Laboratuvar personeli. Maliyet: n.s. Gruner S.V., kıdemli araştırmacı Prishchenko A.A., doçent Livantsova L.I., mühendis Reutova T.O., araştırmacı Novikova O.P., doçent Livantsov M.V., kıdemli araştırmacı Demyanov P.I. Oturma: n.s. Meleshonkova N.N., mühendis Shuvalova E.A., doçent Gopius E.D., prof. Petrosyan V.S., araştırmacı Kochetova E.K., araştırmacı Averochkina I.A.
Laboratuvarın geçmişinden
1957 yılında akademisyen Reutov O.A. Moskova Devlet Üniversitesi'nde, Reutov O.A. tarafından yürütülen karbon atomundaki nükleofilik ve elektrofilik ikame reaksiyonlarının mekanizmalarına ilişkin kinetik, stereokimyasal ve izotopik çalışmaların sonuçları sayesinde, Organik Kimyanın Teorik Sorunları Laboratuvarı oluşturuldu. ve ilk bilim doktorları ( Beletskaya I.P., Bundel Yu.G., Sokolov V.I.) bilim dünyasında geniş bir kabul görmüştür.
Laboratuvarda yeni yöntemlerin geliştirilmesi (NMR spektroskopisi, elektrokimya), çeşitli organik ve organoelement bileşiklerinin elektronik ve uzaysal yapısı hakkında benzersiz veriler elde etmeyi ve bunların çözeltilerdeki ve katı fazdaki davranışlarını incelemeyi mümkün kıldı. Yeni nesil bilim doktorları ( Butin K.P., Kurts A.L., Petrosyan V.S.) akademisyen O.A. Reutov okulunun otoritesini artırmaya devam etti. 1988 yılında Laboratuvarın liderliğini Profesör V.S. ve o zamandan beri Fiziksel Organik Kimya Laboratuvarı olarak adlandırılıyor. Daha sonraki yıllarda yapılan araştırmalar geniş çapta tanındı ve birçok ödül aldı. Laboratuvar mezunları (akademisyenler Beletskaya I.P., Bubnov Yu.N., Egorov M.P., Profesör Sokolov V.I., Bakhmutov V.I., Tretyakova N.Yu.Ülkemizde ve yurt dışında baş laboratuvarlar. Şu anda laboratuvarda yürütülen araştırma, Rus ve uluslararası bilim camiası tarafından büyük beğeni topluyor.
Laboratuvarın ana bilimsel yönleri
- fiziksel organik kimya
- organoelement bileşiklerinin kimyası
- çevre kimyası ve toksikoloji
 |
Bilimsel grupta kıdemli araştırmacı Prişçenko A.A.(doç. prof. Livantsov M.V., doçent Livantsova L.I., araştırmacı bilim adamı Novikova O.P., araştırmacı bilim adamı Meleshonkova N.N.) yeni organik fosfor bileşiği türleri üzerinde araştırma yapmak, bunların yapısını ve reaktivitesini, ayrıca kompleksleşme ve biyolojik aktiviteyi incelemek. Mono ve difosfor içeren asitlerin işlevselleştirilmiş hidroksi ve aminometil türevleri (doğal pirofosfatların ve amino asitlerin umut verici organofosfor biyomimetikleri), çeşitli özelliklere sahip etkili ligandlar ve biyolojik olarak aktif maddeler olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Fiziksel organik kimya laboratuvarı, aromatik, heterosiklik ve doymamış parçalar dahil olmak üzere, üç değerlikli fosfor asitlerinin trimetilsilil esterleri ve işlevselleştirilmiş karbonil bileşikleri gibi yüksek derecede reaktif sintonlar kullanarak bu maddelerin yeni türlerinin sentezi için uygun yöntemler geliştirmiştir. Ortaya çıkan bileşikler, difosfor içeren peptitlerin yanı sıra etkili çok dişli ligandların, umut verici antioksidanların ve çoklu antioksidan etki mekanizmasına sahip sitoprotektörlerin üretimi için ilgi çekicidir. Çalışma, Rusya Temel Araştırma Vakfı'nın çeşitli bağışlarıyla desteklendi. |
 |
Kıdemli araştırmacının ana çalışma yönü Demyanova P.I. Bir moleküldeki (karmaşık, kristal) atom çiftleri arasındaki molekül içi, esasen kovalent olmayan etkileşimlerin doğasına ilişkin teorik bir çalışmadan oluşur ve bu etkileşimlerin bağlanma (stabilize edici) veya itici (kararsızlaştırıcı) olup olmadığını belirler. Bu tür çalışmalara duyulan ihtiyaç, birçok yerli ve yabancı araştırmacının, Moleküllerdeki Atomların Kuantum Teorisi (QTAVM) çerçevesinde elektron yoğunluğu dağılımının topolojik analizinin sonuçlarının resmi yorumuna dayanarak oluşturulduğu gerçeğiyle belirlenir. Bader, örneğin benzer yüklü iyonlar arasındaki bağlanma etkileşimlerinin varlığını veya etilen glikolde ve diğer 1,2-diollerde (şekerler dahil) ve diğer birçok organik molekülde molekül içi hidrojen bağlarının bulunmadığını ısrarla ileri sürüyor. Teorik hesaplamaların bir başka yönü, Cu(I)-, Ag(I)- ve Au(I)- organik bileşiklerin ve bu metallerin komplekslerinin çözeltileri ve kristallerindeki metal-metal etkileşimlerinin enerjisi ve doğası hakkında bilgi elde etmeyi amaçlamaktadır. organik ve inorganik ligandlar. Bu bilgi, varlığı hala sorgulanan metalofilik etkileşimlere ışık tutmaya yardımcı olacaktır. |
 |
N.s. Gruner S.V. Silikon, germanyum ve kalay organik türevlerinin kimyası üzerinde uzun yıllar çalışmış, son yıllarda yüksek lisans öğrencileriyle birlikte ilginç yapısal özelliklere sahip ve sıra dışı reaktivite sergileyen geniş bir dizi hiperkoordinasyon kalay bileşiği elde etmiştir. |
 |
Doçent Gopius E.D.– Biyoloji Fakültesi'nde organik kimya öğretiminin küratörü, laboratuvar başkan yardımcısı. Bilimsel araştırmalar karbokatyonların kimyasına odaklanmaktadır. |
 |
Mühendis Shuvalova E.A. Su ekosistemlerinin organik kimyası ve toksikolojisi ile ilgilenir. 1987 yılında prof tarafından oluşturulan Moskova Devlet Üniversitesi Açık Ekoloji Üniversitesi'nin çalışmalarını organize etmeye büyük önem veriyor. Petrosyan V.S. |
Serbest olmayan maddede serbest bir parçacığın uzun ömrü mümkün mü?
Olası. Kararlı bir serbest radikaldir. Organik kimyanın genel konularını ele alan, organik reaksiyon mekanizmalarının yanı sıra organik bileşiklerin kimyasal yapısı, özellikleri ve özellikleri arasındaki nicel ilişkiye özel önem veren fiziksel organik kimya çerçevesinde keşfedildiler. reaktivite.
Başarılardan biri, kararlı serbest radikallerin (bağımsız olarak var olabilen ve bir veya iki eşleşmemiş elektrona sahip bir tür molekül veya atom) keşfi ve pratik kullanımıdır.
Serbest radikallerin stabilitesi, eşleşmemiş elektronun lokalize olduğu atomun yakındaki hacimli ikame ediciler tarafından diğer reaktiflerden güvenilir bir şekilde korunması durumunda, sterik engeller (sterik engeller) olarak adlandırılanlar tarafından kolaylaştırılır. Kalabalığın içindeki tek bir kişi gibi - istediği yere gitmekte özgürmüş gibi görünüyor - ama hayır, çevreniz sizi engelliyor!
Bilimsel araştırma ve endüstride döndürme etiketleri, problar ve tuzaklar olarak kullanılan imidazolin serisinin stabil nitroksil radikallerinin ve bunların öncülerinin üretimine yönelik sentez ve teknoloji yöntemleri geliştirilmiştir. Radikaller, mol yüzdesi 10 (-10'un gücüne kadar) konsantrasyonlarda elektron paramanyetik rezonansı (EPR) ile belirlenir.
İmidazolin serisinin geliştirilen nitroksil radikallerinin teknik ve ekonomik avantajları, rezervuar sıvılarının (petrol üretimi), gizli işaretlerin vb. hareketinin göstergeleri olarak kullanılmalarına olanak tanıyan benzersizlikleri (doğal analogları yoktur) ile belirlenir. Kararlı serbest radikaller bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır:
Tıpta ve biyolojide stabil nitroksil radikalleri genellikle döndürme etiketleri olarak kullanılır. Spin etiketlerinin tüm molekülleri, kimyasal yapılarının çeşitliliğine rağmen, kural olarak aynı paramanyetik parçayı içerir - kimyasal olarak kararlı bir nitroksil radikali (>N-O*). Eşlenmemiş bir elektron bu radikal üzerinde lokalize olup, ESR sinyalinin kaynağı olarak hizmet eder. Döndürme etiketlerinin spesifik seçimi araştırma problemine göre belirlenir. Örneğin, spin etiketleri kullanılarak proteinlerin konformasyonel yeniden düzenlemelerini izlemek için etiket molekülleri genellikle proteinin belirli bölgelerine "dikilir". Bu durumda spin etiketinin, protein molekülünün amino asit kalıntılarıyla kovalent kimyasal bağ oluşturabilen özel bir reaksiyon grubu içermesi gerekir.
