- Perkenalan. Mata kuliah dan isi mata kuliah: kimia organik fisika. Metode kimia organik fisik. Peran difusi dan frekuensi tumbukan dalam kinetika reaksi kimia. Penilaian kuantitatif peran difusi dalam kinetika reaksi kimia. Reaksi kimia adalah transformasi pasangan difusi partikel yang bereaksi. Konsentrasi kesetimbangan pasangan difusi. Jumlah tumbukan antar partikel yang termasuk dalam pasangan difusi dan konstanta laju reaksi.
- Interaksi antar partikel dalam larutan. Interaksi elektrostatis. Interaksi berpasangan. Interaksi dua ion. Interaksi ion dengan dipol. Interaksi orientasi. Interaksi ion dan dipol permanen dengan dipol terinduksi. Interaksi elektrostatik partikel dengan pelarut. Energi bebas ion dalam media elektrolit. Interaksi dispersi. Pengaruh pelarut pada interaksi dispersi berpasangan. Energi interaksi dispersi partikel terlarut dengan medium. Ikatan hidrogen.
- Solvasi ion dan molekul dalam larutan. Perhitungan teoritis energi solvasi ion. Persamaan lahir. Perkembangan lebih lanjut dari teori Born. Solvasi dalam larutan tidak berair. Ciri-ciri asosiasi dalam larutan tidak berair. Pertimbangan proses asosiasi dan pembentukan pasangan ion dari sudut pandang teori elektrostatis. Solvasi dan koordinasi dengan pelarut.
- Teori keadaan transisi dan penerapannya pada reaksi fase cair. Konsep dasar teori laju reaksi absolut. Permukaan energi dari reaksi kimia. Penurunan persamaan dasar teori kompleks teraktivasi. Penerapan persamaan teori keadaan transisi pada reaksi dalam fase cair.
- Pemecahan kompleks yang diaktifkan. Evaluasi karakteristik termodinamika solvasi kompleks teraktivasi berdasarkan data eksperimen. Proses aktivasi dalam fase cair dan reorganisasi awal cangkang solvasi. Teori kompleks teraktivasi dan memperhitungkan pembentukan pasangan difusi.
- Pertimbangan kuantitatif pengaruh medium terhadap laju reaksi fase cair. Model elektrostatik paling sederhana dari reaksi dua ion. Efek garam primer.
- Model elektrostatik yang memperhitungkan sifat distribusi muatan dalam partikel yang bereaksi. Model Kirkwood. Model Laidler dan Landskroner. metode Hiromi. Penerapan teori elektrostatik ketika mempertimbangkan parameter kinetik dan aktivasi reaksi.
- Hubungan korelasi dan pengaruh lingkungan terhadap kinetika reaksi. Akuntansi kuantitatif pengaruh lingkungan menggunakan persamaan korelasi semi empiris. Persamaan Winstein – Grundald. Polaritas pelarut empiris Z dan E T . Pengaruh pelarut terhadap ketergantungan reaktivitas senyawa pada strukturnya. persamaan Hammett. Prinsip linearitas energi bebas.
Sejak masa Lavoisier, ahli kimia telah mampu memprediksi ke arah mana reaksi ion cepat tertentu dari molekul yang relatif kecil akan berlangsung, dan telah mampu memodifikasi reaksi ini untuk penggunaan praktis. Mempelajari molekul kompleks jauh lebih sulit. Reaksi lambat senyawa organik juga jauh lebih sulit untuk dianalisis. Seringkali reaksi dapat mengambil beberapa jalur, dan ahli kimia diizinkan untuk mengarahkan reaksi sepanjang jalur yang diinginkan melalui keahliannya sebagai pelaku eksperimen dan intuisi, dan bukan melalui pemahaman mendalam tentang proses tersebut.
Dengan munculnya model atom elektronik, ahli kimia organik dapat memberikan pandangan baru pada bidang penelitian mereka. Pada akhir tahun 20-an abad XX. Kimiawan Inggris Christopher Ingold (1893-1970) dan sejumlah ahli kimia lainnya mencoba mendekati reaksi organik dari sudut pandang teori struktur atom, menjelaskan interaksi molekul melalui transisi elektron. Dalam kimia organik, metode kimia fisik mulai banyak digunakan. Disiplin penting telah menjadi kimia organik fisik .
Namun, upaya untuk menafsirkan reaksi organik hanya sebagai akibat dari pergerakan elektron belum membuahkan hasil.
Selama kuartal pertama abad ke-20, sejak ditemukannya elektron, elektron dianggap sebagai bola yang sangat kecil dan keras. Namun, pada tahun 1923, fisikawan Perancis Louis Victor de Broglie (lahir 1892) mengajukan pembenaran teoretis bahwa elektron (dan semua partikel lainnya) memiliki sifat gelombang. Pada akhir tahun 20-an abad XX. hipotesis ini dikonfirmasi secara eksperimental.
Pauling (orang pertama yang menyatakan bahwa molekul protein dan asam nukleat memiliki bentuk spiral, lihat Bab 10) pada awal tahun 30-an mengembangkan metode yang memungkinkan untuk memperhitungkan sifat gelombang elektron ketika mempertimbangkan reaksi organik.
Ia mengemukakan bahwa sosialisasi sepasang elektron (menurut Lewis dan Langmuir) dapat diartikan sebagai interaksi gelombang atau tumpang tindih awan elektron. Ikatan kimia, yang digambarkan sebagai fitur dalam teori struktur Kekule, dalam konsep barunya berhubungan dengan wilayah tumpang tindih maksimum awan elektron. Ternyata tumpang tindih awan elektron terkadang terjadi tidak hanya dalam satu arah, yang diwakili oleh ikatan valensi dalam rumus strukturnya. Dengan kata lain, struktur sebenarnya dari suatu molekul tidak dapat direpresentasikan bahkan secara mendekati dengan rumus struktur tunggal apa pun. Namun, ia dapat dianggap sebagai perantara antara beberapa struktur hipotetis, sebagai “hibrida resonansi” dari struktur-struktur ini. Penting untuk dicatat bahwa energi molekul nyata tersebut lebih rendah daripada yang diharapkan berdasarkan struktur "klasik" resonansi tunggal. Molekul-molekul seperti itu dikatakan “distabilkan oleh resonansi,” meskipun resonansi dalam kasus ini, tentu saja, bukanlah fenomena fisik yang nyata, tetapi sebuah konsep teoritis yang mudah digunakan untuk menjelaskan stabilitas dan sifat-sifat beberapa molekul.
Teori resonansi terbukti sangat berguna dalam memahami struktur benzena, yang telah membingungkan para ahli kimia sejak zaman Kekule (lihat Bab 7). Rumus benzena biasanya digambarkan sebagai segi enam dengan ikatan tunggal dan rangkap yang berselang-seling. Namun, benzena hampir sama sekali tidak memiliki sifat-sifat yang khas dari senyawa dengan ikatan rangkap.
