छात्रों और स्कूली बच्चों के लिए कार्बनिक रसायन शास्त्र की किताबें। भौतिक कार्बनिक रसायन विज्ञान प्रयोगशाला (PHOC) प्रयोगशाला के इतिहास से

क्या गैर-मुक्त पदार्थ में मुक्त कण का लंबा जीवन संभव है?

संभव। यह एक स्थिर मुक्त कण है। उन्हें भौतिक कार्बनिक रसायन विज्ञान के ढांचे के भीतर खोजा गया था, जो कार्बनिक रसायन विज्ञान के सामान्य मुद्दों से संबंधित है, कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के तंत्र के अध्ययन पर विशेष ध्यान देता है, साथ ही कार्बनिक यौगिकों की रासायनिक संरचना, उनके गुणों और के बीच मात्रात्मक संबंध पर भी ध्यान देता है। प्रतिक्रियाशीलता.
उपलब्धियों में से एक स्थिर मुक्त कणों (एक प्रकार का अणु या परमाणु जो स्वतंत्र अस्तित्व में सक्षम है और जिसमें एक या दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं) की खोज और व्यावहारिक उपयोग है।

मुक्त कणों की स्थिरता तथाकथित स्टेरिक बाधाओं (स्टेरिक बाधाओं) द्वारा सुगम होती है, जब परमाणु जिस पर अयुग्मित इलेक्ट्रॉन स्थानीयकृत होता है, उसे आस-पास के भारी प्रतिस्थापनों द्वारा अन्य अभिकर्मकों से विश्वसनीय रूप से परिरक्षित किया जाता है। यह भीड़ में एक अकेले व्यक्ति की तरह है - ऐसा लगता है कि वह जहां चाहे वहां जाने के लिए स्वतंत्र है - लेकिन नहीं, आपका वातावरण आपको रोक रहा है!
इमिडाज़ोलिन श्रृंखला और उनके पूर्ववर्तियों के स्थिर नाइट्रॉक्सिल रेडिकल्स के उत्पादन के लिए संश्लेषण और प्रौद्योगिकी के तरीके विकसित किए गए हैं, जिनका उपयोग वैज्ञानिक अनुसंधान और उद्योग में स्पिन लेबल, जांच और जाल के रूप में किया जाता है। रेडिकल्स को इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेज़ोनेंस (ईपीआर) द्वारा 10 (-10 की शक्ति तक) मोल प्रतिशत की सांद्रता में निर्धारित किया जाता है।

इमिडाज़ोलिन श्रृंखला के विकसित नाइट्रॉक्सिल रेडिकल्स के तकनीकी और आर्थिक लाभ उनकी विशिष्टता (कोई प्राकृतिक एनालॉग नहीं हैं) से निर्धारित होते हैं, जो उन्हें जलाशय के तरल पदार्थ (तेल उत्पादन), छिपे हुए निशान आदि के आंदोलन के संकेतक के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। स्थिर मुक्त कणों का उपयोग विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है:

चिकित्सा और जीव विज्ञान में, स्थिर नाइट्रॉक्सिल रेडिकल्स का उपयोग आमतौर पर स्पिन लेबल के रूप में किया जाता है। स्पिन लेबल के सभी अणुओं में, उनकी रासायनिक संरचना की विविधता के बावजूद, एक नियम के रूप में, एक ही पैरामैग्नेटिक टुकड़ा होता है - एक रासायनिक रूप से स्थिर नाइट्रॉक्सिल रेडिकल (>एन-ओ*)। इस रेडिकल पर एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन स्थानीयकृत होता है, जो ईएसआर सिग्नल के स्रोत के रूप में कार्य करता है। स्पिन लेबल की विशिष्ट पसंद अनुसंधान समस्या द्वारा निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए, स्पिन टैग का उपयोग करके प्रोटीन की गठनात्मक पुनर्व्यवस्था की निगरानी करने के लिए, टैग अणुओं को आमतौर पर प्रोटीन के कुछ क्षेत्रों में "सिलाया" जाता है। इस मामले में, स्पिन लेबल में एक विशेष प्रतिक्रिया समूह होना चाहिए जो प्रोटीन अणु के अमीनो एसिड अवशेषों के साथ एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन बना सके।

कृत्रिम और जैविक झिल्लियों के गुणों का अध्ययन करने के लिए, आमतौर पर लिपिड-घुलनशील स्पिन लेबल का उपयोग किया जाता है जिन्हें झिल्ली की लिपिड परत में शामिल किया जा सकता है:
- सेलुलर ऑर्गेनेल में पीएच मान को मापने के लिए स्पिन पीएच जांच के रूप में;
- झिल्लियों के माध्यम से आयन स्थानांतरण की प्रक्रियाओं का अध्ययन करते समय;
- अंगों या ऊतकों में दवाओं या अन्य दवाओं के स्थानीयकरण का निर्धारण करने के लिए।

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान और भूभौतिकी में:
- धातुओं से जुड़ने में सक्षम चेलेटिंग एजेंट बनाना;
- कम पहचान सीमा वाले संकेतक के रूप में (उदाहरण के लिए, तेल की खोज और उत्पादन में ट्रिटियम या कार्बनिक रंगों के बजाय, भूजल आंदोलन के विश्लेषण में फ्लोरोएरोमैटिक एसिड के बजाय)।
अन्य उद्योगों में ईंधन, अल्कोहल आदि में छिपे हुए लेबल जोड़ने के लिए।

रूसी विज्ञान अकादमी (कज़ान) के कज़ाख वैज्ञानिक केंद्र का कार्बनिक और भौतिक रसायन विज्ञान संस्थान संचालित होता है। आप पढ़ सकते हैं: गैमेट एल. भौतिक कार्बनिक रसायन विज्ञान के बुनियादी सिद्धांत। गति, संतुलन और प्रतिक्रिया तंत्र। एम.: मीर, 1972.

भौतिक-रासायनिक अनुसंधान. 19वीं सदी के 30-60 के दशक में, रसायन विज्ञान के विकास में कार्बनिक रसायन विज्ञान ने प्रमुख भूमिका निभाई और बड़ी सफलताएँ हासिल की गईं। एक के बाद एक कार्बनिक यौगिकों के नए संश्लेषण होते गए। एन. ज़िनिन, सी. जेरार्ड, जी. कोल्बे, जे. डुमास, ए. वर्ट्ज़, एम. बर्थेलॉट, ए. एम. बटलरोव और कई अन्य लोगों के कार्यों ने रसायनज्ञों के एक विस्तृत समूह का ध्यान आकर्षित किया।

इन कार्यों के परिणामस्वरूप, महत्वपूर्ण सामान्यीकरण उत्पन्न हुए, जो मुख्य रूप से कार्बनिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र से तथ्यों की एक निश्चित श्रृंखला से संबंधित थे। ये हैं प्रतिस्थापन का सिद्धांत, प्रकारों का सिद्धांत, रासायनिक संरचना का सिद्धांत, सुगंधित यौगिकों का सिद्धांत, आदि। रसायन विज्ञान के मूल प्रश्न, साथ ही तत्वों की प्रकृति और उनके गुणों, कारणों और स्थितियों का प्रश्न उनकी रासायनिक अंतःक्रिया, यानी, रासायनिक समानता की प्रकृति और सार - ये प्रश्न, जैसे थे, पृष्ठभूमि में बने रहे। उनके निस्संदेह महत्व को अच्छी तरह से पहचाना गया था, लेकिन अब और नहीं; दूसरी ओर, उनके समाधान के लिए ज़मीन अभी भी ख़राब ढंग से तैयार थी। मुख्य बाधा उनके विकास की भारी कठिनाई थी, रसायन विज्ञान की अन्य कम सामान्य और कम मौलिक समस्याओं पर शोध के लिए आवश्यक प्रयासों की तुलना में बहुत अधिक प्रयासों की आवश्यकता थी। हालाँकि, कार्बनिक रसायन विज्ञान के विकास ने महत्वपूर्ण भौतिक और रासायनिक सिद्धांतों के अध्ययन और पहचान में बहुत योगदान दिया। कार्बनिक यौगिकों के अध्ययन के दौरान यह विश्वास मजबूत हुआ कि रासायनिक और भौतिक नियमों को नियंत्रित करने वाले पैटर्न कार्बनिक और अकार्बनिक दोनों पदार्थों के लिए समान हैं। यह निष्कर्ष मौलिक महत्व का था. विज्ञान में एक महत्वपूर्ण स्थिति स्थापित की गई है कि इसके परीक्षण खनिजों और पौधे और पशु जगत के कार्बनिक यौगिकों के साथ-साथ रासायनिक प्रयोगशाला में कृत्रिम रूप से प्राप्त पदार्थों का निर्माण समान कानूनों के अधीन है।

कार्बनिक रसायन विज्ञान में आइसोमेरिज़्म (1830, बर्ज़ेलियस) और होमोलॉजी (1842, शीएल, जेरार्ड) जैसी घटनाओं की खोज ने रसायनज्ञों को सबसे महत्वपूर्ण कार्य प्रस्तुत किया - उनकी संरचना और संरचना पर यौगिकों के भौतिक रासायनिक गुणों की निर्भरता का अध्ययन करने के लिए।

आइसोमेरिक यौगिकों के अध्ययन से स्पष्ट रूप से पता चला है कि पदार्थों के रासायनिक और भौतिक गुण न केवल परमाणुओं की गुणवत्ता और उनकी संख्या पर निर्भर करते हैं, बल्कि परमाणुओं की आंतरिक व्यवस्था पर भी निर्भर करते हैं। इससे सबसे महत्वपूर्ण समस्या सामने आई - परमाणुओं और अणुओं के "अंतरंग जीवन" में भौतिक और रासायनिक तरीकों से प्रवेश करना और उनकी बातचीत के नियमों को समझने की कोशिश करना।

इस क्षेत्र में, भौतिक-रासायनिक अनुसंधान विधियों के लिए अनुसंधान का एक विशेष रूप से विस्तृत क्षेत्र खुल गया, जिसका उद्देश्य न केवल यौगिकों के गुणों और संरचना का अध्ययन करना है, बल्कि रासायनिक प्रक्रियाओं, स्थितियों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को प्रभावित करने वाले कारकों का भी अध्ययन करना है।

