Organinės chemijos knygos studentams ir moksleiviams. Fizikinės organinės chemijos laboratorija (PHOC) Iš laboratorijos istorijos

Ar įmanomas ilgas laisvos dalelės gyvenimas nelaisvoje medžiagoje?

Galima. Tai stabilus laisvasis radikalas. Jie buvo atrasti fizinės organinės chemijos, nagrinėjančios bendruosius organinės chemijos klausimus, rėmuose, ypatingą dėmesį skiriant organinių reakcijų mechanizmų tyrimui, taip pat kiekybiniam ryšiui tarp organinių junginių cheminės struktūros, jų savybių ir savybių bei jų savybių. reaktyvumas.
Vienas iš laimėjimų yra stabilių laisvųjų radikalų (molekulės ar atomo tipo, galinčio egzistuoti savarankiškai ir turinčio vieną ar du nesuporuotus elektronus) atradimas ir praktinis panaudojimas.

Laisvųjų radikalų stabilumą palengvina vadinamosios sterinės kliūtys (sterinės kliūtys), kai atomas, ant kurio yra lokalizuotas nesuporuotas elektronas, yra patikimai apsaugotas nuo kitų reagentų šalia esančių didelių pakaitų. Tai tarsi atskiras žmogus minioje – atrodo, kad jis gali laisvai eiti kur nori – bet ne, aplinka tave stabdo!
Sukurti stabilių imidazolino serijos nitroksilo radikalų ir jų pirmtakų sintezės metodai ir technologija, kurie naudojami kaip sukimosi etiketės, zondai ir gaudyklės moksliniuose tyrimuose ir pramonėje. Radikalai nustatomi elektronų paramagnetiniu rezonansu (EPR), kai koncentracija yra 10 (-10 galios) molinių procentų.

Sukurtų imidazolino serijos nitroksilo radikalų techninius ir ekonominius pranašumus lemia jų unikalumas (natūralių analogų nėra), todėl juos galima naudoti kaip rezervuaro skysčių judėjimo (naftos gamybos), paslėptų žymių ir kt. Stabilūs laisvieji radikalai naudojami įvairiose mokslo ir technologijų srityse:

Medicinoje ir biologijoje stabilūs nitroksilo radikalai paprastai naudojami kaip sukimosi etiketės. Visose sukimosi etikečių molekulėse, nepaisant jų cheminės struktūros įvairovės, paprastai yra tas pats paramagnetinis fragmentas - chemiškai stabilus nitroksilo radikalas (>N-O*). Šiame radikale yra nesuporuotas elektronas, kuris yra ESR signalo šaltinis. Konkretų sukimo etikečių pasirinkimą lemia tyrimo problema. Pavyzdžiui, norint stebėti baltymų konformacinius persitvarkymus naudojant sukimosi žymes, žymų molekulės paprastai yra „prisiūtos“ prie tam tikrų baltymo sričių. Tokiu atveju sukimosi etiketėje turi būti speciali reakcijos grupė, galinti sudaryti kovalentinį cheminį ryšį su baltymo molekulės aminorūgščių liekanomis.

Dirbtinių ir biologinių membranų savybėms tirti dažniausiai naudojamos lipiduose tirpios sukimosi etiketės, kurios gali būti įterptos į membranos lipidinį sluoksnį:
- kaip sukimosi pH zondai pH vertei matuoti ląstelių organelėse;
- tiriant jonų perdavimo per membranas procesus;
- nustatyti vaistų ar kitų vaistų lokalizaciją organuose ar audiniuose.

Analitinėje chemijoje ir geofizikoje:
- sukurti kompleksonus, galinčius jungtis su metalais;
- kaip rodikliai su žema aptikimo riba (pavyzdžiui, vietoj tričio ar organinių dažiklių žvalgant ir gavinant naftą, vietoj fluoroaromatinių rūgščių analizuojant požeminio vandens judėjimą).
Kitose pramonės šakose kaip paslėptas etiketes degalams, alkoholiams ir kt.

Veikia Rusijos mokslų akademijos Kazachstano mokslo centro (Kazanė) Organinės ir fizikinės chemijos institutas. Galite perskaityti: Gammet L. Fizinės organinės chemijos pagrindai. Greitis, pusiausvyra ir reakcijos mechanizmai. M.: Mir, 1972 m.

Fizikiniai-cheminiai tyrimai. 19 amžiaus 30–60-aisiais organinė chemija vaidino dominuojantį vaidmenį chemijos raidoje ir buvo pasiekta didelių sėkmių. Viena po kitos sekė naujos organinių junginių sintezės. N. Zinino, C. Gerardo, G. Kolbės, J. Dumas, A. Wurtzo, M. Berthelot, A. M. Butlerovo ir daugelio kitų darbai patraukė plataus chemikų rato dėmesį.

Dėl šių darbų atsirado svarbių apibendrinimų, daugiausia susijusių su tam tikrais faktais iš organinės chemijos srities. Tai pakeitimo doktrina, tipų teorija, cheminės struktūros teorija, aromatinių junginių teorija ir kt. Pagrindiniai chemijos klausimai, taip pat elementų prigimties ir jų savybių, priežasčių ir sąlygų klausimas. apie jų cheminę sąveiką, t. y. cheminio giminingumo prigimtį ir esmę – šie klausimai liko tarsi antrame plane. Neabejotina jų svarba buvo gerai pripažinta, bet ne daugiau; kita vertus, dirva jų sprendimui dar buvo prastai paruošta. Pagrindinė kliūtis buvo didžiulis jų kūrimo sunkumas, daug didesnių pastangų poreikis nei tos, kurių reikia tiriant kitas ne tokias bendras ir ne tokias esmines chemijos problemas. Tačiau organinės chemijos plėtra labai prisidėjo prie svarbių fizikinių ir cheminių principų tyrimo ir nustatymo. Būtent organinių junginių tyrimo metu sustiprėjo įsitikinimas, kad cheminiai ir fiziniai dėsniai yra vienodi tiek organinėms, tiek neorganinėms medžiagoms. Ši išvada buvo esminė. Moksle nusistovėjusi svarbi pozicija, kad tiek jo tiriamųjų mineralų, tiek augalų ir gyvūnų pasaulio organinių junginių, tiek dirbtinai chemijos laboratorijoje gautų medžiagų susidarymui galioja tie patys dėsniai.

Tokių organinės chemijos reiškinių kaip izomerija (1830, Berzelius) ir homologija (1842, Scheel, Gerard) atradimas chemikams iškėlė svarbiausią užduotį – ištirti junginių fizikinių ir cheminių savybių priklausomybę nuo jų sudėties ir struktūros.

Izomerinių junginių tyrimas aiškiai parodė, kad cheminės ir fizikinės medžiagų savybės priklauso ne tik nuo atomų kokybės ir jų skaičiaus, bet ir nuo atomų vidinio išsidėstymo. Tai atvedė prie svarbiausios problemos – fizikiniais ir cheminiais metodais prasiskverbti į atomų ir molekulių „intymų gyvenimą“ ir pabandyti suprasti jų sąveikos dėsnius.

Šioje srityje ypač platus tyrimų laukas atsivėrė fizikinių ir cheminių tyrimų metodams, kurių tikslas – tirti ne tik junginių savybes ir sudėtį, bet ir cheminius procesus, sąlygas ir veiksnius, įtakojančius cheminių reakcijų eigą.

