학생과 학생을 위한 유기화학 도서입니다. 물리유기화학 연구실(PHOC) 연구실의 역사에서

비자유 물질에서 자유 입자의 긴 수명이 가능합니까?

가능한. 안정적인 자유 라디칼입니다. 그들은 유기 화학의 일반적인 문제를 다루는 물리 유기 화학의 틀 내에서 발견되었으며, 유기 반응의 메커니즘 연구와 유기 화합물의 화학 구조, 그 특성 및 사이의 정량적 관계에 특별한 관심을 기울였습니다. 반동.
성과 중 하나는 안정한 자유라디칼(독립적으로 존재할 수 있고 짝을 이루지 않은 전자를 1~2개 갖는 분자 또는 원자의 일종)을 발견하고 실용화한 것입니다.

자유 라디칼의 안정성은 짝을 이루지 않은 전자가 위치하는 원자가 근처의 부피가 큰 치환기에 의해 다른 시약으로부터 안정적으로 보호될 때 소위 입체 장애(입체 장애)에 의해 촉진됩니다. 그것은 마치 군중 속에 있는 개인과 같습니다. 그는 원하는 곳 어디든 자유롭게 갈 수 있는 것처럼 보입니다. 그러나 아니요, 환경이 당신을 방해하고 있습니다!
이미다졸린 계열의 안정적인 니트록실 라디칼과 그 전구체를 합성하는 방법과 기술이 개발되었으며, 이는 과학 연구 및 산업에서 스핀 라벨, 프로브 및 트랩으로 사용됩니다. 라디칼은 전자 상자성 공명(EPR)에 의해 10(-10승) 몰% 농도로 결정됩니다.

이미다졸린 계열의 개발된 니트록실 라디칼의 기술 및 경제적 이점은 고유성(천연 유사체가 없음)에 의해 결정되며, 이를 통해 저수지 유체의 이동(석유 생산), 숨겨진 표시 등의 지표로 사용할 수 있습니다. 안정적인 자유 라디칼은 다양한 과학 기술 분야에서 사용됩니다.

의학 및 생물학에서는 안정적인 니트록실 라디칼이 일반적으로 스핀 라벨로 사용됩니다. 화학 구조의 다양성에도 불구하고 스핀 라벨의 모든 분자는 일반적으로 동일한 상자성 단편, 즉 화학적으로 안정한 니트록실 라디칼(>N-O*)을 포함합니다. 짝을 이루지 않은 전자는 이 라디칼에 국한되어 ESR 신호의 소스 역할을 합니다. 스핀 라벨의 구체적인 선택은 연구 문제에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 스핀 태그를 사용하여 단백질의 구조적 재배열을 모니터링하기 위해 태그 분자는 일반적으로 단백질의 특정 영역에 "바느질"됩니다. 이 경우 스핀 라벨에는 단백질 분자의 아미노산 잔기와 공유 화학 결합을 형성할 수 있는 특수 반응 그룹이 포함되어야 합니다.

인공 및 생물학적 막의 특성을 연구하기 위해 일반적으로 막의 지질층에 통합될 수 있는 지용성 스핀 라벨이 사용됩니다.
- 세포 소기관의 pH 값을 측정하기 위한 스핀 pH 프로브로 사용됩니다.
- 막을 통한 이온 전달 과정을 연구할 때;
- 장기나 조직 내 약물이나 기타 약물의 국소화를 결정합니다.

분석화학 및 지구물리학:
- 금속에 결합할 수 있는 킬레이트제를 생성합니다.
- 검출 임계값이 낮은 지표로 사용됩니다(예: 석유 탐사 및 생산에서 삼중수소 또는 유기 염료 대신, 지하수 이동 분석에서 플루오로방향족산 대신).
다른 산업에서는 연료, 알코올 등에 숨겨진 표시를 추가합니다.

러시아 과학 아카데미(카잔)의 카자흐 과학 센터의 유기 및 물리 화학 연구소가 운영됩니다. 읽을 수 있습니다: Gammet L. 물리 유기 화학의 기초. 속도, 평형 및 반응 메커니즘. M.: 미르, 1972.

물리화학적 연구. 19세기 30~60년대에는 유기화학이 화학 발전에 주도적인 역할을 했으며 큰 성공을 거두었습니다. 유기 화합물의 새로운 합성이 차례로 이어졌습니다. N. Zinin, C. Gerard, G. Kolbe, J. Dumas, A. Wurtz, M. Berthelot, A. M. Butlerov 등의 작품은 광범위한 화학자들의 관심을 끌었습니다.

이러한 작업의 결과로 주로 유기화학 분야의 특정 범위의 사실과 관련된 중요한 일반화가 이루어졌습니다. 대체 교리, 유형 이론, 화학 구조 이론, 방향족 화합물 이론 등이 있습니다. 화학의 기본 질문뿐만 아니라 요소의 본질과 그 특성, 원인과 조건에 대한 질문도 있습니다. 화학적 상호 작용, 즉 화학적 친화력의 본질과 본질에 대한 이러한 질문은 그대로 배경에 남아 있습니다. 그들의 의심할 여지 없는 중요성은 잘 인식되었지만 그 이상은 아닙니다. 반면에 해결책을 위한 기반은 아직 제대로 준비되지 않았습니다. 가장 큰 장애물은 개발의 엄청난 어려움, 덜 일반적이고 덜 근본적인 화학 문제에 대한 연구에 필요한 것보다 훨씬 더 많은 노력이 필요하다는 것입니다. 그러나 유기화학의 발전은 중요한 물리화학적 원리를 연구하고 규명하는 데 크게 기여했습니다. 화학 및 물리 법칙을 지배하는 패턴이 유기 물질과 무기 물질 모두에 동일하다는 확신이 더욱 강해진 것은 유기 화합물을 연구하는 동안이었습니다. 이 결론은 근본적으로 중요했습니다. 테스트 미네랄과 식물 및 동물 세계의 유기 화합물뿐만 아니라 화학 실험실에서 인위적으로 얻은 물질의 형성에도 동일한 법칙이 적용된다는 중요한 입장이 과학에서 확립되었습니다.

이성질체 현상(1830, Berzelius) 및 상동성(1842, Scheel, Gerard)과 같은 유기 화학 현상의 발견은 화학자들에게 화합물의 물리화학적 특성이 구성 및 구조에 미치는 영향을 연구하는 가장 중요한 과제를 제시했습니다.

이성질체 화합물에 대한 연구는 물질의 화학적 및 물리적 특성이 원자의 품질과 수뿐만 아니라 원자의 내부 배열에도 의존한다는 것을 분명히 보여주었습니다. 이로 인해 가장 중요한 문제가 발생했습니다. 물리적, 화학적 방법으로 원자와 분자의 "친밀한 삶"에 침투하고 상호 작용의 법칙을 이해하려고 노력하는 것입니다.

이 분야에서는 화합물의 특성과 구성뿐만 아니라 화학 과정, 조건 및 화학 반응 과정에 영향을 미치는 요인을 연구하는 것을 목표로 하는 물리화학적 연구 방법에 대한 특히 광범위한 연구 분야가 열렸습니다.