Yapay ve biyolojik membranların özelliklerini incelemek için genellikle membranın lipit katmanına dahil edilebilen, lipitte çözünebilen spin etiketleri kullanılır:
- hücresel organellerdeki pH değerini ölçmek için döndürme pH probları olarak;
- membranlardan iyon transfer süreçlerini incelerken;
- İlaçların veya diğer ilaçların organ veya dokulardaki lokalizasyonunu belirlemek.
Analitik kimya ve jeofizikte:
- metallere bağlanabilen kenetleme maddeleri oluşturmak;
- düşük tespit eşiğine sahip göstergeler olarak (örneğin, petrol arama ve üretiminde trityum veya organik boyalar yerine, yeraltı suyu hareketinin analizinde floroaromatik asitler yerine).
Diğer endüstrilerde yakıtlara, alkollere vb. gizli işaretler eklemek için.
Rusya Bilimler Akademisi (Kazan) Kazak Bilim Merkezi'nin Organik ve Fiziksel Kimya Enstitüsü faaliyet göstermektedir. Şunu okuyabilirsiniz: Gammet L. Fiziksel organik kimyanın temelleri. Hızlar, dengeler ve reaksiyon mekanizmaları. M.: Mir, 1972.
USPTU Fiziksel ve Organik Kimya Bölümü, 1983 yılında fiziksel ve organik kimya bölümlerinin birleşmesiyle oluşturulmuştur. Fiziksel Kimya Bölümü'nün geçmişi, Moskova Petrol Enstitüsü Ufa şubesinin 3. sınıf öğrencilerinin eğitimlerine devam etmek üzere Moskova'ya ilk kez gönderilmediği 1947 yılına kadar uzanmalıdır. O yıllarda laboratuvar çalışmalarını organize etmek için bölümde, çeşitli cam kimyasal ekipmanlarının laboratuvar atölyesine girişini büyük ölçüde hızlandıran bir cam üfleme atölyesi oluşturuldu. Birkaç yıl boyunca fiziksel ve koloidal kimya üzerine çalışmalar yapıldı. Bunun büyük payı kıdemli öğretmene gidiyor Lyubov Nisovne Pirkis. Dubitel fabrikasının baş mühendisi D. M. Rapoport, fizikokimya üzerine ders vermek üzere davet edildi ve daha sonra enstitünün kadrosuna katılarak emekliliğine kadar orada çalıştı. Fiziksel Kimya Bölümü resmi adını 1951 yılında Profesör Boris Vasilyeviç Klimenok 1983 yılında yeniden yapılanmasına kadar 32 yıl boyunca bölüme başkanlık etti. Bölümün kurulduğu dönemde eğitim ve bilimsel çalışmalar 8 çalışan tarafından yürütülüyordu. Profesör B.V. Klimenok'un liderliğinde bölüm, dizel yakıtların üre ile cilalanması konusunda bilimsel araştırmalara başladı. Kapsamlı araştırmalar, ürenin su-etanol çözeltilerini kullanarak bir mum giderme prosesi geliştirmeyi ve Ufa Petrol Rafinerisi'nde bir pilot tesis kurmayı mümkün kıldı. Pilot endüstriyel sonuçlar sürecin gerçek olasılığını kanıtladı, ancak büyük alkol ve üre kayıpları süreci etkisiz hale getirdi. Departman bağımsız olarak dizel yakıtların su-üre süspansiyonu ile mumunun giderilmesini incelemeye başladı.
İle başlayan 1954 Her yıl lisansüstü öğrenciler bilimsel çalışmalara katılmaktadır. Mühendis A. T. Zemlyansky, üre mum gidermenin sulu bir versiyonunun geliştirilmesi ve sürecin pratik olarak uygulanması için çok çaba harcadı. O “altın ellere” ve mükemmel bir mühendislik zekasına sahip bir adamdı. Bağımsız olarak bir torna tezgahında çalışma yaptı, kaynak ve metal işleri yaptı. Enstitünün mekanik atölyesinde inşa edilen, petrol fraksiyonlarının üre ile mumunun alınmasına yönelik büyük bir pilot tesisin A. T. Zemlyansky'nin beyni olduğu düşünülebilir. Pilot tesisle birlikte Ulusal Petrol Rafinerisi Fabrikasında yarı endüstriyel tesis inşa edildi. Ancak çeşitli nedenlerden dolayı bu tesisin varlığı sona erdi ve sürecin gelişimi esas olarak enstitünün pilot kurulumunda devam etti. Yeni süreç seçeneklerinin olasılığı araştırıldı. Bu konuyla ilgili tezler Z. V. Basyrov, F. A. Chegodaev, A. M. Syrkin, A. A. Krasnov, T. S. Kamkina, P. O. Ivanov, V. G. Abdula, R. M Abzalov tarafından savunuldu. Bölümün genişlemesi, 1968 yılında, petrol ürünlerine dayalı belirli özelliklere sahip karbon malzemelerinin üretimi ve petrol rafinerilerinden atık sülfürik asidin kullanımına ilişkin araştırmalara dahil olmasıyla gerçekleşti. Bu konuyla ilgili 7 aday tez savunuldu. Hem laboratuvar atölyesini hem de bölümdeki tüm raporlamayı kusursuz bir şekilde yürüten A. A. Senko'nun çalışmalarına dikkat edilmelidir. Şu anda bu çalışma mühendis G. G. Medvedeva tarafından sürdürülmektedir. Kendisi sadece günümüzde kolay olmayan laboratuvar çalıştaylarının tam olarak sağlanmasından değil, aynı zamanda departman işlerinin yönetiminden ve halka açık etkinliklerin organizasyonundan da sorumludur.
Organik Kimya Bölümü'nün de geçmişi 1947 yılına dayanmaktadır. Yıllar geçtikçe bölüm yeniden organize edilerek diğer bölümlerle birleştirildi.
İÇİNDE 1974 yıl, bölüm yeniden bağımsız hale geldi ve başkanlığını Profesör R. B. Valitov yaptı. Onun liderliğinde petrokimya ve ağır organik sentez alanında bilimsel araştırmalar gelişmeye başladı. Doçentler M. G. Safarov, D. M. Torikov, R. V. Faskhutdinova, A. I. Naimushin, bölümün metodolojik çalışmasına büyük katkı sağladı. Doçent M. G. Safarov, Akademisyen V. I. Isagulyants ile birlikte 1,3-dioksanlardan oluşan bir kimya okulu kurdu. Bu alandaki aday ve doktora tezleri D. L. Rakhmankulov, U. B. Imashevm, E. A. Kantor, S. S. Zlotsky ve diğerleri tarafından savunuldu.
Üniversitenin en eski laboratuvar asistanlarından biri olan T.V. Grigorieva, laboratuvar başkanları R.T. Zinatullin ve I.N. Gilmanov'un, kıdemli laboratuvar asistanları E.E. Sukhareva'nın organik kimya laboratuvar çalıştayının organizasyonuna büyük katkısını not etmemek imkansızdır. uzun yıllardır bölümde çalışmakta olan R. A. Bikimbetov, G. D. Vorshev.
İÇİNDE 1981 Her yıl bir profesör bölüm başkanı seçilir Ural Bulatoviç İmashev. Fiziksel ve organik kimya bölümlerinin birleşmesinden sonra Profesör U. B. Imashev bölümün liderliğini sürdürdü. Onun gelişiyle birlikte, ağır petrol ham maddelerinin işlenmesine yönelik gelecek vaat eden teknolojiler üzerindeki araştırma çalışmaları yoğunlaştı. Bu yönün geliştirilmesi ve genişletilmesi, sonuçları bir dalga alanındaki petrol kalıntılarını işlemek için yeni, benzersiz teknolojiler olan bir bilimsel okulun yaratılmasına yol açtı. Karbon sülfit ve disülfürden başlayarak çeşitli fonksiyonel olarak ikame edilmiş mono-, di- ve tritiyokarbonatların sentezi için orijinal yöntemler geliştirilmiştir. Çeşitli kimyasal reaksiyonlardaki özellikleri ve dönüşümleri incelenmiştir. Organosülfür konularında, bölümde 3 adayın tezi savunuldu (R. F. Mavlyutov, N. T. Chanyshev, R. F. Ishteev). Doçent S.M. bölümün bilimsel potansiyeline belli bir katkı sağladı. Kalaşnikof, asetallerin ve kükürt oksit türevlerinin sentezi üzerine. Profesör E.M. Kuramshin'in gelişiyle bölümün bilimsel potansiyeli gözle görülür şekilde arttı. Asetallerin kimyası çalışmasında kinetik bir yön geliştirdi. Profesör E.M. Kuramshin, organik bileşiklerin oksidatif dönüşümlerinin yanı sıra kimyasal reaksiyonların kinetiği ve mekanizması alanında çalışmalara öncülük etmektedir. Son beş yılda bölüm 1.800 bin ruble değerinde araştırmayı tamamladı.
