Udžbenici iz organske kemije za studente i učenike. Laboratorij za fizikalnu organsku kemiju (PHOC) Iz povijesti laboratorija

Je li moguć dug život slobodne čestice u neslobodnoj materiji?

moguće. To je stabilan slobodni radikal. Otkriveni su u okviru fizikalne organske kemije, koja se bavi općim pitanjima organske kemije, pridajući posebnu pozornost proučavanju mehanizama organskih reakcija, kao i kvantitativnom odnosu između kemijske strukture organskih spojeva, njihovih svojstava i reaktivnost.
Jedno od postignuća je otkriće i praktična uporaba stabilnih slobodnih radikala (vrsta molekule ili atoma sposobna za neovisno postojanje i koja ima jedan ili dva nesparena elektrona).

Stabilnost slobodnih radikala olakšavaju takozvane steričke smetnje (steričke smetnje), kada je atom na kojem je lokaliziran nespareni elektron pouzdano zaštićen od drugih reagensa obližnjim glomaznim supstituentima. To je kao pojedinac u gomili - čini se da može slobodno ići kamo god želi - ali ne, vaše okruženje vas koči!
Razvijene su metode sinteze i tehnologija proizvodnje stabilnih nitroksilnih radikala serije imidazolina i njihovih prekursora, koji se koriste kao spin markeri, sonde i zamke u znanstvenim istraživanjima i industriji. Radikali se određuju elektronskom paramagnetskom rezonancijom (EPR) u koncentracijama od 10 (na potenciju -10) molnih postotaka.

Tehničke i ekonomske prednosti razvijenih nitroksilnih radikala serije imidazolina određene su njihovom jedinstvenošću (nema prirodnih analoga), što im omogućuje da se koriste kao indikatori kretanja fluida u ležištima (proizvodnja nafte), skrivenih tragova itd. Stabilni slobodni radikali koriste se u raznim područjima znanosti i tehnologije:

U medicini i biologiji stabilni nitroksilni radikali obično se koriste kao spinske oznake. Sve molekule spinskih oznaka, unatoč raznolikosti njihove kemijske strukture, u pravilu sadrže isti paramagnetski fragment - kemijski stabilan nitroksilni radikal (>N-O*). Na ovom radikalu je lokaliziran nespareni elektron koji služi kao izvor ESR signala. Konkretan izbor spin labela određen je problemom istraživanja. Na primjer, kako bi se pratili konformacijski preraspodjeli proteina pomoću spin tagova, tag molekule se obično "prišivaju" na određene regije proteina. U tom slučaju spinska oznaka mora sadržavati posebnu reakcijsku skupinu koja može stvoriti kovalentnu kemijsku vezu s aminokiselinskim ostacima proteinske molekule.

Za proučavanje svojstava umjetnih i bioloških membrana obično se koriste centrifugalne oznake topive u lipidima koje se mogu ugraditi u lipidni sloj membrane:
- kao spinske pH sonde za mjerenje pH vrijednosti u staničnim organelama;
- pri proučavanju procesa prijenosa iona kroz membrane;
- za određivanje lokalizacije lijekova ili drugih lijekova u organima ili tkivima.

U analitičkoj kemiji i geofizici:
- stvoriti kelirajuća sredstva koja se mogu vezati na metale;
- kao indikatori s niskim pragom detekcije (primjerice, umjesto tricija ili organskih bojila u istraživanju i proizvodnji nafte, umjesto fluoroaromatskih kiselina u analizi kretanja podzemnih voda).
U drugim industrijama, za dodavanje skrivenih oznaka gorivima, alkoholima itd.

Djeluje Institut za organsku i fizikalnu kemiju Kazahstanskog znanstvenog centra Ruske akademije znanosti (Kazan). Možete pročitati: Gammet L. Osnove fizikalne organske kemije. Brzine, ravnoteže i mehanizmi reakcije. M.: Mir, 1972.

Fizikalno-kemijska istraživanja. U 30-60-im godinama 19. stoljeća organska kemija je imala dominantnu ulogu u razvoju kemije i postignuti su veliki uspjesi. Nove sinteze organskih spojeva slijedile su jedna za drugom. Radovi N. Zinina, C. Gerarda, G. Kolbea, J. Dumasa, A. Wurtza, M. Berthelota, A. M. Butlerova i mnogih drugih privukli su pozornost širokog kruga kemičara.

Kao rezultat tih radova proizašle su važne generalizacije, vezane uglavnom za određeni niz činjenica iz područja organske kemije. To su nauk o supstituciji, teorija vrsta, teorija kemijske strukture, teorija aromatskih spojeva i dr. Osnovna pitanja kemije, kao i pitanje prirode elemenata i njihovih svojstava, uzroka i uvjeta njihove kemijske interakcije, tj. prirode i suštine kemijskog afiniteta - ta su pitanja ostala takoreći u drugom planu. Njihova nedvojbena važnost bila je dobro prepoznata, ali ne više; s druge strane, teren za njihovo rješenje bio je još uvijek slabo pripremljen. Glavna zapreka bila je golema teškoća njihova razvoja, potreba za mnogo većim naporima od onih koji su potrebni za istraživanje drugih manje općih i manje fundamentalnih problema kemije. Međutim, razvoj organske kemije uvelike je pridonio proučavanju i prepoznavanju važnih fizikalnih i kemijskih principa. Tijekom proučavanja organskih spojeva postalo je jače uvjerenje da su obrasci koji upravljaju kemijskim i fizikalnim zakonima isti i za organske i za anorganske tvari. Ovaj je zaključak bio od temeljne važnosti. U znanosti je utvrđeno važno stajalište da je formiranje i njezinih ispitnih minerala i organskih spojeva biljnog i životinjskog svijeta, kao i tvari dobivenih umjetno u kemijskom laboratoriju, podložno istim zakonima.

Otkriće takvih pojava u organskoj kemiji kao što su izomerija (1830., Berzelius) i homologija (1842., Scheel, Gerard) postavilo je pred kemičare najvažniji zadatak - proučavanje ovisnosti fizikalno-kemijskih svojstava spojeva o njihovom sastavu i strukturi.

Proučavanje izomernih spojeva jasno je pokazalo da kemijska i fizikalna svojstva tvari ovise ne samo o kvaliteti atoma i njihovom broju, već i o unutarnjem rasporedu atoma. To je dovelo do najvažnijeg problema - fizikalnim i kemijskim metodama prodrijeti u "intimni život" atoma i molekula i pokušati razumjeti zakone njihova međudjelovanja.

U tom se području posebno široko područje istraživanja otvorilo fizikalno-kemijskim istraživačkim metodama, usmjerenim na proučavanje ne samo svojstava i sastava spojeva, već i kemijskih procesa, uvjeta i čimbenika koji utječu na tijek kemijskih reakcija.

