Биография Бутлерова А. М, Теория Химического Строения

 

Министерство  образования и культуры                                                                                                                                                                      Калужской области

ГОУ СПО  «Транспортно- технологический техникум», г. Калуга 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

На тему:

Биография Бутлерова А. М,

 Теория  Химического Строения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Студент                                                                                           Сидоров А.А

Преподаватель                                                                        Максимова В.Н 
 
 
 
 
 

   2010 
 
 

   Содержание:

1. Биография.
2. Развитие Промышленности, связанной с производством органических веществ.

      В первой половине XIX века. Связь науки и практики.

3. Состаяние органической химии в середине XIX века.
4. Предпосылки теории Химического строения.
5. Взгляды А. М Бутлерова на строение вещества.
6. Основные положения теории.
7. Значение теории химического строения и о направлениях ее развития.
8. Список Литературы.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.Биография.

   Александр Бутлеров родился в 1828 году в Бутлеровке – небольшой деревушке неподалеку от Казани, где находилось имение отца. Матери своей Саша не помнил, она  умерла через 11 дней после его рождения. Воспитанный отцом, человеком образованным, Саша хотел во всем походить на него.

   Сначала он ходил в пансион, а затем  поступил в Первую казанскую гимназию, учителя которой были очень опытные, хорошо подготовленные, они умели  заинтересовать учеников. Саша легко  усваивал материал, так как с раннего детства его приучили к систематической работе. Особенно привлекали его естественные науки.

    После окончания гимназии, вопреки  желанию отца, Саша поступил на  естествен-нонаучное отделение Казанского  университета, правда, пока только слушателем, так как он был еще несовершеннолетним. Лишь в следующем, 1845 году, когда юноше исполнилось 17 лет, его фамилия появилась в списке принятых на первый курс.

    В 1846 году Александр заболел  тифом и чудом выжил, а вот  заразившийся от него отец скончался. Осенью вместе с тетей они переехали в Казань. Постепенно молодость брала своё, к Саше вернулись и здоровье, и веселье. Молодой Бутлеров занимался с исключительным усердием, но, к своему удивлению, заметил, самое большое удовольствие доставляют ему лекции по химии. Лекции профессора Клауса его не удовлетворяли, и он стал регулярно посещать лекции Николая Николаевича Зинина, которые читались для студентов физико-математического отделения. Очень скоро Зинин, наблюдая за Александром во время лабораторных работ, заметил, что этот светловолосый студент необыкновенно одарен и может стать хорошим исследователем.

    Бутлеров занимался успешно, но  все чаще задумывался над своим  будущим, не зная, что ему, в  конце концов, выбрать. Заняться  биологией? Но, с другой стороны, разве отсутствие ясного представления об органических реакциях не предлагает бесконечные возможности для исследования?

    Чтобы получить ученую степень  кандидата, Бутлеров должен был  представить диссертацию по окончании  университета. К этому времени Зинин уехал из Казани в Петербург и ему не оставалось ничего иного, как заняться естественными науками. Для кандидатской работы Бутлеров подготовил статью «Дневные бабочки Волго-Уральской фауны». Однако обстоятельства сложились так, что Александру все-таки пришлось вернуться к химии.

    После утверждения Советом его  ученой степени Бутлеров остался  работать в университете. Единственный  профессор химии Клаус не мог  вести все занятия сам и  нуждался в помощнике. Им стал  Бутлеров. Осенью 1850 года Бутлеров сдал экзамены на ученую степень магистра химии и немедленно приступил к докторской диссертации «Об эфирных маслах», которую защитил в начале следующего года. Параллельно с подготовкой лекции Бутлеров занялся подробным изучением истории химической науки. Молодой ученый усиленно работал и в своем кабинете, и в лаборатории, и дома.