Namun untuk benzena, Anda dapat menulis rumus Kekule kedua yang sepenuhnya setara, yang menukar ikatan sederhana dan rangkap dibandingkan dengan rumus pertama. Molekul benzena yang sebenarnya digambarkan sebagai hibrida resonansi dari dua struktur Kekulé; elektron yang bertanggung jawab atas pembentukan ikatan rangkap terdelokalisasi, “menyebar” di sekitar cincin, sehingga semua ikatan antara atom karbon dalam benzena adalah setara dan merupakan perantara antara ikatan tunggal dan rangkap klasik. Inilah alasan meningkatnya stabilitas dan kekhasan perilaku kimia benzena.
Selain struktur benzena, gagasan tentang sifat gelombang elektron membantu menjelaskan masalah lain. Karena empat elektron yang terletak di kulit terluar atom karbon tidak sepenuhnya setara energinya, kita dapat berasumsi bahwa ikatan yang terbentuk antara atom karbon dan atom tetangganya agak berbeda tergantung pada elektron mana yang terlibat dalam pembentukannya. atau komunikasi lainnya.
Namun, ternyata empat elektron, seperti gelombang, berinteraksi satu sama lain dan membentuk empat ikatan “tengah”, yang sepenuhnya setara dan diarahkan ke simpul tetrahedron, seperti pada atom tetrahedral van't Hoff-Le Bel.
Pada saat yang sama, resonansi membantu menjelaskan struktur sekelompok senyawa tidak biasa yang pertama kali ditemui ahli kimia pada awal abad ke-20. Pada tahun 1900, ahli kimia Amerika Moses Gomberg (1866-1947) mencoba memperoleh heksafeniletana, suatu senyawa dalam molekul yang dua atom karbonnya dihubungkan ke enam cincin benzena (tiga untuk setiap atom karbon).
Alih-alih senyawa ini, Gomberg menerima larutan berwarna dari senyawa yang sangat reaktif. Karena sejumlah alasan, Gomberg yakin bahwa dia telah menerimanya trifenilmetil- "setengah molekul" yang terdiri dari atom karbon dan tiga cincin benzena, yang ikatan keempat atom karbonnya tidak jenuh.
Senyawa ini mirip dengan salah satu radikal yang konsepnya diperkenalkan pada abad ke-19. untuk menjelaskan struktur senyawa organik (lihat Bab 6). Namun, berbeda dengan teori radikal lama, molekul yang ditemukan oleh Gomberg ada dalam bentuk terisolasi, dan bukan sebagai fragmen senyawa lain, sehingga disebut radikal bebas .
Dengan berkembangnya konsep elektronik tentang ikatan kimia, menjadi jelas bahwa pada radikal bebas, misalnya pada trifenilmetil, ikatan tak jenuh (dalam teori Kekule) dalam kerangka konsep baru berhubungan dengan elektron tidak berpasangan. Biasanya, molekul dengan elektron tidak berpasangan sangat reaktif dan cepat berubah menjadi zat lain.
Namun, jika molekulnya datar dan simetris (seperti molekul trifenilmetil), maka elektron yang tidak berpasangan dapat “dioleskan” ke seluruh molekul, yang akan menyebabkan stabilisasi radikal.
Ketika studi tentang reaksi organik didekati dari sudut pandang teori struktur elektronik, menjadi jelas bahwa reaksi sering kali mencakup tahap pembentukan radikal bebas. Radikal bebas seperti itu, pada umumnya, tidak distabilkan oleh resonansi, hanya ada dalam waktu singkat dan selalu terbentuk dengan susah payah. Karena sulitnya membentuk zat antara radikal bebas, sebagian besar reaksi organik berlangsung sangat lambat.
Pada kuartal kedua abad ke-20. Ahli kimia organik mulai menembus lebih dalam esensi reaksi organik, dan setelah mempelajari mekanisme reaksi, memahami esensi proses, mereka mampu mensintesis molekul yang kompleksitasnya membuat takjub para ahli kimia generasi sebelumnya.
Namun, konsep teori resonansi tidak hanya berlaku dalam kimia organik. Berdasarkan gagasan lama, tidak mungkin, khususnya, menjelaskan dengan jelas struktur molekul borohidrida. Atom boron memiliki terlalu sedikit elektron valensi untuk membentuk jumlah ikatan yang dibutuhkan. Jika kita berasumsi bahwa elektron “diolesi” dengan tepat, maka kita dapat mengusulkan struktur molekul yang dapat diterima.
Meskipun gas inert diyakini tidak bereaksi sejak ditemukannya gas inert, pada tahun 1932 Pauling menyarankan agar atom-atom gas tersebut membentuk ikatan.
Awalnya, asumsi Pauling ini luput dari perhatian, tetapi pada tahun 1962, sebagai akibat dari reaksi gas inert xenon dengan fluor, xenon fluorida. Segera setelah itu, sejumlah senyawa xenon dengan fluor dan oksigen, serta senyawa radon dan kripton, diperoleh.
Setengah hidup
Studi tentang struktur atom membawa pada pemahaman baru tentang masalah ini, namun pada saat yang sama, para ilmuwan menghadapi sejumlah pertanyaan baru.
Pada tahun 1900, Crookes (lihat Bab 12) menemukan bahwa senyawa uranium murni yang baru dibuat hanya memiliki radioaktivitas yang sangat kecil dan radioaktivitas senyawa ini meningkat seiring waktu. Pada tahun 1902, Rutherford dan kolaboratornya, ahli kimia Inggris Frederick Soddy (1877-1956), mengusulkan bahwa dengan emisi partikel alfa sifat atom uranium berubah dan atom baru yang dihasilkan mengeluarkan radiasi yang lebih kuat daripada uranium itu sendiri (jadi , observasi diperhitungkan di sini Crookes). Atom kedua ini pada gilirannya juga terpecah, membentuk atom lain. Memang, atom uranium menimbulkan serangkaian unsur radioaktif - seri radioaktif, termasuk radium dan polonium (lihat bagian "Nomor Urut") dan diakhiri dengan timbal, yang bukan radioaktif. Karena alasan inilah radium, polonium, dan unsur radioaktif langka lainnya dapat ditemukan dalam mineral uranium. Deret radioaktif kedua juga diawali dengan uranium, sedangkan deret radioaktif ketiga diawali dengan thorium.
Patut dipertanyakan mengapa unsur radioaktif, yang terus membusuk, masih terus ada? Pada tahun 1904, masalah ini diselesaikan oleh Rutherford. Dengan mempelajari laju peluruhan radioaktif, ia menunjukkan bahwa setelah periode tertentu, yang berbeda untuk unsur-unsur yang berbeda, setengah dari jumlah tertentu unsur radioaktif tertentu akan meluruh. Periode ini, karakteristik masing-masing jenis zat radioaktif, disebut Rutherford setengah hidup(Gbr. 22).
Beras. 22. Waktu paruh radon ditentukan dengan mengukur jumlah zat yang tersisa secara berkala. Ketergantungan yang dihasilkan adalah kurva eksponensial yang “membusuk”. kamu=e-ah .
Waktu paruh radium, misalnya, hanya kurang dari 1600 tahun. Sepanjang zaman geologis, berapa pun jumlah radium di kerak bumi, tentu saja, sudah lama hilang jika tidak terus-menerus diisi ulang melalui peluruhan uranium. Hal yang sama juga berlaku untuk produk peluruhan uranium lainnya, termasuk produk yang waktu paruhnya diukur dalam sepersekian detik.