Proučavanje organskih reakcija (koje se odvijaju sporo i nepotpuno) pružilo je važan novi materijal o kemijskim ravnotežama. Proučavanje tih reakcija omogućilo je uvođenje u kemiju tako važnih pojmova kao što su brzina (vrijeme), smjer i granica kemijskog procesa. Proučavanje ovih problema logično je dovelo do proučavanja utjecaja temperature, tlaka, količine tvari i njihovog agregatnog stanja na brzinu i smjer kemijske reakcije. Kada reakcija teče sporo, moguće ju je zaustaviti u različitim trenucima i u tim trenucima ispitati stanje i prirodu tvari. Reakcije u anorganskoj kemiji, koje se obično događaju gotovo trenutno, nisu dopuštale takva istraživanja.

Sintetsko-preparativni put doveo je kemičare do dobivanja (u početku izolacijom iz prirodnih produkata, a kasnije sintezom) novih važnih tvari koje su potom našle praktičnu primjenu. Proučavanje i uporaba novih tvari zahtijevala je pak proučavanje njihovih fizikalnih svojstava ovisno o sastavu i strukturi spoja.

Na temelju proučavanja organskih spojeva, G. Kopp je identificirao prve odnose između kemijske strukture i fizikalnih svojstava. “...Veza između fizikalnih svojstava i kemijskog sastava i precizno određivanje tih svojstava,” napisao je Kopp, “može u nekim slučajevima poslužiti kao kontrola za ispravno određivanje sastava, tako da znanje o fizikalnim svojstvima ponekad izravno potvrđuje znanje kemijskih svojstava."

Zasluga G. Koppa (1817.-1892.) leži u činjenici da je prvi put, od 1842. do 1855. godine, sustavno proučavao fizikalno-kemijska svojstva niza tvari (vrelište, molekulski i atomski volumen, atomski toplinski kapacitet) te odnos kemijskog sastava i strukture organskih veza.

Da bi izračunao specifične volumene tekućina, Kopp je uzeo njihovu gustoću na vrelištu, smatrajući te temperature, pri kojima je tlak pare isti, prikladnima. Koppovi pokusi na određivanju specifičnih volumena tekućih organskih tvari pokazali su da: 1) izomerni spojevi imaju slične specifične volumene; 2) u mnogim homolognim serijama, uz ispravnu promjenu sastava, točno se mijenjaju i specifični volumeni. Uspoređujući vrelišta različitih organskih tvari, Kopp je došao do zaključka da je u homolognim serijama komplikacija sastava na CH 2 obično popraćena povećanjem vrelišta za 12, 15, 10 ° C. Ova razlika je obično konstantna za svaku homolognu seriju.

Kao što se moglo očekivati, kemijska struktura spojeva trebala bi imati određeni utjecaj na vrelište; doista, pokazalo se da izomeri vriju na različitim temperaturama.

Pri određivanju tališta i ledišta organskih tvari utvrđeno je da za homologne spojeve temperatura raste s povećanjem molekulske mase tvari.

Koppov rad na određivanju atomskih, odnosno specifičnih volumena raznih spojeva, na proučavanju odnosa između vrelišta i sastava spojeva, iako nije doveo do fundamentalno važnih obrazaca, ali je dao snažan poticaj proučavanju fizikalno-kemijskih ovisnosti. i pojašnjenje pravila koja je uspostavio Kopp.

Visoko cijeneći Coppove zasluge u razvoju važnog područja fizikalno-kemijskog znanja, D. I. Mendeleev je napisao: "Povijest će uvijek odavati dužno poštovanje Coppovoj neumornoj aktivnosti."

Pojavom Butlerovljeve teorije kemijske strukture (1861.) započela je nova faza u proučavanju ovisnosti fizikalno-kemijskih svojstava organskih spojeva o njihovoj kemijskoj strukturi. A. M. Butlerov je naglasio da su kemijska i fizikalna svojstva kemijskih spojeva “u međusobnoj uzročno-posljedičnoj vezi” i da je proučavanje fizikalnih svojstava od velike važnosti za razumijevanje “međusobnih odnosa u kojima se njihovi sastavni dijelovi nalaze u tim tvarima”. U prvom broju "Uvoda" (1864.) Butlerov je skrenuo pozornost na činjenicu da je proučavanje fizikalnih svojstava od velike važnosti za razumijevanje međusobnih odnosa sastavnih dijelova kemijskih spojeva. U istom broju posebno je poglavlje: “Odnosi između fizikalnih i kemijskih svojstava tvari”. U njemu ispituje tališta i vrelišta, toplinske kapacitete, latentne topline taljenja i isparavanja, “kalorijske pojave u kemijskim reakcijama”, t.j. toplinski učinci, molekularne sile, topljivost, lom svjetlosti, raspršenje svjetlosti, fluorescencija i fosforescencija, rotacija ravnine polarizacije, kemijsko djelovanje svjetlosti i elektriciteta.

Optičke metode proučavanja tvari privukle su najveću pozornost znanstvenika u to vrijeme.

Davne 1811. Arago je otkrio fenomen optičke aktivnosti dok je proučavao dvostruki lom u kristalima kvarca. Tada je 1817. Biot otkrio da tekući organski spojevi imaju optička svojstva: sposobni su rotirati ravninu polarizacije. Sposobnost tekućih organskih tvari da rotiraju ravninu polarizacije pokazala je da ne postoji nužan odnos između kristalne strukture i optičke aktivnosti. Ovo posljednje, prema Butlerovu, "ugniježđeno je u prirodi čestica." Ta su istraživanja otkrila činjenicu od temeljne važnosti, naime: optička aktivnost nije svojstvo samo kristala, već i molekule.

O navedenim Biotovim djelima zanimljiva je sljedeća Berzeliusova prosudba: „Bez sumnje bi istraživanja ove vrste, koja su još u povojima, mogla postati plodonosna kad bi se provela u cijelosti. Ako takav rad provodi netko tko je naoružan i optičkom znanošću i kemijskim znanjem, može se nadati da će se dobiti objašnjenja koja će prodrijeti u skrivena područja teorije o sastavu organskih i anorganskih tijela."

Proučavanje ovisnosti sposobnosti loma svjetlosti tvari o njihovu sastavu počelo se posebno uspješno razvijati nakon što je M. Berthelot 1856. uveo pojam molekularne refrakcije, koja je (produkt specifične refrakcije prema molekulskoj masi. Prema Berthelotu, molekularna refrakcije, što je za veći broj spojeva dalo odstupanja, ne veća od ±0,1%.

Od 1879. Landoltov učenik J. Bruhl započeo je sustavno proučavanje atomskih i grupnih loma. Jasno je formulirao zadatke fizikalnih istraživanja u organskoj kemiji. Smatrao je da kemijske metode nisu dovoljne za utvrđivanje strukture tvari te da je potrebno uključiti komparativno proučavanje fizikalnih svojstava tvari.