    По мнению его теток, их старая  квартира бала неудобной, поэтому  они сняли другую, более просторную  у Софьи Тимофеевны Аксаковой,  женщины энергичной и решительной.  Она приняла Бутлерова с материнской заботой, видя в нем подходящую партию для дочери. Несмотря на постоянную занятость в университете, Александр Михайлович оставался веселым и общительным человеком. Он отнюдь не отличался пресловутой «профессорской рассеянностью», а приветливая улыбка и непринужденность в обращении делали его желанным гостем повсюду. Софья Тимофеевна с удовлетворением замечала, что молодой ученый был явно не равнодушен к Наденьке. Девушка и в самом деле была хороша: высокий умный лоб, большие блестящие глаза, строгие правильные черты лица и какое-то особое обаяние. Молодые люди стали добрыми друзьями, а со временем начали все чаще ощущать необходимость быть вместе, делится самыми сокровенными мыслями. Вскоре Надежда Михайловна Глумилина – племянница писателя С.Т. Аксакова стала женой Александра Михайловича.

    Бутлеров был известен не только  как незаурядный химик, но и  как талантливый ботаник. Он  проводил разнообразные опыты  в своих оранжереях в Казани  и в Бутлеровке, писал статьи  по проблемам садоводства, цветоводства и земледелия. С редкостным терпением и любовью наблюдал он за развитием нежных камелий, пышных роз, выводил новые сорта цветов.

    4 июня 1854 года Бутлеров получил  подтверждение о присуждении  ему ученой степени доктора  химии и физики. События разворачивались с невероятной быстротой. Сразу же после получения докторской степени Бутлеров был назначен исполняющим обязанности профессора химии Казанского университета. В начале 1857 года он стал уже профессором, а летом того же года получил разрешение на заграничную командировку.

    Бутлеров прибыл в Берлин  в  конце лета. Затем он продолжил  поездку по Германии, Швейцарии,  Италии и Франции. Конечной  целью его путешествия был  Париж – мировой центр химической  науки того времени. Его влекла, прежде всего, встреча с Адольфом Вюрцем. Бутлеров работал в лаборатории Вюрца два месяца. Именно здесь он начал свои экспериментальные исследования, которые в течение последующих двадцати лет увенчались открытиями десятков новых веществ и реакций. Многочисленные образцовые синтезы Бутлерова этанола и этилена, третичных спиртов, полимеризации этиленовых углеводородов лежат у истоков ряда отраслей промышленности и, таким образом, оказали на нее самое непосредственное стимулирующее влияние.

    Занимаясь изучением углеводородов, Бутлеров понял, что они представляют собой совершенно особый класс химических веществ. Анализируя их строение и свойства, ученый заметил, что здесь существует строгая закономерность. Она и легла в основу созданной им теории химического строения.

    Его доклад в Парижской академии  наук вызвал всеобщий интерес  и оживленные прения. Бутлеров  говорил: «Может быть, настало  время, когда наши исследования  должны стать основой новой  теории химического строения  веществ. Эта теория будет отличаться точностью математических законов и позволит предвидеть свойства органических соединений». Подобных мыслей никто до сих пор не высказывал.

    Через несколько лет, во время  второй заграничной командировки, Бутлеров представил на обсуждение  созданную им теорию. Сообщение он сделал на 36-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере. Съезд состоялся в сентябре 1861года.

    Он выступил с докладом перед  химической секцией. Тема носила  более чем скромное название: «Нечто о химическом строении  тел».

    Бутлеров говорил просто и  ясно. Не вдаваясь в ненужные  подробности, он познакомил аудиторию  с новой теорией химического  строения органических веществ:  его доклад вызвал небывалый  интерес.

    Термин «химическое строение»  встречался и до Бутлерова,  но он переосмыслил его и применил для определения нового понятия о порядке межатомных связей в молекулах. Теория химического строения служит теперь основой всех без исключения современных разделов синтетической химии.

    Итак, теория заявила своё право  на существование. Она требовала дальнейшего развития, и где же, как не в Казани, следовало этим заниматься, ведь там родилась новая теория, там работал ее создатель. Для Бутлерова ректорские обязанности оказались тяжким и непосильным бременем. Он несколько раз просил освободить его от этой должности, но все его просьбы оставались неудовлетворенными. Заботы не покидали его и дома. Только в саду, занимаясь любимыми цветами, он забывал тревоги и неурядицы прошедшего дня. Часто вместе с ним в саду работал его сын Миша; Александр Михайлович расспрашивал мальчика о событиях в школе, и рассказывал любопытные подробности о цветах.