Organinių reakcijų (kurios vyksta lėtai ir nevisiškai) tyrimas suteikė svarbios naujos medžiagos apie cheminę pusiausvyrą. Būtent šių reakcijų tyrimas leido į chemiją įtraukti tokias svarbias sąvokas kaip greitis (laikas), cheminio proceso kryptis ir riba. Šių problemų tyrimas logiškai paskatino ištirti temperatūros, slėgio, medžiagų kiekių ir jų agregacijos būsenos įtaką cheminės reakcijos greičiui ir krypčiai. Kai reakcija vyksta lėtai, įvairiais momentais ją galima sustabdyti ir ištirti medžiagų būseną bei pobūdį šiais momentais. Neorganinės chemijos reakcijos, kurios dažniausiai įvyksta beveik akimirksniu, neleido atlikti tokių tyrimų.

Sintetinis paruošiamasis kelias paskatino chemikus gauti (iš pradžių izoliuojant nuo natūralių produktų, o vėliau sintezės būdu) naujų svarbių medžiagų, kurios vėliau buvo praktiškai pritaikytos. Savo ruožtu, tiriant ir naudojant naujas medžiagas, reikėjo ištirti jų fizines savybes, priklausomai nuo junginio sudėties ir struktūros.

Remdamasis organinių junginių tyrimu, G. Koppas nustatė pirmuosius ryšius tarp cheminės struktūros ir fizikinių savybių. „...Sąsaja tarp fizinių savybių ir cheminės sudėties bei tikslus šių savybių nustatymas, – rašė Koppas, – kai kuriais atvejais gali pasitarnauti kaip teisingo sudėties nustatymo kontrolė, todėl fizinių savybių žinojimas kartais tiesiogiai patvirtina žinias. dėl cheminių savybių“.

G. Koppo (1817-1892) nuopelnas slypi tame, kad jis pirmą kartą, 1842–1855 m., sistemingai ištyrė daugelio medžiagų fizikines ir chemines savybes (virimo temperatūrą, molekulinį ir atominį tūrį, atominę šiluminę talpą). ir ryšį tarp organinių jungčių cheminės sudėties ir struktūros.

Norėdami apskaičiuoti specifinius skysčių tūrius, Koppas paėmė jų tankį virimo temperatūroje, laikydamas, kad šias temperatūras, kuriose garų slėgis yra vienodas, yra tinkamas. Koppo eksperimentai nustatant specifinius skystų organinių medžiagų tūrius parodė, kad: 1) izomeriniai junginiai turi panašius specifinius tūrius; 2) daugelyje homologinių serijų kartu su teisingu sudėties pasikeitimu konkretūs tūriai keičiasi teisingai. Lygindamas skirtingų organinių medžiagų virimo temperatūras, Koppas padarė išvadą, kad homologinėse serijose CH 2 kompozicijos komplikaciją paprastai lydi virimo temperatūros padidėjimas 12, 15, 10 ° C. Šis skirtumas paprastai yra pastovus kiekvienai homologinei serijai.

Kaip ir galima tikėtis, cheminė junginių struktūra turėtų turėti tam tikrą įtaką virimo temperatūrai; iš tiesų paaiškėjo, kad izomerai verda skirtingose ​​temperatūrose.

Nustatant organinių medžiagų lydymosi ir užšalimo taškus, nustatyta, kad homologiniams junginiams temperatūra didėja didėjant medžiagų molekulinei masei.

Koppo darbas nustatant įvairių junginių atominius arba specifinius tūrius, tiriant ryšį tarp virimo temperatūros ir junginių sudėties, nors ir nesukėlė iš esmės svarbių modelių, tačiau suteikė stiprią paskatą tirti fizikines ir chemines priklausomybes. ir Kopp nustatytų taisyklių paaiškinimas.

D. I. Mendelejevas, labai vertindamas Coppo nuopelnus plėtojant svarbią fizikinių ir cheminių žinių sritį, rašė: „Istorija visada parodys deramą pagarbą nenuilstamai Copo veiklai“.

Atsiradus Butlerovo cheminės struktūros teorijai (1861 m.), prasidėjo naujas organinių junginių fizikinių ir cheminių savybių priklausomybės nuo jų cheminės struktūros tyrimo etapas. A. M. Butlerovas pabrėžė, kad cheminių junginių cheminės ir fizinės savybės „yra abipusis priežastinis ryšys“ ir kad fizinių savybių tyrimas yra labai svarbus norint suprasti „tarpusavio ryšius, kuriuose jų sudedamosios dalys yra šiose medžiagose“. Pirmajame „Įvado“ numeryje (1864 m.) Butlerovas atkreipė dėmesį į tai, kad fizikinių savybių tyrimas yra labai svarbus norint suprasti cheminių junginių sudedamųjų dalių tarpusavio ryšius. Tame pačiame numeryje yra specialus skyrius: „Medžiagų fizinių ir cheminių savybių ryšiai“. Joje jis nagrinėja lydymosi ir virimo temperatūras, šilumines talpas, latentinę lydymosi ir garavimo šilumą, „kaloringumo reiškinius cheminėse reakcijose“, t.y. terminiai efektai, molekulinės jėgos, tirpumas, refrakcija, šviesos sklaida, fluorescencija ir fosforescencija, poliarizacijos plokštumos sukimasis, cheminis šviesos ir elektros poveikis.

Didžiausio to meto mokslininkų dėmesio sulaukė optiniai medžiagų tyrimo metodai.

Dar 1811 m. Arago atrado optinio aktyvumo reiškinį, tyrinėdamas dvigubą refrakciją kvarco kristaluose. Tada 1817 m. Biotas atrado, kad skysti organiniai junginiai turi optinių savybių: jie gali pasukti poliarizacijos plokštumą. Skystų organinių medžiagų gebėjimas pasukti poliarizacijos plokštumą parodė, kad tarp kristalų struktūros ir optinio aktyvumo nėra būtino ryšio. Pastarasis, pasak Butlerovo, „yra įdėtas į dalelių prigimtį“. Šie tyrimai atskleidė esminės svarbos faktą, būtent: optinis aktyvumas yra ne tik kristalo, bet ir molekulės savybė.

Kalbant apie minėtus Bioto darbus, yra toks įdomus Berzelio nuosprendis: „Be jokios abejonės, tokio pobūdžio tyrimai, kurie dar tik pradedami kurti, galėtų tapti vaisingi, jei būtų atlikti iki galo. Jei tokį darbą atlieka kas nors, apsiginklavęs ir optiniais mokslais, ir chemijos žiniomis, galima tikėtis gauti paaiškinimų, kurie prasiskverbs į paslėptas organinių ir neorganinių kūnų sudėties teorijos sritis.

Medžiagų šviesos refrakcijos priklausomybės nuo jų sudėties tyrimas pradėjo ypač sėkmingai vystytis po to, kai M. Berthelot 1856 metais pristatė molekulinės refrakcijos sąvoką, kuri yra (savitosios lūžio pagal molekulinę masę sandauga. Berthelot teigimu, molekulinė refrakcija, kuri didesniam junginių skaičiui davė nuokrypius, neviršijančius ±0,1%.

Nuo 1879 metų Landolto mokinys J. Bruhlas pradėjo sistemingai tyrinėti atomų ir grupių refrakciją. Jis aiškiai suformulavo organinės chemijos fizikinių tyrimų uždavinius. Jis manė, kad cheminių metodų nepakanka medžiagų struktūrai nustatyti ir kad būtina atlikti lyginamąjį medžiagų fizinių savybių tyrimą.