Waktu paruh uranium sendiri adalah 4.500.000.000 tahun. Ini adalah periode waktu yang sangat lama, dan sepanjang sejarah Bumi, hanya sebagian dari cadangan uranium asli yang dapat membusuk. Thorium meluruh lebih lambat lagi, dengan waktu paruh 14.000.000.000 tahun.
Jangka waktu yang begitu lama hanya dapat ditentukan dengan menghitung jumlah partikel alfa yang dipancarkan oleh sejumlah uranium (atau thorium). Rutherford menghitung partikel alfa dengan mendeteksi kilatan kecil yang terjadi ketika partikel alfa bertabrakan dengan lapisan seng sulfida (yaitu, menggunakan apa yang disebut penghitung kilau).
Setiap partikel alfa baru berarti atom uranium lain telah meluruh, sehingga Rutherford dapat menentukan berapa banyak atom yang meluruh per detik. Dari massa uranium yang digunakannya, Rutherford menentukan jumlah atom uranium. Dengan adanya data tersebut, tidak sulit lagi menghitung waktu yang dibutuhkan untuk meluruhkan setengah jumlah uranium yang tersedia. Ternyata, yang kita bicarakan adalah miliaran tahun.
Pembusukan uranium merupakan proses yang konstan dan khas sehingga dapat digunakan untuk menentukan usia bumi. Pada tahun 1907, ahli kimia Amerika Bertram Borden Boltwood (1870-1927) menyatakan bahwa penentuan tersebut dapat didasarkan pada kandungan timbal dalam mineral uranium. Jika kita berasumsi bahwa semua timbal dalam mineral berasal dari peluruhan uranium, maka mudah untuk menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan. Dengan menggunakan metode ini, dimungkinkan untuk menentukan bahwa usia kerak padat setidaknya empat miliar tahun.
Sementara itu, Soddy terus memaparkan perubahan atom akibat pelepasan partikel subatom. Jika sebuah atom kehilangan muatan partikel alfa (+2), muatan total pada intinya berkurang dua dan unsur tersebut berpindah dua spasi ke kiri pada tabel periodik.
Jika sebuah atom kehilangan partikel beta (elektron dengan muatan -1), inti memperoleh muatan positif tambahan dan unsur tersebut berpindah satu ruang ke kanan dalam tabel periodik. Jika suatu atom memancarkan sinar gamma (tidak bermuatan), kandungan energinya berubah, tetapi komposisi partikelnya tidak terpengaruh, sehingga unsurnya tetap sama.
Dipandu oleh aturan-aturan ini, ahli kimia mampu mempelajari banyak rangkaian radioaktif secara menyeluruh.
Isotop
Dengan ditemukannya unsur radioaktif, para ilmuwan menghadapi masalah serius: apa yang harus dilakukan dengan berbagai produk peluruhan uranium dan thorium? Mereka ditemukan dalam jumlah lusinan, dan dalam tabel periodik hanya tersisa maksimal sembilan tempat (dari polonium dengan nomor seri 84 hingga uranium dengan nomor seri 92) di mana mereka dapat ditempatkan.
Jadi, atom uranium (nomor seri 92) memancarkan partikel alfa. Nomor atom suatu unsur baru menurut aturan Soddy adalah 90. Artinya atom uranium harus membentuk atom thorium. Namun, waktu paruh thorium biasa diukur pada 14 miliar tahun, sedangkan waktu paruh thorium yang berasal dari uranium hanya 24 hari.
Perbedaan diamati bahkan ketika memperoleh unsur non-radioaktif. Misalnya, Richards (seorang ahli massa atom, lihat Bab 5) pada tahun 1913 mampu menunjukkan bahwa massa atom timbal yang diperoleh dari peluruhan uranium agak berbeda dengan massa atom timbal biasa.
Soddy cukup bertekad untuk menyatakan bahwa lebih dari satu jenis atom dapat menempati tempat yang sama pada tabel periodik. Tempat nomor 90 dapat ditempati oleh berbagai jenis thorium, tempat nomor 82 oleh berbagai jenis timbal, dan seterusnya. Soddy menyebut jenis-jenis atom yang menempati tempat yang sama dalam tabel, isotop(dari bahasa Yunani tópos - tempat).
Isotop yang menempati tempat yang sama dalam tabel harus memiliki nomor atom yang sama dan oleh karena itu, jumlah proton dalam inti yang sama dan jumlah elektron dalam kulit yang sama. Isotop suatu unsur harus mempunyai sifat kimia yang sama, karena sifat tersebut bergantung pada jumlah dan letak elektron dalam atom.
Namun bagaimana, dalam kasus ini, kita dapat menjelaskan perbedaan sifat radioaktif dan massa atom?
Pada abad terakhir, Prout mengemukakan hipotesisnya yang terkenal (lihat Bab 5), yang menyatakan bahwa semua atom tersusun dari hidrogen, sehingga semua unsur harus memiliki massa atom bilangan bulat. Namun, ternyata, sebagian besar massa atom bukanlah bilangan bulat, dan fakta ini sepertinya membantah hipotesis tersebut.
Namun menurut gagasan baru tentang struktur atom, atom memiliki inti yang terdiri dari proton (dan neutron). Massa proton dan neutron kira-kira sama, oleh karena itu massa semua atom harus kelipatan massa atom hidrogen (terdiri dari satu proton). Hipotesis Prout dihidupkan kembali, tetapi keraguan kembali muncul tentang berapa massa atom yang seharusnya.
Pada tahun 1912, J. J. Thomson (yang, seperti kami katakan di atas, menemukan elektron) memaparkan berkas ion neon bermuatan positif ke medan magnet. Medan magnet menyebabkan ion-ion membelok, menyebabkan ion-ion tersebut jatuh ke pelat fotografi. Jika semua ion memiliki massa yang sama, maka ion-ion tersebut akan dibelokkan oleh medan magnet dengan sudut yang sama, dan titik yang berubah warna akan muncul pada film fotografi. Namun, dari hasil percobaan ini, Thomson memperoleh dua titik, salah satunya sepuluh kali lebih gelap dari yang lain. Kolaborator Thomson Francis William Aston (1877-1945), yang kemudian menyempurnakan perangkat ini, membenarkan kebenaran data yang diperoleh. Hasil serupa diperoleh untuk elemen lainnya. Alat ini, yang memungkinkan untuk memisahkan ion-ion yang serupa secara kimia menjadi berkas-berkas ion dengan massa berbeda, disebut spektograf massa .
Besarnya pembelokan ion-ion bermuatan sama dalam medan magnet bergantung pada massa ion-ion tersebut; ion yang massanya lebih besar akan dibelokkan lebih kecil, dan sebaliknya. Jadi, percobaan Thomson dan Aston menunjukkan bahwa ada dua jenis atom neon. Untuk satu jenis atom nomor massa sama dengan 20, untuk yang lain - 22. Dari hasil penentuan tingkat kegelapan relatif bintik-bintik tersebut, ditemukan bahwa kandungan neon-20 10 kali lebih besar dari neon-22. Belakangan, keberadaan sejumlah kecil neon-21 juga ditemukan. Jika saat menghitung massa atom neon kita melanjutkan dari data tersebut, ternyata kira-kira sama dengan 20,2.