कार्बनिक प्रतिक्रियाओं (जो धीरे-धीरे और अपूर्ण रूप से होती हैं) के अध्ययन ने रासायनिक संतुलन के बारे में महत्वपूर्ण नई सामग्री प्रदान की है। यह इन प्रतिक्रियाओं का अध्ययन था जिसने रसायन विज्ञान में रासायनिक प्रक्रिया की गति (समय), दिशा और सीमा जैसी महत्वपूर्ण अवधारणाओं को पेश करना संभव बना दिया। इन समस्याओं के अध्ययन से तार्किक रूप से रासायनिक प्रतिक्रिया की दर और दिशा पर तापमान, दबाव, पदार्थों की मात्रा और उनके एकत्रीकरण की स्थिति के प्रभाव का अध्ययन किया गया। जब कोई प्रतिक्रिया धीमी गति से आगे बढ़ती है, तो इसे विभिन्न क्षणों में रोकना और इन क्षणों में पदार्थों की स्थिति और प्रकृति की जांच करना संभव है। अकार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रतिक्रियाएं, जो आमतौर पर लगभग तुरंत होती हैं, ऐसे अध्ययनों की अनुमति नहीं देतीं।

सिंथेटिक-प्रारंभिक पथ ने रसायनज्ञों को (शुरुआत में प्राकृतिक उत्पादों से अलगाव द्वारा, और बाद में संश्लेषण द्वारा) नए महत्वपूर्ण पदार्थ प्राप्त करने के लिए प्रेरित किया, जिसे बाद में व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला। बदले में, नए पदार्थों के अध्ययन और उपयोग के लिए यौगिक की संरचना और संरचना के आधार पर उनके भौतिक गुणों के अध्ययन की आवश्यकता होती है।

कार्बनिक यौगिकों के अध्ययन के आधार पर, जी. कोप्प ने रासायनिक संरचना और भौतिक गुणों के बीच पहले संबंधों की पहचान की। "...भौतिक गुणों और रासायनिक संरचना और इन गुणों के सटीक निर्धारण के बीच संबंध," कोप्प ने लिखा, "कुछ मामलों में संरचना के सही निर्धारण के लिए नियंत्रण के रूप में काम कर सकता है, ताकि भौतिक गुणों का ज्ञान कभी-कभी सीधे ज्ञान की पुष्टि करता है रासायनिक गुणों का।

जी. कोप्प (1817-1892) की योग्यता इस तथ्य में निहित है कि उन्होंने पहली बार 1842 से 1855 तक कई पदार्थों (क्वथनांक, आणविक और परमाणु आयतन, परमाणु तापीय क्षमता) के भौतिक रासायनिक गुणों का व्यवस्थित अध्ययन किया। और कार्बनिक कनेक्शन की रासायनिक संरचना और संरचना के बीच संबंध।

तरल पदार्थों की विशिष्ट मात्रा की गणना करने के लिए, कोप्प ने इन तापमानों, जिस पर वाष्प का दबाव समान होता है, को उचित मानते हुए, क्वथनांक पर उनका घनत्व लिया। तरल कार्बनिक पदार्थों की विशिष्ट मात्रा निर्धारित करने पर कोप्प के प्रयोगों से पता चला कि: 1) आइसोमेरिक यौगिकों में समान विशिष्ट मात्रा होती है; 2) कई सजातीय श्रृंखलाओं में, संरचना में सही परिवर्तन के साथ-साथ, विशिष्ट मात्राएँ भी सही ढंग से बदलती हैं। विभिन्न कार्बनिक पदार्थों के क्वथनांक की तुलना करते हुए, कोप्प इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि सजातीय श्रृंखला में, सीएच 2 पर संरचना की जटिलता आमतौर पर क्वथनांक में 12, 15, 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ होती है। यह अंतर आमतौर पर प्रत्येक समजात श्रृंखला के लिए स्थिर होता है।

जैसा कि उम्मीद की जा सकती है, यौगिकों की रासायनिक संरचना का क्वथनांक पर एक निश्चित प्रभाव होना चाहिए; वास्तव में, यह पता चला कि आइसोमर्स अलग-अलग तापमान पर उबलते हैं।

कार्बनिक पदार्थों के गलनांक और हिमांक का निर्धारण करते समय, यह पाया गया कि सजातीय यौगिकों के लिए पदार्थों के बढ़ते आणविक भार के साथ तापमान बढ़ता है।

क्वथनांक और यौगिकों की संरचना के बीच संबंधों के अध्ययन पर, विभिन्न यौगिकों के परमाणु, या विशिष्ट मात्रा निर्धारित करने पर कोप्प का काम, हालांकि मौलिक रूप से महत्वपूर्ण पैटर्न का कारण नहीं बना, लेकिन भौतिक रासायनिक निर्भरता के अध्ययन के लिए एक मजबूत प्रोत्साहन दिया। और कोप्प द्वारा स्थापित नियमों का स्पष्टीकरण।

भौतिक-रासायनिक ज्ञान के एक महत्वपूर्ण क्षेत्र के विकास में कॉप की खूबियों की अत्यधिक सराहना करते हुए, डी. आई. मेंडेलीव ने लिखा: "इतिहास हमेशा कॉप की अथक गतिविधि को उचित सम्मान देगा।"

बटलरोव के रासायनिक संरचना के सिद्धांत (1861) के आगमन के साथ, कार्बनिक यौगिकों के भौतिक रासायनिक गुणों की उनकी रासायनिक संरचना पर निर्भरता के अध्ययन में एक नया चरण शुरू हुआ। ए. एम. बटलरोव ने इस बात पर जोर दिया कि रासायनिक यौगिकों के रासायनिक और भौतिक गुण "पारस्परिक कारण संबंध में हैं" और भौतिक गुणों का अध्ययन "उन पारस्परिक संबंधों को समझने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जिसमें उनके घटक भाग इन पदार्थों में पाए जाते हैं।" "परिचय" (1864) के पहले अंक में बटलरोव ने इस तथ्य की ओर ध्यान आकर्षित किया कि रासायनिक यौगिकों के घटक भागों के पारस्परिक संबंधों को समझने के लिए भौतिक गुणों का अध्ययन बहुत महत्वपूर्ण है। इसी अंक में एक विशेष अध्याय है: "पदार्थों के भौतिक और रासायनिक गुणों के बीच संबंध।" इसमें, वह पिघलने और क्वथनांक, ताप क्षमता, संलयन और वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा, "रासायनिक प्रतिक्रियाओं में कैलोरी घटना" की जांच करता है। तापीय प्रभाव, आणविक बल, घुलनशीलता, अपवर्तन, प्रकाश प्रकीर्णन, प्रतिदीप्ति और स्फुरदीप्ति, ध्रुवीकरण के तल का घूमना, प्रकाश और बिजली की रासायनिक क्रिया।

पदार्थों के अध्ययन की ऑप्टिकल विधियों ने उस समय वैज्ञानिकों का सबसे अधिक ध्यान आकर्षित किया।

1811 में, अरागो ने क्वार्ट्ज क्रिस्टल में दोहरे अपवर्तन का अध्ययन करते समय ऑप्टिकल गतिविधि की घटना की खोज की। फिर 1817 में बायोट ने पाया कि तरल कार्बनिक यौगिकों में ऑप्टिकल गुण होते हैं: वे ध्रुवीकरण के विमान को घुमाने में सक्षम होते हैं। ध्रुवीकरण के तल को घुमाने के लिए तरल कार्बनिक पदार्थों की क्षमता से पता चला है कि क्रिस्टल संरचना और ऑप्टिकल गतिविधि के बीच कोई आवश्यक संबंध नहीं है। बटलरोव के अनुसार उत्तरार्द्ध, "कणों की प्रकृति में निहित है।" इन अध्ययनों से मौलिक महत्व का एक तथ्य सामने आया, अर्थात्: ऑप्टिकल गतिविधि न केवल एक क्रिस्टल की, बल्कि एक अणु की भी संपत्ति है।

बायोट के उपर्युक्त कार्यों के संबंध में, बर्ज़ेलियस का निम्नलिखित दिलचस्प निर्णय है: “बिना किसी संदेह के, इस तरह का शोध, जो अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, फलदायी हो सकता है यदि इसे पूर्ण रूप से किया जाए। यदि ऐसा कार्य ऑप्टिकल विज्ञान और रासायनिक ज्ञान दोनों से लैस किसी व्यक्ति द्वारा किया जाता है, तो कोई ऐसे स्पष्टीकरण प्राप्त करने की उम्मीद कर सकता है जो कार्बनिक और अकार्बनिक निकायों की संरचना के सिद्धांत के छिपे हुए क्षेत्रों में प्रवेश करेगा।"

उनकी संरचना पर पदार्थों की प्रकाश अपवर्तक क्षमता की निर्भरता का अध्ययन 1856 में एम. बर्थेलॉट द्वारा आणविक अपवर्तन की अवधारणा पेश करने के बाद विशेष रूप से सफलतापूर्वक विकसित होना शुरू हुआ, जो (आणविक भार द्वारा विशिष्ट अपवर्तन का उत्पाद है। बर्थेलॉट के अनुसार, आणविक अपवर्तन, जिसने बड़ी संख्या में यौगिकों के लिए विचलन दिया, ±0.1% से अधिक नहीं।

1879 से लैंडोल्ट के छात्र जे. ब्रुहल ने परमाणु और समूह अपवर्तन का व्यवस्थित अध्ययन शुरू किया। उन्होंने कार्बनिक रसायन विज्ञान में भौतिक अनुसंधान के कार्यों को स्पष्ट रूप से तैयार किया। उनका मानना ​​था कि पदार्थों की संरचना स्थापित करने के लिए रासायनिक विधियाँ अपर्याप्त थीं और पदार्थों के भौतिक गुणों का तुलनात्मक अध्ययन करना आवश्यक था।

ब्रुहल ने 70 के दशक के अंत में लिखा था: “... पदार्थों की संरचना का अध्ययन व्यक्तिगत परमाणुओं के एक दूसरे से संबंध तक किया जा सकता है; इसलिए, रसायन विज्ञान में व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए भौतिकी द्वारा प्रस्तुत उपकरण का उपयोग करने का समय आ गया है... इस दृढ़ विश्वास के आधार पर, मैंने कार्बनिक पदार्थों के भौतिक गुणों के बड़े पैमाने पर तुलनात्मक अध्ययन के लिए एक योजना तैयार की। लाचेन में प्रोफेसर लैंडोल्ट की सलाह पर, मैंने सबसे पहले पदार्थों की अपवर्तक शक्ति और रासायनिक प्रकृति के बीच संबंध को अध्ययन के विषय के रूप में लेने का निर्णय लिया।"

