НАУЧНАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ, ПОСВЯЩЕННАЯ 175-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА, НА ТЕМУ “ СРАВНЕНИЕ ВЗГЛЯДОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА И А.М. БУТЛЕРОВА НА ТЕОРИЮ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ”

МОУ «Первая Университетская гимназия

имени академика В. В. Сороки»

НАУЧНАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ,

ПОСВЯЩЕННАЯ 175-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА,

НА ТЕМУ

“ СРАВНЕНИЕ ВЗГЛЯДОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА И А.М. БУТЛЕРОВА НА ТЕОРИЮ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ”

Выполнили:

Ученик 11 “т” класса

и ученица 11“п” класса

Первой Университетской гимназии

имени академика В.В. Сороки

города Великого Новгорода

Новгородской области

Олигеров Николай и

Нестерова Лидия.

Научный руководитель:

Баженкова Нина Семеновна,

учитель химии

Первой Университетской Гимназии

имени академика В.В. Сороки

Новгородская область, Великий Новгород

ул. Большая Московская, д. 22/3

2008 г

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение        3

Глава 1. Александр Михайлович Бутлеров        5

Глава 2. Дмитрий Иванович Менделеев        7

Глава 3. Взгляды Менделеева и Бутлерова на строение органических веществ        9

Заключение        16

Список используемой литературы        17

Приложение 1. Портрет А. М. Бутлерова        18

Приложение 2. Обложка учебника А. М. Бутлерова «Введение к полному изучению органической химии»         19

Приложение 3. Портрет Д. И. Менделеева        20

Приложение 4. Обложка учебника Д. И. Менделеева «Органическая химия»         21

ВВЕДЕНИЕ

Невозможно представить себе жизнь современного общества без органических соединений, которые используются во всех отраслях деятельности человека. В настоящее время известно около 10 млн органических веществ, и это количество постоянно увеличивается. Появляются новые материалы, удовлетворяющие современным требованиям техники и технологий. Свойства материалов зависят от их структуры, исследование которой становится делом первостепенной важности. Для создания новых материалов необходимо, в первую очередь, «сконструировать» структуру данного материала.

Органическая химия, прежде чем стать наукой, прошла несколько стадий в своем развитии: первая, когда об органических веществах накапливались лишь эмпирические сведения; вторая, когда были сделаны первые попытки обобщения этих сведений, проявившиеся в том, что органические вещества стали отличаться от минеральных; третья, когда химики пришли к правильному выводу об особенностях в составе органических соединений  и органическая химия получила свое современное наименование; четвертая - создание первых еще не совершенных теорий, пытавшихся связать состав органических соединений со свойствами и даже составить представление о тех «блоках», из которых состоят органические соединения. И лишь затем, после создания теории химического строения, наступило «стройное соединение» фактического и теоретического знания, которое содержит в себе современная химия как наука.

Цель данного исследования: сравнить теоретические представления о строении органических соединений Д.И.Менделеева и А.М.Бутлерова.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- изучить литературные источники, отражающие развитие взглядов на строение и свойства органических соединений;

- ознакомиться с основными этапами жизни и научной деятельности Д. И. Менделеева и А. М. Бутлерова;

- ознакомиться с оригинальными учебниками по органической химии Д. И. Менделеева и А. М. Бутлерова.

ГЛАВА 1. АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ БУТЛЕРОВ

Александр Михайлович Бутлеров родился 25 августа (ст. ст.) 1828 г. в г. Чистополе, Казанской губернии. В 1844 г. шестнадцатилетний А. М. Бутлеров поступил на естественное отделение физико-математического факультета Казанского университета, где его учителями были знаменитые Клаус и Зинин.

Защитив в 1854 г. диссертацию на степень доктора химии, А.М.Бутлеров принимается за экспериментальные работы и достигает выдающихся результатов в этой деятельности. Одновременно с развертыванием таланта Бутлерова как первоклассного экспериментатора пробуждается его гений теоретика. Он подвергает критике господствующие в то время в области изучения органических соединений теорию типов и теорию замещений и приходит к заключению, что они уже не вмещают всего фактического материала.

19 сентября 1861 г. на съезде немецких врачей и натуралистов в городе Шпейере Бутлеров делает свой знаменитый доклад «О химическом строении тел». Он развивает в совершенно законченной форме новые взгляды на строение органических соединений и впервые предлагает ввести в химическую науку термин «химическая структура», или «химическое строение», подразумевая под этим распределение сил химического сродства, или, иначе, распределение связей отдельных атомов, образующих химическую частицу.

Доклад Бутлерова и его новые взгляды на строение органических соединений были холодно приняты немецкими химиками, за исключением отдельных лиц, из которых прежде всего надо упомянуть Эрленмейера, позднее Вислиценуса.