Brühl je krajem 70-ih napisao: “... sastav tvari može se proučavati sve do međusobnog odnosa pojedinačnih atoma; Stoga je došlo vrijeme da se alat koji nudi fizika upotrijebi za praktičnu primjenu u kemiji... Na temelju tog uvjerenja izradio sam plan komparativnog proučavanja fizikalnih svojstava organskih tvari u velikom opsegu. Po savjetu profesora Landolta u Lachenu, odlučio sam najprije uzeti kao predmet proučavanja odnos između snage loma i kemijske prirode tvari."

“Uvjeren sam”, napisao je, da nije daleko vrijeme kada će ove fizičke metode istraživanja postati jednake analitičkim i sintetičkim metodama.”

I. I. Kanonnikov 1883.-1885 primijenio refraktometrijsku metodu za proučavanje strukture anorganskih tvari. Vjerovao je da je ova metoda "od velike važnosti u proučavanju strukture, budući da omogućuje izvlačenje zaključaka o ovoj strukturi bez uništavanja čestica spoja."

Moderne refraktometrijske studije potvrdile su ovo gledište. Trenutno mjerenja optičkih svojstava omogućuju rješavanje širokog spektra problema - od proučavanja vodikovih veza do određivanja strukturnih formula silikata.

Od 90-ih godina XIX stoljeća. A. Gancha počeo je masovno koristiti metode fizikalnih istraživanja (apsorpcijski spektri, mjerenja električne vodljivosti itd.) za utvrđivanje strukture organskih spojeva.

Ganch i njegova škola pridavali su veliku važnost proučavanju apsorpcijskih spektara. Ganch je uspio pokazati da postoji velika razlika između apsorpcijskog spektra kiseline u čistom obliku i iste kiseline u otopini. To je bilo od velike važnosti za proučavanje ne samo čistih tvari, već uglavnom prirode otopina.

Od 1897. L. A. Chugaev je proveo niz radova na proučavanju optičkih svojstava uglavnom organskih spojeva. Unaprijedio je optičku metodu za analizu smjesa organskih spojeva koji rotiraju ravninu polarizacije svjetlosti. Chugaev je ustanovio zanimljiv slučaj anomalije u različito izgrađenim dioksimima. Ispostavilo se da je trimetilenski prsten karakteriziran određenim povećanjem refrakcije, što nije odgovaralo Bruhlovim podacima. Ta su istraživanja omogućila proučavanje kemijske strukture kolesterola.

U kombinaciji s teorijom kemijske strukture, fizikalne metode postale su snažno sredstvo proučavanja fizikalno-kemijskih svojstava složenih tvari.

Metode poput krioskopije i ebulioskopije pružile su neprocjenjive usluge organskoj kemiji. Organski kemičar također je počeo široko koristiti mjerenja električne vodljivosti, refrakcije, termokemijskih konstanti, apsorpcijskih spektara, rotacijske sposobnosti i magnetskih svojstava za proučavanje svojstava i strukture različitih organskih spojeva.

Godine 1909., u članku "Suvremeni problemi organske kemije", L. A. Chugaev je napisao da bi organski kemičar u svojim istraživanjima trebao usvojiti fizikalno-kemijske metode istraživanja i teoretsko pokrivanje kemijskih procesa. S druge strane, prema Čugajevu, "kemija ugljikovih spojeva, zbog neiscrpne raznolikosti kako oblika tvari tako i vrsta njezinih transformacija, predstavlja bogatstvo materijala za istraživanje."

U povijesnoj i kemijskoj literaturi ponekad se navodi da je organska kemija navodno dugo godina (1840.-1880.) usporavala razvoj fizikalne kemije i preusmjeravala znanstvene snage na sebe. Nemoguće je u potpunosti se složiti s ovim gledištem. Štoviše, "organsko" razdoblje u razvoju kemije bilo je vrlo potrebna i važna faza ne samo u razvoju kemije općenito, već i fizikalne kemije, jer su upravo organski kemičari dali bogatu novu građu za razne fizikalne i kemijska istraživanja. Organski spojevi odigrali su važnu ulogu u povijesti otkrića mnogih osnovnih fizikalnih i kemijskih zakona i teorijski važnih generalizacija.

Rad organskih kemičara na proučavanju strukture različitih klasa organskih spojeva otvorio je put za dublje proučavanje mehanizma reakcije, što je kasnije bilo od velike važnosti za razvoj kemijske kinetike.

Od Lavoisierova vremena, kemičari su mogli predvidjeti u kojem će smjeru ići određene brze ionske reakcije relativno malih molekula, te su mogli modificirati te reakcije za praktičnu upotrebu. Proučavanje složenih molekula bilo je mnogo teže. Spore reakcije organskih spojeva također je bilo mnogo teže analizirati. Često su reakcije mogle ići na nekoliko putova, a kemičaru je bilo dopušteno usmjeriti reakciju željenim putem svojom vještinom eksperimentatora i intuicijom, a ne dubokim razumijevanjem procesa.

S pojavom elektroničkog modela atoma, organski kemičari mogli su baciti novi pogled na svoje područje istraživanja. Krajem 20-ih godina XX. stoljeća. Engleski kemičar Christopher Ingold (1893-1970) i ​​niz drugih kemičara pokušali su pristupiti organskim reakcijama sa stajališta teorije strukture atoma, objašnjavajući međudjelovanje molekula prijelazom elektrona. U organskoj kemiji počinju se intenzivno koristiti metode fizikalne kemije. Postala je važna disciplina fizikalna organska kemija .

Međutim, pokušaji da se organske reakcije tumače samo kao rezultat kretanja elektrona nisu doveli do većeg uspjeha.

Tijekom prve četvrtine 20. stoljeća, od otkrića elektrona, smatralo se dokazanim da je elektron vrlo mala, tvrda lopta. Međutim, 1923. godine francuski fizičar Louis Victor de Broglie (r. 1892.) iznio je teoretsko opravdanje da elektroni (i sve druge čestice) imaju valna svojstva. Do kraja 20-ih godina XX. stoljeća. ova hipoteza je eksperimentalno potvrđena.

Pauling (koji je prvi predložio da molekule proteina i nukleinskih kiselina imaju spiralni oblik, vidi Poglavlje 10) u ranim 30-ima razvio je metode koje su omogućile da se uzme u obzir valna priroda elektrona pri razmatranju organskih reakcija.

Predložio je da se socijalizacija para elektrona (prema Lewisu i Langmuiru) može tumačiti kao interakcija valova ili preklapanje elektronskih oblaka. Kemijska veza, prikazana kao značajka u Kekuleovoj strukturnoj teoriji, u novim konceptima odgovara području najvećeg preklapanja elektronskih oblaka. Pokazalo se da se preklapanje elektronskih oblaka ponekad događa ne samo u jednom smjeru, predstavljenom valentnom vezom u strukturnoj formuli. Drugim riječima, prava struktura molekule ne može se čak ni približno prikazati niti jednom strukturnom formulom. Međutim, može se smatrati posrednikom između nekoliko hipotetskih struktura, kao "rezonantni hibrid" tih struktura. Važno je napomenuti da je energija takve stvarne molekule niža nego što bi se očekivalo na temelju bilo koje pojedinačne rezonantne "klasične" strukture. Za takve se molekule kaže da su "stabilizirane rezonancijom", iako rezonancija u ovom slučaju, naravno, nije stvarni fizički fenomen, već prikladan teorijski koncept za objašnjenje stabilnosti i svojstava nekih molekula.