Dengan kata lain, massa masing-masing atom adalah kelipatan bilangan bulat dari massa atom hidrogen, namun massa atom suatu unsur adalah rata-rata massa atom dari atom-atom penyusunnya, sehingga tidak mungkin merupakan keseluruhan. nomor.
Massa atom rata-rata suatu unsur dengan jumlah isotop yang banyak dalam beberapa kasus mungkin lebih besar daripada massa atom rata-rata suatu unsur dengan nomor atom lebih tinggi. Misalnya telurium, yang nomor atomnya 52, memiliki tujuh isotop. Dari jumlah tersebut, dua isotop terberat, telurium-126 dan telurium-128, adalah yang paling melimpah. Akibatnya, massa atom telurium mendekati 127,6. Nomor atom yodium adalah 53, yaitu satu lebih banyak dari nomor atom telurium. Namun yodium hanya mempunyai satu isotop, yodium-127, sehingga massa atomnya adalah 127. Ketika Mendeleev menempatkan yodium di belakang telurium dalam tabel periodiknya dan dengan demikian melanggar urutan yang ditentukan oleh massa atom, ia, tanpa menyadarinya, mengikuti muatan dari inti, yaitu esensi fisik dari hukum periodik.
Mari kita berikan contoh serupa lainnya. Kalium (nomor seri 19) memiliki tiga isotop - kalium-39, kalium-40 dan kalium-41, tetapi isotop paling ringan yang paling umum adalah kalium-39. Hasilnya, massa atom kalium adalah 39,1. Nomor atom argon adalah 18, dan ia juga memiliki tiga isotop - argon-36, argon-38 dan argon-40, tetapi isotop terberat - argon-40 - adalah yang paling umum. Akibatnya, massa atom argon kira-kira 40.
Dengan menggunakan spektograf massa, Anda dapat mengukur massa masing-masing isotop dan menentukan kandungan isotop tersebut. Setelah memperoleh data tersebut, dimungkinkan untuk menghitung massa atom rata-rata suatu unsur. Keakuratan metode penentuan massa atom ini jauh lebih tinggi dibandingkan metode kimia.
Isotop yang berbeda dari suatu unsur mempunyai muatan inti yang sama tetapi nomor massanya berbeda. Akibatnya, inti dari isotop yang berbeda mengandung jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda. Neon-20, neon-21 dan neon-22 masing-masing memiliki 10 proton dalam intinya, nomor seri semua isotop ini adalah 10, dan elektron didistribusikan di antara kulit sebagai berikut: 2, 8. Namun, neon-20 inti atom mengandung 10 proton ditambah 10 neutron, inti neon-21 mempunyai 10 proton ditambah 11 neutron, dan inti neon-22 mempunyai 10 proton ditambah 12 neutron.
Sebagian besar unsur (tetapi tidak semua) mengandung isotop. Pada tahun 1935, fisikawan Amerika Arthur Geoffrey Dempster (1886-1950) menetapkan, misalnya, bahwa uranium alam, yang massa atomnya (238,07) sangat mendekati bilangan bulat, merupakan campuran dua isotop. Salah satu isotop terkandung dalam jumlah dominan (99,3%). Inti isotop ini terdiri dari 92 proton dan 146 neutron, sehingga jumlah massa totalnya adalah 238. Ini adalah uranium-238. Kandungan isotop lain, uranium-235, hanya 0,7%; ada tiga neutron lebih sedikit dalam inti isotop ini.
Karena sifat radioaktif bergantung pada struktur inti atom, dan bukan pada lingkungan elektronik, isotop dari unsur yang sama dapat memiliki sifat kimia yang serupa dan radioaktivitas yang sangat berbeda. Sementara waktu paruh uranium-238 adalah 4.500.000.000 tahun, sedangkan waktu paruh uranium-235 hanya 700.000.000 tahun. Kedua unsur ini merupakan unsur pertama dari dua rangkaian radioaktif yang terpisah.
Ada premis teoretis yang menyatakan bahwa hidrogen, unsur paling sederhana, juga dapat memiliki sepasang isotop. Inti atom hidrogen biasa terdiri dari satu proton, yaitu hidrogen biasa adalah hidrogen-1. Pada tahun 1931, ahli kimia Amerika Harold Clayton Urey (1893-1980) mengusulkan bahwa isotop hidrogen yang lebih berat, jika ada, akan mendidih pada suhu yang lebih tinggi, menguap lebih lambat, dan terakumulasi dalam residu.
Dalam upaya mendeteksi isotop hidrogen yang lebih berat ini, Yuri mulai menguapkan empat liter hidrogen cair secara perlahan. Dan dalam sentimeter kubik terakhir hidrogen, Urey benar-benar menemukan tanda-tanda keberadaan hidrogen-2, sebuah isotop yang intinya mengandung satu proton dan satu neutron. Hidrogen-2 diberi nama deuterium .
Oksigen tidak terkecuali. Pada tahun 1929, ahli kimia Amerika Williams Francis Gioc (lahir tahun 1895) berhasil menunjukkan bahwa oksigen memiliki tiga isotop. Oksigen-16 adalah yang paling melimpah, terhitung sekitar 99,8% dari seluruh atom. Ada 8 proton dan 8 neutron dalam inti oksigen-16. Inti oksigen-18, isotop paling melimpah kedua, memiliki 8 proton dan 10 neutron; inti oksigen-17, yang hanya ditemukan dalam jumlah kecil, memiliki 8 proton dan 9 neutron.
Hal ini menimbulkan masalah. Sejak zaman Berzelius, massa atom suatu unsur dihitung dengan asumsi massa atom oksigen adalah 16.0000 (lihat Bab 5). Namun massa atom oksigen hanya dapat berupa massa atom rata-rata yang dihitung dari ketiga isotop tersebut, dan rasio isotop oksigen dapat sangat bervariasi dari satu sampel ke sampel lainnya.
Fisikawan mulai menentukan massa atom berdasarkan massa atom oksigen-16, yaitu sebesar 16,0000. Hasilnya, diperoleh sejumlah nilai ( massa atom fisik), yang dengan nilai konstanta yang sangat kecil melebihi nilai yang digunakan dan secara bertahap disempurnakan sepanjang abad ke-19. ( berat atom kimia).
Pada tahun 1961, organisasi internasional yang terdiri dari ahli kimia dan fisikawan sepakat untuk mengadopsi massa atom karbon-12 sebagai standar, menetapkannya tepat 12.0000. Massa atom suatu unsur yang dihitung menggunakan standar baru hampir sama persis dengan berat atom kimia lama, dan, terlebih lagi, standar baru ini hanya dikaitkan dengan satu isotop, dan bukan galaksi isotop.
Bab 14 Reaksi Nuklir
Transformasi baru
Setelah menjadi jelas bahwa atom terdiri dari partikel-partikel kecil yang disusun ulang secara acak selama transformasi radioaktif, langkah selanjutnya tampaknya sudah ditentukan sebelumnya.