    Наступил 1863 год – самый счастливый  год в жизни великого ученого.  Бутлеров был на правильном  пути. Ему удалось впервые в  истории химии получить самый простой третичный спирт – третичный бутиловый спирт, или триметилкарбинол. Вскоре после этого в литературе появились сообщения об успешно проведенном синтезе первичного и вторичного бутиловых спиртов.

    Ученым был известен изобутиловый  спирт еще с 1852 года, когда он был впервые выделен из природного растительного масла. Теперь уже ни о каком споре и речи быть не могло, так как существовало четыре различных бутиловых спирта, и все они – изомеры.

    В 1862 – 1865 годах Бутлеров высказал  основное положение теории обратимой изомеризации таутомерии, механизм которой, по Бутлерову, заключался в расщеплении молекул одного строения и соединении их остатков с образованием молекул другого строения. Это была гениальная мысль. Великий ученый утверждал необходимость динамического подхода к химическим процессам, то есть рассматривать их как равновесные.

    Успех принес ученому уверенность,  но в то же время поставил  перед ним новую, более трудную  задачу. Необходимо было применить  структурную теорию ко всем реакциям и соединениям органической химии, а главное, написать новый учебник по органической химии, где все явления рассматривались бы с точки зрения новой теории строения.

    Бутлеров работал над учебником  почти два года без перерыва. Книга «Введение к полному изучению органической химии» вышла из печати тремя выпусками 1864 – 1866 годах. Она не шла ни в каком сравнение, ни с одним из известных тогда учебников. Этот вдохновенный труд был откровением Бутлерова – химика, экспериментатора и философа, перестроившего весь накопленный наукой материал по новому принципу, по принципу химического строения.

    Книга вызвала настоящую революцию  в химической науке. Уже в  1867 году началась работа по  ее переводу и изданию на  немецком языке. Вскоре после  этого вышли издания почти на всех основных европейских языках. По словам немецкого исследователя Виктора Мейера, она стала «путеводной звездой» в громадном большинстве исследований в области органической химии.

    С тех пор как Александр  Михайлович закончил работу над учебником, он все чаще проводил время Бутлеровке. Даже во время учебного года  семья по нескольку раз в неделю выезжала в деревню. Бутлеров чувствовал здесь себя свободным от забот и целиком отдавался любимым увлечениям: цветам и коллекциям насекомых.

    Теперь Бутлеров меньше работал в лаборатории, но внимательно следил за новыми открытиями. Весной 1868 года по инициативе знаменитого химика Менделеева, Александра Михайловича пригласили в Петербургский университет, где он начал читать лекции и получил возможность организовать собственную химическую лабораторию. Бутлеров разработал новую методику обучения студентов, предложив ныне повсеместно принятый лабораторный практикум, в котором студенты обучались приемам работы с разнообразной химической аппаратурой.

    Одновременно с научной деятельностью  Бутлеров активно включается  и в общественную жизнь Петербурга. В то время прогрессивную общественность  особенно волновал вопрос об  образовании женщин. Женщины должны  иметь свободный доступ к высшему  образованию! Были организованы Высшие женские курсы при Медико-хирургической академии, начались занятия и на Бестужевских женских курсах, где Бутлеров читал лекции по химии.

    Многосторонняя научная деятельность  Бутлерова нашла признание Академии  наук. В 1871 год его избрали экстраординарным академиком, а три года спустя – ординарным академиком, что давало право получить квартиру в здании Академии. Там жил и Николай Николаевич Зинин. Близкое соседство еще больше укрепило давнюю дружбу.

    Годы шли неумолимо. Работа  со студентами стала для него слишком тяжела, и Бутлеров решил покинуть университет. Прощальную лекцию он прочитал 4 апреля 1880 года перед студентами второго курса. Они встретили сообщение об уходе любимого профессора с глубоким огорчением. Ученый совет принял решение просить Бутлерова остаться и избрал его ещё на пять лет.

    Ученый решил ограничить свою  деятельность в университете  лишь чтением основного курса.  И все-таки несколько раз в  неделю появлялся в лаборатории  и руководил работой.