느리고 불완전하게 일어나는 유기 반응에 대한 연구는 화학 평형에 관한 중요한 새로운 자료를 제공했습니다. 화학 공정의 속도(시간), 방향 및 한계와 같은 중요한 개념을 화학에 도입할 수 있게 된 것은 이러한 반응에 대한 연구였습니다. 이러한 문제에 대한 연구는 논리적으로 온도, 압력, 물질의 양, 물질의 응집 상태가 화학 반응의 속도와 방향에 미치는 영향에 대한 연구로 이어졌습니다. 반응이 천천히 진행되면 여러 순간에 반응을 멈추고, 그 순간에 물질의 상태와 성질을 조사하는 것이 가능합니다. 일반적으로 거의 즉각적으로 발생하는 무기 화학 반응은 그러한 연구를 허용하지 않았습니다.

합성-제조 경로를 통해 화학자들은 (처음에는 천연물로부터 분리하고 이후에는 합성을 통해) 새로운 중요한 물질을 얻었고, 이후 실제 적용이 가능해졌습니다. 새로운 물질을 연구하고 사용하려면 화합물의 구성과 구조에 따른 물리적 특성에 대한 연구가 필요했습니다.

유기 화합물 연구를 바탕으로 G. Kopp는 화학 구조와 물리적 특성 간의 첫 번째 관계를 식별했습니다. "...물리적 특성과 화학적 조성 사이의 연결과 이러한 특성의 정확한 결정은 어떤 경우에는 구성의 올바른 결정을 위한 제어 역할을 할 수 있으므로 물리적 특성에 대한 지식은 때로는 직접적으로 지식을 확인시켜 줍니다. 화학적 성질의.”

G. Kopp(1817-1892)의 장점은 1842년부터 1855년까지 처음으로 여러 물질의 물리화학적 특성(끓는점, 분자 및 원자 부피, 원자 열용량)을 체계적으로 연구했다는 사실에 있습니다. 그리고 유기 연결의 화학적 조성과 구조 사이의 관계.

액체의 특정 부피를 계산하기 위해 Kopp는 증기압이 동일한 온도를 고려하여 끓는점에서의 밀도를 취했습니다. 액체 유기 물질의 특정 부피를 결정하는 Kopp의 실험은 다음과 같은 사실을 보여주었습니다. 1) 이성질체 화합물은 유사한 특정 부피를 갖습니다. 2) 많은 동종 계열에서는 구성의 올바른 변화와 함께 특정 부피가 올바르게 변경됩니다. 다양한 유기 물질의 끓는점을 비교하여 Kopp는 동종 계열에서 CH 2의 조성이 복잡해지면 일반적으로 끓는점이 12, 15, 10 ° C 증가한다는 결론에 도달했습니다. 이 차이는 일반적으로 각 동종 계열에 대해 일정합니다.

예상할 수 있듯이 화합물의 화학 구조는 끓는점에 일정한 영향을 미칩니다. 실제로 이성질체는 서로 다른 온도에서 끓는다는 것이 밝혀졌습니다.

유기 물질의 녹는점과 어는점을 결정할 때, 동종 화합물의 경우 물질의 분자량이 증가함에 따라 온도가 증가하는 것으로 나타났습니다.

끓는점과 화합물 구성 사이의 관계 연구에 대한 다양한 화합물의 원자 또는 특정 부피를 결정하는 Kopp의 작업은 근본적으로 중요한 패턴으로 이어지지는 않았지만 물리 화학적 종속성 연구에 강한 동기를 부여했습니다. 그리고 Kopp에 의해 확립된 규칙의 명확화.

D. I. Mendeleev는 물리 화학적 지식의 중요한 영역 개발에서 Copp의 장점을 높이 평가하며 다음과 같이 썼습니다. "역사는 항상 Copp의 지칠 줄 모르는 활동에 정당한 존경을 표할 것입니다."

Butlerov의 화학 구조 이론(1861)의 출현과 함께 유기 화합물의 물리화학적 특성이 화학 구조에 미치는 영향에 대한 연구의 새로운 단계가 시작되었습니다. A. M. Butlerov는 화합물의 화학적 및 물리적 특성은 "상호 인과 관계"에 있으며 물리적 특성에 대한 연구는 "이 물질에서 구성 요소가 발견되는 상호 관계"를 이해하는 데 매우 중요하다고 강조했습니다. "소개"(1864)의 첫 번째 호에서 Butlerov는 물리적 특성에 대한 연구가 화합물 구성 부분의 상호 관계를 이해하는 데 매우 중요하다는 사실에 주목했습니다. 같은 호에는 "물질의 물리적 특성과 화학적 특성 사이의 관계"라는 특별 장이 있습니다. 여기에서 그는 녹는점과 끓는점, 열용량, 융합 및 증발 잠열, "화학 반응의 칼로리 현상"을 조사합니다. 열 효과, 분자력, 용해도, 굴절, 광산란, 형광 및 인광, 편광면의 회전, 빛과 전기의 화학적 작용.

물질을 연구하는 광학적 방법은 당시 과학자들의 가장 큰 관심을 끌었습니다.

1811년에 Arago는 석영 결정의 이중 굴절을 연구하면서 광학 활동 현상을 발견했습니다. 그러다가 1817년 비오(Biot)는 액체 유기 화합물이 광학적 특성을 가지고 있다는 사실, 즉 편광면을 회전시킬 수 있다는 사실을 발견했습니다. 편광면을 회전시키는 액체 유기 물질의 능력은 결정 구조와 광학 활성 사이에 필요한 관계가 없음을 보여주었습니다. Butlerov에 따르면 후자는 "입자의 본성에 내재되어 있습니다." 이러한 연구는 근본적으로 중요한 사실, 즉 광학 활성은 결정뿐만 아니라 분자의 특성이라는 사실을 밝혀냈습니다.

위에서 언급한 비오의 연구에 대해 베르셀리우스는 다음과 같은 흥미로운 판단을 내렸습니다. “의심할 바 없이 아직 초기 단계인 이런 종류의 연구가 본격적으로 수행된다면 결실을 맺을 수 있을 것입니다. 광학과학과 화학 지식을 모두 갖춘 사람이 그러한 작업을 수행한다면 유기체와 무기체 구성 이론의 숨겨진 영역을 꿰뚫는 설명을 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다."

물질의 빛 굴절 능력이 그 구성에 미치는 영향에 대한 연구는 1856년 M. Berthelot이 분자 굴절 개념을 도입한 이후 특히 성공적으로 발전하기 시작했습니다. 이는 (분자량에 따른 특정 굴절의 산물입니다. Berthelot에 따르면 분자 굴절은 더 많은 수의 화합물에 대해 ±0.1%를 초과하지 않는 편차를 제공했습니다.

1879년부터 Landolt의 학생 J. Bruhl은 원자 및 그룹 굴절에 대한 체계적인 연구를 시작했습니다. 그는 유기화학 분야의 물리 연구 과제를 명확하게 공식화했습니다. 그는 물질의 구조를 밝히기 위해서는 화학적 방법으로는 불충분하며, 물질의 물리적 특성에 대한 비교 연구가 필요하다고 믿었습니다.

Brühl은 70년대 말에 다음과 같이 썼습니다. “... 물질의 구성은 개별 원자 간의 관계까지 연구될 수 있습니다. 따라서 물리학이 제공하는 도구를 화학의 실제 적용에 사용할 때가 왔습니다. 이러한 신념을 바탕으로 유기 물질의 물리적 특성에 대한 대규모 비교 연구 계획을 세웠습니다. 라첸의 란돌트 교수님의 조언에 따라, 물질의 굴절력과 화학적 성질의 관계를 먼저 연구 주제로 삼기로 결정했습니다."