Manusia telah belajar mengatur ulang molekul sesuai kebijaksanaannya menggunakan reaksi kimia biasa. Mengapa tidak mencoba menata ulang inti atom menggunakan reaksi nuklir? Proton dan neutron terikat jauh lebih erat daripada atom dalam molekul, dan metode yang biasa digunakan untuk melakukan reaksi kimia biasa secara alami tidak akan berhasil. Tapi Anda bisa mencoba mengembangkan metode baru.
Langkah pertama ke arah ini diambil oleh Rutherford; dia membombardir berbagai gas dengan partikel alfa dan menemukan bahwa setiap kali partikel alfa menghantam inti atom, strukturnya terganggu (Gbr. 23).
Pada tahun 1919, Rutherford telah mampu menunjukkan bahwa partikel alfa dapat melumpuhkan proton dari inti nitrogen dan bergabung dengan sisa inti. Isotop nitrogen yang paling umum adalah nitrogen-14, yang memiliki 7 proton dan 7 neutron pada intinya. Jika Anda mengeluarkan sebuah proton dari inti ini dan menambahkan 2 proton dan 2 neutron dari sebuah partikel alfa, Anda akan mendapatkan inti dengan 8 proton dan 9 neutron, yaitu inti oksigen-17. Partikel alfa dapat dianggap sebagai helium-4 dan proton sebagai hidrogen-1. Jadi, Rutherford adalah orang pertama yang berhasil melakukan reaksi nuklir buatan:
Nitrogen-14 + helium-4 → oksigen-17 + hidrogen-1
Dengan mengubah satu elemen menjadi elemen lainnya, dia mencapai transmutasi. Jadi, di abad ke-20. impian paling berharga dari para alkemis menjadi kenyataan.
Selama lima tahun berikutnya, Rutherford melakukan serangkaian reaksi nuklir lainnya menggunakan partikel alfa. Namun kemampuannya terbatas, karena unsur radioaktif hanya menghasilkan partikel alfa dengan energi rata-rata. Dibutuhkan partikel dengan energi yang jauh lebih tinggi.
Beras. 23. Skema percobaan Rutherford. Partikel alfa yang dipancarkan dibelokkan saat melewati lapisan emas; besarnya deviasi dicatat ketika partikel bertabrakan dengan layar fluoresen.
Fisikawan mulai menciptakan perangkat yang dirancang untuk mempercepat partikel bermuatan dalam medan listrik. Dengan memaksa partikel bergerak dengan percepatan, energinya dapat ditingkatkan. Fisikawan Inggris John Douglas Cockroft (1897-1967), bersama dengan kolaboratornya, fisikawan Irlandia Ernest Thomas Sinton Walton (lahir 1903), adalah orang pertama yang mengembangkan gagasan akselerator yang memungkinkan dihasilkannya partikel dengan energi yang cukup untuk dibawa. keluarnya reaksi nuklir. Pada tahun 1929, akselerator semacam itu dibangun. Tiga tahun kemudian, fisikawan yang sama membombardir atom litium dengan proton yang dipercepat dan memperoleh partikel alfa. Reaksi nuklir ini dapat dituliskan sebagai berikut:
Hidrogen-1 + litium-7 → helium-4 + helium-4
Dalam akselerator Cockcroft-Walton dan sejumlah akselerator serupa lainnya, partikel bergerak sepanjang jalur lurus. Partikel berenergi tinggi dapat diperoleh dalam akselerator seperti itu hanya jika jalur partikelnya cukup panjang, sehingga akselerator jenis ini sangat besar. Pada tahun 1930, fisikawan Amerika Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) mengusulkan akselerator di mana partikel bergerak dalam spiral yang sedikit menyimpang. Yang ini relatif kecil siklotron dapat menghasilkan partikel dengan energi yang sangat tinggi.
Siklotron pertama Lawrence yang sangat kecil adalah cikal bakal instalasi raksasa saat ini, dengan keliling setengah kilometer, yang digunakan untuk mencari jawaban atas pertanyaan paling rumit terkait struktur materi.
Pada tahun 1930, fisikawan Inggris Paul Adrien Morris Dirac (lahir tahun 1902) secara teoritis memperkuat asumsi bahwa proton dan elektron harus memilikinya sendiri-sendiri. antipartikel . Antielektron harus mempunyai massa elektron, tetapi harus bermuatan positif, antiproton harus memiliki massa proton, tetapi bermuatan negatif.
Antielektron ditemukan pada tahun 1932 oleh fisikawan Amerika Carl David Anderson (lahir 1905) selama penelitiannya terhadap sinar kosmik. Ketika sinar kosmik bertabrakan dengan inti atom di atmosfer, mereka menciptakan partikel yang dibelokkan dalam medan magnet dengan sudut yang sama dengan elektron, tetapi dalam arah yang berlawanan. Anderson menyebut partikel semacam ini positron .
Antiproton baru dapat ditemukan selama seperempat abad berikutnya. Karena massa antiproton 1836 kali lebih besar daripada massa antielektron, pembentukan antiproton memerlukan energi 1836 kali lebih banyak, dan oleh karena itu, hingga tahun 50-an abad ke-20. transformasi ini tidak mungkin terjadi. Pada tahun 1955, fisikawan Amerika Emilio Segre (lahir tahun 1905) dan Owen Chamberlain (lahir tahun 1920) berhasil memperoleh dan mendeteksi antiproton menggunakan akselerator yang kuat.
Ditemukan bahwa mungkin terdapat atom-atom aneh di mana inti bermuatan negatif yang mengandung antiproton dikelilingi oleh positron bermuatan positif. Tentu saja, apa adanya antimateri tidak dapat bertahan lama baik di Bumi, atau, mungkin, bahkan di dalam Galaksi kita, karena ketika materi bersentuhan dengan antimateri, mereka memusnahkan (menghancurkan), melepaskan sejumlah besar energi. Namun, para astronom bertanya-tanya apakah galaksi yang terbuat dari antimateri bisa ada? Jika hal ini memungkinkan, maka akan sangat sulit untuk mendeteksi Galaksi tersebut.
Staf laboratorium. Biaya: n.s. Gruner S.V., peneliti senior Prishchenko A.A., profesor madya Livantsova L.I., insinyur Reutova T.O., peneliti Novikova O.P., profesor madya Livantsov M.V., peneliti senior Demyanov P.I. Duduk: n.s. Meleshonkova N.N., insinyur Shuvalova E.A., profesor madya Gopius E.D., prof. Petrosyan V.S., peneliti Kochetova E.K., peneliti Averochkina I.A.
Dari sejarah laboratorium
Pada tahun 1957, akademisi Reutov O.A. dibuat di Universitas Negeri Moskow, Laboratorium Masalah Teoritis Kimia Organik, yang berkat hasil studi kinetik, stereokimia dan isotop tentang mekanisme reaksi substitusi nukleofilik dan elektrofilik pada atom karbon yang dilakukan oleh Reutov O.A. dan doktor sains pertamanya ( Beletskaya I.P., Bundel Yu.G., Sokolov V.I.) telah mendapat pengakuan luas di dunia ilmiah.