    Через всю жизнь Бутлеров пронес ещё одну страсть – пчеловодство. В своем имении он организовал образцовую пасеку, а в последние годы жизни настоящую школу для крестьян-пчеловодов. Своей книгой «Пчела, ее жизнь и правила толкового пчеловодства» Бутлеров гордился едва ли не больше, чем научными работами.

    Бутлеров считал, что настоящий  ученый должен быть и популяризатором  своей науки. Параллельно с  научными статьями он выпускал  общедоступные брошюры, в которых  ярко и красочно рассказывал  о своих открытиях. Последнюю  из них он закончил за полгода до смерти.

    Умер ученый от закупорки кровеносных  сосудов 5 августа 1886 года. 

2. Развитие Промышленности, связанной с производством органических веществ.

    

 В  первой половине XIX века. Связь науки и практики

С органическими веществами человек знаком с давних времен. Наши далекие

предки применяли  природные красители для окраски  тканей, использовали в

качестве продуктов  питания растительные масла, животные жиры, тростниковый

сахар, получали брожением спиртовых жидкостей  уксус…

    Но  наука о соединениях углерода  возникла лишь в первой половине  ХIХ

века.

    В  1828 году ученик Я. Берцелиуса  – немецкий ученый Ф.Велер  из

неорганических  веществ синтезирует органическое вещество -–мочевину. В 1845

году немецкий химик А.Кольбе искусственным путем получает уксусную кислоту.

В 1854 году французский  химик М.Бертло синтезирует жиры. Русский ученый

А.М. Бутлеров в 1861 году впервые синтезом получает сахаристое вещество.

    Известно, что развивающаяся промышленность, практика ставят новые

задачи перед  наукой. Как только у общества появляется техническая

потребность, она  продвигает

 науку вперед  больше, чем десяток университетов.

    Для  подтверждения этих слов можно  привести такой пример. Текстильная

промышленность  в 40-х годах девятнадцатого века уже не могла себя

обеспечить натуральными красителями – их не хватало. Перед  наукой встала

задача получения  красителей синтетическим путем. Начались поиски, в

результате которых  были синтезированы различные анилиновые красители и

ализарин, добываемый ранее из корней растения марены. Полученные красители

в свою очередь  способствовали бурному росту текстильной  промышленности.

    В  настоящее время синтезированы  многие органические вещества, не только

имеющиеся в  природе, но и не встречающиеся в  ней, например, многочисленные

пластмассы, различные  виды каучуков, всевозможные красители, взрывчатые

вещества, лекарственные  препараты.

    Синтетически  полученных веществ сейчас известно  больше, чем найденных в

природе, и их число быстро растет. Начинают осуществляться синтезы самых

сложных органических веществ – белков. 
 

    3.Состояние органической химии в середине ХIХ века.

  

 Между тем  существовали доструктурные теории  – теория радикалов и теория

типов.

    Теория  радикалов ( ее создатели Ж.  Дюма, И. Берцелиус) утверждала, что

в состав органических веществ входят радикалы , переходящие  из одной

молекулы в  другую: радикалы постоянны по составу  и могут существовать в

свободном виде. В дальнейшем было установлено, что радикалы могут

подвергаться  изменениям в результате реакции  замещения (замещение атомов

водорода атомами  хлора). Так ,была получена трихлоруксусная  кислота. Теория

радикалов была постепенно отвергнута , однако она  оставила глубокий след в

науке: понятие  о радикале прочно вошло в химию. Верными оказались

утверждения о  возможности существования радикалов  в свободном виде, о

переходе в  огромном числе реакций определенных групп из одного соединения в

другое.

    Наиболее  распространенной в 40-е г.г. ХIХ века была теория типов.

Согласно этой теории все органические вещества считали  производными

простейших неорганических веществ – типа водорода, хлоро-водорода, воды,

аммиака и др. Например, тип водорода

     Согласно этой теории формулы выражают не внутреннее строение молекул, а

только способы  образования и реакции вещества. Создатель этой теории

Ш.Жерар и  его последователи считали, что  строение вещества не может быть

познано, так  как молекулы в процессе реакции  изменяются. Для каждого

вещества можно  написать столько формул, сколько  различных видов превращений

может испытывать вещество.