70-ųjų pabaigoje Brühl rašė: „... medžiagų sudėtį galima tirti iki atskirų atomų santykio vienas su kitu; Todėl atėjo laikas panaudoti fizikos siūlomą įrankį praktiniam pritaikymui chemijoje... Remdamasis šiuo įsitikinimu, parengiau organinių medžiagų fizikinių savybių didelio masto lyginamojo tyrimo planą. Remdamasis profesoriaus Landolto patarimu Lachene, nusprendžiau pirmiausia ištirti ryšį tarp lūžio galios ir cheminės medžiagų prigimties.

„Esu įsitikinęs“, – rašė jis, kad laikas, kai šie fiziniai tyrimo metodai taps lygūs tiek analitiniams, tiek sintetiniams metodams, jau ne už kalnų.

I. I. Kanonnikovas 1883-1885 m neorganinių medžiagų struktūrai tirti taikė refraktometrinį metodą. Jis manė, kad šis metodas yra „didelė reikšmė tiriant struktūrą, nes leidžia daryti išvadas apie šią struktūrą nesunaikinant junginio dalelių“.

Šiuolaikiniai refraktometrijos tyrimai patvirtino šį požiūrį. Šiuo metu optinių savybių matavimai leidžia spręsti pačias įvairiausias problemas – nuo ​​vandenilinių ryšių tyrimo iki silikatų struktūrinių formulių nustatymo.

Nuo XIX amžiaus 90-ųjų. A. Gancha organinių junginių struktūrai nustatyti pradėjo plačiai taikyti fizikinių tyrimų metodus (absorbcijos spektrus, elektrinio laidumo matavimus ir kt.).

Ganchas ir jo mokykla skyrė didelę reikšmę absorbcijos spektrų tyrimams. Ganchas sugebėjo parodyti, kad yra didelis skirtumas tarp grynos rūgšties absorbcijos spektro ir tos pačios rūgšties tirpalo. Tai buvo labai svarbu tiriant ne tik grynas medžiagas, bet ir daugiausia tirpalų prigimtį.

Nuo 1897 m. L. A. Chugajevas atliko daugybę darbų, tirdamas daugiausia organinių junginių optines savybes. Jis patobulino optinį organinių junginių mišinių, kurie sukasi šviesos poliarizacijos plokštumą, analizės metodą. Chugajevas nustatė įdomų anomalijos atvejį skirtingai sukonstruotuose dioksimuose. Paaiškėjo, kad trimetileno žiedui būdingas tam tikras refrakcijos padidėjimas, kuris neatitiko Bruhlio duomenų. Šie tyrimai leido ištirti cholesterolio cheminę struktūrą.

Kartu su cheminės struktūros teorija fizikiniai metodai tapo galinga priemone tiriant sudėtingų medžiagų fizikines ir chemines savybes.

Tokie metodai kaip krioskopija ir ebulioskopija organinei chemijai suteikė neįkainojamų paslaugų. Organinis chemikas taip pat pradėjo plačiai taikyti elektros laidumo, lūžio, termocheminių konstantų, sugerties spektrų, sukimosi gebėjimo ir magnetinių savybių matavimus, tirdamas įvairių organinių junginių savybes ir struktūrą.

1909 m. straipsnyje „Šiuolaikinės organinės chemijos problemos“ L. A. Chugajevas rašė, kad organinis chemikas savo tyrimuose turėtų naudoti fizikinius ir cheminius tyrimo metodus ir teorinę cheminių procesų aprėptį. Savo ruožtu, anot Chugajevo, „anglies junginių chemija dėl neišsemiamos medžiagos formų ir jos transformacijų tipų įvairovės yra daug medžiagos tyrimams“.

Istorinėje ir chemijos literatūroje kartais nurodoma, kad organinė chemija neva daugelį metų (1840-1880) sulėtino fizikinės chemijos raidą ir nukreipė mokslo jėgas į save. Neįmanoma visiškai sutikti su šiuo požiūriu. Be to, „organinis“ laikotarpis chemijos raidoje buvo labai reikalingas ir svarbus etapas ne tik chemijos raidoje apskritai, bet ir fizikinei chemijai, nes būtent organiniai chemikai parūpino turtingos naujos medžiagos įvairioms fizikinėms ir. cheminiai tyrimai. Organiniai junginiai vaidino svarbų vaidmenį daugelio pagrindinių fizikinių ir cheminių dėsnių ir teoriškai svarbių apibendrinimų atradimo istorijoje.

Organinių chemikų darbas tiriant įvairių klasių organinių junginių struktūrą atvėrė kelią nuodugniam reakcijos mechanizmo tyrimui, kuris vėliau buvo labai svarbus plėtojant cheminę kinetiką.

Nuo Lavoisier laikų chemikai sugebėjo numatyti, kuria kryptimi vyks tam tikros greitos santykinai mažų molekulių joninės reakcijos, ir sugebėjo šias reakcijas modifikuoti praktiniam naudojimui. Sudėtingų molekulių tyrimas buvo daug sunkesnis. Lėtas organinių junginių reakcijas taip pat buvo daug sunkiau analizuoti. Dažnai reakcijos galėjo vykti keliais keliais, o chemikui buvo leista nukreipti reakciją norimu keliu per savo, kaip eksperimentatoriaus, įgūdžius ir intuiciją, o ne per gilų proceso supratimą.

Atsiradus elektroniniam atomo modeliui, organiniai chemikai galėjo naujai pažvelgti į savo tyrimų sritį. XX amžiaus 20-ųjų pabaigoje. Anglų chemikas Christopheris Ingoldas (1893–1970) ir nemažai kitų chemikų organines reakcijas bandė priartėti iš atominės sandaros teorijos pozicijų, aiškindami molekulių sąveiką elektronų perėjimu. Organinėje chemijoje imta intensyviai taikyti fizikinės chemijos metodus. Tapo svarbia disciplina fizinė organinė chemija .

Tačiau bandymai interpretuoti organines reakcijas tik kaip elektronų judėjimo pasekmes didelio pasisekimo neatnešė.

Pirmajame XX amžiaus ketvirtyje, nuo elektrono atradimo, buvo laikoma įrodyta, kad elektronas yra labai mažas, kietas rutulys. Tačiau 1923 m. prancūzų fizikas Louisas Victoras de Broglie (g. 1892 m.) pateikė teorinį pagrindimą, kad elektronai (ir visos kitos dalelės) turi banginių savybių. Iki XX amžiaus 20-ųjų pabaigos. ši hipotezė buvo patvirtinta eksperimentiškai.

Paulingas (kuris pirmasis pasiūlė, kad baltymų ir nukleorūgščių molekulės turi spiralės formą, žr. 10 skyrių) 30-ųjų pradžioje sukūrė metodus, kurie leido atsižvelgti į elektronų banginį pobūdį svarstant organines reakcijas.

Jis pasiūlė, kad elektronų poros socializacija (pagal Lewisą ir Langmuirą) gali būti interpretuojama kaip bangų sąveika arba elektronų debesų sutapimas. Cheminė jungtis, pavaizduota kaip ypatybė Kekule struktūrinėje teorijoje, naujose koncepcijose atitinka didžiausio elektronų debesų persidengimo sritį. Paaiškėjo, kad elektronų debesų sutapimas kartais vyksta ne tik viena kryptimi, struktūrinėje formulėje pavaizduotas valentiniu ryšiu. Kitaip tariant, tikroji molekulės struktūra negali būti net apytiksliai pavaizduota jokia viena struktūrine formule. Tačiau jis gali būti laikomas tarpiniu tarp kelių hipotetinių struktūrų, kaip šių struktūrų „rezonansiniu hibridu“. Svarbu pažymėti, kad tokios tikros molekulės energija yra mažesnė, nei būtų galima tikėtis remiantis bet kokia atskira rezonansine „klasikine“ struktūra. Teigiama, kad tokias molekules „stabilizuoja rezonansas“, nors rezonansas šiuo atveju, žinoma, nėra tikras fizinis reiškinys, o patogi teorinė koncepcija, paaiškinanti kai kurių molekulių stabilumą ir savybes.