उन्होंने लिखा, "मैं आश्वस्त हूं कि वह समय दूर नहीं है जब अनुसंधान की ये भौतिक विधियां विश्लेषणात्मक और सिंथेटिक दोनों विधियों के बराबर हो जाएंगी।"

1883-1885 में आई. आई. कानोनिकोव अकार्बनिक पदार्थों की संरचना का अध्ययन करने के लिए रेफ्रेक्टोमेट्रिक विधि लागू की गई। उनका मानना ​​था कि यह विधि "संरचना के अध्ययन में बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह यौगिक के कणों को नष्ट किए बिना इस संरचना के बारे में निष्कर्ष निकालना संभव बनाती है।"

आधुनिक रेफ्रेक्टोमेट्री अध्ययनों ने इस दृष्टिकोण की पुष्टि की है। वर्तमान में, ऑप्टिकल गुणों का मापन विभिन्न प्रकार की समस्याओं को हल करना संभव बनाता है - हाइड्रोजन बांड के अध्ययन से लेकर सिलिकेट्स के संरचनात्मक सूत्रों को निर्धारित करने तक।

XIX सदी के 90 के दशक से। ए. गैंचा ने कार्बनिक यौगिकों की संरचना स्थापित करने के लिए बड़े पैमाने पर भौतिक अनुसंधान विधियों (अवशोषण स्पेक्ट्रा, विद्युत चालकता माप आदि) का उपयोग करना शुरू किया।

गैंच और उनके स्कूल ने अवशोषण स्पेक्ट्रा के अध्ययन को बहुत महत्व दिया। गैंच यह दिखाने में सक्षम था कि किसी एसिड के शुद्ध रूप में अवशोषण स्पेक्ट्रम और समाधान में उसी एसिड के अवशोषण स्पेक्ट्रम के बीच एक बड़ा अंतर है। यह न केवल शुद्ध पदार्थों, बल्कि मुख्य रूप से समाधानों की प्रकृति के अध्ययन के लिए बहुत महत्वपूर्ण था।

1897 से, एल. ए. चुगेव ने मुख्य रूप से कार्बनिक यौगिकों के ऑप्टिकल गुणों के अध्ययन पर कई काम किए। उन्होंने प्रकाश के ध्रुवीकरण के तल को घुमाने वाले कार्बनिक यौगिकों के मिश्रण का विश्लेषण करने के लिए ऑप्टिकल विधि में सुधार किया। चुगेव ने अलग-अलग तरह से निर्मित डाइऑक्साइम में विसंगति का एक दिलचस्प मामला स्थापित किया। यह पता चला कि ट्राइमेथिलीन रिंग को अपवर्तन में एक निश्चित वृद्धि की विशेषता है, जो ब्रुहल के डेटा के अनुरूप नहीं है। इन अध्ययनों से कोलेस्ट्रॉल की रासायनिक संरचना का अध्ययन करना संभव हो गया।

रासायनिक संरचना के सिद्धांत के संयोजन में, भौतिक विधियाँ जटिल पदार्थों के भौतिक-रासायनिक गुणों का अध्ययन करने का एक शक्तिशाली साधन बन गई हैं।

क्रायोस्कोपी और एबुलियोस्कोपी जैसी विधियों ने कार्बनिक रसायन विज्ञान को अमूल्य सेवाएं प्रदान की हैं। कार्बनिक रसायनज्ञ ने विभिन्न कार्बनिक यौगिकों के गुणों और संरचना का अध्ययन करने के लिए विद्युत चालकता, अपवर्तन, थर्मोकेमिकल स्थिरांक, अवशोषण स्पेक्ट्रा, घूर्णी क्षमता और चुंबकीय गुणों के माप का व्यापक रूप से उपयोग करना शुरू कर दिया।

1909 में, लेख "कार्बनिक रसायन विज्ञान की आधुनिक समस्याएं" में एल. ए. चुगेव ने लिखा था कि एक कार्बनिक रसायनज्ञ को अपने शोध में भौतिक रासायनिक अनुसंधान विधियों और रासायनिक प्रक्रियाओं के सैद्धांतिक कवरेज को अपनाना चाहिए। बदले में, चुगेव के अनुसार, "कार्बन यौगिकों का रसायन, पदार्थ के दोनों रूपों और उसके परिवर्तनों के प्रकारों की अटूट विविधता के कारण, अनुसंधान के लिए सामग्री की एक संपत्ति का प्रतिनिधित्व करता है।"

ऐतिहासिक और रासायनिक साहित्य में कभी-कभी यह संकेत मिलता है कि कार्बनिक रसायन विज्ञान ने कई वर्षों (1840-1880) तक भौतिक रसायन विज्ञान के विकास को धीमा कर दिया और वैज्ञानिक शक्तियों को अपनी ओर मोड़ लिया। इस दृष्टिकोण से पूर्णतः सहमत होना असंभव है। इसके अलावा, रसायन विज्ञान के विकास में "कार्बनिक" अवधि न केवल सामान्य रूप से रसायन विज्ञान के विकास में, बल्कि भौतिक रसायन विज्ञान के विकास में भी एक बहुत ही आवश्यक और महत्वपूर्ण चरण था, क्योंकि यह कार्बनिक रसायनज्ञ थे जिन्होंने विभिन्न भौतिक और भौतिक रसायन विज्ञान के लिए समृद्ध नई सामग्री प्रदान की थी। रासायनिक अनुसंधान. कार्बनिक यौगिकों ने कई बुनियादी भौतिक और रासायनिक कानूनों और सैद्धांतिक रूप से महत्वपूर्ण सामान्यीकरणों की खोज के इतिहास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

कार्बनिक यौगिकों के विभिन्न वर्गों की संरचना के अध्ययन पर कार्बनिक रसायनज्ञों के काम ने प्रतिक्रिया तंत्र के गहन अध्ययन का मार्ग प्रशस्त किया, जो बाद में रासायनिक गतिकी के विकास के लिए बहुत महत्वपूर्ण था।

लेवोज़ियर के समय से, रसायनज्ञ यह अनुमान लगाने में सक्षम रहे हैं कि अपेक्षाकृत छोटे अणुओं की विशेष तेज़ आयनिक प्रतिक्रियाएँ किस दिशा में जाएंगी, और व्यावहारिक उपयोग के लिए इन प्रतिक्रियाओं को संशोधित करने में सक्षम हैं। जटिल अणुओं का अध्ययन करना कहीं अधिक कठिन था। कार्बनिक यौगिकों की धीमी प्रतिक्रियाओं का विश्लेषण करना भी अधिक कठिन था। अक्सर प्रतिक्रियाएं कई रास्ते ले सकती हैं, और रसायनज्ञ को एक प्रयोगकर्ता और अंतर्ज्ञान के रूप में अपने कौशल के माध्यम से वांछित पथ पर प्रतिक्रिया को निर्देशित करने की अनुमति दी गई थी, न कि प्रक्रिया की गहरी समझ के माध्यम से।

परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक मॉडल के आगमन के साथ, कार्बनिक रसायनज्ञ अपने अनुसंधान के क्षेत्र पर एक नया नज़र डालने में सक्षम हुए। XX सदी के 20 के दशक के अंत में। अंग्रेजी रसायनज्ञ क्रिस्टोफर इंगोल्ड (1893-1970) और कई अन्य रसायनज्ञों ने इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण द्वारा अणुओं की परस्पर क्रिया को समझाते हुए, परमाणु संरचना के सिद्धांत के दृष्टिकोण से कार्बनिक प्रतिक्रियाओं को देखने की कोशिश की। कार्बनिक रसायन विज्ञान में भौतिक रसायन विज्ञान की विधियों का गहनता से उपयोग किया जाने लगा। एक महत्वपूर्ण अनुशासन बन गया है भौतिक कार्बनिक रसायन विज्ञान .

हालाँकि, केवल इलेक्ट्रॉनों की गति के परिणामस्वरूप कार्बनिक प्रतिक्रियाओं की व्याख्या करने के प्रयासों से अधिक सफलता नहीं मिली है।

20वीं शताब्दी की पहली तिमाही के दौरान, इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद से, यह सिद्ध माना गया कि इलेक्ट्रॉन एक बहुत छोटी, कठोर गेंद थी। हालाँकि, 1923 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी लुईस विक्टर डी ब्रोगली (जन्म 1892) ने एक सैद्धांतिक औचित्य प्रस्तुत किया कि इलेक्ट्रॉनों (और अन्य सभी कणों) में तरंग गुण होते हैं। XX सदी के 20 के दशक के अंत तक। इस परिकल्पना की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी।

पॉलिंग (जिन्होंने सबसे पहले सुझाव दिया था कि प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के अणुओं का आकार सर्पिल होता है, अध्याय 10 देखें) ने 30 के दशक की शुरुआत में ऐसे तरीके विकसित किए जिससे कार्बनिक प्रतिक्रियाओं पर विचार करते समय इलेक्ट्रॉनों की तरंग प्रकृति को ध्यान में रखना संभव हो गया।

उन्होंने सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉनों की एक जोड़ी के समाजीकरण (लुईस और लैंगमुइर के अनुसार) की व्याख्या तरंगों की परस्पर क्रिया या इलेक्ट्रॉन बादलों के ओवरलैप के रूप में की जा सकती है। केकुले के संरचनात्मक सिद्धांत में एक विशेषता के रूप में दर्शाया गया रासायनिक बंधन, नई अवधारणाओं में इलेक्ट्रॉन बादलों के अधिकतम ओवरलैप के क्षेत्र से मेल खाता है। यह पता चला कि इलेक्ट्रॉन बादलों का ओवरलैप कभी-कभी न केवल एक ही दिशा में होता है, जिसे संरचनात्मक सूत्र में वैलेंस बॉन्ड द्वारा दर्शाया जाता है। दूसरे शब्दों में, किसी अणु की वास्तविक संरचना को किसी एकल संरचनात्मक सूत्र द्वारा भी लगभग प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है। हालाँकि, इसे कई काल्पनिक संरचनाओं के बीच मध्यवर्ती माना जा सकता है, इन संरचनाओं के "गुंजयमान संकर" के रूप में। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ऐसे वास्तविक अणु की ऊर्जा किसी एकल गुंजयमान "शास्त्रीय" संरचना के आधार पर अपेक्षा से कम है। ऐसे अणुओं को "प्रतिध्वनि द्वारा स्थिर" कहा जाता है, हालांकि इस मामले में प्रतिध्वनि, निश्चित रूप से, एक वास्तविक भौतिक घटना नहीं है, बल्कि कुछ अणुओं की स्थिरता और गुणों को समझाने के लिए एक सुविधाजनक सैद्धांतिक अवधारणा है।