“나는 이러한 물리적인 연구 방법이 분석적 방법과 합성적 방법 모두와 동등해질 때가 멀지 않았다고 확신합니다.”라고 그는 썼습니다.

I. I. Kanonnikov 1883-1885 무기 물질의 구조를 연구하기 위해 굴절법을 적용했습니다. 그는 이 방법이 "화합물의 입자를 파괴하지 않고 이 구조에 대한 결론을 도출할 수 있기 때문에 구조 연구에 매우 중요하다"고 믿었습니다.

현대 굴절계 연구는 이러한 관점을 확인했습니다. 현재 광학 특성 측정을 통해 수소 결합 연구부터 규산염의 구조식 결정에 이르기까지 다양한 문제를 해결할 수 있습니다.

XIX 세기 90년대부터. A. 간차는 유기화합물의 구조를 규명하기 위해 물리적 연구방법(흡수스펙트럼, 전기전도도 측정 등)을 대규모로 활용하기 시작했습니다.

Ganch와 그의 학교는 흡수 스펙트럼 연구에 큰 중요성을 부여했습니다. Ganch는 순수한 형태의 산과 용액에 있는 동일한 산의 흡수 스펙트럼 사이에 큰 차이가 있음을 보여줄 수 있었습니다. 이는 순수 물질뿐만 아니라 주로 용액의 특성을 연구하는 데 매우 중요했습니다.

1897년부터 L. A. Chugaev는 주로 유기 화합물의 광학 특성 연구에 관한 일련의 작업을 수행했습니다. 그는 빛의 편광면을 회전시키는 유기 화합물 혼합물을 분석하는 광학적 방법을 개선했습니다. Chugaev는 다르게 구성된 다이옥심에서 흥미로운 변칙 사례를 확립했습니다. 트리메틸렌 고리는 굴절이 어느 정도 증가하는 것이 특징인데, 이는 Bruhl의 데이터와 일치하지 않습니다. 이 연구를 통해 콜레스테롤의 화학 구조를 연구할 수 있게 되었습니다.

화학적 구조 이론과 결합하여 물리적 방법은 복잡한 물질의 물리화학적 특성을 연구하는 강력한 수단이 되었습니다.

냉동경검사(cryoscopy) 및 ebullioscopy와 같은 방법은 유기화학에 귀중한 서비스를 제공했습니다. 유기 화학자는 또한 다양한 유기 화합물의 특성과 구조를 연구하기 위해 전기 전도도, 굴절, 열화학 상수, 흡수 스펙트럼, 회전 능력 및 자기 특성 측정을 널리 사용하기 시작했습니다.

1909년에 L. A. Chugaev는 "유기 화학의 현대 문제"라는 기사에서 유기 화학자는 자신의 연구에서 물리화학적 연구 방법과 화학 공정의 이론적 범위를 채택해야 한다고 썼습니다. Chugaev에 따르면, "탄소 화합물의 화학은 물질의 형태와 변형 유형의 무한한 다양성으로 인해 연구를 위한 풍부한 자료를 나타냅니다."

역사 및 화학 문헌에서는 유기 화학이 수년 동안(1840-1880) 물리 화학의 발전을 지연시키고 과학적 힘을 그 자체로 전환시켰다고 때때로 지적됩니다. 이 관점에 전적으로 동의하는 것은 불가능합니다. 더욱이 화학 발전에서 '유기' 시기는 일반 화학 발전뿐 아니라 물리화학 발전에서도 매우 필요하고 중요한 단계였다. 화학 연구. 유기 화합물은 많은 기본적인 물리, 화학적 법칙과 이론적으로 중요한 일반화의 발견의 역사에서 중요한 역할을 했습니다.

다양한 종류의 유기 화합물의 구조를 연구하는 유기 화학자의 작업은 반응 메커니즘에 대한 심층적인 연구의 길을 열었고, 이는 이후 화학 동역학의 개발에 매우 ​​중요했습니다.

라부아지에 시대 이래로 화학자들은 상대적으로 작은 분자의 특정 빠른 이온 반응이 어느 방향으로 진행될지 예측할 수 있었고 실제 사용을 위해 이러한 반응을 수정할 수 있었습니다. 복잡한 분자를 연구하는 것은 훨씬 더 어려웠습니다. 유기 화합물의 느린 반응도 분석하기가 훨씬 더 어려웠습니다. 종종 반응은 여러 경로를 취할 수 있으며, 화학자는 과정에 대한 깊은 이해를 통해서가 아니라 실험자로서의 기술과 직관을 통해 원하는 경로를 따라 반응을 지시할 수 있었습니다.

원자의 전자모델의 출현으로 유기화학자들은 그들의 연구 분야에 새로운 시각을 가질 수 있게 되었습니다. XX세기 20년대 말. 영국의 화학자 크리스토퍼 잉골드(1893-1970)와 다른 많은 화학자들은 전자의 전이에 의한 분자의 상호작용을 설명하면서 원자 구조 이론의 관점에서 유기 반응에 접근하려고 했습니다. 유기화학에서는 물리화학 방법이 집중적으로 사용되기 시작했다. 중요한 학문이 되었습니다. 물리유기화학 .

그러나 유기 반응을 전자 이동의 결과로만 해석하려는 시도는 큰 성공을 거두지 못했습니다.

20세기 전반기에는 전자가 발견된 이후 전자가 매우 작고 단단한 공이라는 것이 입증된 것으로 여겨졌습니다. 그러나 1923년 프랑스 물리학자 Louis Victor de Broglie(b. 1892)는 전자(및 기타 모든 입자)가 파동 특성을 갖는다는 이론적 정당성을 제시했습니다. XX세기 20년대 말. 이 가설은 실험적으로 확인되었습니다.

폴링(단백질과 핵산 분자가 나선형 모양을 가지고 있다고 최초로 제안한 사람, 10장 참조)은 30년대 초반에 유기 반응을 고려할 때 전자의 파동 특성을 고려할 수 있는 방법을 개발했습니다.

그는 전자쌍의 사회화(Lewis와 Langmuir에 따르면)가 파동의 상호작용이나 전자구름의 중첩으로 해석될 수 있다고 제안했습니다. 케쿨레의 구조 이론의 특징으로 묘사된 화학 결합은 새로운 개념에서 전자 구름이 최대로 겹치는 영역에 해당합니다. 전자 구름의 중첩은 때때로 구조식의 원자가 결합으로 표현되는 단일 방향으로만 발생하는 것이 아니라는 것이 밝혀졌습니다. 즉, 분자의 실제 구조는 어떤 단일 구조식으로도 대략적으로 표현할 수 없습니다. 그러나 이는 여러 가상 구조 사이의 중간 구조, 즉 이러한 구조의 "공명 하이브리드"로 간주될 수 있습니다. 그러한 실제 분자의 에너지는 단일 공명 "고전적" 구조를 기반으로 예상되는 것보다 낮다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이러한 분자는 "공명에 의해 안정화된다"고 합니다. 물론 이 경우 공명은 실제 물리적 현상은 아니지만 일부 분자의 안정성과 특성을 설명하는 편리한 이론적 개념입니다.