Rezonanso teorija pasirodė ypač naudinga norint suprasti benzeno struktūrą, kuri chemikus glumino nuo Kekulės laikų (žr. 7 skyrių). Benzeno formulė paprastai buvo vaizduojama kaip šešiakampis su kintamomis viengubomis ir dvigubomis jungtimis. Tačiau benzenas beveik visiškai neturi savybių, būdingų junginiams su dvigubomis jungtimis.

Bet benzenui galite parašyti antrą, visiškai lygiavertę Kekulé formulę, kurioje, palyginti su pirmąja formule, sukeistos paprastosios ir dvigubos jungtys. Tikroji benzeno molekulė apibūdinama kaip rezonansinis dviejų Kekulé struktūrų hibridas; elektronai, atsakingi už dvigubų ryšių susidarymą, yra delokalizuojami, „pasklinda“ aplink žiedą, todėl visi ryšiai tarp anglies atomų benzene yra lygiaverčiai ir yra tarpiniai tarp klasikinių viengubųjų ir dvigubų jungčių. Būtent dėl ​​šios priežasties padidėjo benzeno stabilumas ir cheminės elgsenos ypatumai.

Be benzeno struktūros, idėjos apie elektronų bangines savybes padėjo paaiškinti ir kitas problemas. Kadangi keturi elektronai, esantys ant anglies atomo išorinio apvalkalo, savo energija nėra visiškai lygiaverčiai, galima daryti prielaidą, kad tarp anglies atomo ir jo gretimų atomų susidarę ryšiai šiek tiek skiriasi priklausomai nuo to, kuris iš elektronų dalyvauja formuojant vieną. ar kitais ryšiais.

Tačiau paaiškėjo, kad keturi elektronai, kaip bangos, sąveikauja vienas su kitu ir sudaro keturis „vidurinius“ ryšius, kurie yra visiškai lygiaverčiai ir nukreipti į tetraedro viršūnes, kaip ir van’t Hoff-Le Bel tetraedriniame atome.

Tuo pačiu metu rezonansas padėjo paaiškinti neįprastų junginių, su kuriais chemikai pirmą kartą susidūrė XX amžiaus pradžioje, struktūrą. 1900 metais amerikiečių chemikas Mosesas Gombergas (1866-1947) bandė gauti heksafeniletaną – junginį, kurio molekulėje du anglies atomai yra sujungti su šešiais benzeno žiedais (po tris kiekvienam anglies atomui).

Vietoj šio junginio Gombergas gavo spalvotą kažkokio labai reaktyvaus junginio tirpalą. Dėl daugelio priežasčių Gombergas tikėjo, kad gavo trifenilmetilas- „pusė molekulė“, susidedanti iš anglies atomo ir trijų benzeno žiedų, kuriuose ketvirtoji anglies atomo jungtis yra nesočioji.

Šis junginys buvo panašus į vieną iš tų radikalų, kurių koncepcija buvo pristatyta XIX a. paaiškinti organinių junginių sandarą (žr. 6 skyrių). Tačiau skirtingai nei senosios teorijos radikalai, Gombergo atrasta molekulė egzistavo izoliuota forma, o ne kaip kito junginio fragmentas, todėl ji buvo vadinama. laisvųjų radikalų .

Tobulėjant elektroninėms cheminio ryšio koncepcijoms, tapo aišku, kad laisvuosiuose radikaluose, pvz trifenilmetilas, nesotusis ryšys (Kekulės teorijos požiūriu) naujų sąvokų rėmuose atitinka nesuporuotą elektroną. Paprastai tokios molekulės su nesuporuotu elektronu yra itin reaktyvios ir greitai virsta kitomis medžiagomis.

Tačiau jei molekulė yra plokščia ir simetriška (kaip trifenilmetilo molekulė), nesuporuotas elektronas gali būti „išteptas“ visoje molekulėje, o tai lems radikalo stabilizavimą.

Kai organinės reakcijos buvo tiriamos iš elektroninės struktūros teorijos perspektyvos, tapo akivaizdu, kad reakcijos dažnai apima laisvųjų radikalų susidarymo stadiją. Tokie laisvieji radikalai, kaip taisyklė, nestabilizuoti rezonanso, egzistuoja tik trumpą laiką ir visada susidaro sunkiai. Dėl laisvųjų radikalų tarpinių produktų susidarymo sunkumų dauguma organinių reakcijų vyksta taip lėtai.

Antrajame XX amžiaus ketvirtyje. Organiniai chemikai ėmė vis giliau skverbtis į organinių reakcijų esmę ir, ištyrę reakcijų mechanizmą, suvokdami pačią proceso esmę, sugebėjo susintetinti molekules, kurių sudėtingumas stebino ankstesnių kartų chemikus.

Tačiau rezonanso teorijos sąvokos taikytinos ne tik organinėje chemijoje. Remiantis senomis idėjomis, neįmanoma aiškiai paaiškinti borohidrido molekulių struktūros. Boro atomas turi per mažai valentinių elektronų, kad sudarytų reikiamą skaičių jungčių. Jei darysime prielaidą, kad elektronai yra tinkamai „ištepti“, galime pasiūlyti priimtiną molekulinę struktūrą.

Nors nuo inertinių dujų atradimo buvo manoma, kad jos nevykdo jokių reakcijų, 1932 m. Paulingas pasiūlė, kad šių dujų atomai turėtų sudaryti ryšius.

Iš pradžių ši Paulingo prielaida liko nepastebėta, tačiau 1962 m. dėl inertinių dujų ksenono reakcijos su fluoru ksenono fluoridas. Netrukus po to buvo gauta keletas kitų ksenono junginių su fluoru ir deguonimi, taip pat radono ir kriptono junginiai.

Pusė gyvenimo

Atomo struktūros tyrimas paskatino naują problemos supratimą, tačiau tuo pat metu mokslininkai susidūrė su daugybe naujų klausimų.

1900 m. Crookesas (žr. 12 skyrių) atrado, kad šviežiai paruošti gryno urano junginiai turi labai mažą radioaktyvumą ir kad šių junginių radioaktyvumas laikui bėgant didėja. Iki 1902 m. Rutherfordas ir jo bendradarbis anglų chemikas Frederickas Soddy (1877–1956) pasiūlė, kad išspinduliavus alfa dalelei pasikeičia urano atomo prigimtis ir kad naujasis atomas skleidžia stipresnę spinduliuotę nei pats uranas (taigi , čia buvo atsižvelgta į pastebėjimą Crookes). Šis antrasis atomas savo ruožtu taip pat skyla, sudarydamas kitą atomą. Iš tiesų, urano atomas sukelia daugybę radioaktyvių elementų - radioaktyviosios serijos, įskaitant radį ir polonį (žr. skyrių „Eilinis skaičius“) ir baigiant švinu, kuris nėra radioaktyvus. Būtent dėl ​​šios priežasties urano mineraluose galima rasti radžio, polonio ir kitų retų radioaktyvių elementų. Antroji radioaktyvioji serija taip pat prasideda uranu, o trečioji radioaktyvioji serija prasideda toriu.