    Теория  типов в свое время была  прогрессивной, так как она  позволила

провести классификацию  органических веществ, предсказать  и открыть ряд

несложных веществ, если удавалось отнести их по составу и некоторым

свойствам к  определенному типу. Однако далеко не все синтезируемые вещества

укладывались  в тот или иной тип соединений. Теория типов обратила основное

внимание на изучение химических превращений органических соединений, что

важно было для  познания свойств веществ. В дальнейшем теория типов стала

тормозом развития органической химии, так как она  не в состоянии была

объяснить факты, накопившиеся в науке, указать пути синтеза новых веществ,

необходимых для техники, медицины, ряда отраслей промышленности и др. Нужна

была новая  теория, которая смогла бы не только объяснить факты, наблюдения,

но и прогнозировать, указывать пути синтеза новых  веществ.

Фактов, требовавших  объяснений много –

   - вопрос  валентности

   - изомерии

   - написание  формул. 
 
 

   4. Предпосылки теории химического строения. 

   К моменту появления теории химического строения А.М. Бутлерова многое

уже было известно о валентности элементов: Э. Франкланд  установил

валентность для  ряда металлов, для органических соединений А.Кекуле

предложил четырехвалентность атома углерода ( 1858) , было высказано

предположение об углерод-углеродной связи, о возможности  соединения атомов

углерода в  цепи ( 1859, А.С. Купер, А.Кекуле ). Эта идея сыграла большую

роль в развитии органической химии.

    Важным  событием в химии был Международный  конгресс химиков ( 1860,

г.Карлсруэ), где  были четко определены понятия об атоме, молекуле, атомном

весе, молекулярном весе. До этого не было общепризнанных критериев для

определения этих понятий, поэтому была путаница в  написании формул веществ.

А.М. Бутлеров считал самым существенным успехом химии  за период с 1840 по

1880г. установление  понятий об атоме и молекуле, что дало толчок развитию

учения о валентности  и позволило перейти к созданию теории химического

строения.

    Таким  образом, теория химического строения  возникла не на пустом месте.

Объективными  предпосылками ее появления явились: а). Введение в химию

понятий о валентности  и особенно, о четырехвалентности атома углерода, б).

Введение понятия  об углерод-углеродной связи. в). Выработка  правильного

представления об атомах и молекулах. 
 
 

    5. Взгляды А.М. Бутлерова на строение вещества. 

  

В 1861 году был  произнесен доклад А.М. Бутлерова на ХХХУI съезде

немецких врачей и естествоиспытателей в Шпейере. Между тем его первое

выступление по теоретическим вопросам органической химии состоялось в

1858г, в Париже  в Химическом обществе. В своем  выступлении, а также в

статье о А.С. Купере ( 1859г.) А.М. Бутлеров указывает на то, что в

создании теории химического строения должна сыграть  роль валентность (

химическое сродство ). Здесь он впервые употребил  термин «структура»,

высказал мысль  о возможности познания строения вещества, об использовании

для этих целей  экспериментальных исседований.

    Основные  идеи о химическом строении  были изложены А.М. Бутлеровым  в1861

году в докладе  «О химическом строении веществ». В  нем отмечалось отставание

теории от практики, указывалось на то, что теория типов, несмотря на

некоторые ее положительные стороны, имеет крупные недостатки. В докладе

дано четкое определение понятия о химическом строении, рассмотрены пути

установления  химического строения ( способы синтеза  веществ, использование

различных реакций ).

    А.М.  Бутлеров утверждал, что каждому веществу соответствует одна

химическая формула: она характеризует все химические свойства вещества,

реально отражает порядок химической связи атомов в молекулах. В последующие

годы А.М. Бутлеров и его ученики осуществили  ряд экспериментальных работ с

целью проверки правильности предсказаний, сделанных  на основе теории

химического строения. Так, были синтезированы изобутан, изобутилен, изомеры

пентана, ряд  спиртов и др. По значимости для  науки эти работы можно