अनुनाद सिद्धांत बेंजीन की संरचना को समझने में विशेष रूप से उपयोगी साबित हुआ है, जिसने केकुले के समय से रसायनज्ञों को हैरान कर दिया है (अध्याय 7 देखें)। बेंजीन के सूत्र को आम तौर पर एकल और दोहरे बंधनों के साथ एक षट्भुज के रूप में दर्शाया गया था। हालाँकि, बेंजीन दोहरे बंधन वाले यौगिकों के गुणों से लगभग पूरी तरह रहित है।

लेकिन बेंजीन के लिए, आप एक दूसरा, पूरी तरह से समकक्ष केकुले फॉर्मूला लिख ​​सकते हैं, जिसमें पहले फॉर्मूला की तुलना में सरल और दोहरे बांड की अदला-बदली की जाती है। वास्तविक बेंजीन अणु को दो केकुले संरचनाओं के गुंजयमान संकर के रूप में वर्णित किया गया है; दोहरे बंधन के निर्माण के लिए जिम्मेदार इलेक्ट्रॉनों को रिंग के चारों ओर "फैला" दिया जाता है, ताकि बेंजीन में कार्बन परमाणुओं के बीच के सभी बंधन समतुल्य हों और शास्त्रीय एकल और दोहरे बंधन के बीच मध्यवर्ती हों। यह वास्तव में बेंजीन के रासायनिक व्यवहार की बढ़ती स्थिरता और विशिष्टताओं का कारण है।

बेंजीन की संरचना के अलावा, इलेक्ट्रॉनों की तरंग गुणों के बारे में विचारों ने अन्य मुद्दों को समझाने में मदद की। चूँकि कार्बन परमाणु के बाहरी आवरण पर स्थित चार इलेक्ट्रॉन पूरी तरह से ऊर्जा के बराबर नहीं होते हैं, इसलिए कोई यह मान सकता है कि कार्बन परमाणु और उसके पड़ोसी परमाणुओं के बीच बने बंधन कुछ हद तक भिन्न होते हैं, जो इस बात पर निर्भर करता है कि इनमें से कौन सा इलेक्ट्रॉन एक के निर्माण में शामिल है। या अन्य संचार.

हालाँकि, यह पता चला कि चार इलेक्ट्रॉन, तरंगों की तरह, एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं और चार "मध्यम" बंधन बनाते हैं, जो पूरी तरह से समतुल्य होते हैं और टेट्राहेड्रोन के शीर्ष की ओर निर्देशित होते हैं, जैसा कि वान्ट हॉफ-ले बेल टेट्राहेड्रल परमाणु में होता है।

उसी समय, अनुनाद ने असामान्य यौगिकों के एक समूह की संरचना को समझाने में मदद की, जिसका सामना रसायनज्ञों ने पहली बार 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में किया था। 1900 में, अमेरिकी रसायनज्ञ मोसेस गोम्बर्ग (1866-1947) ने हेक्साफेनिलेथेन प्राप्त करने की कोशिश की, जिसके अणु में एक यौगिक है जिसके दो कार्बन परमाणु छह बेंजीन रिंगों (प्रत्येक कार्बन परमाणु के लिए तीन) से जुड़े होते हैं।

इस यौगिक के बजाय, गोम्बर्ग को कुछ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील यौगिक का रंगीन घोल प्राप्त हुआ। कई कारणों से, गोम्बर्ग का मानना ​​था कि उसे प्राप्त हुआ है ट्राइफेनिलमिथाइल- एक "आधा-अणु" जिसमें एक कार्बन परमाणु और तीन बेंजीन रिंग होते हैं, जिसमें कार्बन परमाणु का चौथा बंधन असंतृप्त होता है।

यह यौगिक उन कट्टरपंथियों में से एक जैसा था जिसकी अवधारणा 19वीं शताब्दी में पेश की गई थी। कार्बनिक यौगिकों की संरचना को समझाने के लिए (अध्याय 6 देखें)। हालाँकि, पुराने सिद्धांत के कट्टरपंथियों के विपरीत, गोम्बर्ग द्वारा खोजा गया अणु एक पृथक रूप में मौजूद था, न कि किसी अन्य यौगिक के टुकड़े के रूप में, इसलिए इसे कहा गया कट्टरपंथी मुक्त .

रासायनिक बंधन की इलेक्ट्रॉनिक अवधारणाओं के विकास के साथ, यह स्पष्ट हो गया कि मुक्त कणों में, उदाहरण के लिए ट्राइफेनिलमिथाइलनई अवधारणाओं के ढांचे में एक असंतृप्त बंधन (केकुले के सिद्धांत के संदर्भ में) एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन से मेल खाता है। आमतौर पर, अयुग्मित इलेक्ट्रॉन वाले ऐसे अणु बेहद प्रतिक्रियाशील होते हैं और जल्दी से अन्य पदार्थों में बदल जाते हैं।

हालाँकि, यदि अणु सपाट और सममित है (ट्राइफेनिलमिथाइल अणु की तरह), तो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन को पूरे अणु में "स्मियर" किया जा सकता है, जिससे रेडिकल का स्थिरीकरण हो जाएगा।

जब कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के अध्ययन को इलेक्ट्रॉनिक संरचना के सिद्धांत के परिप्रेक्ष्य से देखा गया, तो यह स्पष्ट हो गया कि प्रतिक्रियाओं में अक्सर मुक्त कणों के गठन का चरण शामिल होता है। ऐसे मुक्त कण, एक नियम के रूप में, अनुनाद द्वारा स्थिर नहीं होते हैं, केवल थोड़े समय के लिए मौजूद होते हैं और हमेशा कठिनाई से बनते हैं। यह मुक्त मूलक मध्यवर्ती बनाने की कठिनाई के कारण है कि अधिकांश कार्बनिक प्रतिक्रियाएं इतनी धीमी गति से आगे बढ़ती हैं।

20वीं सदी की दूसरी तिमाही में. कार्बनिक रसायनज्ञों ने कार्बनिक प्रतिक्रियाओं के सार में गहराई से प्रवेश करना शुरू कर दिया, और प्रतिक्रियाओं के तंत्र का अध्ययन किया, प्रक्रिया के सार को समझकर, वे अणुओं को संश्लेषित करने में सक्षम हुए जिनकी जटिलता ने पिछली पीढ़ियों के रसायनज्ञों को चकित कर दिया।

हालाँकि, अनुनाद सिद्धांत की अवधारणाएँ न केवल कार्बनिक रसायन विज्ञान में लागू होती हैं। पुराने विचारों के आधार पर, विशेष रूप से, बोरोहाइड्राइड अणुओं की संरचना को स्पष्ट रूप से समझाना असंभव है। आवश्यक संख्या में बांड बनाने के लिए बोरॉन परमाणु में बहुत कम वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। यदि हम मानते हैं कि इलेक्ट्रॉनों को उचित रूप से "स्मीयर" किया गया है, तो हम एक स्वीकार्य आणविक संरचना का प्रस्ताव कर सकते हैं।

हालाँकि अक्रिय गैसों की खोज के बाद से यह माना जाता था कि वे किसी भी प्रतिक्रिया में प्रवेश नहीं करती हैं, 1932 में पॉलिंग ने सुझाव दिया कि इन गैसों के परमाणुओं को बंधन बनाना चाहिए।

प्रारंभ में, पॉलिंग की इस धारणा पर किसी का ध्यान नहीं गया, लेकिन 1962 में, फ्लोरीन के साथ अक्रिय गैस क्सीनन की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, क्सीनन फ्लोराइड. इसके तुरंत बाद, फ्लोरीन और ऑक्सीजन के साथ क्सीनन के कई अन्य यौगिक, साथ ही रेडॉन और क्रिप्टन के यौगिक प्राप्त हुए।

हाफ लाइफ

परमाणु की संरचना के अध्ययन से समस्या की एक नई समझ पैदा हुई, लेकिन साथ ही वैज्ञानिकों को कई नए सवालों का भी सामना करना पड़ा।

1900 में, क्रुक्स (अध्याय 12 देखें) ने पाया कि शुद्ध यूरेनियम के ताज़ा तैयार यौगिकों में बहुत कम रेडियोधर्मिता होती है और इन यौगिकों की रेडियोधर्मिता समय के साथ बढ़ती है। 1902 तक, रदरफोर्ड और उनके सहयोगी, अंग्रेजी रसायनज्ञ फ्रेडरिक सोड्डी (1877-1956) ने प्रस्तावित किया कि अल्फा कण के उत्सर्जन के साथ यूरेनियम परमाणु की प्रकृति बदल जाती है और उत्पादित नया परमाणु यूरेनियम की तुलना में अधिक मजबूत विकिरण उत्सर्जित करता है (इस प्रकार) , अवलोकन को यहां क्रुक्स) में ध्यान में रखा गया था। यह दूसरा परमाणु भी विभाजित होकर दूसरा परमाणु बनाता है। दरअसल, यूरेनियम परमाणु रेडियोधर्मी तत्वों की एक पूरी श्रृंखला को जन्म देता है - रेडियोधर्मी श्रृंखला, जिसमें रेडियम और पोलोनियम शामिल है (अनुभाग "ऑर्डिनल नंबर" देखें) और सीसा के साथ समाप्त होता है, जो रेडियोधर्मी नहीं है। यही कारण है कि यूरेनियम खनिजों में रेडियम, पोलोनियम और अन्य दुर्लभ रेडियोधर्मी तत्व पाए जा सकते हैं। दूसरी रेडियोधर्मी श्रृंखला भी यूरेनियम से शुरू होती है, जबकि तीसरी रेडियोधर्मी श्रृंखला थोरियम से शुरू होती है।

यह पूछना उचित है कि लगातार क्षय होने वाले रेडियोधर्मी तत्व अभी भी अस्तित्व में क्यों हैं? 1904 में रदरफोर्ड द्वारा इस समस्या का समाधान किया गया। रेडियोधर्मी क्षय की दर का अध्ययन करके, उन्होंने दिखाया कि एक निश्चित अवधि के बाद, विभिन्न तत्वों के लिए अलग-अलग, किसी दिए गए रेडियोधर्मी तत्व की दी गई मात्रा का आधा हिस्सा क्षय हो जाता है। इस अवधि को, प्रत्येक व्यक्तिगत प्रकार के रेडियोधर्मी पदार्थ की विशेषता, रदरफोर्ड ने कहा हाफ लाइफ(चित्र 22)।

चावल। 22. रेडॉन का आधा जीवन नियमित अंतराल पर शेष पदार्थ की मात्रा को मापकर निर्धारित किया जाता है। परिणामी निर्भरता एक "क्षयकारी" घातीय वक्र है य=ई-आह .