Tikslinga paklausti, kodėl radioaktyvūs elementai, nuolat pūdantys, tebeegzistuoja? 1904 m. šį klausimą išsprendė Rutherfordas. Ištyręs radioaktyvaus skilimo greitį, jis parodė, kad po tam tikro laikotarpio, skirtingo skirtingiems elementams, pusė tam tikro radioaktyvaus elemento kiekio suyra. Šį laikotarpį, būdingą kiekvienai radioaktyviųjų medžiagų rūšiai, Rutherfordas pavadino pusė gyvenimo(22 pav.).

Ryžiai. 22. Radono pusinės eliminacijos laikas nustatomas reguliariais intervalais matuojant likusios medžiagos kiekį. Gauta priklausomybė yra „nykstanti“ eksponentinė kreivė y=e-ah .

Pavyzdžiui, radžio pusinės eliminacijos laikas yra šiek tiek mažesnis nei 1600 metų. Geologinių epochų eigoje bet koks radžio kiekis žemės plutoje, žinoma, jau seniai būtų išnykęs, jei jis nebūtų nuolat pasipildęs irstant uranui. Tą patį galima pasakyti apie kitus urano skilimo produktus, įskaitant tuos, kurių pusinės eliminacijos laikas matuojamas sekundės dalimis.

Paties urano pusinės eliminacijos laikas yra 4 500 000 000 metų. Tai didžiulis laiko tarpas ir per visą Žemės istoriją tik dalis pradinių urano atsargų galėjo sunykti. Toris skyla dar lėčiau, jo pusinės eliminacijos laikas yra 14 000 000 000 metų.

Tokius didžiulius laiko tarpus galima nustatyti tik suskaičiavus alfa dalelių skaičių, kurį išskiria tam tikra urano (arba torio) masė. Alfa daleles Rutherfordas skaičiavo aptikdamas nedidelius blyksnius, kurie įvykdavo alfa dalelėms susidūrus su cinko sulfido ekranu (t.y. naudodamas vadinamąjį scintiliacijos skaitiklis).

Kiekviena nauja alfa dalelė reiškė, kad suskilo dar vienas urano atomas, todėl Rutherfordas galėjo nustatyti, kiek atomų suyra per sekundę. Iš panaudoto urano masės Rutherfordas nustatė bendrą urano atomų skaičių. Turint tokius duomenis, nebebuvo sunku apskaičiuoti, kiek laiko reikia pusei turimo urano kiekio skilimui. Kaip paaiškėjo, mes kalbame apie milijardus metų.

Urano skilimas yra toks pastovus ir būdingas procesas, kad pagal jį galima nustatyti Žemės amžių. 1907 m. amerikiečių chemikas Bertramas Bordenas Boltwoodas (1870–1927) pasiūlė, kad tokie nustatymai galėtų būti pagrįsti švino kiekiu urano mineraluose. Jei darytume prielaidą, kad visas mineraluose esantis švinas atsirado dėl urano skilimo, tada nesunku apskaičiuoti, kiek laiko tai užtruko. Naudojant šį metodą buvo galima nustatyti, kad kietos plutos amžius yra mažiausiai keturi milijardai metų.

Tuo tarpu Soddy toliau apibūdino atomo pokyčius, kuriuos sukelia subatominių dalelių išsiskyrimas. Jei atomas praranda alfa dalelę (krūvis +2), bendras jo branduolio krūvis sumažėja dviem ir elementas periodinėje lentelėje pasislenka dviem tarpais į kairę.

Jei atomas praranda beta dalelę (elektroną, kurio krūvis yra -1), branduolys įgyja papildomą teigiamą krūvį ir elementas periodinėje lentelėje pasislenka viena vieta į dešinę. Jei atomas skleidžia gama spindulius (neįkrautas), energijos kiekis kinta, tačiau dalelių sudėtis nepaveikiama, todėl lieka tas pats elementas.

Vadovaudamiesi šiomis taisyklėmis, chemikai galėjo nuodugniai ištirti daugybę radioaktyvių serijų.

Izotopai

Atradę radioaktyviuosius elementus, mokslininkai susidūrė su rimta problema: ką daryti su įvairiais urano ir torio skilimo produktais? Jų buvo aptikta dešimtimis, o periodinėje lentelėje liko tik daugiausia devynios vietos (nuo polonio, kurio eilės numeris 84, iki urano, kurio serijos numeris 92), į kurias juos buvo galima įdėti.

Taigi urano atomas (serijos numeris 92) išskiria alfa dalelę. Naujojo elemento atominis skaičius, pagal Sodžio taisyklę, yra 90. Tai reiškia, kad urano atomas turi sudaryti torio atomą. Tačiau įprasto torio pusinės eliminacijos laikas yra 14 milijardų metų, o iš urano gauto torio pusinės eliminacijos laikas yra tik 24 dienos.

Skirtumai pastebimi net ir gaunant neradioaktyvius elementus. Pavyzdžiui, Richardsas (atominių masių specialistas, žr. 5 skyrių) 1913 m. sugebėjo parodyti, kad švino, gauto skylant uranui, atominė masė šiek tiek skiriasi nuo paprasto švino atominės masės.

Soddy buvo pakankamai pasiryžęs manyti, kad daugiau nei vieno tipo atomai gali atitikti tą pačią vietą periodinėje lentelėje. 90 vietą gali užimti skirtingos torio atmainos, 82 vietą – įvairios švino atmainos ir tt Soddy pavadino šias atomų rūšis, užimančias tą pačią vietą lentelėje, izotopų(iš graikų kalbos tópos – vieta).

Izotopai, užimantys tą pačią vietą lentelėje, turi turėti tą patį atominį skaičių, taigi, tiek pat protonų skaičių branduolyje ir tą patį elektronų skaičių apvalkaluose. Elemento izotopai turi turėti tokias pačias chemines savybes, nes šios savybės priklauso nuo elektronų skaičiaus ir vietos atomuose.

Bet kaip šiuo atveju galime paaiškinti radioaktyviųjų savybių ir atominių masių skirtumą?

Praėjusiame amžiuje Proutas iškėlė savo garsiąją hipotezę (žr. 5 skyrių), pagal kurią visi atomai sudaryti iš vandenilio, todėl visų elementų atominės masės turi būti sveikos. Tačiau, kaip paaiškėjo, dauguma atominių masių yra ne sveikieji skaičiai, ir šis faktas tarsi paneigė hipotezę.

Tačiau, remiantis naujomis idėjomis apie atomo struktūrą, atomas turi branduolį, susidedantį iš protonų (ir neutronų). Protonų ir neutronų masė yra maždaug vienoda, todėl visų atomų masės turi būti vandenilio atomo (sudaryto iš vieno protono) masės kartotiniai. Prouto hipotezė buvo atgaivinta, tačiau vėl kilo abejonių, kokios turi būti atominės masės.

1912 m. J. J. Thomson (kuris, kaip minėjome aukščiau, atrado elektroną) paveikė teigiamai įkrautų neono jonų pluoštus į magnetinį lauką. Dėl magnetinio lauko jonai nukrypo, todėl jie nukrito ant fotografinės plokštės. Jei visi jonai būtų vienodos masės, magnetinis laukas juos visus nukreiptų tuo pačiu kampu ir ant fotojuostos atsirastų pakitusi dėmė. Tačiau dėl šio eksperimento Thomson gavo dvi dėmes, iš kurių viena buvo maždaug dešimt kartų tamsesnė už kitą. Tomsono bendradarbis Francis William Aston (1877-1945), vėliau patobulinęs šį įrenginį, patvirtino gautų duomenų teisingumą. Panašūs rezultatai gauti ir su kitais elementais. Šis prietaisas, leidžiantis chemiškai panašius jonus atskirti į skirtingos masės jonų pluoštus, buvo vadinamas masės spektrografas .