공명 이론은 벤젠의 구조를 이해하는 데 특히 유용한 것으로 입증되었으며, 이는 케쿨레 시대 이후로 화학자들을 당혹스럽게 만들었습니다(7장 참조). 벤젠의 공식은 일반적으로 단일 결합과 이중 결합이 교대로 나타나는 육각형으로 표시됩니다. 그러나 벤젠에는 이중결합이 있는 화합물의 특성이 거의 전혀 없습니다.

그러나 벤젠의 경우에는 첫 번째 공식과 비교하여 단순 결합과 이중 결합이 바뀌는 완전히 동일한 두 번째 케쿨레 공식을 작성할 수 있습니다. 실제 벤젠 분자는 두 개의 케쿨레 구조의 공명 하이브리드로 설명됩니다. 이중 결합 형성을 담당하는 전자는 비편재화되어 고리 주위에 "확산"되어 벤젠의 탄소 원자 사이의 모든 결합이 동일하고 고전적인 단일 결합과 이중 결합 사이의 중간 상태가 됩니다. 이것이 바로 벤젠의 화학적 거동의 안정성과 특성이 증가한 이유입니다.

벤젠의 구조 외에도 전자의 파동 특성에 대한 아이디어는 다른 문제를 설명하는 데 도움이 되었습니다. 탄소 원자의 외부 껍질에 위치한 4개의 전자는 에너지가 완전히 동일하지 않기 때문에 탄소 원자와 이웃 원자 사이에 형성된 결합은 하나의 전자 형성에 관여하는 전자에 따라 다소 다르다고 가정할 수 있습니다. 또는 다른 통신.

그러나 파동과 같은 4개의 전자가 서로 상호 작용하여 4개의 "중간" 결합을 형성한다는 것이 밝혀졌습니다. 이는 van't Hoff-Le Bel 사면체 원자에서와 같이 완전히 동일하고 사면체의 꼭지점을 향합니다.

동시에 공명은 20세기 초 화학자들이 처음 접했던 특이한 화합물 그룹의 구조를 설명하는 데 도움이 되었습니다. 1900년에 미국의 화학자 모세스 곰버그(1866-1947)는 분자 내 두 개의 탄소 원자가 여섯 개의 벤젠 고리(각 탄소 원자당 세 개씩)에 연결된 화합물인 헥사페닐에탄을 얻으려고 했습니다.

이 화합물 대신 Gomberg는 반응성이 매우 높은 화합물의 착색 용액을 받았습니다. 여러 가지 이유로 Gomberg는 자신이 다음과 같은 혜택을 받았다고 믿었습니다. 트리페닐메틸- 탄소 원자와 3개의 벤젠 고리로 구성된 "반분자"(탄소 원자의 네 번째 결합이 불포화됨)

이 화합물은 19세기에 개념이 도입된 급진파 중 하나와 유사했습니다. 유기 화합물의 구조를 설명합니다(6장 참조). 그러나 곰베르그가 발견한 분자는 기존 이론의 급진파와는 달리 다른 화합물의 단편이 아닌 고립된 형태로 존재했기 때문에 이라 불렸다. 자유 라디칼 .

화학적 결합의 전자 개념이 발전하면서 자유라디칼이 예를 들어 트리페닐메틸, 새로운 개념의 틀에서 (Kekule의 이론 측면에서) 불포화 결합은 짝을 이루지 않은 전자에 해당합니다. 일반적으로 짝을 이루지 않은 전자를 가진 이러한 분자는 반응성이 매우 높으며 빠르게 다른 물질로 변환됩니다.

그러나 분자가 편평하고 대칭인 경우(트리페닐메틸 분자처럼) 짝을 이루지 않은 전자는 분자 전체에 "번짐"되어 라디칼이 안정화될 수 있습니다.

전자 구조 이론의 관점에서 유기 반응 연구에 접근했을 때 반응에는 종종 자유 라디칼 형성 단계가 포함된다는 것이 분명해졌습니다. 일반적으로 공명에 의해 안정화되지 않는 이러한 자유 라디칼은 짧은 시간 동안만 존재하며 항상 형성되기 어렵습니다. 대부분의 유기 반응이 매우 느리게 진행되는 것은 자유 라디칼 중간체를 형성하는 것이 어렵기 때문입니다.

20세기 2분기. 유기 화학자들은 유기 반응의 본질에 대해 더욱 깊이 파고들기 시작했으며, 반응 메커니즘을 연구하고 과정의 본질을 이해한 후 이전 세대의 화학자들을 놀라게 한 복잡성을 지닌 분자를 합성할 수 있었습니다.

그러나 공명 이론의 개념은 유기 화학에만 적용되는 것이 아닙니다. 특히 오래된 생각에 따르면 수소화붕소 분자의 구조를 명확하게 설명하는 것은 불가능합니다. 붕소 원자는 필요한 수의 결합을 형성하기에는 원자가 전자가 너무 적습니다. 전자가 적절하게 "번짐"되었다고 가정하면 허용 가능한 분자 구조를 제안할 수 있습니다.

불활성 기체가 발견된 이후에는 어떤 반응도 일으키지 않는다고 믿어졌지만, 1932년에 폴링은 이 기체의 원자가 결합을 형성해야 한다고 제안했습니다.

처음에 Pauling의 이러한 가정은 눈에 띄지 않았지만 1962년에 불활성 가스 크세논과 불소의 반응의 결과로 크세논 불화물. 그 직후, 라돈과 크립톤 화합물뿐만 아니라 불소와 산소를 함유한 여러 다른 크세논 화합물도 얻어졌습니다.

반감기

원자 구조에 대한 연구는 문제에 대한 새로운 이해로 이어졌지만 동시에 과학자들은 여러 가지 새로운 질문에 직면했습니다.

1900년에 Crookes(12장 참조)는 새로 제조된 순수 우라늄 화합물은 방사능이 거의 없으며 이러한 화합물의 방사능은 시간이 지남에 따라 증가한다는 사실을 발견했습니다. 1902년에 러더퍼드와 그의 공동 작업자인 영국의 화학자 프레더릭 소디(1877-1956)는 알파 입자의 방출로 우라늄 원자의 성질이 변하고 생성된 새로운 원자가 우라늄 자체보다 더 강한 방사선을 방출한다고 제안했습니다. , 여기에서는 관찰이 고려되었습니다. Crookes). 이 두 번째 원자도 쪼개져 또 다른 원자를 형성합니다. 실제로 우라늄 원자는 일련의 방사성 원소를 생성합니다. 방사성 시리즈, 라듐 및 폴로늄("서수" 섹션 참조)을 포함하고 방사성이 아닌 납으로 끝납니다. 이러한 이유로 라듐, 폴로늄 및 기타 희귀 방사성 원소가 우라늄 광물에서 발견될 수 있습니다. 두 번째 방사성 계열도 우라늄으로 시작하고, 세 번째 방사성 계열은 토륨으로 시작합니다.

끊임없이 붕괴되는 방사성 원소가 여전히 계속 존재하는 이유는 무엇인지 묻는 것이 적절합니다. 1904년에 러더퍼드(Rutherford)가 이 문제를 해결했습니다. 방사성 붕괴 속도를 연구함으로써 그는 원소에 따라 다른 특정 기간이 지나면 주어진 방사성 원소의 주어진 양의 절반이 붕괴된다는 것을 보여주었습니다. 러더퍼드는 방사성 물질의 각 개별 유형의 특징을 이 기간이라고 불렀습니다. 반감기(그림 22).