उदाहरण के लिए, रेडियम का आधा जीवन 1600 वर्ष से थोड़ा कम है। भूवैज्ञानिक युगों के दौरान, पृथ्वी की पपड़ी में रेडियम की कोई भी मात्रा, निश्चित रूप से, बहुत पहले ही गायब हो गई होती यदि यूरेनियम के क्षय द्वारा इसकी लगातार भरपाई नहीं की गई होती। यही बात अन्य यूरेनियम क्षय उत्पादों के बारे में भी कही जा सकती है, जिनमें वे उत्पाद भी शामिल हैं जिनका आधा जीवन एक सेकंड के अंशों में मापा जाता है।

यूरेनियम का आधा जीवन स्वयं 4,500,000,000 वर्ष है। यह समय की एक बड़ी अवधि है, और पृथ्वी के पूरे इतिहास में, मूल यूरेनियम भंडार का केवल एक हिस्सा ही क्षय हो सका है। थोरियम का क्षय और भी अधिक धीरे-धीरे होता है: इसका आधा जीवन 14,000,000,000 वर्ष है।

समय की इतनी बड़ी अवधि केवल यूरेनियम (या थोरियम) के दिए गए द्रव्यमान द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों की संख्या की गणना करके निर्धारित की जा सकती है। रदरफोर्ड ने अल्फा कणों की गिनती उन छोटी-छोटी चमकों का पता लगाकर की, जो अल्फा कणों के जिंक सल्फाइड स्क्रीन से टकराने पर होती थीं (यानी, तथाकथित का उपयोग करके) जगमगाहट काउंटर).

प्रत्येक नए अल्फा कण का मतलब था कि एक और यूरेनियम परमाणु क्षय हो गया था, इसलिए रदरफोर्ड यह निर्धारित कर सकता था कि प्रति सेकंड कितने परमाणु क्षय हो रहे थे। रदरफोर्ड ने उपयोग किए गए यूरेनियम के द्रव्यमान से यूरेनियम परमाणुओं की कुल संख्या निर्धारित की। इस तरह के डेटा होने से, यूरेनियम की आधी उपलब्ध मात्रा के क्षय के लिए आवश्यक समय की गणना करना मुश्किल नहीं रह गया था। जैसा कि यह निकला, हम अरबों वर्षों के बारे में बात कर रहे हैं।

यूरेनियम का क्षय एक ऐसी निरंतर और विशिष्ट प्रक्रिया है जिसका उपयोग पृथ्वी की आयु निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। 1907 में, अमेरिकी रसायनज्ञ बर्ट्राम बोर्डेन बोल्टवुड (1870-1927) ने सुझाव दिया कि ऐसे निर्धारण यूरेनियम खनिजों की सीसा सामग्री पर आधारित हो सकते हैं। यदि हम मान लें कि खनिजों में सारा सीसा यूरेनियम के क्षय से आया है, तो यह गणना करना आसान है कि इसमें कितना समय लगा। इस पद्धति का उपयोग करके, यह निर्धारित करना संभव था कि ठोस परत की आयु कम से कम चार अरब वर्ष है।

इस बीच, सोड्डी ने उपपरमाण्विक कणों की रिहाई के कारण परमाणु में होने वाले परिवर्तनों का वर्णन करना जारी रखा। यदि कोई परमाणु एक अल्फा कण (+2 चार्ज) खो देता है, तो उसके नाभिक पर कुल चार्ज दो से कम हो जाता है और तत्व आवर्त सारणी में बाईं ओर दो स्थान चला जाता है।

यदि कोई परमाणु एक बीटा कण (-1 चार्ज वाला एक इलेक्ट्रॉन) खो देता है, तो नाभिक एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है और तत्व आवर्त सारणी में एक स्थान दाईं ओर चला जाता है। यदि कोई परमाणु गामा किरणें (बिना आवेशित) उत्सर्जित करता है, तो ऊर्जा सामग्री बदल जाती है, लेकिन कणों की संरचना प्रभावित नहीं होती है, इसलिए यह वही तत्व रहता है।

इन नियमों द्वारा निर्देशित, रसायनज्ञ कई रेडियोधर्मी श्रृंखलाओं का गहन अध्ययन करने में सक्षम थे।

आइसोटोप

रेडियोधर्मी तत्वों की खोज के साथ, वैज्ञानिकों को एक गंभीर समस्या का सामना करना पड़ा: यूरेनियम और थोरियम के विभिन्न क्षय उत्पादों के साथ क्या किया जाए? वे दर्जनों की संख्या में खोजे गए थे, और आवर्त सारणी में केवल अधिकतम नौ स्थान बचे थे (पोलोनियम क्रम संख्या 84 से लेकर यूरेनियम क्रम संख्या 92 तक) जिनमें उन्हें रखा जा सकता था।

इस प्रकार, एक यूरेनियम परमाणु (क्रम संख्या 92) एक अल्फा कण उत्सर्जित करता है। सोड्डी के नियम के अनुसार, नए तत्व की परमाणु संख्या 90 है। इसका मतलब है कि एक यूरेनियम परमाणु को थोरियम परमाणु बनाना होगा। हालाँकि, साधारण थोरियम का आधा जीवन 14 अरब वर्ष मापा जाता है, जबकि यूरेनियम से प्राप्त थोरियम का आधा जीवन केवल 24 दिन होता है।

गैर-रेडियोधर्मी तत्व प्राप्त करने पर भी अंतर देखा जाता है। उदाहरण के लिए, रिचर्ड्स (परमाणु द्रव्यमान के विशेषज्ञ, अध्याय 5 देखें) 1913 में यह दिखाने में सक्षम थे कि यूरेनियम के क्षय के परिणामस्वरूप प्राप्त सीसे का परमाणु द्रव्यमान साधारण सीसे के परमाणु द्रव्यमान से कुछ अलग है।

सोड्डी यह सुझाव देने के लिए पर्याप्त रूप से दृढ़ थे कि एक से अधिक प्रकार के परमाणु आवर्त सारणी में एक ही स्थान के अनुरूप हो सकते हैं। स्थान संख्या 90 पर थोरियम की विभिन्न किस्में हो सकती हैं, स्थान संख्या 82 पर सीसे की विभिन्न किस्में आदि हो सकती हैं। सोड्डी ने तालिका में एक ही स्थान पर रहने वाले परमाणुओं की इन किस्मों को कहा, आइसोटोप(ग्रीक टोपोस से - स्थान)।

तालिका में समान स्थान रखने वाले आइसोटोप का परमाणु क्रमांक समान होना चाहिए और इसलिए, नाभिक में प्रोटॉन की संख्या समान और कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होनी चाहिए। किसी तत्व के समस्थानिकों में समान रासायनिक गुण होने चाहिए, क्योंकि ये गुण परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या और स्थान पर निर्भर करते हैं।

लेकिन इस मामले में, हम रेडियोधर्मी गुणों और परमाणु द्रव्यमान में अंतर कैसे समझा सकते हैं?

पिछली शताब्दी में, प्राउट ने अपनी प्रसिद्ध परिकल्पना (अध्याय 5 देखें) सामने रखी, जिसके अनुसार सभी परमाणु हाइड्रोजन से बने होते हैं, इसलिए सभी तत्वों का परमाणु द्रव्यमान पूर्णांक होना चाहिए। हालाँकि, जैसा कि यह निकला, अधिकांश परमाणु द्रव्यमान गैर-पूर्णांक हैं, और यह तथ्य परिकल्पना का खंडन करता प्रतीत होता है।

लेकिन, परमाणु की संरचना के बारे में नए विचारों के अनुसार, एक परमाणु में प्रोटॉन (और न्यूट्रॉन) से युक्त एक नाभिक होता है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान लगभग बराबर होता है, और इसलिए सभी परमाणुओं का द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु (एक प्रोटॉन से मिलकर) के द्रव्यमान का गुणक होना चाहिए। प्राउट की परिकल्पना को पुनर्जीवित किया गया, लेकिन परमाणु द्रव्यमान क्या होना चाहिए इसके बारे में फिर से संदेह पैदा हो गया।

1912 में, जे. जे. थॉमसन (जिन्होंने, जैसा कि हमने ऊपर कहा, इलेक्ट्रॉन की खोज की) ने सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नियॉन आयनों की किरणों को एक चुंबकीय क्षेत्र में उजागर किया। चुंबकीय क्षेत्र के कारण आयन विक्षेपित हो गए, जिससे वे फोटोग्राफिक प्लेट पर गिर गए। यदि सभी आयनों का द्रव्यमान समान होता, तो वे सभी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा एक ही कोण पर विक्षेपित हो जाते, और फोटोग्राफिक फिल्म पर एक बदरंग धब्बा दिखाई देता। हालाँकि, इस प्रयोग के परिणामस्वरूप, थॉमसन को दो धब्बे प्राप्त हुए, जिनमें से एक दूसरे की तुलना में लगभग दस गुना अधिक गहरा था। थॉमसन के सहयोगी फ्रांसिस विलियम एस्टन (1877-1945), जिन्होंने बाद में इस उपकरण में सुधार किया, ने प्राप्त आंकड़ों की शुद्धता की पुष्टि की। अन्य तत्वों के लिए भी समान परिणाम प्राप्त हुए। यह उपकरण, जिसने रासायनिक रूप से समान आयनों को अलग-अलग द्रव्यमान वाले आयनों के पुंजों में अलग करना संभव बना दिया, कहा जाता था मास स्पेक्ट्रोग्राफ .