Vienodai įkrautų jonų įlinkio dydis magnetiniame lauke priklauso nuo šių jonų masės; didesnės masės jonai yra nukreipiami mažiau ir atvirkščiai. Taigi Thomson ir Aston eksperimentai parodė, kad yra dviejų tipų neoniniai atomai. Vieno tipo atomams masės skaičius lygus 20, kitam - 22. Nustačius santykinį dėmių juodumą, nustatyta, kad neono-20 kiekis yra 10 kartų didesnis nei neono-22. Vėliau taip pat buvo aptiktas nedidelis neono-21 kiekis. Jei, skaičiuodami neono atominę masę, vadovausimės šiais duomenimis, paaiškėja, kad ji yra lygi maždaug 20,2.

Kitaip tariant, atskirų atomų masė yra sveikas vandenilio atomo masės kartotinis, tačiau atskiro elemento atominė masė yra jį sudarančių atomų atominių masių vidurkis, todėl ji gali būti ne visuma. numerį.

Vidutinė elemento, turinčio daug izotopų, atominė masė kai kuriais atvejais gali būti didesnė už vidutinę elemento, kurio atominis skaičius yra didesnis, atominę masę. Pavyzdžiui, telūras, kurio atominis skaičius yra 52, turi septynis izotopus. Iš jų daugiausiai yra dviejų sunkiausių izotopų – telūro-126 ir telūro-128. Vadinasi, telūro atominė masė artėja prie 127,6. Jodo atominis skaičius yra 53, ty vienu daugiau nei telūro. Tačiau jodas turi tik vieną izotopą – jodą-127, todėl jo atominė masė yra 127. Kai Mendelejevas savo periodinėje lentelėje įdėjo jodą už telūro ir taip pažeidė atominės masės diktuojamą tvarką, jis, pats to nežinodamas, sekė jodo krūviais. branduoliai, t.y. fizinė periodinio dėsnio esmė.

Pateikime kitą panašų pavyzdį. Kalis (eilės numeris 19) turi tris izotopus – kalį-39, kalį-40 ir kalį-41, tačiau labiausiai paplitęs yra lengviausias izotopas – kalis-39. Dėl to kalio atominė masė yra 39,1. Argono atominis skaičius yra 18, jis taip pat turi tris izotopus – argoną-36, argoną-38 ir argoną-40, tačiau labiausiai paplitęs yra sunkiausias izotopas – argonas-40. Dėl to argono atominė masė yra maždaug 40.

Masių spektrografu galite išmatuoti atskirų izotopų mases ir nustatyti šių izotopų kiekį. Gavus tokius duomenis, galima apskaičiuoti vidutinę elemento atominę masę. Šio atominės masės nustatymo metodo tikslumas yra daug didesnis nei cheminių metodų.

Skirtingi tam tikro elemento izotopai turi tuos pačius branduolinius krūvius, bet skirtingus masės skaičius. Vadinasi, skirtingų izotopų branduoliuose yra tiek pat protonų, bet skirtingą neutronų skaičių. Neonas-20, neonas-21 ir neonas-22 branduolyje turi po 10 protonų, visų šių izotopų eilės numeris yra 10, o elektronai tarp apvalkalų pasiskirstę taip: 2, 8. Tačiau neonas-20 branduolyje yra 10 protonų plius 10 neutronų, neono-21 branduolyje yra 10 protonų plius 11 neutronų, o neono-22 branduolyje yra 10 protonų plius 12 neutronų.

Daugumoje elementų (bet ne visuose) yra izotopų. Pavyzdžiui, 1935 m. amerikiečių fizikas Arthuras Geoffrey Dempsteris (1886–1950) nustatė, kad natūralus uranas, kurio atominė masė (238,07) yra labai artima sveikajam skaičiui, yra dviejų izotopų mišinys. Vienas iš izotopų yra vyraujantis (99,3%). Šio izotopo branduoliai susideda iš 92 protonų ir 146 neutronų, t.y. bendras masės skaičius yra 238. Tai uranas-238. Kito izotopo – urano-235 – kiekis yra tik 0,7 %; šio izotopo branduolyje yra trimis neutronais mažiau.

Kadangi radioaktyviosios savybės priklauso nuo atomo branduolio sandaros, o ne nuo elektroninės aplinkos, to paties elemento izotopai gali turėti panašias chemines savybes ir visiškai skirtingą radioaktyvumą. Nors urano-238 pusinės eliminacijos laikas yra 4 500 000 000 metų, urano-235 pusinės eliminacijos laikas yra tik 700 000 000 metų. Abu šie elementai yra pirmieji dviejų atskirų radioaktyvių serijų elementai.

Buvo teorinių prielaidų, leidžiančių manyti, kad vandenilis, paprasčiausias elementas, taip pat gali turėti izotopų porą. Paprastų vandenilio atomų branduoliai susideda iš vieno protono, t.y. paprastas vandenilis yra vandenilis-1. 1931 metais amerikiečių chemikas Haroldas Claytonas Urey (1893-1980) pasiūlė, kad sunkesnis vandenilio izotopas, jei toks būtų, turėtų virti aukštesnėje temperatūroje, lėčiau garuoti ir kauptis nuosėdose.

Bandydamas aptikti šį sunkesnį vandenilio izotopą, Jurijus pradėjo lėtai garinti keturis litrus skysto vandenilio. Ir paskutiniame kubiniame vandenilio centimetre Urey iš tikrųjų rado neabejotinų vandenilio-2, izotopo, kurio branduolyje yra vienas protonas ir vienas neutronas, buvimo požymių. Vandenilis-2 buvo pavadintas deuterio .

Deguonis nebuvo išimtis. 1929 metais amerikiečių chemikui Williamsui Francisui Giocui (gim. 1895 m.) pavyko parodyti, kad deguonis turi tris izotopus. Deguonies-16 yra gausiausias, jis sudaro apie 99,8% visų atomų. Deguonies-16 branduolyje yra 8 protonai ir 8 neutronai. Deguonies-18, antrojo gausumo izotopo, branduolys turi 8 protonus ir 10 neutronų, deguonies-17 branduolys, kurio randama tik nedideliais kiekiais, turi 8 protonus ir 9 neutronus.

Tai sukėlė problemą. Nuo Berzelio laikų elementų atominės masės buvo skaičiuojamos darant prielaidą, kad deguonies atominė masė yra 16 0000 (žr. 5 skyrių). Tačiau deguonies atominė masė gali būti tik apskaičiuota vidutinė trijų izotopų atominė masė, o deguonies izotopų santykis gali labai skirtis priklausomai nuo mėginio.

Fizikai pradėjo nustatyti atomines mases pagal deguonies-16 atominę masę, lygią 16 0000. Dėl to buvo gauta keletas verčių ( fizinė atominė masė), kurios labai maža pastovia reikšme viršijo naudotas reikšmes ir kurios buvo palaipsniui tobulinamos per XIX a. ( cheminiai atominiai svoriai).

1961 m. tarptautinės chemikų ir fizikų organizacijos sutiko priimti anglies-12 atominę masę kaip standartą, nustatydamos ją lygiai 12 000. Elementų atominės masės, apskaičiuotos naudojant naująjį etaloną, beveik visiškai sutampa su senaisiais cheminiais atominiais svoriais, be to, naujasis standartas siejamas tik su vienu izotopu, o ne su izotopų galaktika.