Doçent A.I. Naimushin tarafından geliştirilen akış şemaları, organik kimya laboratuvar sınıflarına tanıtıldı. Profesör E.M. Kuramshin, bir akış şeması kullanarak fiziksel ve koloidal kimyada laboratuvar çalışması için metodolojik öneriler ve fiziksel kimyada bir problem kitabı yayınladı. Profesör E.M. Kurashin, doçentler O.P. Zhurkin ve O.B. Zvorygina, fiziksel kimya üzerine bir laboratuvar çalıştayı yayınladı.
Profesör U. B. Imashev “Organik Kimyanın Temelleri” ders kitabını yayınladı - M.: Kolos, 2011. - S.-464 s. ve "Organik kimya üzerine laboratuvar çalıştayı" - Ufa: USNTU, 2009.-236p. Doçent S. M. Kalashnikov, Doçent N. T. Chanyshev ve Profesör E. A. Udalova ile birlikte “Organik kimyada problemler ve alıştırmalar” adlı bir ders kitabı yayınladı Ufa: USNTU, 2011. - 236 s. Doçent O.P. Zhurkin ile birlikte “Organik bileşiklerin analizinde fiziksel ve kimyasal yöntemler” ders kitabı yayınlandı: - USNTU, 2009. - 211 s.
Son beş yılda, bölümün öğretmenleri ve personeli 12 ders kitabı ve öğretim yardımcı kitabı, 7 monografi, 135 bilimsel makale yayınladı, 19 patent ve 3 hibe aldı.
Lavoisier'in zamanından bu yana kimyacılar, nispeten küçük moleküllerin belirli hızlı iyonik reaksiyonlarının hangi yöne gideceğini tahmin edebildiler ve bu reaksiyonları pratik kullanım için değiştirebildiler. Karmaşık molekülleri incelemek çok daha zordu. Organik bileşiklerin yavaş reaksiyonlarının analiz edilmesi de çok daha zordu. Çoğunlukla reaksiyonlar birkaç yol izleyebiliyordu ve kimyagerin, süreci derinlemesine anlayarak değil, bir deneyci ve sezgi olarak becerisi sayesinde reaksiyonu istenen yola yönlendirmesine izin verildi.
Atomun elektronik modelinin ortaya çıkışıyla organik kimyacılar kendi araştırma alanlarına yeni bir bakış açısı getirebildiler. XX yüzyılın 20'li yıllarının sonunda. İngiliz kimyager Christopher Ingold (1893-1970) ve diğer bazı kimyacılar, organik reaksiyonlara atomik yapı teorisi açısından yaklaşmaya çalıştılar ve moleküllerin etkileşimini elektronların geçişiyle açıkladılar. Organik kimyada fiziksel kimya yöntemleri yoğun bir şekilde kullanılmaya başlandı. Önemli bir disiplin haline geldi fiziksel organik kimya .
Ancak organik reaksiyonları yalnızca elektronların hareketi sonucu yorumlama çabaları pek başarıya yol açmadı.
20. yüzyılın ilk çeyreğinde elektronun keşfinden bu yana, elektronun çok küçük ve sert bir top olduğunun kanıtlandığı düşünülüyordu. Ancak 1923'te Fransız fizikçi Louis Victor de Broglie (d. 1892), elektronların (ve diğer tüm parçacıkların) dalga özelliklerine sahip olduğuna dair teorik bir gerekçe sundu. XX yüzyılın 20'li yıllarının sonunda. bu hipotez deneysel olarak doğrulandı.
Pauling (protein ve nükleik asit moleküllerinin spiral bir şekle sahip olduğunu öne süren ilk kişiydi, bkz. Bölüm 10) 30'lu yılların başında organik reaksiyonları değerlendirirken elektronların dalga doğasını hesaba katmayı mümkün kılan yöntemler geliştirdi.
Bir çift elektronun sosyalleşmesinin (Lewis ve Langmuir'e göre), dalgaların etkileşimi veya elektron bulutlarının örtüşmesi olarak yorumlanabileceğini öne sürdü. Kekule'nin yapısal teorisinde bir özellik olarak gösterilen kimyasal bağ, yeni konseptlerde elektron bulutlarının maksimum örtüştüğü bölgeye karşılık geliyor. Elektron bulutlarının örtüşmesinin bazen yalnızca yapısal formüldeki değerlik bağıyla temsil edilen tek bir yönde gerçekleşmediği ortaya çıktı. Başka bir deyişle, bir molekülün gerçek yapısı herhangi bir tek yapısal formülle yaklaşık olarak bile temsil edilemez. Bununla birlikte, çeşitli varsayımsal yapılar arasında bir ara madde olarak, bu yapıların "rezonans melezi" olarak düşünülebilir. Böyle gerçek bir molekülün enerjisinin, herhangi bir tek rezonanslı "klasik" yapıya dayalı olarak beklenenden daha düşük olduğunu belirtmek önemlidir. Bu tür moleküllerin "rezonansla stabilize edildiği" söylenir, ancak bu durumda rezonans elbette gerçek bir fiziksel fenomen değil, bazı moleküllerin stabilitesini ve özelliklerini açıklamak için uygun bir teorik kavramdır.
Rezonans teorisinin, Kekule zamanından bu yana kimyacıların kafasını karıştıran benzenin yapısının anlaşılmasında özellikle yararlı olduğu kanıtlanmıştır (bkz. Bölüm 7). Benzen formülü genellikle değişen tek ve çift bağlara sahip bir altıgen olarak tasvir edildi. Bununla birlikte benzen, çift bağlı bileşiklerin karakteristik özelliklerinden neredeyse tamamen yoksundur.
Ancak benzen için, birinci formülle karşılaştırıldığında basit ve çift bağların yer değiştirdiği ikinci, tamamen eşdeğer bir Kekulé formülü yazabilirsiniz. Gerçek benzen molekülü, iki Kekulé yapısının rezonans hibriti olarak tanımlanır; Çift bağların oluşumundan sorumlu olan elektronlar, halka etrafında "yayılır" ve delokalize olur, böylece benzendeki karbon atomları arasındaki tüm bağlar eşdeğerdir ve klasik tekli ve çiftli bağlar arasında orta düzeydedir. Benzenin kimyasal davranışının artan stabilitesinin ve özelliklerinin nedeni tam olarak budur.
Benzenin yapısına ek olarak elektronların dalga özelliklerine ilişkin fikirler diğer konuların açıklanmasına yardımcı oldu. Bir karbon atomunun dış kabuğunda yer alan dört elektronun enerjisi tamamen eşdeğer olmadığından, karbon atomu ile komşu atomları arasında oluşan bağların, bir karbon atomunun oluşumunda yer alan elektronlardan hangisine bağlı olarak bir miktar farklı olduğu varsayılabilir. veya başka bir iletişim.
Bununla birlikte, dalgalar gibi dört elektronun birbirleriyle etkileşime girdiği ve van't Hoff-Le Bel tetrahedral atomunda olduğu gibi tamamen eşdeğer ve tetrahedronun köşelerine doğru yönlendirilen dört "orta" bağ oluşturduğu ortaya çıktı.
Aynı zamanda rezonans, kimyagerlerin ilk kez 20. yüzyılın başında karşılaştığı bir grup olağandışı bileşiğin yapısının açıklanmasına da yardımcı oldu. 1900 yılında Amerikalı kimyager Moses Gomberg (1866-1947), molekülünde iki karbon atomunun altı benzen halkasına (her karbon atomu için üç tane) bağlı olduğu bir bileşik olan hekzafeniletan elde etmeye çalıştı.
Gomberg, bu bileşiğin yerine oldukça reaktif bazı bileşiklerin renkli bir çözeltisini aldı. Birkaç nedenden dolayı Gomberg aldığına inanıyordu trifenilmetil- bir karbon atomu ve üç benzen halkasından oluşan ve karbon atomunun dördüncü bağının doymamış olduğu bir "yarım molekül".
Bu bileşik, kavramı 19. yüzyılda tanıtılan radikallerden birine benziyordu. Organik bileşiklerin yapısını açıklamak (bkz. Bölüm 6). Ancak eski teorideki radikallerden farklı olarak, Gomberg'in keşfettiği molekül, başka bir bileşiğin parçası olarak değil, izole edilmiş bir formda mevcuttu, bu nedenle ona bu ad veriliyordu. serbest radikal .