चुंबकीय क्षेत्र में समान रूप से आवेशित आयनों के विक्षेपण की मात्रा इन आयनों के द्रव्यमान पर निर्भर करती है; अधिक द्रव्यमान वाले आयन कम विक्षेपित होते हैं, और इसके विपरीत। इस प्रकार, थॉमसन और एस्टन के प्रयोगों से पता चला कि नियॉन परमाणु दो प्रकार के होते हैं। एक प्रकार के परमाणु के लिए जन अंक 20 के बराबर, दूसरे के लिए - 22। धब्बों के सापेक्ष कालेपन का निर्धारण करने के परिणामस्वरूप, यह पाया गया कि नियॉन-20 की सामग्री नियॉन-22 से 10 गुना अधिक है। बाद में, थोड़ी मात्रा में नियॉन-21 की मौजूदगी का भी पता चला। यदि, नियॉन के परमाणु द्रव्यमान की गणना करते समय, हम इन आंकड़ों से आगे बढ़ते हैं, तो यह पता चलता है कि यह लगभग 20.2 के बराबर है।

दूसरे शब्दों में, व्यक्तिगत परमाणुओं का द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान का पूर्णांक गुणज होता है, लेकिन किसी व्यक्तिगत तत्व का परमाणु द्रव्यमान उसके घटक परमाणुओं के परमाणु द्रव्यमान का औसत होता है, और इसलिए यह संपूर्ण नहीं हो सकता है संख्या।

बड़ी संख्या में आइसोटोप वाले तत्व का औसत परमाणु द्रव्यमान कुछ मामलों में उच्च परमाणु संख्या वाले तत्व के औसत परमाणु द्रव्यमान से अधिक हो सकता है। उदाहरण के लिए, टेल्यूरियम, जिसकी परमाणु संख्या 52 है, में सात समस्थानिक हैं। इनमें से दो सबसे भारी आइसोटोप, टेल्यूरियम-126 और टेल्यूरियम-128, सबसे प्रचुर मात्रा में हैं। नतीजतन, टेल्यूरियम का परमाणु द्रव्यमान 127.6 तक पहुंच जाता है। आयोडीन का परमाणु क्रमांक 53 है, अर्थात टेल्यूरियम से एक अधिक। लेकिन आयोडीन का केवल एक समस्थानिक है, आयोडीन-127, और इसलिए इसका परमाणु द्रव्यमान 127 है। जब मेंडेलीव ने अपनी आवर्त सारणी में टेल्यूरियम के पीछे आयोडीन रखा और इस तरह परमाणु द्रव्यमान द्वारा निर्धारित आदेश का उल्लंघन किया, तो उन्होंने बिना जाने, इसके आरोपों का पालन किया। नाभिक, यानी आवधिक कानून का भौतिक सार।

चलिए एक और ऐसा ही उदाहरण देते हैं. पोटेशियम (क्रम संख्या 19) के तीन समस्थानिक हैं - पोटेशियम-39, पोटेशियम-40 और पोटेशियम-41, लेकिन सबसे हल्का आइसोटोप सबसे आम है - पोटेशियम-39। परिणामस्वरूप, पोटैशियम का परमाणु द्रव्यमान 39.1 है। आर्गन की परमाणु संख्या 18 है, और इसके तीन समस्थानिक भी हैं - आर्गन-36, आर्गन-38 और आर्गन-40, लेकिन सबसे भारी आइसोटोप - आर्गन-40 - सबसे आम है। परिणामस्वरूप, आर्गन का परमाणु द्रव्यमान लगभग 40 है।

मास स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके, आप व्यक्तिगत आइसोटोप के द्रव्यमान को माप सकते हैं और इन आइसोटोप की सामग्री निर्धारित कर सकते हैं। ऐसा डेटा प्राप्त करने के बाद, तत्व के औसत परमाणु द्रव्यमान की गणना करना संभव है। परमाणु द्रव्यमान निर्धारित करने की इस विधि की सटीकता रासायनिक विधियों की तुलना में बहुत अधिक है।

किसी दिए गए तत्व के विभिन्न समस्थानिकों का परमाणु आवेश समान होता है लेकिन द्रव्यमान संख्या भिन्न होती है। परिणामस्वरूप, विभिन्न समस्थानिकों के नाभिकों में प्रोटॉन की संख्या समान होती है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या भिन्न होती है। नियॉन-20, नियॉन-21 और नियॉन-22 प्रत्येक के नाभिक में 10 प्रोटॉन होते हैं, इन सभी समस्थानिकों की क्रम संख्या 10 है, और इलेक्ट्रॉनों को कोशों के बीच इस प्रकार वितरित किया जाता है: 2, 8. हालाँकि, नियॉन-20 नाभिक में 10 प्रोटॉन और 10 न्यूट्रॉन होते हैं, नियॉन-21 के नाभिक में 10 प्रोटॉन और 11 न्यूट्रॉन होते हैं, और नियॉन-22 के नाभिक में 10 प्रोटॉन और 12 न्यूट्रॉन होते हैं।

अधिकांश तत्वों (लेकिन सभी नहीं) में आइसोटोप होते हैं। उदाहरण के लिए, 1935 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी आर्थर जेफ्री डेम्पस्टर (1886-1950) ने स्थापित किया कि प्राकृतिक यूरेनियम, जिसका परमाणु द्रव्यमान (238.07) एक पूर्णांक के बहुत करीब है, दो आइसोटोप का मिश्रण है। आइसोटोप में से एक प्रमुख मात्रा (99.3%) में निहित है। इस आइसोटोप के नाभिक में 92 प्रोटॉन और 146 न्यूट्रॉन होते हैं, यानी कुल द्रव्यमान संख्या 238 है। यह यूरेनियम-238 है। एक अन्य आइसोटोप, यूरेनियम-235 की सामग्री केवल 0.7% है; इस आइसोटोप के नाभिक में तीन कम न्यूट्रॉन हैं।

चूँकि रेडियोधर्मी गुण परमाणु नाभिक की संरचना पर निर्भर करते हैं, न कि इलेक्ट्रॉनिक वातावरण पर, एक ही तत्व के समस्थानिकों में समान रासायनिक गुण और पूरी तरह से अलग रेडियोधर्मिता हो सकती है। जहाँ यूरेनियम-238 का आधा जीवन 4,500,000,000 वर्ष है, वहीं यूरेनियम-235 का आधा जीवन केवल 700,000,000 वर्ष है। ये दोनों तत्व दो अलग-अलग रेडियोधर्मी श्रृंखलाओं के पहले तत्व हैं।

ऐसे सैद्धांतिक आधार थे जो सुझाव देते थे कि सबसे सरल तत्व हाइड्रोजन में भी आइसोटोप की एक जोड़ी हो सकती है। साधारण हाइड्रोजन परमाणुओं के नाभिक में एक प्रोटॉन होता है, यानी साधारण हाइड्रोजन हाइड्रोजन-1 होता है। 1931 में, अमेरिकी रसायनज्ञ हेरोल्ड क्लेटन उरे (1893-1980) ने प्रस्ताव दिया कि हाइड्रोजन का भारी आइसोटोप, यदि मौजूद है, तो उसे उच्च तापमान पर उबालना चाहिए, अधिक धीरे-धीरे वाष्पित होना चाहिए, और अवशेषों में जमा होना चाहिए।

हाइड्रोजन के इस भारी आइसोटोप का पता लगाने के प्रयास में, यूरी ने चार लीटर तरल हाइड्रोजन को धीरे-धीरे वाष्पित करना शुरू कर दिया। और हाइड्रोजन के अंतिम घन सेंटीमीटर में, यूरे को वास्तव में हाइड्रोजन -2 की उपस्थिति के अचूक संकेत मिले, एक आइसोटोप जिसके नाभिक में एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन होता है। हाइड्रोजन-2 नाम दिया गया ड्यूटेरियम .

ऑक्सीजन कोई अपवाद नहीं था. 1929 में, अमेरिकी रसायनज्ञ विलियम्स फ्रांसिस गियोक (1895 में पैदा हुए) यह दिखाने में कामयाब रहे कि ऑक्सीजन में तीन आइसोटोप होते हैं। ऑक्सीजन-16 सबसे प्रचुर मात्रा में है, जो सभी परमाणुओं का लगभग 99.8% है। ऑक्सीजन-16 नाभिक में 8 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन होते हैं। दूसरे सबसे प्रचुर आइसोटोप ऑक्सीजन-18 के नाभिक में 8 प्रोटॉन और 10 न्यूट्रॉन होते हैं; ऑक्सीजन-17 के नाभिक में, जो केवल अल्प मात्रा में पाया जाता है, 8 प्रोटॉन और 9 न्यूट्रॉन होते हैं।

इससे एक समस्या पैदा हो गई. बर्ज़ेलियस के समय से, तत्वों के परमाणु द्रव्यमान की गणना इस धारणा के तहत की गई है कि ऑक्सीजन का परमाणु द्रव्यमान 16.0000 है (अध्याय 5 देखें)। लेकिन ऑक्सीजन का परमाणु द्रव्यमान केवल तीन समस्थानिकों का परिकलित औसत परमाणु द्रव्यमान हो सकता है, और ऑक्सीजन समस्थानिक का अनुपात नमूने से नमूने में काफी भिन्न हो सकता है।

भौतिकविदों ने 16.0000 के बराबर ऑक्सीजन-16 के परमाणु द्रव्यमान के आधार पर परमाणु द्रव्यमान निर्धारित करना शुरू किया। परिणामस्वरूप, कई मान प्राप्त हुए ( भौतिक परमाणु द्रव्यमान), जो कि बहुत ही कम स्थिर मूल्य द्वारा उपयोग किए गए मूल्यों से अधिक था और जिसे 19वीं शताब्दी में धीरे-धीरे परिष्कृत किया गया था। ( रासायनिक परमाणु भार).