Не довольствуясь развитием положений теории химического строения, Бутлеров приходит к заключению, что для успеха нового учения необходимо получение новых фактов, вытекающих из него. Поэтому, вскоре после возвращения в Казань, он приступает к обширным экспериментальным исследованиям, главнейшим результатом которых прежде всего явился знаменитый бутлеровский синтез триметилкарбинола — первого представителя третичных спиртов.

Получение Бутлеровым неизвестного класса третичных спиртов, предсказанных теорией химического строения, имело, несомненно, громадное значение для укрепления и признания нового учения. Получение триметилкарбинола для укрепления теории химического строения имело почти такое же значение, как открытие неизвестных, предсказанных Менделеевым элементов для укрепления и признания периодического закона.

В этот же период наибольшего развития своего таланта Бутлеров приступил к изданию своего знаменитого учебника «Введение к полному изучению органической химии». Первый выпуск этого учебника вышел в 1864 г., все издание было закончено в 1866 г.

Кипучая научная и общественная деятельность А. М. Бутлерова оборвалась внезапно. 5 августа (ст. ст.) 1886 г. Бутлеров скончался в возрасте 58 лет в деревне Бутлеровке, Казанской губернии, где и был похоронен.

ГЛАВА 2. ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ МЕНДЕЛЕЕВ

Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января 1834 года в городе Тобольске.

1841-1849 годы – Дмитрий Менделеев проходит курс обучения в той же гимназии, директором которой был его отец. Мария Дмитриевна, видя стремление и способности сына к науке, отвезла его сначала в Москву, а потом – в Петербург. В Петербурге Менделеев начал учиться в педагогическом институте, на отделении естественных наук физико-математического факультета.

1856 год – Менделеев возвращается в Петербург, поступает в Петербургский университет приват-доцентом. Защищает диссертацию на тему «Об удельных объемах» и становится магистром химии и физики. Одновременно читает лекции в университете по органической и теоретической химии. В октябре этого же года защищает вторую диссертацию.

1859 год – Дмитрий Иванович командирован за границу. Устраивается в Гайдельберге, обустраивает там небольшую лабораторию. Активно работает над исследованием капиллярности жидкостей. Пишет научные статьи «О расширении жидкостей», «О температуре абсолютного кипения». В 1860 году он принимал участие в химическом конгрессе в Карлсруэ.

В 1861 году Менделеев возвращается в Петербург, на свое место приват-доцента в университете. Публикует курс «Органическая химия» - первый в России учебник, посвященный этой теме. За этот труд Дмитрий Иванович удостоен Демидовской премии. В этом же году пишет статью «О пределе СnH2n + углеводородов».

В 1863 году Дмитрий Иванович Менделеев становится профессором Петербургского технологического института.

Начало совместной деятельности Бутлерова и Менделеева приходится на 1868 год, когда Менделеев Предложил Бутлерову, работавшему в Казанском университете, баллотироваться по кафедре химии Петербургского университета на должность экстраординарного профессора.

1869 год – Дмитрий Иванович создает знаменитую периодическую систему элементов.

Умер Дмитрий Иванович Менделеев 2 февраля 1907 года.

ГЛАВА 3. ВЗГЛЯДЫ МЕНДЕЛЕЕВА И БУТЛЕРОВА НА СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Накопление большого экспериментального материала в органической химии потребовало создания единой теории, способной не только объяснить, но, главное, научно предвидеть новые факты, аналогично тому, как с помощью Периодического закона Д.И.Менделеева стало возможным предсказывать существование новых элементов с определенными свойствами.

Первая попытка упорядочить разрозненные представления о строении органических веществ – введение понятия «радикал» (конец XVIII века). Радикал – это неизменяющаяся группа из нескольких атомов, которая в ходе химических реакций может переходить от исходного вещества к продукту реакции. Д. И. Менделеев частично разделял эти взгляды: «… радикал тела есть та часть его элементов, которая остается неизменною при простейших реакциях тела, особенно при замещениях». Полное развитие теория радикалов получила в 30-х годах XIX века, после открытия Ю. Либихом и Ф. Вёлером радикала бензоила. Затем на смену теории сложных радикалов пришла теория химических типов, созданная Ш. Ф. Жераром к середине XIX века. Согласно этой теории, все известные в то время органические вещества были отнесены по характеру химических превращений к пяти типам: тип водорода, тип хлороводорода, тип воды, тип аммиака, тип метана. При замене атома водорода в любом из этих типов на радикал можно получить различные органические соединения.

Теория типов позволила создать более четкую систему классификации органических соединений и показала возможность перехода одних соединений в другие.

