demostrado la existencia de una cadena ramificada de hidrocarburos! Hoy, por cierto, la producción de hidrocarburos y alcoholes, a la que se dedicaba Butlerov, ha alcanzado una escala industrial colosal, se producen en millones de toneladas. Autor: Samin D.K.
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