쌀. 22. 라돈의 반감기는 일정한 간격으로 남아있는 물질의 양을 측정하여 결정됩니다. 결과적인 의존성은 "쇠퇴하는" 지수 곡선입니다 y=이-아 .

예를 들어 라듐의 반감기는 1600년이 조금 안 됩니다. 물론 지질학적 시대에 걸쳐 지각에 있는 라듐의 양은 우라늄 붕괴로 지속적으로 보충되지 않았다면 오래 전에 사라졌을 것입니다. 반감기가 1초 단위로 측정되는 우라늄 붕괴 생성물을 포함하여 다른 우라늄 붕괴 생성물에 대해서도 마찬가지입니다.

우라늄 자체의 반감기는 45억년이다. 이것은 엄청난 기간이며 지구의 전체 역사를 통틀어 원래 우라늄 매장량의 일부만이 붕괴될 수 있습니다. 토륨은 반감기가 14,000,000,000년으로 훨씬 더 천천히 붕괴됩니다.

그러한 엄청난 시간은 주어진 질량의 우라늄(또는 토륨)에서 방출되는 알파 입자의 수를 세는 것에 의해서만 결정될 수 있습니다. 러더퍼드는 알파 입자가 황화 아연 스크린과 충돌할 때 발생하는 작은 섬광을 감지하여(즉, 소위 말하는 방법을 사용하여 알파 입자 수를 계산했습니다.) 섬광 카운터).

각각의 새로운 알파 입자는 또 다른 우라늄 원자가 붕괴되었음을 의미하므로 러더퍼드는 초당 몇 개의 원자가 붕괴하는지 확인할 수 있었습니다. 러더퍼드는 그가 사용한 우라늄 질량으로부터 우라늄 원자의 총 개수를 결정했습니다. 이러한 데이터가 있으면 사용 가능한 우라늄 양의 절반이 붕괴되는 데 필요한 시간을 계산하는 것이 더 이상 어렵지 않았습니다. 결과적으로 우리는 수십억 년에 대해 이야기하고 있습니다.

우라늄의 붕괴는 지속적이고 특징적인 과정이므로 지구의 나이를 결정하는 데 사용될 수 있습니다. 1907년에 미국의 화학자 Bertram Borden Boltwood(1870-1927)는 그러한 결정이 우라늄 광물의 납 함량에 기초할 수 있다고 제안했습니다. 광물의 모든 납이 우라늄 붕괴로 인해 발생했다고 가정하면 소요 시간을 쉽게 계산할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 고체 지각의 나이가 최소 40억년 이상이라는 것을 확인할 수 있었습니다.

한편, 소디는 아원자 입자의 방출로 인한 원자의 변화를 계속해서 설명했습니다. 원자가 알파 입자(+2 전하)를 잃으면 핵의 총 전하가 2만큼 감소하고 원소는 주기율표에서 왼쪽으로 두 칸 이동합니다.

원자가 베타 입자(-1의 전하를 갖는 전자)를 잃으면 핵은 추가로 양전하를 얻고 원소는 주기율표에서 오른쪽으로 한 칸 이동합니다. 원자가 감마선(비전하)을 방출하면 에너지 함량은 변하지만 입자의 구성은 영향을 받지 않으므로 동일한 원소로 유지됩니다.

이러한 규칙에 따라 화학자들은 많은 방사성 시리즈를 철저하게 연구할 수 있었습니다.

동위원소

방사성 원소의 발견으로 과학자들은 심각한 문제에 직면했습니다. 우라늄과 토륨의 다양한 붕괴 생성물을 어떻게 처리해야 할까요? 그것들은 수십 개가 발견되었고, 주기율표에서 그것들이 들어갈 수 있는 자리는 최대 9개(일련 번호 84의 폴로늄부터 일련 번호 92의 우라늄까지)만 남았습니다.

따라서 우라늄 원자(일련 번호 92)는 알파 입자를 방출합니다. 소디의 법칙에 따르면 새로운 원소의 원자번호는 90이다. 이는 우라늄 원자가 토륨 원자를 형성해야 한다는 것을 의미한다. 그러나 일반 토륨의 반감기는 140억년으로 측정되는 반면, 우라늄에서 추출된 토륨의 반감기는 24일에 불과합니다.

비방사성 원소를 얻을 때도 차이가 관찰됩니다. 예를 들어, 1913년 Richards(원자 질량 전문가, 5장 참조)는 우라늄 붕괴의 결과로 얻은 납의 원자 질량이 일반 납의 원자 질량과 다소 다르다는 것을 보여줄 수 있었습니다.

소디는 둘 이상의 원자 유형이 주기율표의 동일한 위치에 해당할 수 있음을 시사할 만큼 확고했습니다. 90위는 다양한 종류의 토륨이 차지할 수 있고, 82위는 다양한 종류의 납 등이 차지할 수 있습니다. Soddy는 표에서 같은 위치를 차지하는 이러한 다양한 원자를 다음과 같이 불렀습니다. 동위원소(그리스어 topos에서-장소).

표에서 같은 위치를 차지하는 동위원소는 원자 번호가 동일해야 하며, 따라서 핵의 양성자 수와 껍질의 전자 수가 동일해야 합니다. 원소의 동위원소는 동일한 화학적 특성을 가져야 합니다. 왜냐하면 이러한 특성은 원자 내 전자의 수와 위치에 따라 달라지기 때문입니다.

하지만 이 경우 방사성 특성과 원자 질량의 차이를 어떻게 설명할 수 있을까요?

지난 세기에 프라우트는 모든 원자가 수소로 구성되어 있으므로 모든 원소는 정수 원자 질량을 가져야 한다는 유명한 가설(5장 참조)을 제시했습니다. 그러나 밝혀진 바와 같이 대부분의 원자 질량은 정수가 아니며 이 사실은 가설을 반박하는 것처럼 보였습니다.

그러나 원자 구조에 대한 새로운 아이디어에 따르면 원자에는 양성자(및 중성자)로 구성된 핵이 있습니다. 양성자와 중성자는 질량이 거의 동일하므로 모든 원자의 질량은 수소 원자(양성자 1개로 구성) 질량의 배수여야 합니다. Prout의 가설은 부활했지만 원자 질량이 무엇이어야 하는지에 대한 의구심이 다시 생겼습니다.

1912년에 J. J. 톰슨(위에서 말했듯이 전자를 발견한 사람)은 양전하를 띤 네온 이온 빔을 자기장에 노출시켰습니다. 자기장으로 인해 이온이 편향되어 사진 판 위로 떨어지게 됩니다. 모든 이온의 질량이 동일하다면 모두 동일한 각도로 자기장에 의해 편향되어 사진 필름에 변색된 점이 나타날 것입니다. 그러나 이 실험 결과 톰슨은 두 개의 점을 얻었는데, 그 중 하나는 다른 것보다 약 10배 더 어두웠다. 나중에 이 장치를 개선한 Thomson의 공동 작업자인 Francis William Aston(1877-1945)은 얻은 데이터의 정확성을 확인했습니다. 다른 요소에 대해서도 유사한 결과가 얻어졌습니다. 화학적으로 유사한 이온을 질량이 다른 이온빔으로 분리하는 것을 가능하게 한 이 장치는 질량분광기 .