1961 में, रसायनज्ञों और भौतिकविदों दोनों के अंतर्राष्ट्रीय संगठनों ने कार्बन-12 के परमाणु द्रव्यमान को मानक के रूप में अपनाने पर सहमति व्यक्त की, और इसे बिल्कुल 12.0000 निर्धारित किया। नए मानक का उपयोग करके गणना किए गए तत्वों के परमाणु द्रव्यमान लगभग पुराने रासायनिक परमाणु भार के समान हैं, और, इसके अलावा, नया मानक केवल एक आइसोटोप से जुड़ा है, न कि आइसोटोप की आकाशगंगा से।

अध्याय 14 परमाणु प्रतिक्रियाएँ

नये परिवर्तन

एक बार जब यह स्पष्ट हो गया कि परमाणु छोटे कणों से बना है जो रेडियोधर्मी परिवर्तनों के दौरान बेतरतीब ढंग से पुनर्व्यवस्थित होते हैं, तो अगला चरण लगभग पूर्व निर्धारित लगने लगा।

मनुष्य ने सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके अपने विवेक से अणुओं को पुनर्व्यवस्थित करना सीख लिया है। का उपयोग करके परमाणुओं के नाभिकों को पुनर्व्यवस्थित करने का प्रयास क्यों न किया जाए? परमाणु प्रतिक्रियाएँ? प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक अणु में परमाणुओं की तुलना में अधिक मजबूती से बंधे होते हैं, और सामान्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं को करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य विधियां स्वाभाविक रूप से सफलता की ओर नहीं ले जाएंगी। लेकिन आप नए तरीके विकसित करने का प्रयास कर सकते हैं।

इस दिशा में पहला कदम रदरफोर्ड ने उठाया था; उन्होंने अल्फा कणों के साथ विभिन्न गैसों पर बमबारी की और पाया कि जब भी कोई अल्फा कण परमाणु के नाभिक से टकराता है, तो इसकी संरचना बाधित हो जाती है (चित्र 23)।

1919 में, रदरफोर्ड पहले से ही यह दिखाने में सक्षम थे कि अल्फा कण नाइट्रोजन नाभिक से प्रोटॉन को बाहर निकाल सकते हैं और नाभिक के बचे हुए हिस्से के साथ मिल सकते हैं। नाइट्रोजन का सबसे आम आइसोटोप नाइट्रोजन-14 है, जिसके नाभिक में 7 प्रोटॉन और 7 न्यूट्रॉन होते हैं। यदि आप इस नाभिक से एक प्रोटॉन को बाहर निकालते हैं और एक अल्फा कण के 2 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन जोड़ते हैं, तो आपको 8 प्रोटॉन और 9 न्यूट्रॉन वाला एक नाभिक मिलेगा, यानी एक ऑक्सीजन -17 नाभिक। अल्फा कण को ​​हीलियम-4 और प्रोटॉन को हाइड्रोजन-1 माना जा सकता है। इस प्रकार, रदरफोर्ड कृत्रिम परमाणु प्रतिक्रिया को सफलतापूर्वक अंजाम देने वाले पहले व्यक्ति थे:

नाइट्रोजन-14 + हीलियम-4 → ऑक्सीजन-17 + हाइड्रोजन-1

एक तत्व को दूसरे तत्व में परिवर्तित करके, उन्होंने रूपांतरण पूरा किया। तो, 20वीं सदी में। कीमियागरों का सबसे पोषित सपना सच हो गया।

अगले पांच वर्षों में, रदरफोर्ड ने अल्फा कणों का उपयोग करके अन्य परमाणु प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला आयोजित की। हालाँकि, इसकी क्षमताएँ सीमित थीं, क्योंकि रेडियोधर्मी तत्व केवल औसत ऊर्जा के साथ अल्फा कण उत्पन्न करते थे। बहुत अधिक ऊर्जा वाले कणों की आवश्यकता थी।

चावल। 23. रदरफोर्ड के प्रयोग की योजना. उत्सर्जित अल्फा कण सोने की पन्नी से गुजरते समय विक्षेपित हो जाते हैं; जब कण फ्लोरोसेंट स्क्रीन से टकराते हैं तो विचलन का परिमाण दर्ज किया जाता है।

भौतिकविदों ने विद्युत क्षेत्र में आवेशित कणों को गति देने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण बनाना शुरू किया। कणों को त्वरण के साथ चलने के लिए मजबूर करके, उनकी ऊर्जा को बढ़ाया जा सकता है। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जॉन डगलस कॉक्रॉफ्ट (1897-1967), अपने सहयोगी आयरिश भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट थॉमस सिंटन वाल्टन (जन्म 1903) के साथ, एक त्वरक के विचार को विकसित करने वाले पहले व्यक्ति थे जिसने पर्याप्त ऊर्जा वाले कणों का उत्पादन करना संभव बना दिया। एक परमाणु प्रतिक्रिया बाहर. 1929 में ऐसा एक्सेलेरेटर बनाया गया था। तीन साल बाद, उन्हीं भौतिकविदों ने त्वरित प्रोटॉन के साथ लिथियम परमाणुओं पर बमबारी की और अल्फा कण प्राप्त किए। इस परमाणु प्रतिक्रिया को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

हाइड्रोजन-1 + लिथियम-7 → हीलियम-4 + हीलियम-4

कॉकक्रॉफ्ट-वाल्टन त्वरक और कई अन्य समान त्वरक में, कण एक सीधे रास्ते पर चले गए। ऐसे त्वरक में उच्च-ऊर्जा कण प्राप्त करना तभी संभव था जब कण पथ पर्याप्त रूप से लंबा हो, इसलिए इस प्रकार के त्वरक बेहद भारी थे। 1930 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी अर्नेस्ट ऑरलैंडो लॉरेंस (1901-1958) ने एक त्वरक का प्रस्ताव रखा जिसमें कण थोड़ा अलग सर्पिल में चलते थे। यह अपेक्षाकृत छोटा है साइक्लोट्रॉनअत्यधिक उच्च ऊर्जा वाले कण उत्पन्न कर सकता है।

लॉरेंस का पहला बहुत छोटा साइक्लोट्रॉन आज की विशाल स्थापनाओं का अग्रदूत है, जिसकी परिधि आधा किलोमीटर है, जिसका उपयोग पदार्थ की संरचना से संबंधित सबसे जटिल प्रश्नों के उत्तर की खोज में किया जाता है।

1930 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी पॉल एड्रियन मॉरिस डिराक (1902 में पैदा हुए) ने सैद्धांतिक रूप से इस धारणा की पुष्टि की कि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन दोनों का अपना होना चाहिए प्रति-कण . एंटीइलेक्ट्रॉनएक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान होना चाहिए, लेकिन धनात्मक रूप से आवेशित होना चाहिए, एंटीप्रोटोनइसका द्रव्यमान एक प्रोटॉन के बराबर होना चाहिए, लेकिन ऋणात्मक रूप से आवेशित होना चाहिए।

एंटीइलेक्ट्रॉन की खोज 1932 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी कार्ल डेविड एंडरसन (जन्म 1905) ने कॉस्मिक किरणों पर अपने शोध के दौरान की थी। जब ब्रह्मांडीय किरणें वायुमंडल में परमाणु नाभिक से टकराती हैं, तो वे कण बनाते हैं जो चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों के समान कोण पर, लेकिन विपरीत दिशा में विक्षेपित होते हैं। एंडरसन ने इस प्रकार के कणों को बुलाया पॉज़िट्रॉन .

एक चौथाई सदी तक एंटीप्रोटॉन की खोज नहीं की जा सकी। चूंकि एंटीप्रोटॉन का द्रव्यमान एंटीइलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से 1836 गुना अधिक है, इसलिए एंटीप्रोटॉन के निर्माण के लिए 1836 गुना अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और इसलिए, 20वीं सदी के 50 के दशक तक। यह परिवर्तन असंभव था. 1955 में, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी एमिलियो सेग्रे (1905 में पैदा हुए) और ओवेन चेम्बरलेन (1920 में पैदा हुए) शक्तिशाली त्वरक का उपयोग करके एक एंटीप्रोटन प्राप्त करने और उसका पता लगाने में कामयाब रहे।

यह पाया गया कि ऐसे अनोखे परमाणु हो सकते हैं जिनमें एंटीप्रोटोन युक्त नकारात्मक चार्ज वाले नाभिक सकारात्मक चार्ज वाले पॉज़िट्रॉन से घिरे होते हैं। स्वाभाविक रूप से, क्या है antimatterलंबे समय तक न तो पृथ्वी पर, न ही संभवतः हमारी आकाशगंगा के भीतर भी अस्तित्व में रह सकते हैं, क्योंकि जब पदार्थ एंटीमैटर के संपर्क में आता है, तो वे भारी मात्रा में ऊर्जा जारी करते हुए नष्ट (नष्ट) हो जाते हैं। और फिर भी, खगोलविदों को आश्चर्य है कि क्या एंटीमैटर से निर्मित आकाशगंगाएँ मौजूद हो सकती हैं? अगर ऐसा संभव हुआ तो ऐसी आकाशगंगाओं का पता लगाना बहुत मुश्किल हो जाएगा।

यूएसपीटीयू का भौतिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान विभाग 1983 में भौतिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान विभागों के विलय के परिणामस्वरूप बनाया गया था। भौतिक रसायन विज्ञान विभाग का इतिहास 1947 में खोजा जाना चाहिए, जब पहली बार मॉस्को पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट की ऊफ़ा शाखा के तीसरे वर्ष के छात्रों को मॉस्को में अपनी पढ़ाई जारी रखने के लिए नहीं भेजा गया था। उन वर्षों में प्रयोगशाला कार्य को व्यवस्थित करने के लिए, विभाग में एक ग्लास-ब्लोइंग कार्यशाला बनाई गई, जिसने प्रयोगशाला कार्यशाला में विभिन्न ग्लास रासायनिक उपकरणों की शुरूआत में काफी तेजी लाई। कई वर्षों के दौरान, भौतिक और कोलाइडल रसायन विज्ञान पर काम किया गया। इसका काफी श्रेय वरिष्ठ शिक्षक को जाता है हुसोव निसोव्ने पिर्किस. डबिटेल संयंत्र के मुख्य अभियंता, डी. एम. रैपोपोर्ट को भौतिक रसायन विज्ञान पर व्याख्यान देने के लिए आमंत्रित किया गया था, जो तब संस्थान के कर्मचारियों में शामिल हो गए, और अपनी सेवानिवृत्ति तक वहां काम करते रहे। भौतिक रसायन विज्ञान विभाग को अपना आधिकारिक नाम 1951 में मिला, जब प्रोफेसर बोरिस वासिलिविच क्लिमेनोक, जिन्होंने 1983 में इसके पुनर्गठन तक 32 वर्षों तक विभाग का नेतृत्व किया। विभाग के निर्माण के समय 8 कर्मचारियों द्वारा शैक्षिक एवं वैज्ञानिक कार्य किया जाता था। प्रोफेसर बी.वी. क्लिमेनोक के नेतृत्व में, विभाग ने यूरिया के साथ डीजल ईंधन के डीवैक्सिंग पर वैज्ञानिक अनुसंधान शुरू किया। व्यापक शोध ने यूरिया के जल-इथेनॉल समाधान का उपयोग करके डीवैक्सिंग प्रक्रिया विकसित करना और ऊफ़ा तेल रिफाइनरी में एक पायलट संयंत्र का निर्माण करना संभव बना दिया। प्रायोगिक औद्योगिक परिणामों ने इस प्रक्रिया की वास्तविक संभावना को साबित कर दिया, हालाँकि, शराब और यूरिया के बड़े नुकसान ने इस प्रक्रिया को अप्रभावी बना दिया। विभाग ने स्वतंत्र रूप से जल-यूरिया निलंबन के साथ डीजल ईंधन के डीवैक्सिंग का अध्ययन करना शुरू कर दिया।