Perkembangan metode baru di laboratorium (spektroskopi NMR, elektrokimia) memungkinkan diperolehnya data unik tentang struktur elektronik dan spasial berbagai senyawa organik dan organoelemen serta mempelajari perilakunya dalam larutan dan fase padat. Doktor ilmu pengetahuan generasi baru ( Butin K.P., Kurts A.L., Petrosyan V.S.) wibawa sekolah akademisi O.A.Reutov terus tumbuh. Pada tahun 1988, ia memindahkan kepemimpinan Laboratorium kepada Profesor V.S.Petrosyan. dan sejak itu disebut Laboratorium Fisika Kimia Organik. Penelitian yang dilakukan pada tahun-tahun berikutnya mendapat pengakuan luas dan mendapat banyak penghargaan. Lulusan laboratorium (akademisi Beletskaya I.P., Bubnov Yu.N., Egorov M.P., Profesor Sokolov V.I., Bakhmutov V.I., Tretyakova N.Yu. kepala laboratorium di dalam dan luar negeri. Penelitian yang sedang dilakukan di laboratorium ini sangat diapresiasi oleh komunitas ilmiah Rusia dan internasional.
Arahan ilmiah utama laboratorium
- kimia organik fisik
- kimia senyawa organoelemen
- kimia lingkungan dan toksikologi
 |
Dalam kelompok ilmiah, peneliti senior Prishchenko A.A.(rekan.prof. Livantsov M.V., Asisten profesor Livantsova L.I., ilmuwan penelitian Novikova O.P., ilmuwan penelitian Meleshonkova N.N.) melakukan penelitian terhadap senyawa fosfor organik jenis baru, mempelajari struktur dan reaktivitasnya, serta aktivitas kompleks dan biologisnya. Turunan hidroksi dan aminometil yang difungsikan dari asam yang mengandung mono dan difosfor - biomimetik organofosfor yang menjanjikan dari pirofosfat alami dan asam amino - banyak digunakan sebagai ligan yang efektif dan zat aktif biologis dengan berbagai sifat. Laboratorium kimia organik fisik telah mengembangkan metode yang mudah untuk sintesis jenis baru zat ini menggunakan sinton yang sangat reaktif - trimetilsilil ester asam fosfor trivalen dan senyawa karbonil yang difungsikan, termasuk fragmen aromatik, heterosiklik, dan tak jenuh. Senyawa yang dihasilkan menarik untuk produksi peptida yang mengandung difosfor, serta ligan polidentat yang efektif, menjanjikan antioksidan dan sitoprotektor dengan berbagai mekanisme aksi antioksidan. Pekerjaan ini didukung oleh beberapa hibah dari Yayasan Penelitian Dasar Rusia. |
 |
Arah utama pekerjaan peneliti senior Demyanova P.I. terdiri dari studi teoritis tentang sifat interaksi intramolekul, terutama non-kovalen, antara pasangan atom dalam suatu molekul (kompleks, kristal), menentukan apakah interaksi ini bersifat ikatan (menstabilkan) atau tolak-menolak (destabilisasi). Perlunya pekerjaan seperti itu ditentukan oleh fakta bahwa banyak peneliti asing dan dalam negeri, berdasarkan interpretasi formal dari hasil analisis topologi distribusi kerapatan elektron dalam kerangka teori kuantum atom dalam molekul (QTAVM) yang diciptakan oleh Bader, dengan gigih menyatakan adanya, misalnya, interaksi ikatan antara ion bermuatan serupa atau tidak adanya ikatan hidrogen intramolekul dalam etilen glikol dan 1,2-diol lainnya (termasuk gula) dan banyak molekul organik lainnya. Arah perhitungan teoritis lainnya ditujukan untuk memperoleh informasi tentang energi dan sifat interaksi logam-logam dalam larutan dan kristal senyawa organik Cu(I)-, Ag(I)- dan Au(I)- serta kompleks logam tersebut dengan ligan organik dan anorganik. Informasi ini akan membantu menjelaskan interaksi metalofilik, yang keberadaannya masih dipertanyakan. |
 |
N.s. Gruner S.V., setelah bekerja selama bertahun-tahun di bidang kimia turunan organik silikon, germanium dan timah, dalam beberapa tahun terakhir, dengan mahasiswa pascasarjana, ia telah memperoleh serangkaian besar senyawa timah hiperkoordinasi yang memiliki ciri struktur menarik dan menunjukkan reaktivitas yang tidak biasa. |
 |
Asisten profesor Gopius E.D.– kurator pengajaran kimia organik Fakultas Biologi, wakil kepala laboratorium. Penelitian ilmiah berfokus pada kimia karbokation. |
 |
Insinyur Shuvalova E.A. berkaitan dengan kimia organik dan toksikologi ekosistem perairan. Ia menaruh banyak perhatian pada pengorganisasian karya Universitas Ekologi Terbuka Universitas Negeri Moskow, yang didirikan pada tahun 1987 oleh Prof. Petrosyan V.S. |
Ini adalah pertama kalinya buku semacam ini diterbitkan dalam bahasa Rusia; ini ditujukan untuk ahli kimia organik - peneliti, guru, mahasiswa pascasarjana dan mahasiswa senior universitas kimia.
KATA PENGANTAR
Penulis buku ini, Profesor L. Hammett, lahir pada tahun 1894 di Wilmington (AS). Ia lulus dari Universitas Harvard, di mana ia menerima gelar Bachelor of Science pada tahun 1916 dan kemudian bekerja selama satu tahun di Zurich bersama Staudinger. Pada tahun 1923, ia mempertahankan disertasinya untuk gelar Doktor Filsafat di Universitas Columbia. Hingga tahun 1961 ia mengajar di universitas ini, dari tahun 1951 hingga 1957 mengepalai jurusan kimia. Saat ini, L. Hammett adalah pensiunan profesor emeritus.
L. Hammett adalah salah satu pelopor cabang ilmu baru yang muncul pada tahun 20-an dan 30-an abad kita - kimia organik fisik. Tiga penemuan mendasar dikaitkan dengan namanya: penciptaan fungsi keasaman, pembentukan hubungan antara laju reaksi yang dikatalisis oleh asam dan fungsi keasaman, serta pengenalan persamaan korelasi seperti \gk ke dalam kimia - dan dengan demikian prinsip linearitas energi bebas. Sekarang jelas bahwa satu saja dari penemuan ini sudah cukup untuk meninggalkan jejaknya dalam ilmu pengetahuan. Tentu saja, Profesor Hammett dianugerahi banyak penghargaan dan medali ilmiah: Nichols (1957), Norris (1960, 1966), Priestley (1961), Gibbs (1961), Lewis (1967), Chandler (1968), National Science Medal (1968) . Dia adalah anggota National Academy of Sciences (AS) dan anggota kehormatan Chemical Society (London).