Kimyasal bağlanmaya ilişkin elektronik kavramların gelişmesiyle birlikte, serbest radikallerde, örneğin trifenilmetil Yeni kavramlar çerçevesinde doymamış bir bağ (Kekule teorisi açısından) eşlenmemiş bir elektrona karşılık gelir. Tipik olarak eşleşmemiş elektrona sahip bu tür moleküller son derece reaktiftir ve hızla diğer maddelere dönüşür.
Bununla birlikte, molekül düz ve simetrikse (bir trifenilmetil molekülü gibi), o zaman eşleşmemiş elektron molekülün her tarafına "yayılabilir" ve bu da radikalin stabilizasyonuna yol açacaktır.
Organik reaksiyonların incelenmesine elektronik yapı teorisi perspektifinden yaklaşıldığında reaksiyonların sıklıkla serbest radikallerin oluşum aşamasını içerdiği ortaya çıktı. Kural olarak rezonansla stabilize edilmeyen bu tür serbest radikaller, yalnızca kısa bir süre için var olurlar ve her zaman zorlukla oluşturulurlar. Çoğu organik reaksiyonun bu kadar yavaş ilerlemesinin nedeni, serbest radikal ara ürünleri oluşturmanın zorluğudur.
20. yüzyılın ikinci çeyreğinde. Organik kimyacılar, organik reaksiyonların özüne daha da derinlemesine nüfuz etmeye başladılar ve reaksiyonların mekanizmasını inceleyerek, sürecin özünü kavrayarak, karmaşıklığı önceki nesil kimyacıları hayrete düşüren molekülleri sentezlemeyi başardılar.
Ancak rezonans teorisinin kavramları yalnızca organik kimyada geçerli değildir. Özellikle borhidrür moleküllerinin yapısını eski fikirlere dayanarak net bir şekilde açıklamak imkansızdır. Bor atomunun gerekli sayıda bağ oluşturamayacak kadar az değerlik elektronu vardır. Elektronların uygun şekilde "yayıldığını" varsayarsak, kabul edilebilir bir moleküler yapı önerebiliriz.
İnert gazların keşfinden bu yana herhangi bir reaksiyona girmediklerine inanılsa da, 1932'de Pauling bu gazların atomlarının bağ oluşturması gerektiğini öne sürdü.
Başlangıçta Pauling'in bu varsayımı fark edilmedi, ancak 1962'de inert gaz ksenonun flor ile reaksiyonunun bir sonucu olarak, ksenon florür. Bundan kısa bir süre sonra, flor ve oksijen içeren bir dizi başka ksenon bileşiğinin yanı sıra radon ve kripton bileşikleri de elde edildi.
Yarı ömür
Atomun yapısının incelenmesi problemin yeni bir şekilde anlaşılmasına yol açtı, ancak aynı zamanda bilim adamları bir takım yeni sorularla da karşı karşıya kaldılar.
1900 yılında Crookes (bkz. Bölüm 12), taze hazırlanmış saf uranyum bileşiklerinin çok az radyoaktiviteye sahip olduğunu ve bu bileşiklerin radyoaktivitesinin zamanla arttığını keşfetti. 1902'ye gelindiğinde Rutherford ve iş arkadaşı İngiliz kimyager Frederick Soddy (1877-1956), bir alfa parçacığının emisyonuyla uranyum atomunun doğasının değiştiğini ve üretilen yeni atomun uranyumun kendisinden daha güçlü radyasyon yaydığını öne sürdü (böylece) , gözlem burada dikkate alınmıştır Crookes). Bu ikinci atom da bölünerek başka bir atom oluşturur. Aslında uranyum atomu bir dizi radyoaktif elementin ortaya çıkmasına neden olur. radyoaktif seri radyum ve polonyum dahil ("Sıra Numarası" bölümüne bakın) ve radyoaktif olmayan kurşunla biter. Bu nedenle uranyum minerallerinde radyum, polonyum ve diğer nadir radyoaktif elementler bulunabilir. İkinci radyoaktif seri de uranyumla, üçüncü radyoaktif seri ise toryumla başlıyor.
Sürekli bozunan radyoaktif elementlerin neden hala var olmaya devam ettiğini sormak yerinde olur. 1904'te bu sorun Rutherford tarafından çözüldü. Radyoaktif bozunma hızını inceleyerek, belirli bir süre sonra, farklı elementler için farklı olarak, belirli bir radyoaktif elementin belirli bir miktarının yarısının bozunduğunu gösterdi. Rutherford, her bir radyoaktif madde tipinin karakteristik özelliği olan bu periyodu şöyle adlandırdı: yarı ömür(Şek. 22).
Pirinç. 22. Radonun yarı ömrü, kalan madde miktarının düzenli aralıklarla ölçülmesiyle belirlenir. Ortaya çıkan bağımlılık "bozunan" bir üstel eğridir y=e-ah .
Örneğin radyumun yarı ömrü 1600 yılın biraz altındadır. Jeolojik çağlar boyunca, yerkabuğundaki herhangi bir miktar radyum, eğer uranyumun bozunmasıyla sürekli olarak yenilenmeseydi, elbette uzun zaman önce yok olurdu. Aynı şey, yarı ömürleri saniyenin kesirleriyle ölçülenler de dahil olmak üzere diğer uranyum bozunma ürünleri için de söylenebilir.
Uranyumun yarı ömrü 4.500.000.000 yıldır. Bu çok büyük bir zaman dilimidir ve Dünya'nın tüm tarihi boyunca orijinal uranyum rezervlerinin yalnızca bir kısmı bozunabilir. Toryum 14.000.000.000 yıllık yarılanma ömrüyle daha da yavaş bozunur.
Bu kadar büyük zaman aralıkları ancak belirli bir uranyum (veya toryum) kütlesi tarafından yayılan alfa parçacıklarının sayısı sayılarak belirlenebilir. Rutherford, alfa parçacıkları bir çinko sülfür ekranıyla çarpıştığında meydana gelen küçük parlamaları tespit ederek alfa parçacıklarını saydı (yani sözde yöntemi kullanarak). sintilasyon sayacı).
Her yeni alfa parçacığı başka bir uranyum atomunun bozunduğu anlamına geliyordu, böylece Rutherford saniyede kaç atomun bozunduğunu belirleyebiliyordu. Rutherford, kullandığı uranyum kütlesinden toplam uranyum atomu sayısını belirledi. Bu tür verilere sahip olarak, mevcut uranyum miktarının yarısının bozunması için gereken süreyi hesaplamak artık zor değildi. Milyarlarca yıldan bahsettiğimiz ortaya çıktı.
Uranyumun bozunması o kadar sabit ve karakteristik bir süreçtir ki, Dünya'nın yaşını belirlemek için kullanılabilir. 1907 yılında Amerikalı kimyager Bertram Borden Boltwood (1870-1927), bu tür tespitlerin uranyum minerallerinin kurşun içeriğine dayandırılabileceğini öne sürdü. Minerallerdeki kurşunun tamamının uranyumun bozunmasından geldiğini varsayarsak, bunun ne kadar sürdüğünü hesaplamak kolaydır. Bu yöntemi kullanarak katı kabuğun yaşının en az dört milyar yıl olduğunu belirlemek mümkün oldu.
Bu arada Soddy, atom altı parçacıkların salınmasının atomda neden olduğu değişiklikleri anlatmaya devam etti. Bir atom bir alfa parçacığını kaybederse (yük +2), çekirdeğindeki toplam yük iki azalır ve element periyodik tabloda iki basamak sola doğru hareket eder.
Bir atom bir beta parçacığını (-1 yüklü bir elektron) kaybederse, çekirdek ek bir pozitif yük kazanır ve element periyodik tabloda bir boşluk sağa doğru hareket eder. Bir atom gama ışınları (yüksüz) yayarsa, enerji içeriği değişir, ancak parçacıkların bileşimi etkilenmez, dolayısıyla aynı element olarak kalır.
Bu kuralların rehberliğinde kimyagerler birçok radyoaktif seriyi kapsamlı bir şekilde inceleyebildiler.
İzotoplar
Radyoaktif elementlerin keşfiyle bilim adamları ciddi bir sorunla karşı karşıya kaldılar: Uranyum ve toryumun çeşitli bozunma ürünleriyle ne yapmalı? Düzinelerce keşfedildi ve periyodik tabloda bunların yerleştirilebileceği yalnızca dokuz yer kalmıştı (seri numarası 84 olan polonyumdan seri numarası 92 olan uranyuma kadar).
Böylece, bir uranyum atomu (seri numarası 92) bir alfa parçacığı yayar. Soddy kuralına göre yeni elementin atom numarası 90'dır. Bu, bir uranyum atomunun bir toryum atomu oluşturması gerektiği anlamına gelir. Ancak sıradan toryumun yarı ömrü 14 milyar yıl olarak ölçülürken, uranyumdan elde edilen toryumun yarı ömrü yalnızca 24 gündür.
Radyoaktif olmayan elementler elde edilirken bile farklılıklar gözlenir. Örneğin Richards (atom kütleleri konusunda uzman, bkz. Bölüm 5) 1913'te uranyumun bozunmasından elde edilen kurşunun atom kütlesinin sıradan kurşunun atom kütlesinden biraz farklı olduğunu göstermeyi başardı.