자기장 내에서 동일하게 전하를 띤 이온의 편향 정도는 이들 이온의 질량에 따라 달라집니다. 질량이 더 높은 이온은 덜 편향되며 그 반대도 마찬가지입니다. 따라서 Thomson과 Aston의 실험은 두 가지 유형의 네온 원자가 있음을 보여주었습니다. 한 종류의 원자에 대해 질량수 20, 다른 하나는 22입니다. 반점의 상대적인 흑도를 결정한 결과 네온 20의 함량이 네온 22보다 10배 더 많은 것으로 나타났습니다. 나중에 소량의 네온-21의 존재도 발견되었습니다. 네온의 원자 질량을 계산할 때 이 데이터를 바탕으로 진행하면 대략 20.2와 같다는 것이 밝혀졌습니다.

즉, 개별 원자의 질량은 수소 원자 질량의 정수배이지만, 개별 원소의 원자 질량은 그 구성 원자의 원자 질량의 평균이므로 전체가 아닐 수도 있습니다. 숫자.

동위원소 수가 많은 원소의 평균 원자 질량은 어떤 경우에는 원자 번호가 더 높은 원소의 평균 원자 질량보다 클 수 있습니다. 예를 들어, 원자 번호가 52인 텔루르에는 7개의 동위원소가 있습니다. 이들 중에서 가장 무거운 두 동위원소인 텔루르-126과 텔루르-128이 가장 풍부합니다. 결과적으로 텔루르의 원자 질량은 127.6에 가까워집니다. 요오드의 원자 번호는 53번으로 텔루르보다 하나 더 많습니다. 그러나 요오드는 단 하나의 동위원소인 요오드-127을 갖고 있으므로 원자 질량은 127이다. 멘델레예프가 주기율표에서 텔루르 뒤에 요오드를 배치하여 원자 질량에 따른 순서를 위반했을 때 그는 그것을 알지 못한 채 다음 전하를 따랐다. 핵, 즉 주기율의 물리적 본질입니다.

또 다른 비슷한 예를 들어 보겠습니다. 칼륨(일련 번호 19)에는 칼륨-39, 칼륨-40 및 칼륨-41의 세 가지 동위원소가 있지만 가장 가벼운 동위원소가 가장 일반적인 것인 칼륨-39입니다. 결과적으로 칼륨의 원자 질량은 39.1입니다. 아르곤의 원자 번호는 18이고 아르곤-36, 아르곤-38, 아르곤-40의 세 가지 동위원소도 있지만 가장 무거운 동위원소인 아르곤-40이 가장 일반적입니다. 결과적으로 아르곤의 원자 질량은 약 40입니다.

질량 분광기를 사용하면 개별 동위원소의 질량을 측정하고 이러한 동위원소의 함량을 확인할 수 있습니다. 이러한 데이터를 얻으면 원소의 평균 원자 질량을 계산할 수 있습니다. 원자 질량을 결정하는 이 방법의 정확도는 화학적 방법의 정확도보다 훨씬 높습니다.

특정 원소의 서로 다른 동위원소는 동일한 핵전하를 갖지만 질량수가 다릅니다. 결과적으로, 서로 다른 동위원소의 핵은 동일한 수의 양성자를 포함하지만 중성자 수는 다릅니다. 네온-20, 네온-21, 네온-22는 각각 핵에 10개의 양성자를 가지고 있고, 이 모든 동위원소의 일련번호는 10이며, 전자는 껍질 사이에 다음과 같이 분포합니다: 2, 8. 그러나 네온-20 핵은 양성자 10개와 중성자 10개로 이루어져 있고, 네온-21 핵은 양성자 10개와 중성자 11개로 이루어져 있으며, 네온-22 핵은 양성자 10개와 중성자 12개로 이루어져 있습니다.

대부분의 요소(전부는 아님)에 동위원소가 포함되어 있습니다. 예를 들어, 1935년에 미국 물리학자 Arthur Geoffrey Dempster(1886-1950)는 원자 질량(238.07)이 정수에 매우 가까운 천연 우라늄이 두 동위원소의 혼합물이라는 사실을 확립했습니다. 동위원소 중 하나가 압도적인 양(99.3%)으로 함유되어 있습니다. 이 동위원소의 핵은 양성자 92개와 중성자 146개로 구성되어 있습니다. 즉, 총 질량수는 238입니다. 이것이 우라늄-238입니다. 또 다른 동위원소인 우라늄-235의 함량은 0.7%에 불과합니다. 이 동위원소의 핵에는 중성자가 3개 적습니다.

방사성 특성은 전자 환경이 아닌 원자핵의 구조에 따라 달라지기 때문에 동일한 원소의 동위원소는 유사한 화학적 특성과 완전히 다른 방사능을 가질 수 있습니다. 우라늄-238의 반감기는 45억년인 반면, 우라늄-235의 반감기는 7억년에 불과하다. 이 두 원소는 두 개의 개별 방사성 계열의 첫 번째 원소입니다.

가장 단순한 원소인 수소도 한 쌍의 동위원소를 가질 수 있다는 이론적 전제가 있었습니다. 일반적인 수소 원자의 핵은 하나의 양성자로 구성됩니다. 즉, 일반적인 수소는 수소-1입니다. 1931년에 미국의 화학자 Harold Clayton Urey(1893-1980)는 더 무거운 수소 동위원소가 존재한다면 더 높은 온도에서 끓고 더 천천히 증발하며 잔류물에 축적되어야 한다고 제안했습니다.

이 무거운 수소 동위원소를 탐지하기 위해 유리는 4리터의 액체 수소를 천천히 증발시키기 시작했습니다. 그리고 수소의 마지막 입방센티미터에서 Urey는 실제로 핵에 양성자 1개와 중성자 1개가 포함된 동위원소인 수소-2가 존재한다는 확실한 징후를 발견했습니다. 수소-2라는 이름이 붙었습니다. 중수소 .

산소도 예외는 아니었습니다. 1929년에 미국의 화학자 Williams Francis Gioc(b. 1895)은 산소에 3개의 동위원소가 있다는 것을 보여주었습니다. 산소-16은 전체 원자의 약 99.8%를 차지할 정도로 가장 풍부합니다. 산소-16 핵에는 8개의 양성자와 8개의 중성자가 있습니다. 두 번째로 풍부한 동위원소인 산소-18의 핵은 8개의 양성자와 10개의 중성자를 가지고 있으며, 미량으로만 발견되는 산소-17의 핵은 8개의 양성자와 9개의 중성자를 가지고 있습니다.

이로 인해 문제가 발생했습니다. 베르셀리우스 시대 이후로 원소의 원자 질량은 산소의 원자 질량이 16.0000이라는 가정하에 계산되었습니다(5장 참조). 그러나 산소의 원자 질량은 세 가지 동위원소의 계산된 평균 원자 질량일 수 있으며, 산소 동위원소의 비율은 샘플마다 크게 다를 수 있습니다.

물리학자들은 16.0000에 해당하는 산소-16의 원자 질량을 기준으로 원자 질량을 결정하기 시작했습니다. 그 결과, 다수의 값이 얻어졌다( 물리적 원자 질량), 이는 매우 작은 상수 값으로 사용된 값을 초과했으며 19세기 전반에 걸쳐 점차적으로 개선되었습니다. ( 화학적 원자량).