14 skyrius Branduolinės reakcijos

Naujos transformacijos

Kai paaiškėjo, kad atomą sudaro mažesnės dalelės, kurios atsitiktinai persitvarkė radioaktyvių transformacijų metu, kitas žingsnis atrodė beveik iš anksto nustatytas.

Žmogus išmoko pertvarkyti molekules savo nuožiūra, naudodamas įprastas chemines reakcijas. Kodėl nepabandžius pertvarkyti atomų branduolių naudojant branduolinės reakcijos? Protonai ir neutronai yra daug glaudžiau surišti nei molekulės atomai, o įprasti metodai, naudojami įprastoms cheminėms reakcijoms atlikti, natūraliai nesukels sėkmės. Tačiau galite pabandyti sukurti naujus metodus.

Pirmąjį žingsnį šia kryptimi žengė Rutherfordas; jis bombardavo įvairias dujas alfa dalelėmis ir atrado, kad kiekvieną kartą, kai alfa dalelė atsitrenkia į atomo branduolį, suardo jo struktūrą (23 pav.).

1919 metais Rutherfordas jau sugebėjo parodyti, kad alfa dalelės gali išmušti protonus iš azoto branduolių ir susijungti su tuo, kas liko iš branduolio. Labiausiai paplitęs azoto izotopas yra azotas-14, kurio branduolyje yra 7 protonai ir 7 neutronai. Jei iš šio branduolio išmušite protoną ir pridėsite 2 protonus ir 2 neutronus alfa dalelės, gausite branduolį su 8 protonais ir 9 neutronais, t.y. deguonies-17 branduolį. Alfa dalelė gali būti laikoma heliu-4, o protonas - vandeniliu-1. Taigi, Rutherfordas pirmasis sėkmingai atliko dirbtinę branduolinę reakciją:

Azotas-14 + helis-4 → deguonis-17 + vandenilis-1

Paversdamas vieną elementą kitu, jis įvykdė transmutaciją. Taigi, XX a. išsipildė brangiausia alchemikų svajonė.

Per ateinančius penkerius metus Rutherfordas atliko daugybę kitų branduolinių reakcijų, naudodamas alfa daleles. Tačiau jo galimybės buvo ribotos, nes radioaktyvieji elementai gamino alfa daleles tik su vidutine energija. Reikėjo daug didesnės energijos dalelių.

Ryžiai. 23. Rutherfordo eksperimento schema. Išskiriamos alfa dalelės nukreipiamos, kai praeina per aukso foliją; nuokrypio dydis registruojamas dalelėms susidūrus su fluorescenciniu ekranu.

Fizikai pradėjo kurti prietaisus, skirtus pagreitinti įkrautas daleles elektriniame lauke. Priverčiant daleles judėti su pagreičiu, būtų galima padidinti jų energiją. Anglų fizikas Johnas Douglasas Cockroftas (1897–1967) kartu su savo bendradarbiu airių fiziku Ernestu Thomasu Sintonu Waltonu (gim. 1903 m.) pirmieji sukūrė greitintuvo idėją, leidžiančią gaminti daleles, kurių energijos pakanka nešti. sukelti branduolinę reakciją. 1929 metais buvo pastatytas toks greitintuvas. Po trejų metų tie patys fizikai bombardavo ličio atomus pagreitintais protonais ir gavo alfa daleles. Šią branduolinę reakciją galima parašyti taip:

Vandenilis-1 + litis-7 → helis-4 + helis-4

Cockcroft-Walton akceleratoriuje ir daugelyje kitų panašių greitintuvų dalelės judėjo tiesiu keliu. Tokiame greitintuve buvo galima gauti didelės energijos daleles tik tuo atveju, jei dalelių kelias buvo pakankamai ilgas, todėl tokio tipo greitintuvai buvo itin tūriniai. 1930 metais amerikiečių fizikas Ernestas Orlando Lawrence'as (1901-1958) pasiūlė greitintuvą, kuriame dalelės judėtų šiek tiek besiskiriančia spirale. Šis yra palyginti mažas ciklotronas gali gaminti itin didelės energijos daleles.

Pirmasis labai mažas Lawrence'o ciklotronas yra šiandieninių milžiniškų, pusės kilometro perimetro instaliacijų, kurios naudojamos ieškant atsakymų į sudėtingiausius klausimus, susijusius su materijos sandara, pirmtakas.

1930 m. anglų fizikas Paulas Adrienas Morrisas Diracas (g. 1902 m.) teoriškai pagrindė prielaidą, kad ir protonai, ir elektronai turi turėti savo antidalelių . Antielektronas turi turėti elektrono masę, bet turi būti teigiamai įkrautas, antiprotonas turi turėti protono masę, bet būti neigiamai įkrautas.

Antielektroną 1932 m. atrado amerikiečių fizikas Carlas Davidas Andersonas (g. 1905 m.), tyrinėdamas kosminius spindulius. Kosminiai spinduliai, susidūrę su atmosferoje esančiais atomų branduoliais, sukuria daleles, kurios magnetiniame lauke nukrypsta tokiu pat kampu kaip ir elektronai, bet priešinga kryptimi. Andersonas pavadino tokio tipo daleles pozitronai .

Antiprotono nepavyko atrasti dar ketvirtį amžiaus. Kadangi antiprotono masė yra 1836 kartus didesnė už antielektrono masę, antiprotonui susidaryti reikia 1836 kartus daugiau energijos, taigi iki XX a. 50-ųjų. ši transformacija buvo neįmanoma. 1955 metais amerikiečių fizikai Emilio Segre (gim. 1905 m.) ir Owenui Chamberlainui (gim. 1920 m.) pavyko gauti ir aptikti antiprotoną, naudojant galingus greitintuvus.

Nustatyta, kad gali būti tokių savotiškų atomų, kuriuose neigiamo krūvio branduoliai, kuriuose yra antiprotonų, yra apsupti teigiamai įkrautų pozitronų. Natūralu, kas yra antimedžiaga negali egzistuoti ilgą laiką nei Žemėje, nei, tikriausiai, net mūsų Galaktikoje, nes kai materija susiliečia su antimedžiaga, jos sunaikinamos (sunaikinamos), išskirdamos didžiulį kiekį energijos. Ir vis dėlto astronomams kyla klausimas, ar galaktikos, sukurtos iš antimedžiagos, gali egzistuoti? Jei tai įmanoma, aptikti tokias galaktikas bus labai sunku.