Ограниченность этой теории заключалась в том, что она рассматривала в основном только реакции замещения и не могла объяснить другие типы органических превращений, например, реакции присоединения. Одним из первых на этот недостаток обратил внимание Д.И.Менделеев. Этот выдающийся ученый сыграл значительную роль в развитии органической химии в нашей стране. Несмотря на то, что органическая химия не являлась основной областью его научных интересов, но все же и в этом направлении своей научной деятельности он оставил заметный след.

Д.И.Менделеев считал, что «введение … типов весьма облегчает изучение реакций, потому что реакции тел, относимых к данному типу, происходят параллельно, или, иначе выражаясь, к одному типу относят тела, имеющие параллельные реакции».

Но, в основном разделяя положения теории типов,  в своих экспериментах он получил факты, не укладывающиеся в данную теорию, и попытался дать им свое объяснение: «… подобное типическое представление о составе тел, как видно и по самому существу его происхождения, имеет свою силу только для изъяснения реакций замещения, при которых не произошло изменения радикалов, оно вовсе не уясняет ни реакций присоединения, ни тех реакция, при которых происходят изменения в самих радикалах, например, когда радикал меняет атомность или когда он изменяется в составе»

Свои взгляды он изложил в известной статье «О пределе органических соединений», напечатанную в 1861 г. в «Журнале Химического общества».

Созданный Д.И.Менделеевым обширный и оригинальный курс «Органической химии», удостоенный Большой Демидовской премии, был едва ли не первым учебником органической химии на русском языке; причем уже через два года этот учебник вышел вторым изданием.

В отличие от Менделеева научное кредо Бутлерова прежде всего заключалось в том, что для обобщения и объяснения фактического материала необходимы теории, однако факты, тем более новые факты не должны принудительным или искусственным образом втискиваться в теоретические представления, сколь бы совершенными эти представления ни казались: «Трудно согласиться с мнением,… что только изыскания над физическими свойствами сложных веществ могут вести к уяснению взаимных отношений, в которых находятся, в этих веществах, их составные части. Но, в то же время, нельзя не признать, что исследования физических свойств имеет, для достижения упомянутой цели, огромное значение».

Согласно взглядам Д.И.Менделеева, все известные углеводороды можно подвести «на основании их состава и реакций, под систему, строго определенную». Основой систематизации «служит способность некоторых из них вступать в весьма сходные реакции и различение … в способности к образованию соединений»

Сам Д. И. Менделеев понимал недостатки «типического способа представления состава тел». Попытка расположить радикалы в ряд, состоящий из многих групп, в соответствии с их реакционной способностью, не увенчалась успехом. «Невозможно установить такой ряд для всех реакций… Один и тот же элемент в разных своих соединениях представляет иногда весьма различные реакции».

Несмотря на то, что теория типов была принята большинством ученых, А. М. Бутлеров считал ее «недостаточною». Он предложил вместо этого основываться на идеях валентности и химического строения, т.е. «химической связи или способа взаимного соединения атомов в сложном теле». Химические свойства сложного вещества, по Бутлерову, определяются «натурой элементарных составных частей, количеством их и  химическим строением», из чего следует вывод, что по химическим свойствам вещества можно определить его химическое строение и наоборот – по строению судить о свойствах соединений. Зная строение, можно судить о взаимном влиянии атомов в молекулах и о перегруппировках, происходящих при химических реакциях.

Если придерживаться теории типов, то для одного и того же вещества приходится создавать несколько рациональных формул, указывающих направление химических превращений молекул. Напротив, бутлеровская теория строения указывает, что для каждого индивидуального соединения существует лишь одна формула строения, отражающая все свойства вещества.

На основе теории химического строения была создана принципиально новая систематика органических соединений («Введение к полному изучению органической химии»): «Химическая классификация будет естественна, если главным основанием сближения одних тел и разделения других служит аналогия или различие химической натуры их; а натура эта определяется натурой составных частей, их количеством и химическим строением частицы».

При написании «Введения к полному курсу органической химии» А. М. Бутлеров указывает на неточность и недостаточную обоснованность суждений Д. И. Менделеева и вместе с тем новизну взглядов на развитие химии в написанным им первом русском учебнике органической химии: «Единственный и отличный, русский оригинальный учебник органической химии Менделеева, - учебник, не распространенный в Западной Европе без сомнения, только потому, что для него не нашлось еще переводчика, - помещает теоретические воззрения не вполне и на втором плане: он знакомит с ними, но едва ли может привести к отчетливому пониманию необходимой связи, существующей между теорией и фактами. Притом, смею думать, теоретические понятия, здесь изложенные, не представляют просто повторения того, что было уже сказано в сочинениях других авторов».