Buku “Fundamentals of Physical Organic Chemistry” oleh L. Hammett, yang menjadi perhatian pembaca, menempati tempat yang menonjol dalam literatur kimia dunia. Edisi pertamanya, yang diterbitkan pada tahun 1940, jauh lebih maju dari masanya dan, menggunakan kata-kata Hammett sendiri tentang buku lain, menjadi “kitab suci pemikiran para ahli kimia organik.” Alasannya terletak, pertama, pada kedalaman banyak ide orisinal yang disajikan di dalamnya, yang menentukan seluruh bidang penelitian ilmiah selama beberapa dekade. Kedua, buku tersebut berisi sejumlah besar prediksi logis, yang kemudian dikonfirmasi dengan cemerlang. Ketiga, selama bertahun-tahun buku ini adalah satu-satunya buku dalam literatur dunia yang menguraikan masalah-masalah cabang ilmu baru - kimia organik fisik. Edisi pertama buku ini tidak diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia, tetapi mungkin diketahui oleh hampir semua ahli kimia Soviet dari berbagai referensi, dan banyak dari aslinya dalam bahasa Inggris. Terjemahan ini dibuat dari edisi kedua yang telah direvisi dan diperluas sepenuhnya, diterbitkan di AS pada tahun 1970.
Berbeda dengan edisi pertama, buku ini bukanlah monografi, karena penulisnya tidak berusaha untuk meliput seluruh literatur dunia secara menyeluruh atau meliput semua isu. Buku ini adalah buku teks yang ditulis dengan indah yang dirancang untuk memberikan pemahaman menyeluruh tentang isu-isu paling penting dalam kimia organik fisik. Prinsip-prinsip penyusunan buku dan isi spesifiknya tidak perlu dituliskan, karena sudah sepenuhnya tercermin dalam kata pengantar penulis dan daftar isi yang rinci. Perlu dicatat bahwa buku ini berbeda secara signifikan dari buku-buku lain yang memiliki tujuan yang sama dalam pendekatan “fisik” yang lebih umum dan ketat terhadap permasalahan dan penafsiran kuantitatifnya.
Pembaca buku ini memiliki kesempatan langka untuk memperoleh informasi secara langsung: L. Hammett adalah seorang kontemporer dan peserta aktif dalam pengembangan kimia organik fisik sebagai ilmu. “Penyimpangan liris” dalam buku ini, yang diresapi dengan humor yang baik, memungkinkan Anda merasakan suasana di mana penemuan ini atau itu terjadi, dan merasakan orisinalitas penulis sebagai ilmuwan dan pribadi. Pada saat yang sama, ahli kimia Soviet tidak bisa tidak bersimpati pada L. Hammett, yang, dalam perselisihan dengan lawannya yang tidak terlihat, mengklaim bahwa tujuan kimia teoretis adalah kemampuan untuk meramalkan dan mengendalikan proses kimia, atau, di tempat lain, mengungkapkan keyakinan bahwa hasil-hasil yang sangat berharga diperoleh bukan oleh para peneliti yang terlibat dalam mengklarifikasi apa yang telah diketahui, tetapi mereka yang berselisih dengan pandangan-pandangan yang sudah mapan, meskipun pandangan-pandangan tersebut tampaknya merupakan hukum yang tidak dapat diubah. Namun, hal ini dicatat dengan bercanda. Hammet, pada saat yang sama, Anda harus memahami dengan jelas apa yang boleh diperdebatkan dan apa yang tidak boleh diperdebatkan, agar tidak membuang-buang waktu dan dana orang lain.
Saat mengerjakan buku ini edisi Rusia, kami berusaha menyampaikan isinya seakurat mungkin, membuat catatan bila perlu, dan menyusun daftar kecil literatur tambahan.
Tidak ada keraguan bahwa buku L. Hammet yang luar biasa pantas menikmati popularitas luas di kalangan ahli kimia Soviet, pegawai universitas, lembaga penelitian, dan perusahaan.
Sebagai penutup, berikut petikan surat L. Hammett kepada redaksi: “Saya senang buku saya diterbitkan dalam bahasa Rusia, salah satu bahasa utama dunia. Saya sangat menyarankan agar ahli kimia muda, termasuk cucu saya sendiri, belajar bahasa Rusia untuk membaca literatur ilmiah Rusia. Meskipun pengetahuan saya tentang bahasa Rusia, sayangnya, tidak melampaui alfabet, dapat diasumsikan bahwa terjemahan buku saya ke dalam bahasa Rusia akan menjadi insentif bagi saya untuk mempelajarinya lebih lanjut.”
L. Efros Y. Kaminsky
DARI KATA PENGANTAR PENULIS SAMPAI EDISI PERTAMA DAN KEDUA
Salah satu kecenderungan umum perkembangan ilmu pengetahuan adalah melemahnya perhatian sementara terhadap fenomena-fenomena yang terletak pada persinggungan berbagai bidang ilmu pengetahuan. Cepat atau lambat kekurangan ini menjadi terlalu jelas, dan kemudian muncul cabang ilmu baru. Hal serupa terjadi pada tahun dua puluhan dan tiga puluhan di persimpangan kimia fisik dan organik: serangkaian fakta, generalisasi, dan teori muncul, yang tepat disebut kimia organik fisik. Nama ini menyiratkan studi tentang fenomena kimia organik dengan menggunakan metode kuantitatif dan matematika.
Salah satu arah utama perkembangan kimia organik fisik adalah studi mekanisme reaksi dengan metode kuantitatif, serta pengaruh struktur dan lingkungan terhadap reaktivitas. Tidak ada arah lain yang memberikan hasil yang memiliki nilai praktis langsung untuk tugas utama kimia - pengendalian proses kimia.
Kadang-kadang sesama fisikawan dengan mengejek menyebut pekerjaan semacam ini sebagai “studi tentang pembuatan sabun”. Tapi sabun memainkan peran penting dalam peradaban umat manusia, dan saya sama sekali tidak yakin kita tahu lebih banyak tentang dasar-dasar pembuatan sabun, yang katanya adalah hidrolisis ester, daripada tentang struktur inti atom. .
Betapapun pesatnya perkembangan kimia organik fisika dalam tiga puluh tahun sejak penerbitan edisi pertama buku ini, situasi saat ini masih sangat jauh dari masa depan suram yang digambarkan oleh Kachalsky: “Suka atau tidak, tujuan akhir dari setiap ilmu pengetahuan adalah menjadi sesuatu yang sepele, menjadi alat yang diatur dengan baik untuk menyelesaikan latihan-latihan dalam buku teks atau untuk penerapan praktis dalam konstruksi mesin.” Tujuan ini masih jauh jika, seperti yang terjadi beberapa tahun yang lalu, kita dapat dikejutkan oleh penemuan bahwa reaksi yang melibatkan basa dapat berlangsung 1013 kali lebih cepat dalam dimetil sulfoksida dibandingkan dalam metanol. Dan waktunya masih jauh ketika memprediksi katalis suatu reaksi tertentu akan menjadi latihan bagi siswa.
Namun banyak hal yang hanya bersifat dugaan tiga puluh tahun yang lalu telah menjadi pasti; perkiraan kasar digantikan oleh perkiraan yang lebih tepat; Kimia organik fisik sendiri telah berkembang secara signifikan, begitu pula dengan jumlah pengetahuan para peneliti yang bekerja di bidang ini. Rupanya, waktunya telah tiba untuk revisi radikal terhadap topik-topik yang dibahas dalam edisi pertama buku ini.