USPTU Fizikinės ir organinės chemijos katedra buvo sukurta 1983 m. sujungus fizikinės ir organinės chemijos katedras. Fizinės chemijos katedros istorija turėtų būti siejama su 1947 m., kai pirmą kartą Maskvos naftos instituto Ufos filialo III kurso studentai nebuvo išsiųsti tęsti studijų į Maskvą. Laboratoriniam darbui organizuoti tais metais katedroje buvo sukurtas stiklo pūtimo cechas, kuris labai paspartino įvairios stiklo cheminės įrangos įvedimą į laboratorijos cechą. Per kelerius metus buvo atliktas fizikinės ir koloidinės chemijos darbas. Daug nuopelnų už tai tenka vyresniajai mokytojai Lyubov Nisovne Pirkis. Dubitelio gamyklos vyriausiasis inžinierius D. M. Rapoportas buvo pakviestas skaityti fizikinės chemijos paskaitų, kuris vėliau prisijungė prie instituto kolektyvo, ten dirbo iki pat pensijos. Fizinės chemijos katedra oficialiai pavadinta 1951 m., kai profesorius Borisas Vasiljevičius Klimenokas, kuris skyriui vadovavo 32 metus iki jo reorganizavimo 1983 m. Skyriaus kūrimo metu švietėjišką ir mokslinį darbą dirbo 8 darbuotojai. Vadovaujant profesoriui B.V.Klimenokui, katedra pradėjo mokslinius tyrimus apie dyzelinio kuro nuvaškavimą karbamidu. Išsamūs tyrimai leido sukurti vaško šalinimo procesą, naudojant vandens ir etanolio karbamido tirpalus, ir pastatyti bandomąją gamyklą Ufos naftos perdirbimo gamykloje. Bandomieji pramoniniai rezultatai įrodė realią proceso galimybę, tačiau dėl didelių alkoholio ir karbamido nuostolių procesas tapo neveiksmingas. Skyrius savarankiškai perėjo prie dyzelinio kuro devaškavimo su vandens-karbamido suspensija tyrimo.

Pradedant nuo 1954 metų magistrantai įsitraukia į mokslinį darbą. Inžinierius A. T. Zemlyansky įdėjo daug pastangų kurdamas vandeninę karbamido devaškavimo versiją ir praktiškai įgyvendindamas šį procesą. Jis buvo žmogus, turintis „auksines rankas“ ir puikų inžinerinį protą. Jis savarankiškai atliko tekinimo staklių darbus, atliko suvirinimą ir metalo darbus. Galima manyti, kad instituto mechaninėse dirbtuvėse pastatyta didelė bandomoji gamykla, skirta naftos frakcijoms nuvaškuoti karbamidu, yra A. T. Zemlyansky idėja. Kartu su bandomąja gamykla Nacionalinėje naftos perdirbimo gamykloje buvo pastatyta ir pusiau pramoninė gamykla. Tačiau dėl keleto priežasčių ši instaliacija nustojo egzistuoti, o proceso plėtra daugiausia tęsėsi bandomajame instituto įrengime. Buvo išnagrinėta naujų proceso galimybių galimybė. Disertacijas šia tema apgynė Z. V. Basyrovas, F. A. Čegodajevas, A. M. Sirkinas, A. A. Krasnovas, T. S. Kamkina, P. O. Ivanovas, V. G. Abdula, R. M. Abzalovas. Departamento plėtra įvyko 1968 m., kai buvo imtasi tam tikrų savybių turinčių anglies turinčių medžiagų gamybos iš naftos produktų ir naftos perdirbimo gamyklų sieros rūgšties atliekų naudojimo tyrimų. Šia tema apgintos 7 kandidatinės disertacijos. Atkreiptinas dėmesys į A. A. Senko darbą, kuris nepriekaištingai vedė ir laboratorinį seminarą, ir visas ataskaitų teikimas katedroje. Šiuo metu šį darbą tęsia inžinierius G. G. Medvedeva. Ji atsakinga ne tik už pilnavertį laboratorinių dirbtuvių aprūpinimą, kas mūsų laikais nėra lengva, bet ir už padalinių reikalų tvarkymą, viešų renginių organizavimą.

Organinės chemijos katedra taip pat 1947 m. Bėgant metams skyrius buvo reorganizuotas, sujungiamas su kitais skyriais.

IN 1974 metais katedra vėl tapo savarankiška, jai vadovavo profesorius R. B. Valitovas. Jam vadovaujant pradėjo vystytis moksliniai tyrimai naftos chemijos ir sunkiosios organinės sintezės srityje. Didelį indėlį į katedros metodinį darbą įnešė docentai M. G. Safarovas, D. M. Torikovas, R. V. Faskhutdinova, A. I. Naimushin. Docentas M. G. Safarovas kartu su akademiku V. I. Isagulyants sukūrė 1,3-dioksanų chemijos mokyklą. Šios srities kandidatines ir daktaro disertacijas apgynė D. L. Rachmankulovas, U. B. Imaševmas, E. A. Kantoras, S. S. Zlotskis ir kt.

Neįmanoma nepastebėti didelio indėlio organizuojant organinės chemijos laboratorinį seminarą, kurį atliko viena seniausių universiteto laborantų T. V. Grigorjeva, laboratorijų vadovai R. T. Zinatullinas ir I. N. Gilmanovas, vyresnieji laborantai E. E. Sukhareva katedroje dirba daug metų, R. A. Bikimbetovas, G. D. Vorševas.

IN 1981 kasmet katedros vedėju renkamas profesorius Uralas Bulatovičius Imaševas. Sujungus fizikinės ir organinės chemijos katedras, katedrai toliau vadovavo profesorius U. B. Imaševas. Jam atėjus, suaktyvėjo perspektyvių sunkiųjų naftos žaliavų perdirbimo technologijų moksliniai tyrimai. Šios krypties plėtra ir plėtra paskatino sukurti mokslinę mokyklą, kurios rezultatai – naujos, neprilygstamos naftos likučių apdorojimo bangų lauke technologijos. Sukurti originalūs įvairių funkciniu požiūriu pakeistų mono-, di- ir tritiokarbonatų sintezės metodai, pradedant nuo anglies sulfido ir disulfido. Ištirtos jų savybės ir virsmai įvairiose cheminėse reakcijose. Sieros organinėmis temomis katedroje apgintos 3 kandidatinės disertacijos (R. F. Mavlyutovas, N. T. Chanyshevas, R. F. Ištejevas). Docentas S.M. įnešė tam tikrą indėlį į katedros mokslinį potencialą. Kalašnikovas apie acetalių ir sieros oksido darinių sintezę. Katedros mokslinis potencialas pastebimai išaugo atėjus profesoriui E.M.Kuramshinui. Jis sukūrė kinetinę kryptį tirdamas acetalių chemiją. Profesorius E.M. Kuramshin vadovauja darbams organinių junginių oksidacinių virsmų, taip pat cheminių reakcijų kinetikos ir mechanizmo srityse. Per pastaruosius penkerius metus katedra atliko 1800 tūkstančių rublių vertės tyrimus.

Docento A. I. Naimushin sukurtos struktūrinės schemos buvo įtrauktos į organinės chemijos laboratorines klases. Profesorius E.M.Kuramshin paskelbė fizinės ir koloidinės chemijos laboratorinių darbų metodines rekomendacijas, naudodamas struktūrinę schemą, bei fizikinės chemijos probleminę knygą. Profesorius E. M. Kurashinas, docentai O. P. Žurkinas ir O. B. Zvorygina paskelbė fizinės chemijos laboratorinį seminarą.

Profesorius U. B. Imaševas išleido vadovėlį „Organinės chemijos pagrindai“ - M.: Kolos, 2011. - P.-464 p. ir "Organinės chemijos laboratorinis seminaras - Ufa: USNTU, 2009.-236p. Kartu su docentu S. M. Kalašnikovu, docentu N. T. Chanyshevu ir profesoriumi E. A. Udalova išleido vadovėlį „Organinės chemijos problemos ir pratimai“ Ufa: USNTU, 2011. - 236 p. Kartu su docentu O. P. Žurkinu išleistas vadovėlis „Fiziniai ir cheminiai organinių junginių analizės metodai“: Ufa: - USNTU, 2009. - 211 p.

Per pastaruosius penkerius metus katedros dėstytojai ir darbuotojai išleido 12 vadovėlių ir mokymo priemonių, 7 monografijas, 135 mokslinius straipsnius, gavo 19 patentų, 3 stipendijas.