1961년에 화학자와 물리학자로 구성된 국제기구는 탄소-12의 원자량을 표준으로 채택하여 정확히 12.0000으로 설정하는 데 동의했습니다. 새로운 표준을 사용하여 계산된 원소의 원자 질량은 기존의 화학적 원자량과 거의 동일하며, 또한 새로운 표준은 동위원소 은하계가 아닌 단 하나의 동위원소에만 관련됩니다.

14장 핵반응

새로운 변화

원자가 방사성 변환 중에 무작위로 재배열되는 더 작은 입자로 구성되어 있다는 것이 명백해지면 다음 단계가 거의 미리 정해진 것처럼 보였습니다.

인간은 일반적인 화학 반응을 사용하여 자신의 재량에 따라 분자를 재배열하는 방법을 배웠습니다. 다음을 사용하여 원자핵을 재배열해 보는 것은 어떨까요? 핵반응? 양성자와 중성자는 분자의 원자보다 훨씬 더 단단히 결합되어 있으며 일반적인 화학 반응을 수행하는 데 사용되는 일반적인 방법은 당연히 성공하지 못합니다. 하지만 새로운 방법을 개발해 볼 수는 있습니다.

이 방향의 첫 번째 단계는 러더퍼드(Rutherford)에 의해 취해졌습니다. 그는 다양한 가스에 알파 입자를 충돌시켰고 알파 입자가 원자핵에 부딪힐 때마다 원자의 구조가 붕괴된다는 사실을 발견했습니다(그림 23).

1919년에 러더퍼드는 이미 알파 입자가 질소 핵에서 양성자를 제거하고 핵의 나머지 부분과 결합할 수 있음을 보여줄 수 있었습니다. 가장 흔한 질소 동위원소는 질소-14이며, 핵에는 7개의 양성자와 7개의 중성자가 있습니다. 이 핵에서 양성자 1개를 떼어내고 알파입자의 양성자 2개와 중성자 2개를 더하면 양성자 8개와 중성자 9개로 이루어진 핵, 즉 산소-17 핵을 얻게 됩니다. 알파 입자는 헬륨-4로, 양성자는 수소-1로 생각할 수 있습니다. 따라서 러더퍼드는 최초로 인공 핵반응을 성공적으로 수행했습니다.

질소-14 + 헬륨-4 → 산소-17 + 수소-1

그는 한 요소를 다른 요소로 변환함으로써 변화를 이루었습니다. 그러니까 20세기에요. 연금술사의 가장 소중한 꿈이 이루어졌습니다.

그 후 5년 동안 러더퍼드는 알파 입자를 사용하여 일련의 다른 핵반응을 수행했습니다. 그러나 방사성 원소는 평균 에너지로만 알파 입자를 생성했기 때문에 그 능력은 제한적이었습니다. 훨씬 더 높은 에너지를 가진 입자가 필요했습니다.

쌀. 23. 러더퍼드의 실험 계획. 방출된 알파 입자는 금박을 통과하면서 편향됩니다. 입자가 형광 스크린과 충돌할 때 편차의 크기가 기록됩니다.

물리학자들은 전기장에서 하전 입자를 가속하도록 설계된 장치를 만들기 시작했습니다. 입자를 가속도로 움직이게 함으로써 에너지를 증가시킬 수 있습니다. 영국의 물리학자 John Douglas Cockroft(1897-1967)는 그의 공동 작업자인 아일랜드 물리학자 Ernest Thomas Sinton Walton(1903년 출생)과 함께 운반하기에 충분한 에너지를 가진 입자를 생성할 수 있는 가속기 아이디어를 최초로 개발했습니다. 핵반응이 나옵니다. 1929년에 그러한 가속기가 만들어졌습니다. 3년 후, 같은 물리학자들은 가속된 양성자로 리튬 원자에 충격을 가하여 알파 입자를 얻었습니다. 이 핵반응은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

수소-1 + 리튬-7 → 헬륨-4 + 헬륨-4

Cockcroft-Walton 가속기와 기타 유사한 가속기에서는 입자가 직선 경로를 따라 이동했습니다. 입자 경로가 충분히 긴 경우에만 이러한 가속기에서 고에너지 입자를 얻을 수 있었기 때문에 이러한 유형의 가속기는 부피가 매우 컸습니다. 1930년 미국의 물리학자 어니스트 올랜도 로렌스(1901~1958)는 입자가 약간씩 갈라지는 나선형으로 움직이는 가속기를 제안했습니다. 이건 상대적으로 작네요 사이클로트론매우 높은 에너지를 가진 입자를 생성할 수 있습니다.

로렌스의 최초의 초소형 사이클로트론은 물질의 구조와 관련된 가장 복잡한 질문에 대한 답을 찾는 데 사용되는 둘레가 0.5km에 달하는 오늘날의 거대한 설치의 선구자입니다.

1930년 영국의 물리학자 폴 애드리언 모리스 디랙(1902년생)은 양성자와 전자가 모두 자신의 고유한 성질을 가져야 한다는 가정을 이론적으로 입증했습니다. 반입자 . 반전자전자의 질량을 가져야 하지만 양전하를 띠고 있어야 합니다. 반양성자양성자의 질량을 가져야 하지만 음전하를 띠고 있어야 합니다.

반전자는 1932년 미국 물리학자 칼 데이비드 앤더슨(1905년생)이 우주선을 연구하던 중 발견했다. 우주선이 대기의 원자핵과 충돌하면 자기장에서 전자와 동일한 각도, 그러나 반대 방향으로 편향되는 입자가 생성됩니다. 앤더슨은 이런 종류의 입자라고 불렀습니다. 양전자 .

반양성자는 25년 동안 발견되지 않았습니다. 반양성자의 질량은 반전자의 질량보다 1836배 더 크므로 반양성자의 형성에는 1836배 더 많은 에너지가 필요하므로 20세기 50년대까지 필요했습니다. 이 변환은 불가능했습니다. 1955년 미국의 물리학자 에밀리오 세그레(1905년생)와 오웬 체임벌린(1920년생)은 강력한 가속기를 사용하여 반양성자를 획득하고 검출하는 데 성공했습니다.

반양성자를 함유한 음전하를 띤 핵이 양전하를 띤 양전자로 둘러싸인 독특한 원자가 있을 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 당연히 무엇입니까? 반물질물질이 반물질과 접촉하면 전멸(파괴)되어 엄청난 양의 에너지를 방출하기 때문에 지구나 아마도 우리 은하계 내에서도 오랫동안 존재할 수 없습니다. 그런데도 천문학자들은 반물질로 만들어진 은하가 존재할 수 있는지 궁금해하고 있습니다. 이것이 가능하다면 그러한 은하를 탐지하는 것은 매우 어려울 것입니다.