Teorija rezonancije pokazala se osobito korisnom u razumijevanju strukture benzena, što je zbunjivalo kemičare još od vremena Kekulea (vidi 7. poglavlje). Formula za benzen obično je bila prikazana kao šesterokut s izmjeničnim jednostrukim i dvostrukim vezama. Međutim, benzen je gotovo potpuno lišen svojstava karakterističnih za spojeve s dvostrukim vezama.

Ali za benzen možete napisati drugu, potpuno ekvivalentnu Kekuléovu formulu, u kojoj su proste i dvostruke veze zamijenjene u usporedbi s prvom formulom. Stvarna molekula benzena opisana je kao rezonantni hibrid dviju Kekuléovih struktura; elektroni odgovorni za stvaranje dvostrukih veza su delokalizirani, "rašireni" po prstenu, tako da su sve veze između atoma ugljika u benzenu ekvivalentne i nalaze se u sredini između klasičnih jednostrukih i dvostrukih veza. Upravo je to razlog povećane stabilnosti i osobitosti kemijskog ponašanja benzena.

Osim strukture benzena, ideje o valnim svojstvima elektrona pomogle su u objašnjenju drugih pitanja. Budući da četiri elektrona smještena na vanjskoj ljusci ugljikovog atoma nisu potpuno ekvivalentna u energiji, moglo bi se pretpostaviti da se veze nastale između ugljikovog atoma i njegovih susjednih atoma donekle razlikuju ovisno o tome koji od elektrona sudjeluje u formiranju jednog ili druge komunikacije.

Međutim, pokazalo se da četiri elektrona, poput valova, međusobno djeluju i tvore četiri “srednje” veze, koje su potpuno ekvivalentne i usmjerene prema vrhovima tetraedra, kao u van’t Hoff-Le Belovom tetraedarskom atomu.

U isto vrijeme, rezonancija je pomogla objasniti strukturu grupe neobičnih spojeva s kojima su se kemičari prvi put susreli početkom 20. stoljeća. Godine 1900. američki kemičar Moses Gomberg (1866.-1947.) pokušao je dobiti heksafeniletan, spoj u čijoj su molekuli dva atoma ugljika spojena na šest benzenskih prstenova (po tri za svaki atom ugljika).

Umjesto tog spoja Gomberg je dobio obojenu otopinu nekog vrlo reaktivnog spoja. Iz više razloga, Gomberg je vjerovao da je dobio trifenilmetil- "polumolekula" koja se sastoji od atoma ugljika i tri benzenska prstena, u kojima je četvrta veza atoma ugljika nezasićena.

Taj je spoj nalikovao jednom od onih radikala čiji je koncept uveden u 19. stoljeću. objasniti strukturu organskih spojeva (vidi 6. poglavlje). Međutim, za razliku od radikala stare teorije, molekula koju je otkrio Gomberg postojala je u izoliranom obliku, a ne kao fragment nekog drugog spoja, pa je nazvana slobodni radikali .

S razvojem elektroničkih koncepata kemijske veze, postalo je jasno da u slobodnim radikalima, na primjer u trifenilmetil, nezasićena veza (u smislu Kekuleove teorije) u okviru novih koncepata odgovara nesparenom elektronu. Obično su takve molekule s nesparenim elektronom izuzetno reaktivne i brzo se pretvaraju u druge tvari.

Međutim, ako je molekula ravna i simetrična (poput molekule trifenilmetila), tada nespareni elektron može biti "razmazan" po cijeloj molekuli, što će dovesti do stabilizacije radikala.

Kada se proučavanju organskih reakcija pristupilo iz perspektive teorije elektroničke strukture, postalo je očito da reakcije često uključuju stupanj stvaranja slobodnih radikala. Takvi slobodni radikali, u pravilu, koji nisu stabilizirani rezonancijom, postoje samo kratko vrijeme i uvijek se teško stvaraju. Većina organskih reakcija odvija se tako sporo zbog teškoća stvaranja intermedijera slobodnih radikala.

U drugoj četvrtini 20.st. Organski kemičari počeli su sve dublje prodirati u bit organskih reakcija, a proučavajući mehanizam reakcija, shvaćajući samu bit procesa, uspjeli su sintetizirati molekule čija je složenost zadivila kemičare ranijih generacija.

Međutim, koncepti teorije rezonancije primjenjivi su ne samo u organskoj kemiji. Na temelju starih ideja, nemoguće je, posebice, jasno objasniti strukturu molekula borohidrida. Atom bora ima premalo valentnih elektrona da bi formirao potreban broj veza. Ako pretpostavimo da su elektroni odgovarajuće "razmazani", tada možemo predložiti prihvatljivu molekularnu strukturu.

Iako se od otkrića inertnih plinova vjerovalo da oni ne stupaju ni u kakve reakcije, Pauling je 1932. predložio da bi atomi tih plinova trebali tvoriti veze.

U početku je ova Paulingova pretpostavka prošla nezapaženo, ali 1962., kao rezultat reakcije inertnog plina ksenona s fluorom, ksenon fluorid. Ubrzo nakon njega, dobiveni su i brojni drugi spojevi ksenona s fluorom i kisikom, kao i spojevi radona i kriptona.

Pola zivota

Proučavanje strukture atoma dovelo je do novog razumijevanja problema, ali u isto vrijeme znanstvenici su se suočili s nizom novih pitanja.

Godine 1900. Crookes (vidi Poglavlje 12) otkrio je da svježe pripremljeni spojevi čistog urana imaju vrlo malu radioaktivnost i da se radioaktivnost tih spojeva povećava s vremenom. Do 1902., Rutherford i njegov suradnik, engleski kemičar Frederick Soddy (1877.-1956.), predložili su da se s emisijom alfa čestice priroda atoma urana mijenja i da novi proizvedeni atom emitira jače zračenje od samog urana (dakle , zapažanje je ovdje uzeto u obzir Crookes). Ovaj drugi atom se također cijepa, tvoreći drugi atom. Doista, atom urana stvara cijeli niz radioaktivnih elemenata - radioaktivne serije, uključujući radij i polonij (vidi odjeljak "Redni broj") i završava s olovom, koje nije radioaktivno. Zbog toga se radij, polonij i drugi rijetki radioaktivni elementi mogu naći u mineralima urana. Drugi radioaktivni niz također počinje s uranom, dok treći radioaktivni niz počinje s torijem.