В 70-80-х годах ХIХ в. разгорелся жаркий спор между сторонниками и противниками теории химического строения органических веществ. Против этой теории в России выступили, главным образом, коллеги Бутлерова по С.-Петербургскому университету – Менделеев и Меншуткин. Оба они в области органической химии долгие годы пользовались теорией типов (теорией замещения), противопоставляя ее теории химического строения. По мнению Менделеева, с теорией химического строения было связано слишком много гипотез, тогда как теория типов этого недостатка не имела. Особенно резко Менделеев сформулировал свое отношение к теории химического строения в третьем издании «Основ химии» в 1872 году, заявив, что «понятия структуристов не могут быть сочтены за истинные…».

Таким образом, Д. И. Менделеев не поддержал теорию, созданную Александром Михайловичем Бутлеровым, так как в большей степени свои эксперименты он основывал на теории замещения. Но, взвесив все «за» и «портив», категорически отвергать теорию химического строения все же не стал. Впоследствии Менделеев писал, что Бутлеров «...стремится, путем изучения химических превращений, проникнуть в самую глубь связей, скрепляющих разнородные элементы в одно целое, придает каждому из них прирожденную способность вступать в известное число соединений, а различие свойств приписывает различному способу связи элементов. Никто не проводил этих мыслей столь последовательно, как он, хотя они и проглядывали ранее... Для проведения того же способа воззрения через все классы органических соединений Бутлеров издал в 1864 г. книгу «Введение к полному изучению органической химии», в прошлом году переведенную на немецкий язык. Бутлеров чтениями и увлекательностью идей образовал вокруг себя в Казани школу химиков, работающих в его направлении. Имена Марковникова, Мясникова, Попова, двух Зайцевых, Моргунова и некоторых других успели получить известность по многим открытиям, сделанным преимущественно благодаря самостоятельности бутлеровского направления. Могу лично засвидетельствовать, что такие ученые Франции и Германии, как Вюрц и Кольбе, считают Бутлерова одним из влиятельнейших в наше время двигателей теоретического направления химии».

В апреле 1879 года А. М. Бутлеров выступил на общем собрании Русского физико-химического общества с докладом «Современное значение теории химического строения». Кроме блестящего изложения основ теории химического строения, речь Бутлерова содержала ответ на критику этой теории, а также критические замечания в адрес теории типов. В качестве самого сильного довода в пользу теории химического строения Бутлеров выдвинул тот факт, что она с необыкновенным успехом оправдывает себя на практике. После этой речи Бутлерова, которая произвела глубокое впечатление на русских химиков, нападки на теорию химического строения прекратились.

Бутлеров не считал свое учение абсолютным и неизменным, он говорил о том, что его теория будет совершенствоваться по мере накопления практический знаний. Несмотря на несогласие Менделеева с теорией химического строения, Бутлеров все же сумел сохранить с ним дружеские отношения и в полной мере сумел оценить достижения Дмитрия Ивановича.

В декабре 1879 года Д. И. Менделеев предложил химической секции Съезда русских естествоиспытателей и врачей создать Комиссию для примирения точек зрения сторонников и противников теории строения. При подготовке четвертого издания «Основ химии» (1881 год) Д. И. Менделеев исключил резкие выпады против структуристов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среди российских ученых неоценимым вкладом в развитие отечественной и мировой органической химии бесспорно можно считать вклад А. М. Бутлерова и Д. И. Менделеева - двух выдающихся ученых-химиков. Они успели сделать много открытий в области органической химии, их взгляды не раз расходились. Очень большие противоречия между двумя этими гигантами научной мысли вызывал вопрос строения органических соединений. Спор двух ученых привел к появлению современной теории строения органических соединений, без которой были бы невозможны современные достижения органической химии.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. М. Бутлеров. «Введение к полному изучению органической химии» в 2-х томах. Том 2. издательство академии наук СССР, Москва, 1953 год.
2. Д. И. Менделеев. Собрание сочинений в 25 томах, использованы том 8, том 13. Издательство академии наук СССР, Ленинград-Москва, 1948 год.
3. Д. И. Менделеев. «Основы химии». Тринадцатое государственное научно-техническое издательство химической литературы. Москва-Ленинград, 1947 год.
4. А. Е. Арбузов. Краткий очерк развития органической химии в России. - Издательство Академии Наук СССР. – Москва-Ленинград, 1957год.

Приложение 1

Портрет А. М. Бутлерова

Приложение 2

Обложка учебника А. М. Бутлерова

«Введение к полному изучению органической химии»

Приложение 3

Портрет Д. И. Менделеева

Приложение 4

Обложка учебника Д. И. Менделеева

«Органическая химия»