Soddy, birden fazla atom türünün periyodik tabloda aynı yere karşılık gelebileceğini öne sürecek kadar kararlıydı. 90. sırayı toryumun farklı çeşitleri, 82. sırayı ise farklı kurşun çeşitleri doldurabilir. Soddy, tabloda aynı yeri işgal eden bu atom çeşitlerini şöyle adlandırdı: izotoplar(Yunanca topos'tan - yer).
Tabloda aynı yeri kaplayan izotopların atom numaraları aynı olmalı, dolayısıyla çekirdekte aynı sayıda proton, kabuklarda da aynı sayıda elektron bulunmalıdır. Bir elementin izotopları aynı kimyasal özelliklere sahip olmalıdır çünkü bu özellikler atomlardaki elektronların sayısına ve konumuna bağlıdır.
Peki bu durumda radyoaktif özellikler ile atom kütleleri arasındaki farkı nasıl açıklayabiliriz?
Geçen yüzyılda Prout, tüm atomların hidrojenden oluştuğunu, dolayısıyla tüm elementlerin tamsayı atomik kütlelere sahip olması gerektiğini öne süren ünlü hipotezini (bkz. Bölüm 5) ortaya attı. Ancak, çoğu atom kütlesinin tamsayı olmadığı ortaya çıktı ve bu gerçek, hipotezi çürütüyor gibi görünüyordu.
Ancak atomun yapısına ilişkin yeni fikirlere göre, atomun protonlardan (ve nötronlardan) oluşan bir çekirdeği vardır. Protonlar ve nötronların kütleleri yaklaşık olarak eşittir ve bu nedenle tüm atomların kütleleri, bir hidrojen atomunun (bir protondan oluşan) kütlesinin katları olmalıdır. Prout'un hipotezi yeniden canlandı, ancak atom kütlelerinin ne olması gerektiği konusunda şüpheler yeniden ortaya çıktı.
1912'de J. J. Thomson (yukarıda söylediğimiz gibi elektronu keşfeden kişi), pozitif yüklü neon iyonlarının ışınlarını manyetik alana maruz bıraktı. Manyetik alan iyonların sapmasına ve fotoğraf plakası üzerine düşmelerine neden oldu. Eğer tüm iyonların kütleleri aynı olsaydı, hepsi manyetik alan tarafından aynı açıda saptırılırdı ve fotoğraf filmi üzerinde rengi solmuş bir nokta belirirdi. Ancak bu deney sonucunda Thomson, biri diğerinden yaklaşık on kat daha koyu olan iki nokta elde etti. Daha sonra bu cihazı geliştiren Thomson'un işbirlikçisi Francis William Aston (1877-1945), elde edilen verilerin doğruluğunu doğruladı. Diğer elementler için de benzer sonuçlar elde edildi. Kimyasal olarak benzer iyonları farklı kütlelerdeki iyon demetlerine ayırmayı mümkün kılan bu cihaza denirdi. kütle spektrografı .
Manyetik alanda eşit yüklü iyonların sapma miktarı bu iyonların kütlesine bağlıdır; Daha yüksek kütleye sahip iyonlar daha az saptırılır ve bunun tersi de geçerlidir. Böylece Thomson ve Aston'un deneyleri iki tür neon atomunun olduğunu gösterdi. Bir tür atom için kütle Numarası 20'ye eşit, diğeri için - 22. Noktaların göreceli siyahlığının belirlenmesi sonucunda neon-20 içeriğinin neon-22'den 10 kat daha fazla olduğu tespit edildi. Daha sonra az miktarda neon-21'in varlığı da keşfedildi. Neonun atom kütlesini hesaplarken bu verilerden yola çıkarsak yaklaşık 20,2'ye eşit olduğu ortaya çıkar.
Başka bir deyişle, tek tek atomların kütlesi, bir hidrojen atomunun kütlesinin tam sayı katıdır, ancak tek bir elementin atom kütlesi, onu oluşturan atomların atomik kütlelerinin ortalamasıdır ve bu nedenle bir bütün olmayabilir. sayı.
Çok sayıda izotopa sahip bir elementin ortalama atom kütlesi, bazı durumlarda daha yüksek atom numarasına sahip bir elementin ortalama atom kütlesinden daha büyük olabilir. Örneğin atom numarası 52 olan tellürün yedi izotopu vardır. Bunlardan en ağır iki izotop olan tellür-126 ve tellür-128 en bol bulunanlardır. Sonuç olarak tellürün atom kütlesi 127,6'ya yaklaşır. İyotun atom numarası 53'tür, yani tellürden bir fazladır. Ancak iyotun yalnızca bir izotopu vardır, iyot-127 ve bu nedenle atom kütlesi 127'dir. Mendeleev, periyodik tablosunda iyotu tellürün arkasına yerleştirdiğinde ve böylece atom kütlesinin belirlediği düzeni ihlal ettiğinde, bilmeden atomun yüklerini takip etti. çekirdekler, yani periyodik yasanın fiziksel özü.
Benzer bir örnek daha verelim. Potasyumun (seri numarası 19) üç izotopu vardır - potasyum-39, potasyum-40 ve potasyum-41, ancak en hafif izotop en yaygın olanıdır - potasyum-39. Sonuç olarak potasyumun atom kütlesi 39,1'dir. Argonun atom numarası 18'dir ve ayrıca üç izotopu vardır - argon-36, argon-38 ve argon-40, ancak en ağır izotop - argon-40 - en yaygın olanıdır. Sonuç olarak argonun atom kütlesi yaklaşık 40'tır.
Kütle spektrografı kullanarak bireysel izotopların kütlelerini ölçebilir ve bu izotopların içeriğini belirleyebilirsiniz. Bu tür verileri elde ederek elementin ortalama atom kütlesini hesaplamak mümkündür. Atom kütlesini belirlemeye yönelik bu yöntemin doğruluğu, kimyasal yöntemlerden çok daha yüksektir.
Belirli bir elementin farklı izotopları aynı nükleer yüke ancak farklı kütle numaralarına sahiptir. Sonuç olarak, farklı izotopların çekirdekleri aynı sayıda proton, ancak farklı sayıda nötron içerir. Neon-20, neon-21 ve neon-22'nin her birinin çekirdeğinde 10'ar proton bulunur, tüm bu izotopların seri numarası 10'dur ve elektronlar kabuklar arasında şu şekilde dağılır: 2, 8. Ancak neon-20 çekirdek 10 proton artı 10 nötron içerir, neon-21 çekirdeğinde 10 proton artı 11 nötron bulunur ve neon-22 çekirdeğinde 10 proton artı 12 nötron bulunur.
Çoğu element (ama hepsi değil) izotoplar içerir. Örneğin 1935 yılında Amerikalı fizikçi Arthur Geoffrey Dempster (1886-1950), atom kütlesi (238,07) bir tamsayıya çok yakın olan doğal uranyumun iki izotopun bir karışımı olduğunu tespit etti. İzotoplardan biri baskın miktarda (%99,3) bulunur. Bu izotopun çekirdeği 92 proton ve 146 nötrondan oluşur, yani toplam kütle numarası 238'dir. Bu uranyum-238'dir. Başka bir izotop olan uranyum-235'in içeriği yalnızca %0,7'dir; bu izotopun çekirdeğinde üç tane daha az nötron var.
Radyoaktif özellikler elektronik ortama değil atom çekirdeğinin yapısına bağlı olduğundan, aynı elementin izotopları benzer kimyasal özelliklere ve tamamen farklı radyoaktiviteye sahip olabilir. Uranyum-238'in yarı ömrü 4.500.000.000 yıl iken, uranyum-235'in yarı ömrü yalnızca 700.000.000 yıldır. Bu elementlerin her ikisi de iki ayrı radyoaktif serinin ilk elementleridir.
Elementlerin en basiti olan hidrojenin de bir çift izotopa sahip olabileceğini öne süren teorik önermeler vardı. Sıradan hidrojen atomlarının çekirdeği bir protondan oluşur, yani. sıradan hidrojen hidrojen-1'dir. 1931'de Amerikalı kimyager Harold Clayton Urey (1893-1980), hidrojenin daha ağır izotopunun, eğer varsa, daha yüksek sıcaklıkta kaynaması, daha yavaş buharlaşması ve bir kalıntı halinde birikmesi gerektiğini öne sürdü.
Hidrojenin bu daha ağır izotopunu tespit etmek amacıyla Yuri, dört litre sıvı hidrojeni yavaşça buharlaştırmaya başladı. Urey, hidrojenin son santimetreküpünde, çekirdeğinde bir proton ve bir nötron bulunan bir izotop olan hidrojen-2'nin varlığına dair şaşmaz işaretler buldu. Hidrojen-2 seçildi döteryum .