Umjesno je zapitati se zašto radioaktivni elementi, neprestano se raspadajući, i dalje postoje? Godine 1904. ovo je pitanje riješio Rutherford. Proučavajući brzinu radioaktivnog raspada, pokazao je da se nakon određenog vremena, različitog za različite elemente, raspadne polovica dane količine danog radioaktivnog elementa. Ovo razdoblje, karakteristično za svaku pojedinu vrstu radioaktivne tvari, Rutherford je nazvao Pola zivota(slika 22).

Riža. 22. Vrijeme poluraspada radona određuje se mjerenjem količine preostale tvari u pravilnim intervalima. Rezultirajuća ovisnost je "opadajuća" eksponencijalna krivulja y=e-ah .

Vrijeme poluraspada radija je, na primjer, nešto manje od 1600 godina. Tijekom geoloških epoha, svaka količina radija u zemljinoj kori bi, naravno, davno nestala da se nije stalno nadopunjavala raspadom urana. Isto se može reći i za druge produkte raspada urana, uključujući one čiji se poluživot mjeri u djelićima sekunde.

Vrijeme poluraspada samog urana je 4 500 000 000 godina. Riječ je o ogromnom vremenskom razdoblju, au cijeloj povijesti Zemlje mogao bi propasti samo dio izvornih rezervi urana. Torij se još sporije raspada, s vremenom poluraspada od 14 000 000 000 godina.

Takva ogromna vremenska razdoblja mogu se odrediti samo brojanjem alfa čestica koje emitira određena masa urana (ili torija). Rutherford je brojao alfa čestice otkrivajući male bljeskove koji su se javljali kada su se alfa čestice sudarile sa zaslonom od cinkovog sulfida (tj. koristeći tzv. scintilacijski brojač).

Svaka nova alfa čestica značila je da se još jedan atom urana raspao, pa je Rutherford mogao odrediti koliko se atoma raspada u sekundi. Iz mase urana koju je koristio, Rutherford je odredio ukupan broj atoma urana. S takvim podacima više nije bilo teško izračunati vrijeme potrebno za raspad polovice raspoložive količine urana. Kako se pokazalo, govorimo o milijardama godina.

Raspad urana je toliko stalan i karakterističan proces da se može koristiti za određivanje starosti Zemlje. Godine 1907. američki kemičar Bertram Borden Boltwood (1870.-1927.) predložio je da se takva određivanja mogu temeljiti na sadržaju olova u mineralima urana. Ako pretpostavimo da je svo olovo u mineralima nastalo raspadom urana, onda je lako izračunati koliko je vremena trebalo. Koristeći ovu metodu, bilo je moguće utvrditi da je starost čvrste kore najmanje četiri milijarde godina.

U međuvremenu, Soddy je nastavio opisivati ​​promjene u atomu uzrokovane oslobađanjem subatomskih čestica. Ako atom izgubi alfa česticu (+2 naboj), ukupni naboj njegove jezgre smanjuje se za dva i element se pomiče za dva mjesta ulijevo na periodnom sustavu.

Ako atom izgubi beta česticu (elektron s nabojem -1), jezgra dobiva dodatni pozitivni naboj i element se pomiče jedno mjesto udesno u periodnom sustavu. Ako atom emitira gama zrake (nenabijen), sadržaj energije se mijenja, ali to ne utječe na sastav čestica, tako da ostaje isti element.

Vođeni ovim pravilima, kemičari su mogli temeljito proučiti mnoge radioaktivne serije.

Izotopi

Otkrićem radioaktivnih elemenata znanstvenici su se suočili s ozbiljnim problemom: što učiniti s raznim produktima raspada urana i torija? Otkriveni su u desecima, au periodnom sustavu bilo je još samo najviše devet mjesta (od polonija s rednim brojem 84 do urana s rednim brojem 92) na koja su se mogli smjestiti.

Dakle, atom urana (redni broj 92) emitira alfa česticu. Atomski broj novog elementa, prema Soddyjevom pravilu, je 90. To znači da atom urana mora tvoriti atom torija. Međutim, vrijeme poluraspada običnog torija mjeri se na 14 milijardi godina, dok je vrijeme poluraspada torija dobivenog iz urana samo 24 dana.

Razlike se uočavaju čak i kod dobivanja neradioaktivnih elemenata. Na primjer, Richards (specijalist za atomske mase, vidi 5. poglavlje) 1913. godine uspio je pokazati da je atomska masa olova dobivena raspadom urana donekle drugačija od atomske mase običnog olova.

Soddy je bio dovoljno odlučan da sugerira kako bi više od jedne vrste atoma moglo odgovarati istom mjestu na periodnom sustavu. Mjesto broj 90 mogu zauzeti različite vrste torija, mjesto broj 82 različite vrste olova, itd. Soddy je te vrste atoma koji zauzimaju isto mjesto u tablici nazvao izotopi(od grčkog tópos - mjesto).

Izotopi koji zauzimaju isto mjesto u tablici moraju imati isti atomski broj i, prema tome, isti broj protona u jezgri i isti broj elektrona u ljuskama. Izotopi elementa moraju imati ista kemijska svojstva, jer ta svojstva ovise o broju i položaju elektrona u atomima.

Ali kako, u ovom slučaju, možemo objasniti razliku u radioaktivnim svojstvima i atomskim masama?

Prout je u prošlom stoljeću iznio svoju poznatu hipotezu (vidi 5. poglavlje), prema kojoj su svi atomi sastavljeni od vodika, tako da svi elementi moraju imati cijele atomske mase. Međutim, kako se pokazalo, većina atomskih masa nije cijeli broj, a čini se da je ta činjenica opovrgla hipotezu.

Ali, prema novim idejama o strukturi atoma, atom ima jezgru koja se sastoji od protona (i neutrona). Protoni i neutroni približno su jednake mase, pa stoga mase svih atoma moraju biti višestruke mase atoma vodika (koji se sastoji od jednog protona). Proutova hipoteza je ponovno oživljena, ali su se opet pojavile sumnje o tome kolike bi trebale biti atomske mase.

Godine 1912. J. J. Thomson (koji je, kao što smo gore rekli, otkrio elektron) izložio je zrake pozitivno nabijenih iona neona magnetskom polju. Magnetsko polje uzrokovalo je otklon iona, zbog čega su pali na fotografsku ploču. Kad bi svi ioni bili iste mase, tada bi svi bili otklonjeni magnetskim poljem pod istim kutom, a na fotografskom filmu bi se pojavila mrlja bez boje. Međutim, kao rezultat ovog pokusa, Thomson je dobio dvije mrlje, od kojih je jedna bila oko deset puta tamnija od druge. Thomsonov suradnik Francis William Aston (1877.-1945.), koji je kasnije unaprijedio ovaj uređaj, potvrdio je ispravnost dobivenih podataka. Slični rezultati dobiveni su i za druge elemente. Taj uređaj, koji je omogućio razdvajanje kemijski sličnih iona u snopove iona različitih masa, nazvan je masspektrograf .