USPTU의 물리 및 유기화학과는 1983년 물리화학과와 유기화학과를 통합하여 설립되었습니다. 물리화학과의 역사는 처음으로 모스크바 석유연구소 우파 지점의 3학년 학생들이 모스크바에서 공부를 계속하기 위해 파견되지 않았던 1947년으로 거슬러 올라갑니다. 그해 실험실 작업을 조직하기 위해 부서에 유리 불기 작업장이 만들어졌고, 이로 인해 실험실 작업장에 다양한 유리 화학 장비 도입이 크게 가속화되었습니다. 수년에 걸쳐 물리 및 콜로이드 화학에 대한 연구가 수행되었습니다. 이것에 대한 많은 공로가 선임 교사에게 돌아갑니다. 류보프 니소브네 피르키스. Dubitel 공장의 수석 엔지니어인 D. M. Rapoport는 물리화학에 대한 강의를 위해 초청받았으며, 이후 그는 연구소 직원으로 합류하여 은퇴할 때까지 그곳에서 일했습니다. 물리화학과는 1951년 교수에 의해 정식 명칭이 주어졌습니다. 보리스 바실리예비치 클리메노크 1983년 학과를 개편할 때까지 32년간 학과장을 맡았다. 부서 창설 당시 8명의 직원이 교육 및 과학 업무를 수행했습니다. B.V. Klimenok 교수의 지도 하에 이 부서는 요소를 이용한 디젤 연료의 탈랍에 관한 과학적 연구를 시작했습니다. 포괄적인 연구를 통해 요소의 물-에탄올 용액을 사용하여 탈왁스 공정을 개발하고 Ufa 정유소에 파일럿 플랜트를 구축할 수 있었습니다. 파일럿 산업 결과는 공정의 실제 가능성을 입증했지만 알코올과 요소의 대량 손실로 인해 공정이 비효율적이었습니다. 부서는 독립적으로 물-요소 현탁액을 이용한 디젤 연료의 탈랍 연구로 전환했습니다.

으로 시작하는 1954 올해에는 대학원생들이 과학 작업에 참여합니다. 엔지니어 A. T. Zemlyansky는 요소 탈랍의 수성 버전 개발과 공정의 실제 구현에 많은 노력을 기울였습니다. 그는 '황금의 손'과 탁월한 엔지니어링 마인드를 가진 사람이었습니다. 그는 선반 작업을 독립적으로 수행하고 용접 및 금속 가공을 수행했습니다. 연구소의 기계 작업장에 건설된 요소로 석유 분획을 탈랍하기 위한 대규모 파일럿 플랜트는 A. T. Zemlyansky의 아이디어라고 간주할 수 있습니다. 파일럿 플랜트와 함께 준공업 플랜트도 국립정유공장에 건설되었습니다. 그러나 여러 가지 이유로 이 설치는 더 이상 존재하지 않게 되었고 프로세스 개발은 주로 연구소의 시험 설치에서 계속되었습니다. 새로운 프로세스 옵션의 가능성이 탐구되었습니다. 이 주제에 관한 논문은 Z. V. Basyrov, F. A. Chegodaev, A. M. Syrkin, A. A. Krasnov, T. S. Kamkina, P. O. Ivanov, V. G. Abdula, R. M Abzalov가 옹호했습니다. 1968년에 부서가 확장되면서 석유 제품을 기반으로 특정 특성을 지닌 탄소 물질의 생산과 정유소의 폐황산 사용에 대한 연구에 참여하게 되었습니다. 이 주제에 관해 7개의 후보 논문이 옹호되었습니다. 실험실 워크숍과 부서의 모든 보고를 완벽하게 수행한 A. A. Senko의 작업에 주목해야 합니다. 현재 이 작업은 엔지니어 G. G. Medvedeva가 계속하고 있습니다. 그녀는 우리 시대에는 쉽지 않은 실험실 워크샵의 전체 제공뿐만 아니라 부서 업무 관리 및 공개 행사 조직도 담당하고 있습니다.

유기화학과도 1947년으로 거슬러 올라간다. 수년에 걸쳐 부서는 재편성되어 다른 부서와 통합되었습니다.

안에 1974 그 해에 부서는 다시 독립되었으며 R. B. Valitov 교수가 이끌었습니다. 그의 리더십 아래 석유화학 및 중유기합성 분야의 과학 연구가 발전하기 시작했습니다. 부교수 M. G. Safarov, D. M. Torikov, R. V. Faskhutdinova, A. I. Naimushin은 학과의 방법론적 작업에 큰 공헌을 했습니다. M. G. Safarov 부교수는 Academician V. I. Isagulyants와 함께 1,3-디옥산 화학 학교를 창설했습니다. 이 분야의 후보자 및 박사 학위 논문은 D. L. Rakhmankulov, U. B. Imashevm, E. A. Kantor, S. S. Zlotsky 등이 옹호했습니다.

대학에서 가장 오래된 실험실 조교 중 한 명인 T.V. Grigorieva, 실험실 책임자 R.T. Zinatullin 및 I.N. R. A. Bikimbetov, G. D. Vorshev. 수년 동안 부서에서 일해 왔습니다.

안에 1981 매년 교수가 학과장으로 선출됩니다. 우랄 불라토비치 이마셰프. 물리화학과와 유기화학과가 통합된 후에도 U. B. Imashev 교수가 계속해서 학과를 이끌었습니다. 그의 도착과 함께 중유 원료 처리를 위한 유망 기술에 대한 연구가 강화되었습니다. 이 방향의 개발과 확장은 과학 학교의 창설로 이어졌고, 그 결과 파도 분야에서 석유 잔류물을 처리하기 위한 새롭고 비교할 수 없는 기술이 탄생했습니다. 다양한 기능적으로 치환된 모노-, 디- 및 트리티오카보네이트의 합성을 위한 독창적인 방법이 황화탄소 및 이황화물을 시작으로 개발되었습니다. 다양한 화학 반응에서 이들의 특성과 변형이 연구되었습니다. 유기황 주제에 관해 학과에서는 3개의 후보자 논문이 옹호되었습니다(R. F. Mavlyutov, N. T. Chanyshev, R. F. Ishteev). S.M 부교수는 학과의 과학적 잠재력에 어느 정도 기여했습니다. 아세탈 및 황산화물 유도체의 합성에 관한 Kalashnikov. 쿠람신 교수의 부임으로 학과의 과학적 잠재력이 눈에 띄게 커졌습니다. 그는 아세탈 화학 연구에서 역학적 방향을 개발했습니다. E.M. Kuramshin 교수는 유기 화합물의 산화 변형 분야뿐만 아니라 화학 반응의 역학 및 메커니즘 분야의 연구를 이끌고 있습니다. 지난 5년 동안 해당 부서는 1,800,000 루블에 달하는 연구를 완료했습니다.

A.I. Naimushin 부교수가 개발한 흐름도는 유기화학 실험실 수업에 도입되었습니다. E.M. Kuramshin 교수는 물리화학 및 콜로이드 화학 실험실 작업에 대한 방법론적 권장 사항을 순서도와 물리화학 문제집을 사용하여 출판했습니다. E.M. Kurashin 교수, 부교수 O.P. Zhurkin 및 O.B. Zvorygina는 물리화학에 관한 실험실 워크숍을 발표했습니다.

U. B. Imashev 교수는 "유기 화학의 기초"교과서를 출판했습니다. - M.: Kolos, 2011. - P.-464 p. 및 "유기화학에 관한 연구실 워크숍" - Ufa: USNTU, 2009.-236p. S. M. Kalashnikov 부교수, N. T. Chanyshev 부교수 및 E. A. Udalova 교수와 함께 그는 "유기 화학의 문제 및 연습"교과서 Ufa: USNTU, 2011. - 236 p. O.P. Zhurkin 부교수와 공동 저술로 "유기 화합물 분석의 물리적 및 화학적 방법" 교과서가 출판되었습니다. Ufa: - USNTU, 2009. - 211 p.

지난 5년 동안 학과의 교사와 교직원은 12개의 교과서 및 교육 보조 자료, 7개의 단행본, 135개의 과학 논문을 출판했으며 19개의 특허와 3개의 보조금을 받았습니다.