Oksijen bir istisna değildi. 1929'da Amerikalı kimyager Williams Francis Gioc (1895 doğumlu) oksijenin üç izotopu olduğunu göstermeyi başardı. Oksijen-16 en bol bulunanıdır ve tüm atomların yaklaşık %99,8'ini oluşturur. Oksijen-16 çekirdeğinde 8 proton ve 8 nötron bulunmaktadır. İkinci en bol izotop olan oksijen-18'in çekirdeğinde 8 proton ve 10 nötron bulunurken, yalnızca eser miktarda bulunan oksijen-17'nin çekirdeğinde 8 proton ve 9 nötron bulunur.
Bu bir sorun yarattı. Berzelius'un zamanından bu yana elementlerin atom kütleleri, oksijenin atom kütlesinin 16.0000 olduğu varsayımıyla hesaplanmaktadır (bkz. Bölüm 5). Ancak oksijenin atom kütlesi yalnızca üç izotopun hesaplanan ortalama atom kütlesi olabilir ve oksijen izotoplarının oranı numuneden numuneye büyük ölçüde değişebilir.
Fizikçiler, oksijen-16'nın 16.0000'e eşit atom kütlesine dayanarak atom kütlelerini belirlemeye başladılar. Sonuç olarak bir takım değerler elde edildi ( fiziksel atom kütlesi), kullanılan ve 19. yüzyıl boyunca kademeli olarak rafine edilen değerleri çok küçük bir sabit değerle aşan. ( kimyasal atom ağırlıkları).
1961'de hem kimyagerlerin hem de fizikçilerin oluşturduğu uluslararası kuruluşlar, karbon-12'nin atom kütlesini standart olarak kabul ederek bunu tam olarak 12.0000 olarak belirlediler. Yeni standart kullanılarak hesaplanan elementlerin atom kütleleri, eski kimyasal atom ağırlıklarıyla neredeyse tamamen aynıdır ve ayrıca yeni standart, bir izotop galaksisiyle değil, yalnızca bir izotopla ilişkilidir.
Bölüm 14 Nükleer Reaksiyonlar
Yeni dönüşümler
Atomun radyoaktif dönüşümler sırasında rastgele yeniden düzenlenen daha küçük parçacıklardan oluştuğu anlaşıldığında, bir sonraki adım neredeyse önceden belirlenmiş görünüyordu.
İnsan, sıradan kimyasal reaksiyonları kullanarak molekülleri kendi takdirine göre yeniden düzenlemeyi öğrendi. Neden atomların çekirdeklerini kullanarak yeniden düzenlemeyi denemiyorsunuz? nükleer reaksiyonlar? Protonlar ve nötronlar bir moleküldeki atomlara göre çok daha sıkı bir şekilde bağlıdırlar ve sıradan kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek için kullanılan olağan yöntemler doğal olarak başarıya yol açmayacaktır. Ancak yeni yöntemler geliştirmeyi deneyebilirsiniz.
Bu yönde ilk adım Rutherford tarafından atıldı; çeşitli gazları alfa parçacıklarıyla bombaladı ve bir alfa parçacığının atom çekirdeğine her çarptığında yapısını bozduğunu keşfetti (Şekil 23).
1919'da Rutherford, alfa parçacıklarının nitrojen çekirdeğindeki protonları çıkarabildiğini ve çekirdekten geriye kalanlarla birleşebildiğini zaten göstermeyi başarmıştı. Azotun en yaygın izotopu, çekirdeğinde 7 proton ve 7 nötron bulunan nitrojen-14'tür. Bu çekirdekten bir protonu çıkarırsanız ve bir alfa parçacığının 2 protonu ve 2 nötronunu eklerseniz, 8 proton ve 9 nötrondan oluşan bir çekirdek, yani bir oksijen-17 çekirdeği elde edersiniz. Alfa parçacığını helyum-4, protonu da hidrojen-1 olarak düşünebiliriz. Böylece Rutherford, yapay bir nükleer reaksiyonu başarıyla gerçekleştiren ilk kişi oldu:
Azot-14 + helyum-4 → oksijen-17 + hidrojen-1
Bir elementi diğerine dönüştürerek dönüşümü başardı. Yani 20. yüzyılda. simyacıların en büyük hayali gerçek oldu.
Sonraki beş yıl boyunca Rutherford, alfa parçacıklarını kullanarak bir dizi başka nükleer reaksiyon gerçekleştirdi. Ancak radyoaktif elementler yalnızca ortalama enerjiye sahip alfa parçacıkları ürettiğinden yetenekleri sınırlıydı. Çok daha yüksek enerjilere sahip parçacıklara ihtiyaç vardı.
Pirinç. 23. Rutherford deneyinin şeması. Yayılan alfa parçacıkları altın folyodan geçerken saptırılır; Parçacıklar floresan ekranla çarpıştığında sapmanın büyüklüğü kaydedilir.
Fizikçiler elektrik alanında yüklü parçacıkları hızlandırmak için tasarlanmış cihazlar yaratmaya başladılar. Parçacıkları ivmeyle hareket etmeye zorlayarak enerjileri artırılabilir. İngiliz fizikçi John Douglas Cockroft (1897-1967), çalışma arkadaşı İrlandalı fizikçi Ernest Thomas Sinton Walton (1903 doğumlu) ile birlikte, parçacıkları taşımaya yetecek kadar enerjiye sahip parçacıklar üretmeyi mümkün kılan bir hızlandırıcı fikrini geliştiren ilk kişilerdi. nükleer bir reaksiyon ortaya çıkar. 1929'da böyle bir hızlandırıcı inşa edildi. Üç yıl sonra aynı fizikçiler lityum atomlarını hızlandırılmış protonlarla bombaladılar ve alfa parçacıkları elde ettiler. Bu nükleer reaksiyon şu şekilde yazılabilir:
Hidrojen-1 + lityum-7 → helyum-4 + helyum-4
Cockcroft-Walton hızlandırıcısında ve diğer benzer hızlandırıcılarda parçacıklar düz bir yol boyunca hareket ediyordu. Böyle bir hızlandırıcıda yüksek enerjili parçacıklar elde etmek ancak parçacık yolunun yeterince uzun olması durumunda mümkündü, dolayısıyla bu tür hızlandırıcılar son derece hacimliydi. 1930'da Amerikalı fizikçi Ernest Orlando Lawrence (1901-1958), parçacıkların hafif ayrışan bir sarmalda hareket ettiği bir hızlandırıcı önerdi. Bu nispeten küçük siklotron son derece yüksek enerjiye sahip parçacıklar üretebilir.
Lawrence'ın ilk çok küçük siklotronu, maddenin yapısıyla ilgili en karmaşık soruların yanıtlarını bulmak için kullanılan, çevresi yarım kilometre olan günümüzün devasa tesislerinin öncüsüdür.
1930'da İngiliz fizikçi Paul Adrien Morris Dirac (1902 doğumlu), hem protonların hem de elektronların kendilerine ait olması gerektiği varsayımını teorik olarak kanıtladı. antipartiküller . Antielektron Bir elektronun kütlesine sahip olmalı ancak pozitif yüklü olmalıdır, antiproton proton kütlesine sahip olmalı fakat negatif yüklü olmalıdır.
Antielektron, 1932'de Amerikalı fizikçi Carl David Anderson (1905 doğumlu) tarafından kozmik ışınlar üzerine yaptığı araştırmalar sırasında keşfedildi. Kozmik ışınlar atmosferdeki atom çekirdekleriyle çarpıştığında, manyetik alanda elektronlarla aynı açıda ancak ters yönde sapan parçacıklar oluştururlar. Anderson bu tür parçacıklar adını verdi pozitronlar .
Antiproton çeyrek asır daha keşfedilemedi. Antiprotonun kütlesi, antielektronun kütlesinden 1836 kat daha büyük olduğundan, bir antiprotonun oluşumu 1836 kat daha fazla enerji gerektirir ve bu nedenle 20. yüzyılın 50'li yıllarına kadar. bu dönüşüm imkansızdı. 1955 yılında Amerikalı fizikçiler Emilio Segre (1905 doğumlu) ve Owen Chamberlain (1920 doğumlu) güçlü hızlandırıcılar kullanarak bir antiproton elde etmeyi ve tespit etmeyi başardılar.
Antiproton içeren negatif yüklü çekirdeklerin, pozitif yüklü pozitronlarla çevrelendiği tuhaf atomların olabileceği bulundu. Doğal olarak ne antimadde ne Dünya'da ne de muhtemelen Galaksimizde bile uzun süre var olamaz, çünkü madde antimaddeyle temasa geçtiğinde yok olur (yok eder), büyük miktarda enerji açığa çıkarır. Ancak yine de gökbilimciler antimaddeden oluşan galaksilerin var olup olamayacağını merak ediyor. Eğer bu mümkünse bu tür Galaksileri tespit etmek çok zor olacaktır.