Veličina otklona jednako nabijenih iona u magnetskom polju ovisi o masi tih iona; ioni veće mase manje se otklanjaju i obrnuto. Tako su pokusi Thomsona i Astona pokazali da postoje dvije vrste atoma neona. Za jednu vrstu atoma maseni broj jednak 20, za drugi - 22. Kao rezultat određivanja relativne crnine mrlja, utvrđeno je da je sadržaj neona-20 10 puta veći od neona-22. Kasnije je otkrivena i prisutnost malih količina neona-21. Ako pri izračunavanju atomske mase neona polazimo od ovih podataka, ispada da je jednaka približno 20,2.

Drugim riječima, masa pojedinačnih atoma cijeli je broj umnožak mase vodikovog atoma, ali atomska masa pojedinačnog elementa je prosjek atomskih masa njegovih konstitutivnih atoma, pa stoga ne mora biti cjelina broj.

Prosječna atomska masa elementa s velikim brojem izotopa može u nekim slučajevima biti veća od prosječne atomske mase elementa s višim atomskim brojem. Na primjer, telur, čiji je atomski broj 52, ima sedam izotopa. Od njih su dva najteža izotopa, telur-126 i telur-128, najzastupljeniji. Posljedično, atomska masa telura približava se 127,6. Atomski broj joda je 53, što je jedan više od atomskog broja telura. Ali jod ima samo jedan izotop, jod-127, i stoga je njegova atomska masa 127. Kada je Mendeljejev smjestio jod iza telura u svom periodnom sustavu i time prekršio redoslijed koji diktira atomska masa, on je, ne znajući to, slijedio optužbe jezgre, tj. tj. fizikalnu bit periodičkog zakona.

Navedimo još jedan sličan primjer. Kalij (redni broj 19) ima tri izotopa - kalij-39, kalij-40 i kalij-41, ali je najlakši izotop najčešći - kalij-39. Kao rezultat, atomska masa kalija je 39,1. Atomski broj argona je 18, a također ima tri izotopa - argon-36, argon-38 i argon-40, ali je najteži izotop - argon-40 - najčešći. Kao rezultat toga, atomska masa argona je približno 40.

Pomoću masenog spektrografa možete mjeriti mase pojedinih izotopa i odrediti sadržaj tih izotopa. Dobivanjem takvih podataka moguće je izračunati prosječnu atomsku masu elementa. Točnost ove metode određivanja atomske mase mnogo je veća od one kemijskih metoda.

Različiti izotopi određenog elementa imaju iste nuklearne naboje, ali različite masene brojeve. Posljedično, jezgre različitih izotopa sadrže isti broj protona, ali različit broj neutrona. Neon-20, neon-21 i neon-22 imaju po 10 protona u jezgri, redni broj svih ovih izotopa je 10, a elektroni su raspoređeni među ljuskama na sljedeći način: 2, 8. Međutim, neon-20 jezgra sadrži 10 protona plus 10 neutrona, u jezgri neona-21 jezgra ima 10 protona plus 11 neutrona, a jezgra neona-22 ima 10 protona plus 12 neutrona.

Većina elemenata (ali ne svi) sadrži izotope. Godine 1935. američki fizičar Arthur Geoffrey Dempster (1886.-1950.) ustanovio je, primjerice, da je prirodni uran, čija je atomska masa (238,07) vrlo blizu cijelom broju, mješavina dvaju izotopa. Jedan od izotopa je sadržan u pretežnoj količini (99,3%). Jezgre ovog izotopa sastoje se od 92 protona i 146 neutrona, tj. Ukupni maseni broj je 238. To je uran-238. Sadržaj drugog izotopa, urana-235, je samo 0,7%; tri su neutrona manje u jezgri ovog izotopa.

Budući da radioaktivna svojstva ovise o strukturi atomske jezgre, a ne o elektroničkom okruženju, izotopi istog elementa mogu imati slična kemijska svojstva, a potpuno različitu radioaktivnost. Dok je vrijeme poluraspada urana-238 4.500.000.000 godina, vrijeme poluraspada urana-235 je samo 700.000.000 godina. Oba ova elementa su prvi elementi dva odvojena radioaktivna niza.

Postojale su teorijske premise koje sugerirale da vodik, najjednostavniji element, također može imati par izotopa. Jezgre atoma običnog vodika sastoje se od jednog protona, tj. obični vodik je vodik-1. Godine 1931. američki kemičar Harold Clayton Urey (1893.-1980.) predložio je da bi teži izotop vodika, ako postoji, trebao vrijeti na višoj temperaturi, sporije isparavati i nakupljati se u ostatku.

U pokušaju da otkrije ovaj teži izotop vodika, Yuri je počeo polako isparavati četiri litre tekućeg vodika. A u posljednjem kubičnom centimetru vodika Urey je zapravo pronašao nepogrešive znakove prisutnosti vodika-2, izotopa čija jezgra sadrži jedan proton i jedan neutron. Nazvan je vodik-2 deuterij .

Kisik nije bio iznimka. Godine 1929. američki kemičar Williams Francis Gioc (rođen 1895.) uspio je pokazati da kisik ima tri izotopa. Kisik-16 je najzastupljeniji i čini oko 99,8% svih atoma. U jezgri kisika-16 nalazi se 8 protona i 8 neutrona. Jezgra kisika-18, drugog najzastupljenijeg izotopa, ima 8 protona i 10 neutrona; jezgra kisika-17, koji se nalazi samo u tragovima, ima 8 protona i 9 neutrona.

To je stvorilo problem. Od vremena Berzeliusa, atomske mase elemenata izračunavane su pod pretpostavkom da je atomska masa kisika 16,0000 (vidi Poglavlje 5). Ali atomska masa kisika mogla bi biti samo izračunata prosječna atomska masa triju izotopa, a omjer izotopa kisika mogao bi jako varirati od uzorka do uzorka.

Fizičari su počeli određivati ​​atomske mase na temelju atomske mase kisika-16, jednake 16.0000. Kao rezultat, dobiven je niz vrijednosti ( fizička atomska masa), koje su za vrlo malu konstantnu vrijednost premašivale vrijednosti koje su se koristile i koje su postupno usavršavane tijekom 19. stoljeća. ( kemijske atomske težine).

Godine 1961. međunarodne organizacije kemičara i fizičara složile su se usvojiti atomsku masu ugljika-12 kao standard, postavljajući je na točno 12.0000. Atomske mase elemenata izračunate pomoću novog standarda gotovo su potpuno jednake starim kemijskim atomskim težinama, a osim toga, novi standard je povezan sa samo jednim izotopom, a ne galaksijom izotopa.