इसके साथ शुरुआत 1954 वर्ष, स्नातक छात्र वैज्ञानिक कार्यों में शामिल होते हैं। इंजीनियर ए. टी. ज़ेमल्यांस्की ने यूरिया डीवैक्सिंग के जलीय संस्करण के विकास और प्रक्रिया के व्यावहारिक कार्यान्वयन में बहुत प्रयास किए। वह "सुनहरे हाथ" और उत्कृष्ट इंजीनियरिंग दिमाग वाले व्यक्ति थे। उन्होंने स्वतंत्र रूप से खराद पर काम किया, वेल्डिंग और धातु का काम किया। यह माना जा सकता है कि संस्थान की यांत्रिक कार्यशाला में निर्मित यूरिया के साथ पेट्रोलियम अंशों को डीवैक्स करने के लिए एक बड़ा पायलट प्लांट, ए. टी. ज़ेमल्यांस्की के दिमाग की उपज है। पायलट संयंत्र के साथ, राष्ट्रीय तेल रिफाइनरी संयंत्र में एक अर्ध-औद्योगिक संयंत्र बनाया गया था। हालाँकि, कई कारणों से, इस स्थापना का अस्तित्व समाप्त हो गया, और प्रक्रिया का विकास मुख्य रूप से संस्थान की पायलट स्थापना में जारी रहा। नई प्रक्रिया के विकल्पों की संभावना तलाशी गई। इस विषय पर शोध प्रबंधों का बचाव जेड. विभाग का विस्तार 1968 में हुआ, जब यह पेट्रोलियम उत्पादों पर आधारित कुछ गुणों के साथ कार्बन सामग्री के उत्पादन और तेल रिफाइनरियों से अपशिष्ट सल्फ्यूरिक एसिड के उपयोग पर अनुसंधान में शामिल हो गया। इस विषय पर 7 उम्मीदवारों के शोध प्रबंधों का बचाव किया गया। इसे ए. ए. सेन्को के काम पर ध्यान दिया जाना चाहिए, जिन्होंने प्रयोगशाला कार्यशाला और विभाग में सभी रिपोर्टिंग दोनों का त्रुटिहीन संचालन किया। वर्तमान में, यह कार्य इंजीनियर जी.जी. मेदवेदेवा द्वारा जारी रखा गया है। वह न केवल प्रयोगशाला कार्यशालाओं के पूर्ण प्रावधान के लिए जिम्मेदार है, जो हमारे समय में आसान नहीं है, बल्कि विभागीय मामलों के प्रबंधन और सार्वजनिक कार्यक्रमों के आयोजन के लिए भी जिम्मेदार है।

कार्बनिक रसायन विज्ञान विभाग भी 1947 का है। इन वर्षों में, विभाग को अन्य विभागों के साथ विलय करके पुनर्गठित किया गया।

में 1974 वर्ष, विभाग फिर से स्वतंत्र हो गया, इसका नेतृत्व प्रोफेसर आर.बी. वैलिटोव ने किया। उनके नेतृत्व में, पेट्रोकेमिकल और भारी कार्बनिक संश्लेषण के क्षेत्र में वैज्ञानिक अनुसंधान विकसित होना शुरू हुआ। एसोसिएट प्रोफेसर एम. जी. सफ़ारोव, डी. एम. टोरिकोव, आर. वी. फस्खुतदीनोवा, ए. आई. नैमुशिन ने विभाग के कार्यप्रणाली कार्य में एक महान योगदान दिया। एसोसिएट प्रोफेसर एम. जी. सफ़ारोव ने, शिक्षाविद वी. आई. इसागुलियंट्स के साथ मिलकर, 1,3-डाइऑक्सेन के रसायन विज्ञान का एक स्कूल बनाया। इस क्षेत्र में उम्मीदवारों और डॉक्टरेट शोध प्रबंधों का बचाव डी. एल. रहमानकुलोव, यू. बी. इमाशेवम, ई. ए. कांटोर, एस. एस. ज़्लोत्स्की और अन्य द्वारा किया गया था।

विश्वविद्यालय के सबसे पुराने प्रयोगशाला सहायकों में से एक, टी.वी. ग्रिगोरिएवा, प्रयोगशालाओं के प्रमुख आर.टी. ज़िनातुलिन और आई.एन. गिलमनोव, वरिष्ठ प्रयोगशाला सहायकों ई.ई. सुखारेवा द्वारा कार्बनिक रसायन विज्ञान में एक प्रयोगशाला कार्यशाला के आयोजन में महान योगदान को नोट करना असंभव नहीं है कई वर्षों से विभाग में काम कर रहे हैं, आर. ए. बिकिमबेटोव, जी. डी. वोर्शेव।

में 1981 प्रत्येक वर्ष एक प्रोफेसर को विभाग का प्रमुख चुना जाता है यूराल बुलाटोविच इमाशेव. भौतिक और कार्बनिक रसायन विज्ञान विभागों के विलय के बाद, प्रोफेसर यू.बी. इमाशेव ने विभाग का नेतृत्व करना जारी रखा। उनके आगमन के साथ, भारी तेल कच्चे माल के प्रसंस्करण के लिए आशाजनक प्रौद्योगिकियों पर शोध कार्य तेज हो गया। इस दिशा के विकास और विस्तार से एक वैज्ञानिक स्कूल का निर्माण हुआ, जिसके परिणाम तरंग क्षेत्र में तेल अवशेषों के प्रसंस्करण के लिए नई, अद्वितीय प्रौद्योगिकियां थीं। कार्बन सल्फाइड और डाइसल्फ़ाइड से लेकर विभिन्न कार्यात्मक रूप से प्रतिस्थापित मोनो-, डी- और ट्राइथियोकार्बोनेट के संश्लेषण के लिए मूल तरीके विकसित किए गए हैं। विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाओं में उनके गुणों और परिवर्तनों का अध्ययन किया गया है। ऑर्गनोसल्फर विषयों पर, विभाग में 3 उम्मीदवारों के शोध प्रबंधों का बचाव किया गया (आर. एफ. मावल्युटोव, एन. टी. चानिशेव, आर. एफ. इश्तेव)। एसोसिएट प्रोफेसर एस.एम. ने विभाग की वैज्ञानिक क्षमता में एक निश्चित योगदान दिया। एसिटल और सल्फर ऑक्साइड डेरिवेटिव के संश्लेषण पर कलाश्निकोव। प्रोफेसर ई.एम. कुरामशिन के आगमन से विभाग की वैज्ञानिक क्षमता में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। उन्होंने एसीटल्स के रसायन विज्ञान के अध्ययन में एक गतिज दिशा विकसित की। प्रोफेसर ई.एम. कुरमशिन कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीडेटिव परिवर्तनों के साथ-साथ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कैनेटीक्स और तंत्र के क्षेत्र में काम करते हैं। पिछले पांच वर्षों में, विभाग ने 1,800 हजार रूबल का शोध पूरा किया है।

एसोसिएट प्रोफेसर ए.आई. नाइमुशिन द्वारा विकसित फ़्लोचार्ट को कार्बनिक रसायन विज्ञान में प्रयोगशाला कक्षाओं में पेश किया गया था। प्रोफेसर ई.एम. कुरमशिन ने फ्लोचार्ट और भौतिक रसायन विज्ञान में एक समस्या पुस्तक का उपयोग करके भौतिक और कोलाइडल रसायन विज्ञान में प्रयोगशाला कार्य के लिए पद्धति संबंधी सिफारिशें प्रकाशित कीं। प्रोफेसर ई.एम. कुराशिन, एसोसिएट प्रोफेसर्स ओ.पी. ज़ुर्किन और ओ.बी. ने भौतिक रसायन विज्ञान पर एक प्रयोगशाला कार्यशाला प्रकाशित की।

प्रोफेसर यू.बी. इमाशेव ने पाठ्यपुस्तक "फंडामेंटल्स ऑफ ऑर्गेनिक केमिस्ट्री" प्रकाशित की - एम.: कोलोस, 2011. - पी.-464 पी। और "जैविक रसायन विज्ञान पर प्रयोगशाला कार्यशाला" - ऊफ़ा: यूएसएनटीयू, 2009.-236पी। एसोसिएट प्रोफेसर एस. एम. कलाश्निकोव, एसोसिएट प्रोफेसर एन. टी. चानिशेव और प्रोफेसर ई. ए. उदालोवा के साथ मिलकर, उन्होंने एक पाठ्यपुस्तक "कार्बनिक रसायन विज्ञान में समस्याएं और अभ्यास" ऊफ़ा: यूएसएनटीयू, 2011 प्रकाशित की। - 236 पी। एसोसिएट प्रोफेसर ओ.पी. ज़ुर्किन के सह-लेखन में, एक पाठ्यपुस्तक "कार्बनिक यौगिकों के विश्लेषण के भौतिक और रासायनिक तरीके" प्रकाशित हुई थी: - यूएसएनटीयू, 2009. - 211 पी।

पिछले पांच वर्षों में, विभाग के शिक्षकों और कर्मचारियों ने 12 पाठ्यपुस्तकें और शिक्षण सहायक सामग्री, 7 मोनोग्राफ, 135 वैज्ञानिक लेख प्रकाशित किए हैं, 19 पेटेंट, 3 अनुदान प्राप्त किए हैं।