ÖnsözYazarın önsözlerinden birinci ve ikinci baskılara kadar
Bölüm 1. Giriş
Bölüm 2. Çözeltilerdeki reaksiyonların termodinamiği
2.1. Kimyasal potansiyel
2.2. Kimyasal reaksiyon sırasında Gibbs enerjisindeki değişim
2.3. Kimyasal reaksiyon için denge koşulu
2.4. Seyreltik bir çözeltinin yaklaşımı
2.5. Standart potansiyel
2.6. Seyreltik çözelti yaklaşımında denge yasası
2.7. Etkinlik faktörü
2.8. Tam denge kanunu
2.9. Türevin işareti ((?)/ds)
2.10. Etkinlik ve standart etkinlik
2.11. Çeşitli ortamlarda denge sabitleri
2.12. Bileşenlerin sayısı ve seçimi
2.13. Kimyasal potansiyelin biçimsel ve gerçek değerleri
2.14. Fonksiyon q°
2.15. Gibbs-Duhem denklemi
2.16. Çözeltideki molekül ağırlıkları
2.17. Çok bileşenli sistemler için Gibbs-Duhem denklemi
2.18. Elektrolit çözeltileri
2.19. Kimyasal potansiyelin sıcaklık katsayısı
2.20. Konsantrasyonun fonksiyonları olarak molar entalpi ve molar entropi
2.21. Denge sabitinin sıcaklığa bağımlılığı
2.22. Bir reaksiyonun entalpisinin ve standart entropisinin deneysel olarak belirlenmesi
2.23. (?) ve (?)'yi belirlemenin doğruluğu sorunu
2.24. Standart entalpi, entropi ve ısı kapasitesinin biçimsel değerleri
2.25. Basıncın etkisi
Edebiyat
Bölüm 3. İstatistiksel termodinamiğin unsurları
3.1. İstatistiksel Termodinamik İhtiyacı
3.2. İdeal bir gazın istatistiksel termodinamiği
3.3. İstatistiksel toplamların doğası
3.4. Basit harmonik osilatörün termodinamik fonksiyonları
3.5. Tipik sayısal örnekler
3.6. İstatistiksel toplamların hesaplanması
3.7. Gaz fazında istatistiksel mekanik ve kimyasal denge
3.8. Entalpi değişimi ve potansiyel enerji değişimi
3.9. Seyreltik çözeltinin istatistiksel mekaniği
3.10. Barclay-Butler kuralı
3.11. Sulu çözeltilerin bazı özellikleri
3.12. Çözeltilerdeki reaksiyonlar için standart entropideki değişiklikler
3.13. Yapı ve reaktivite ile ilişki
3.14. İstatistiksel toplam q°
Edebiyat
Bölüm 4. Kinetik verilerin yorumlanması
4.1. Kitlesel Eylem Hukuku
4.2. Sistematik ve terminoloji
4.3. Hız sabitleri ve dengeler arasındaki ilişki
4.4. Kinetik üzerine deneysel çalışma
4.5. Kinetik olarak basit tersinmez reaksiyonlar için doğrusal denklem formları
4.6. Doğruluk sorunları
4.7. Doğrusallıktan sistematik sapmaların etkisi
4.8. Reaksiyon sırası belirlemenin güvenilirliği
4.9. Karıştırmalı akış reaktörleri
4.10. Kinetik olarak basit tersinir reaksiyonlar
4.11. Kinetik olarak karmaşık reaksiyonlar
4.12. Yalnızca birinci dereceden reaksiyonları içeren sistemlerin deneysel olarak tanınması
4.13. Birinci dereceden reaksiyon sistemleri için denklemlerin integral formları
4.14. İki üstel terim içeren kinetik denklemlerin yorumlanması
4.15. Bodenstein yöntemi (sabit konsantrasyonlar yöntemi)
4.16. Çok sayıda parametreli denklemlerin doğruluğu sorunu
4.17. Michaelis-Menten denklemi
4.18. Ön dengeye sahip sistemler
4.19. İlişkisel dengenin etkisi
4.20. Müdahale Zorluğunun Farkında Olmak
4.21. Çok adımlı reaksiyonları incelemek için karıştırmalı akış reaktörü kullanma
4.22. Akış tüpü reaktörü
4.23. Rekabet eden reaksiyonlar yöntemiyle bağıl reaktivitenin incelenmesi
4.24. Çok hızlı difüzyonla sınırlı reaksiyonlar
4.25. Çözümlerdeki reaksiyonlar için kütle etki yasasının geçerliliği
4.26. Bağımsız reaksiyonlar ilkesi
4.27. Katalitik ve sıfır dereceli reaksiyonlar
4.28. "Karanlık Zamanlar" ve "Yeniden Doğuş"
Edebiyat
Bölüm 5. Geçiş Durumu Teorisi
5.1. Genel geçiş durumu teorisi
5.2. Bir reaksiyon sırasında sistemin potansiyel enerjisindeki değişim
5.3. Reaksiyon koordinatı
5.4. Ölümcül geçiş durumu teorisi
5.5. Ayrıntılı geçiş durumu teorisinin teorik temelleri
5.6. Ayrıntılı bir geçiş durumu teorisinin geçerliliği
5.7. Teorinin diğer reaksiyon türlerine genişletilmesi
5.8. Teorinin ideal olmayan çözümlere genişletilmesi
5.9. Geçiş durumu bileşimi
5.10. Geçiş durumunu sınırlama veya geçiş durumlarını sınırlama
5.11. Paralel geçiş durumları
5.12. Ara bileşiklerin oluşumu gerekli midir?
5.13. Reaktanlardan geçiş durumuna ilerleme
5.14. Mantıklı olan ve olmayan mekanizma hakkında sorular
5.15. Geçiş durumundan reaksiyon ürünlerine ilerleme
5.16. Curtich'in ilkesi
5.17. Metanolde stilbenin brom ile reaksiyonu
5.18. İyonları içeren reaksiyonların mekanizması sorunu
5.19. Hareketli dengeye sahip sistemlerde yapı etkileri
5.20. Çözücülerin geçiş durumuna stokiyometrik olarak dahil edilmesi sorunu
5.21. Aktivasyon entropisi
5.22 Yapısal izotop etkileri
5.23. Çözücülerin izotopik etkileri
5.24. Basıncın reaksiyon hızlarına etkisi
5.25. Başlangıç ve son maddelerde hareketli dengeye sahip sistemler
5.26. Kataliz
5.27. Katalitik bir işlem durumunda geçiş durumundan reaksiyon ürünlerine ilerleme
5.28. Enzimatik ve heterojen kataliz
5.29. Mikroskobik tersinirlik veya ayrıntılı denge
Edebiyat
Bölüm 6. Bazı ikame reaksiyonları
6.1. Doymuş bir karbon atomunda ikinci dereceden nükleofilik ikame
6.2. Rasemizasyon ve izotop değişimi
6.3. Solvoliz reaksiyonları
6.4. Karbonyum iyon mekanizması
6.5. Yüksek oranda ayrışan solventlerde tuz etkileri
6.6. Çözücünün rolü
6.7. Terminoloji sorunları
6.8. Serbest karbonyum iyonlarının oluşumu hakkında sınırlı fikirler
6.9. İyon çifti hipotezi
6.10. Azid Katkı Maddelerinin Etkisi
6.11. Hidroksil içermeyen çözücülerin bir geçiş kompleksi oluşumuna katılımı
6.12. Alil yeniden düzenlemesi
6.13. Reaktifin rasemizasyonunun eşlik ettiği solvoliz
6.14. Azid Takviyesinin Etkilerine İlişkin Ek Veriler
6.15. Özel tuz efekti
6.16. Çift Yapılandırmanın Geri Alınması
6.17. Ara madde olarak bromonyum iyonları
6.18. Fenonyum iyonu sorunu
6.19. Yeniden gruplamalar
6.20. Elektrofilik aromatik ikame
6.21. Azo birleştirme reaksiyonu
6.22. Olası reaktif formları
6.23. Azo birleştirme reaksiyonunun geçiş durumu
6.24. Piridin'in katalitik etkisi
6.25. Azo birleştirme reaksiyonunda hidrojenin izotopik etkileri
6.26. Azo bağlanma reaksiyonlarında uzaysal etkiler
6.27. Azo kombinasyonunun entropisi
Edebiyat
Bölüm 7. Tuz etkileri
7.1. Brønsted denklemi
7.2. Debye-Hückel limit kanunu
7.3. Azo birleştirme reaksiyonunda tuz etkileri
7.4. Limit yasasının asimetrik iyonlara uygulanabilirliği
7.5. Limit yasasının çoklu yüklü iyonlara uygulanabilirliği
7.6. Orta tuz konsantrasyonlarının aktivite katsayıları üzerindeki etkisi
7.7. Orta tuz konsantrasyonlarının iyonlar arasındaki reaksiyon hızı üzerindeki etkisi
7.8. Geçiş durumu teorisinin doğrulanması olarak tuz etkileri
7.9. Olson-Simonson kuralı
7.10. Reaksiyon sırası incelenirken tuz etkilerinin bastırılması