Poglavlje 14. Nuklearne reakcije

Nove transformacije

Nakon što je postalo očito da je atom sastavljen od manjih čestica koje su se nasumično preraspoređivale tijekom radioaktivnih transformacija, sljedeći se korak činio gotovo unaprijed određenim.

Čovjek je naučio preuređivati ​​molekule prema vlastitom nahođenju koristeći obične kemijske reakcije. Zašto ne pokušati preurediti jezgre atoma pomoću nuklearne reakcije? Protoni i neutroni mnogo su čvršće vezani od atoma u molekuli, a uobičajene metode koje se koriste za izvođenje običnih kemijskih reakcija prirodno neće dovesti do uspjeha. Ali možete pokušati razviti nove metode.

Prvi korak u tom smjeru napravio je Rutherford; bombardirao je razne plinove alfa česticama i otkrio da svaki put kad alfa čestica udari u jezgru atoma, poremeti njegovu strukturu (slika 23).

Godine 1919. Rutherford je već uspio pokazati da alfa čestice mogu izbaciti protone iz jezgri dušika i spojiti se s onim što je ostalo od jezgre. Najčešći izotop dušika je dušik-14, koji ima 7 protona i 7 neutrona u svojoj jezgri. Ako iz ove jezgre izbacite proton i dodate 2 protona i 2 neutrona alfa čestice, dobit ćete jezgru s 8 protona i 9 neutrona, tj. jezgru kisika-17. Alfa česticu možemo zamisliti kao helij-4, a proton kao vodik-1. Tako je Rutherford prvi uspješno izveo umjetnu nuklearnu reakciju:

Dušik-14 + helij-4 → kisik-17 + vodik-1

Transformacijom jednog elementa u drugi, on je postigao transmutaciju. Dakle, u 20.st. ostvario se najdraži san alkemičara.

Tijekom sljedećih pet godina Rutherford je proveo niz drugih nuklearnih reakcija koristeći alfa čestice. Međutim, njegove su mogućnosti bile ograničene, budući da su radioaktivni elementi proizvodili alfa čestice samo s prosječnom energijom. Bile su potrebne čestice puno većih energija.

Riža. 23. Shema Rutherfordovog pokusa. Emitirane alfa čestice se skreću dok prolaze kroz zlatnu foliju; veličina odstupanja se bilježi kada se čestice sudare s fluorescentnim zaslonom.

Fizičari su počeli stvarati uređaje dizajnirane za ubrzavanje nabijenih čestica u električnom polju. Prisiljavanjem čestica da se kreću ubrzano, njihova se energija može povećati. Engleski fizičar John Douglas Cockroft (1897.-1967.), zajedno sa svojim suradnikom irskim fizičarom Ernestom Thomasom Sintonom Waltonom (rođen 1903.), prvi su razvili ideju o akceleratoru koji je omogućio proizvodnju čestica s energijom dovoljnom za nošenje izbija nuklearna reakcija. Godine 1929. takav je akcelerator izgrađen. Tri godine kasnije isti su fizičari bombardirali atome litija ubrzanim protonima i dobili alfa čestice. Ova nuklearna reakcija može se napisati na sljedeći način:

Vodik-1 + litij-7 → helij-4 + helij-4

U Cockcroft-Waltonovom akceleratoru i nizu drugih sličnih akceleratora čestice su se kretale pravocrtno. U takvom akceleratoru bilo je moguće dobiti čestice visoke energije samo ako je put čestice bio dovoljno dugačak, pa su akceleratori ove vrste bili izuzetno glomazni. Godine 1930. američki fizičar Ernest Orlando Lawrence (1901.-1958.) predložio je akcelerator u kojem su se čestice kretale u blago divergentnoj spirali. Ovaj je relativno mali ciklotron mogao proizvoditi čestice s iznimno visokom energijom.

Lawrenceov prvi vrlo mali ciklotron preteča je današnjih gigantskih instalacija, opsega pola kilometra, kojima se traže odgovori na najsloženija pitanja vezana uz strukturu materije.

Godine 1930. engleski fizičar Paul Adrien Morris Dirac (rođen 1902.) teorijski je potkrijepio pretpostavku da bi i protoni i elektroni trebali imati svoje antičestice . Antielektron mora imati masu elektrona, ali mora biti pozitivno nabijen, antiproton mora imati masu protona, ali biti negativno nabijen.

Antielektron je otkrio 1932. godine američki fizičar Carl David Anderson (rođen 1905.) tijekom svojih istraživanja kozmičkih zraka. Kada se kozmičke zrake sudare s atomskim jezgrama u atmosferi, stvaraju čestice koje se u magnetskom polju odbijaju pod istim kutom kao i elektroni, ali u suprotnom smjeru. Anderson je čestice ove vrste nazvao pozitroni .

Antiproton nije mogao biti otkriven još četvrt stoljeća. Budući da je masa antiprotona 1836 puta veća od mase antielektrona, za nastanak antiprotona potrebno je 1836 puta više energije, pa je stoga do 50-ih godina 20.st. ova transformacija je bila nemoguća. Godine 1955. američki fizičari Emilio Segre (rođen 1905.) i Owen Chamberlain (rođen 1920.) uspjeli su pomoću snažnih akceleratora dobiti i detektirati antiproton.

Utvrđeno je da mogu postojati takvi osebujni atomi u kojima su negativno nabijene jezgre koje sadrže antiprotone okružene pozitivno nabijenim pozitronima. Naravno, što je antimaterija ne mogu dugo postojati ni na Zemlji, a vjerojatno ni unutar naše Galaksije, jer kada materija dođe u dodir s antimaterijom, one anihiliraju (uništavaju), oslobađajući ogromnu količinu energije. Pa ipak, astronomi se pitaju mogu li postojati galaksije izgrađene od antimaterije? Ako je to moguće, tada će biti vrlo teško otkriti takve Galaksije.

Zavod za fizikalnu i organsku kemiju USPTU-a nastao je spajanjem zavoda za fizikalnu i organsku kemiju 1983. godine. Povijest Odsjeka za fizikalnu kemiju treba pratiti od 1947. godine, kada po prvi put studenti 3. godine Ufa ogranka Moskovskog naftnog instituta nisu poslani na nastavak studija u Moskvu. Za organiziranje laboratorijskog rada tih godina na Zavodu je stvorena staklopuhačka radionica, što je uvelike ubrzalo uvođenje različite staklarske kemijske opreme u laboratorijsku radionicu. Tijekom nekoliko godina radilo se na fizikalnoj i koloidnoj kemiji. Veliku zaslugu za to ima viši učitelj Ljubov Nišovne Pirkis. Za predavanja iz fizikalne kemije pozvan je glavni inženjer tvornice Dubitel D. M. Rapoport, koji se potom pridružio osoblju instituta, gdje je radio do umirovljenja. Službeno ime Zavod za fizikalnu kemiju dobio je 1951. godine, kada je prof Boris Vasiljevič Klimenok, koji je Katedru vodio 32 godine do njezine reorganizacije 1983. godine. U trenutku osnivanja Zavoda nastavni i znanstveni rad obavljalo je 8 djelatnika. Pod vodstvom profesora B.V.Klimenok odjel je započeo znanstvena istraživanja o deparafinizaciji dizelskih goriva s ureom. Sveobuhvatna istraživanja omogućila su razvoj procesa deparafinizacije korištenjem vodeno-etanolne otopine uree i izgradnju pilot postrojenja u Rafineriji nafte Ufa. Rezultati pilot industrije dokazali su stvarnu mogućnost procesa, međutim veliki gubici alkohola i uree učinili su proces neučinkovitim. Odjel je samostalno prešao na proučavanje deparafinizacije dizelskih goriva vodeno-urea suspenzijom.

Počevši od 1954 godini studenti diplomskog studija uključeni su u znanstveni rad. Inženjer A. T. Zemlyansky uložio je puno truda u razvoj vodene inačice deparafinizacije uree i praktičnu provedbu procesa. Bio je to čovjek “zlatnih ruku” i izvrsnog inženjerskog uma. Samostalno je obavljao radove na tokarskom stroju, izvodio zavarivanje i limariju. Može se smatrati da je veliko pilot postrojenje za deparafinizaciju frakcija nafte s ureom, izgrađeno u mehaničkoj radionici instituta, zamisao A. T. Zemlyanskog. Uz pilot postrojenje izgrađeno je i poluindustrijsko postrojenje u Nacionalnoj rafineriji nafte. Međutim, iz niza razloga, ovo postrojenje je prestalo postojati, a razvoj procesa nastavljen je uglavnom u pilot postrojenju instituta. Istražena je mogućnost novih opcija procesa. Disertacije na ovu temu obranili su Z. V. Basyrov, F. A. Chegodaev, A. M. Syrkin, A. A. Krasnov, T. S. Kamkina, P. O. Ivanov, V. G. Abdula, R. M Abzalov. Do širenja Zavoda dolazi 1968. godine, kada se uključuje u istraživanja proizvodnje ugljičnih materijala određenih svojstava na bazi naftnih derivata i iskorištavanja otpadne sumporne kiseline iz rafinerija nafte. Na ovu temu obranjeno je 7 doktorskih disertacija. Treba istaknuti rad A. A. Senka, koji je besprijekorno vodio i laboratorijsku radionicu i sva izvješća na katedri. Trenutno ovaj posao nastavlja inženjer G. G. Medvedeva. Ona je odgovorna ne samo za potpuno osiguranje laboratorijskih radionica, što nije lako u naše vrijeme, već i za vođenje odjelskih poslova i organizaciju javnih događanja.

Od 1947. godine datira i Zavod za organsku kemiju. Tijekom godina odjel se reorganizirao spajanjem s ostalim odjelima.

U 1974 godine katedra se ponovno osamostalila, vodio ju je profesor R. B. Valitov. Pod njegovim vodstvom počela su se razvijati znanstvena istraživanja na području petrokemije i teške organske sinteze. Izvanredni profesori M. G. Safarov, D. M. Torikov, R. V. Faskhutdinova, A. I. Naimushin dali su veliki doprinos metodičkom radu odjela. Izvanredni profesor M. G. Safarov, zajedno s akademikom V. I. Isagulyantsom, stvorio je školu kemije 1,3-dioksana. Kandidatske i doktorske disertacije iz ovog područja obranili su D. L. Rakhmankulov, U. B. Imashevm, E. A. Kantor, S. S. Zlotsky i drugi.

Nemoguće je ne primijetiti veliki doprinos organizaciji laboratorijske radionice iz organske kemije jednog od najstarijih laboranta na sveučilištu, T. V. Grigorieva, voditelja laboratorija R. T. Zinatullin i I. N. Gilmanova, višeg laboranta E. E. Sukhareva, koji su dugi niz godina radi na odjelu, R. A. Bikimbetov, G. D. Vorshev.

U 1981 svake godine bira se profesor za predstojnika katedre Ural Bulatovich Imashev. Nakon spajanja katedre za fizikalnu i organsku kemiju, profesor U. B. Imashev nastavio je voditi katedru. Njegovim dolaskom intenzivirao se istraživački rad na perspektivnim tehnologijama prerade teških naftnih sirovina. Razvoj i širenje ovog smjera doveli su do stvaranja znanstvene škole, čiji su rezultati bile nove, neusporedive tehnologije za preradu naftnih ostataka u valovitom polju. Razvijene su originalne metode za sintezu različitih funkcionalno supstituiranih mono-, di- i tritiokarbonata, počevši od ugljikovog sulfida i disulfida. Proučavana su njihova svojstva i transformacije u različitim kemijskim reakcijama. Na temama organosumpora obranjene su 3 kandidatske disertacije na katedri (R. F. Mavlyutov, N. T. Chanyshev, R. F. Ishteev). Određeni doprinos znanstvenom potencijalu Odsjeka dao je izvanredni profesor S.M. Kalašnjikov o sintezi acetala i derivata sumpornog oksida. Znanstveni potencijal Odsjeka zamjetno je porastao dolaskom profesora E.M. Kuramshina. Razvio je kinetički smjer u proučavanju kemije acetala. Profesor E.M. Kuramshin vodi radove na području oksidativnih transformacija organskih spojeva, kao i kinetike i mehanizma kemijskih reakcija. Tijekom proteklih pet godina odjel je završio istraživanje u vrijednosti od 1800 tisuća rubalja.

Dijagrami toka koje je razvio izvanredni profesor A.I. Naimushin uvedeni su u laboratorijsku nastavu organske kemije. Profesor E.M. Kuramshin objavio je metodološke preporuke za laboratorijski rad iz fizikalne i koloidne kemije pomoću dijagrama toka i zadatak iz fizikalne kemije. Profesor E.M.Kurashin, izvanredni profesori O.P.Zhurkin i O.B.Zvorygina objavili su laboratorijsku radionicu fizičke kemije.

Profesor U. B. Imashev objavio je udžbenik “Osnove organske kemije” - M.: Kolos, 2011. - P.-464 str. i "Laboratorijska radionica o organskoj kemiji".- Ufa: USNTU, 2009.-236p. Zajedno s izvanrednim profesorom S. M. Kalašnjikovim, izvanrednim profesorom N. T. Chanyshevom i profesorom E. A. Udalovom objavio je udžbenik “Problemi i vježbe iz organske kemije” Ufa: USNTU, 2011. - 236 str. U koautorstvu s izvanrednim profesorom O. P. Žurkinom objavljen je udžbenik „Fizikalne i kemijske metode analize organskih spojeva” Ufa: - USNTU, 2009. - 211 str.

U proteklih pet godina nastavnici i djelatnici Zavoda objavili su 12 udžbenika i nastavnih pomagala, 7 monografija, 135 znanstvenih članaka, primili 19 patenata, 3 stipendije.