7.11. Debye-Hückel teorisinin fiziksel anlamı
7.12. Zayıf etkileşimler durumu için teorinin değiştirilmesi
7.13. Bjerrum'un yaklaşımı
7.14. Kimyasal reaksiyonlarda iyon çiftleri
7.15. İyon çifti oluşumu ve Olson-Simonson kuralı
7.16. İyon çiftleri kavramı hakkında
7.17. İyonların zayıf birleşimi hakkında
7.18. Sulu çözeltilerde tuzların ve elektrolit olmayanların etkisi
7.19. Tuzların sulu çözeltilerde iyonlar ve nötr moleküller arasındaki reaksiyonlara etkisi
7.20. Sıvı kükürt dioksitte tuzların iyonlar ve nötr moleküller arasındaki reaksiyonlara etkisi
7.21. Tuzların sulu çözeltilerde solvoliz reaksiyonlarına etkisi
7.22. Tuzların sulu çözeltilerde elektrolit olmayanlar üzerindeki etkisi
7.23. Tarihi bilgi
Edebiyat
Bölüm 8. Çözücünün ve reaktivitenin etkisi
8.1. Temel prensip
8.2. Elektrolitin kimyasal potansiyeline elektrostatik katkı
8.3. İyon çiftlerinin oluşumu; İdeal elektrostatik etkileşim durumu
8.4. Kuaterner amonyum tuzlarındaki iyonların ilişkisi
8.5. İyonik üçlüler ve tuz polimerleri
8.6. Hidrojen bağı
8.7. Hidrojen bağlı iyon çiftleri
8.8. Anyonların hidrojen bağı donörleriyle etkileşimi
8.9. Katyonların hidrojen bağı alıcılarıyla etkileşimi
8.10. İyonların nötr moleküllerle diğer etkileşim türleri
8.11. İyon-Çözücü Etkileşimlerine Genel Bakış
8.12. Dielektrik sabitinin rolü
8.13. Birinci grubun elementlerinin organometalik bileşikleri
8.14. Anyon çözmenin bir anyonun nötr bir molekülle etkileşim hızı üzerindeki etkisi
8.15. Katyonların spesifik çözünmesinin anyonlar ve nötr moleküller arasındaki reaksiyon hızları üzerindeki etkisi
8.16. Katyonların şelat çözülmesi
8.17. İyonik agregatları içeren reaksiyonların kinetiği
8.18. Katı reaktiflerin inertliği
8.19. Çözücünün ortamdaki anyonların reaktivitesi üzerindeki etkisi
8.20. Çözücünün doğasının katyonların anyonlarla reaksiyonları üzerindeki etkisi
8.21. Dağılım kuvvetleri
8.22. Yapışkan Enerji Yoğunluğu
8.23. Düzenli ve ideal çözümler
8.24. Bir çözünenin normal bir çözeltiden diğerine aktarılması
8.25. Güçlü etkileşimlerin etkisi
8.26. Değişen solvente izokinetik bağımlılık
8.27. Su-alkol karışımlarında solvoliz
8.28. Çözücünün solvoliz hızı üzerindeki diğer etkileri
8.29. Yük transfer kompleksleri
8.30. Çok kutuplu veya dipol etkileşimi nedeniyle kompleksleşme
Edebiyat
Bölüm 9. Asitlerin ve bazların niceliksel incelenmesi
9.1. Sulu çözeltilerde pH'ın elektrometrik belirlenmesi
9.2. Sulu olmayan çözeltilerde asitliğin elektrometrik belirlenmesi
9.3. Göstergeleri kullanarak asitliğin ölçülmesi
9.4. Asitlik fonksiyonu Ho
9.5. Tarihi bilgi
9.6. Asitlik fonksiyonları H"", Hi ve Na
9.7. Asitlik fonksiyonları Hk ve H"k
9.8. Asitlik fonksiyonlarına ilişkin diğer veriler
9.9. Üç Değişkenli Hipotez
9.10. Çözme değişkeni
9.11. Asitlik kavramının belirsizliği
9.12. Kuvvetli asitlerin su ile karışımlarında standart aktiviteler
9.13. Su aktivitesinin etkisi hakkında
9.14. Yüksek konsantrasyonlu asit çözeltileri için asitlik fonksiyonları
9.15. Asitlik fonksiyonları ve asit katalizli reaksiyonların hızı
9.16. Sülfürik asit ve su karışımlarındaki aromatik bileşiklerin nitrasyonu
9.17. İki asitlik fonksiyonuyla tanımlanan sistemler
9.18 Temel kuvveti kavramının belirsizliği
9.19 pK°° değerlerinin belirlenmesi
9.20. Bazlığın spektrofotometrik olarak belirlenmesinde çevresel etkilerin süperpozisyonu
9.21. Çevresel etkileri düzeltme yöntemleri
9.22. Zayıf bazların gücünü belirlemenin diğer yolları
9.23. Sıcaklık katsayıları
9.24. Zayıf ayrışan çözücülerde asit-baz reaksiyonları
9.25. Nitrometan ve sülfolan içindeki göstergelerin davranışı
9.26. Dimetil sülfoksitte asit-baz reaksiyonları
9.27. Diğer yüksek bazik ortamlarda asitlik ve baz kuvvetinin işlevleri
9.28 Güçlü temel ortamlardaki reaksiyon oranları
9.29. Alkali metal alkolatların bazlığı
Edebiyat
Bölüm 10. Asit ve bazları içeren reaksiyon hızları
10.1. Genel asit ve genel baz katalizi
10.2. Bronsted katalitik denklemi
10.3. İstatistiksel ayarlamalar
10.4. Uzamsal etkiler
10.5. Bronsted katalitik denklemi ve geçiş durumu teorisi
10.6. Çözücü moleküller, lyonium ve lyate iyonları ile kataliz
10.7. Genel asit ve genel baz katalizini ayırt etme
10.8. Proton transfer reaksiyon hızları
10.9. Elektron yer değiştirme teorisi
10.10. Asetaldehit hidrasyonu
10.11. Baz katalizli hidrasyon mekanizması
10.12. Asit katalizli hidrasyon mekanizması
10.13. Enolisasin reaksiyonunda kataliz
10.14. Döngüsel geçiş durumları
10.15. Esterlerin hidrolizi
10.16. "Çan" ve "ters çevrilmiş çan" tipi Koiidler
10.17. Oksimlerin oluşumu ve diğer benzer reaksiyonlar
10.18. Feniliminolaktonun hidrolizi
10.19. Lewis asidi katalizi
Edebiyat
Bölüm 11. Yapı ve reaktivite arasındaki niceliksel ilişkiler
11.1. Soyut teori
11.2. Serbest enerjilerin doğrusal bağımlılığı ilkesi
11.3. Hız sabitleri ve dengeler arasındaki ilişki
11.4. Serbest enerjilerdeki değişiklikler arasındaki doğrusal ilişkiler
11.5. Gettler korelasyonları
11.6. Asitlerin kuvveti ve esterlerinin hidroliz hızı
11.7. Fenodlar ve karboksilik asitler
11.8. Elektronik tercüme
11.9. Hammett denklemi
11.10. Uzamsal etkiler
11.11. Doğrudan rezonans etkileşimleri
11.12. Normal ikame sabitleri
11.13. (?)Sabitler
11.14. (?)Sabitler
11.15. Yetersiz iki değer(?)
11.16. Doğrudan rezonans etkileşim kalıpları
11.17. Yukawa-Tsuno denklemi
11.18. Rastgele ve sistematik sapmalar sorunu
11.19 Yan zincirdeki elektronik etkilerin azaltılması
11.20. Birkaç ikame edicinin kümülatif etkisi
11.21. Rezonansın önündeki uzaysal engeller
11.22. Mekansal etkilerin doğası
11.23. Uzamsal etkilerin toplanabilirliği
11.24. Serbest enerjilerin doğrusal bağımlılığı ilkesinin uygulanabilirliğine ilişkin ilave kısıtlamalar
11.25. İndüksiyon ve rezonans etkileri
11.26. Taft denklemi
11.27. Tarihi bilgi
11.28. Alifatik ve aromatik bileşiklerin reaktivitesinin korelasyonu
11.29. Exner analizi
11.30. "Esnek" ve "sert" moleküller
11.31. Çözücülerin (?) ve (?) üzerindeki etkisi
Edebiyat
Bölüm 12. Yapının entalpi ve entropideki değişiklikler üzerindeki etkisi
12.1. İzokinetik bağımlılık
12.2. İzoentropik reaksiyon serisi
12.3. İzentalpik reaksiyon serisi
12.4. İzokinetik sıcaklık
12.5. İzokinetik bağımlılık oluşturmanın güvenilirliği
12.6. İzokinetik bağımlılığın varlığının sınırları
12.7. Entalpi ve entropi etkilerinin tutarsızlığı
12.8. Yapısal etkiler ve istatistiksel termodinamik
12.9. Varsayımlar
12.10. Sonuçlar
12.11. Onaylar
12.12. Diğer yaklaşımlar
Edebiyat