Seperti edisi pertama, edisi kedua buku ini membahas tentang laju, kesetimbangan, dan mekanisme reaksi. Untuk lebih tepatnya, pertimbangannya akan dibatasi pada kisaran reaksi heterolitik dalam larutan. Reaksi radikal, serta teori orbital molekul, tidak dibahas, karena telah menjadi subjek monografi terpisah.
Bahkan dengan keterbatasan ini, ukuran buku ini akan melampaui batas wajar jika saya mencoba, seperti yang saya lakukan pada edisi pertama, menjadikannya ensiklopedik dan mendiskusikan semua reaksi yang tersedia informasi mekanistiknya, daripada memilih contoh untuk mengilustrasikan cara-caranya. untuk menyelidiki mekanismenya.
Namun saya berharap prinsip-prinsip dasar yang dapat digunakan dalam studi reaksi heterolitik dalam larutan disajikan dengan cukup menyeluruh, mendalam dan penuh pertimbangan. Saya juga berharap buku ini dapat bermanfaat baik bagi ahli kimia fisika maupun kimia organik; Oleh karena itu, saya berusaha keras untuk membuat penyajian materi dapat diakses oleh siswa yang memiliki pengetahuan yang kuat (meskipun dasar) tentang kimia fisika dan kimia organik. Saya hanya dapat meminta maaf jika ada bagian-bagian dalam buku ini yang tampak sepele bagi orang-orang yang sudah bekerja di bidang-bidang tersebut.
Teori dan prinsip yang dibahas dalam buku ini hanya sebagian kecil milik saya. Untuk membenarkan kesalahan yang tidak diragukan lagi ada dalam indikasi penulis sebenarnya, saya hanya dapat merujuk pada sulitnya menentukan prioritas dalam gagasan.
Saya sangat berhutang budi kepada E. M. Arnett, M. M. Davis, G. L. Hering, D. E. Kimball, R. W. Taft, dan G. Zollinger, yang masing-masing telah membaca sebagian naskah dan memberikan komentar yang berharga. Saya berterima kasih kepada mahasiswa pascasarjana saya yang telah mengajari saya lebih dari yang saya ajarkan kepada mereka, dan yang paling penting, kepada tiga guru hebat: E. P. Kohler, G. Staudinger, dan J. M. Nelson, karena mereka telah menaburkan benih yang menjadi sumber tumbuhnya buku ini.
L. Hammett
Tugas utama seorang ahli kimia, menurut saya, adalah kemampuan mengantisipasi dan mengendalikan jalannya reaksi. Dalam hal ini, seperti halnya upaya manusia lainnya untuk menguasai hukum alam, ada dua pendekatan yang dapat digunakan. Salah satunya adalah dengan menciptakan teori-teori umum yang darinya dapat disimpulkan konsekuensi-konsekuensi mengenai sifat-sifat khusus materi. Yang kedua, mengandalkan generalisasi empiris, membangun teori-teori khusus dan perkiraan yang dapat menjelaskan fenomena yang diamati atau menyarankan arah yang menarik untuk penelitian eksperimental. Karena sifat ilmu pengetahuan kita, kita sebagai ahli kimia terpaksa mengikuti jalur kedua. Seperti yang pernah saya kemukakan, “ahli kimia telah sampai pada prinsip kerja yang efektif jauh sebelum persamaan Schrödinger menjadi perwujudan kunci teoritis untuk semua permasalahan kimia. Bahkan saat ini, jumlah informasi yang dapat diperoleh ahli kimia langsung dari persamaan ini hanya mewakili sebagian kecil dari apa yang diketahuinya.”
Beberapa ahli kimia tampaknya malu akan hal ini dan iri pada para ilmuwan yang bekerja di bidang yang, menurut kata-kata Dirac, “keindahan persamaan lebih penting daripada kesesuaian mereka dengan eksperimen.” Saya merasa bangga terhadap ilmu pengetahuan, yang telah mencapai banyak hal melalui penggunaan segala cara secara inventif, baik yang kasar dan kikuk, atau yang halus dan elegan. Saya kembali mengutip diri saya sendiri: “Saya harap apa pun yang saya katakan tidak akan membuat Anda berpikir bahwa saya mengabaikan teori ini atau meremehkan pentingnya teori ini. Namun menurut saya, penghormatan terhadap teori tidak boleh mengaburkan, seperti yang terkadang terjadi, fakta bahwa sains juga berhutang budi pada generalisasi empiris. Mari kita ingat, misalnya, betapa besar konsekuensi teoritis yang dihasilkan dari penemuan seorang guru sekolah di Swiss tentang hubungan kuantitatif antara frekuensi garis-garis dalam spektrum hidrogen - suatu hubungan yang tampak aneh dan tidak terduga.
Saya rasa terkadang kita lupa perbedaan besar antara teori eksak dan perkiraan. Izinkan saya memikirkan sikap kita terhadap yang terakhir. Jika, misalnya, rekan saya Breslow, berdasarkan teori orbital molekul, memprediksi stabilitas dan aromatisitas struktur eksotik seperti kation siklopropenil, maka jelas bahwa, meskipun sifatnya mendekati, teori orbital molekul adalah alat yang ampuh. untuk penemuan fenomena yang tidak terduga. Namun jika teori orbital molekul meramalkan ketidakmungkinan suatu fenomena atau hubungan baru, kesimpulannya seharusnya dianggap agak mengecewakan (tetapi tidak sepenuhnya). Jika seseorang mulai mencari efek yang diprediksi oleh teori semacam ini, kemungkinan besar waktu dan uang tidak akan terbuang percuma. Namun jika seseorang mulai mencari efek yang dianggap mustahil oleh teori semacam itu, maka kecil kemungkinannya untuk mendapatkan hasil yang menguntungkan. Untungnya, di antara para ilmuwan, serta di antara para pemain taruhan, ada orang-orang yang lebih memilih untuk bertaruh melawan peluang, sementara sebagian besar selalu bertaruh pada favorit. Saya pikir dalam sains kita harus sangat mendukung orang-orang yang memutuskan untuk mengambil risiko dalam menghadapi peluang yang tidak setara ini.
Ini tidak berarti bahwa kita harus mendukung orang-orang bodoh dan bodoh yang mengabaikan fakta-fakta yang membunuh mereka, orang-orang yang ingin menghabiskan waktu mereka dan, biasanya, uang orang lain untuk mencari efek yang tidak konsisten, misalnya dengan kesimpulan yang dibuat oleh Willard Gibbs. Gibbs berangkat dari generalisasi yang terbukti secara ketat - hukum termodinamika pertama dan kedua,
menggunakan peralatan matematika yang tepat dan menciptakan teori yang merupakan contoh terbaik dari teori eksak yang saya ketahui. Tidak ada gunanya melawan teori seperti itu.
Namun, hukum umum yang ditemukan oleh Gibbs bersifat abstrak, dan transformasinya menjadi hubungan konkret, termasuk besaran biasa seperti konsentrasi zat terlarut, memerlukan persamaan keadaan empiris yang tepat atau teori yang bersifat perkiraan. Oleh karena itu, kehati-hatian harus dilakukan, terutama dalam kasus di mana prestise seorang ilmuwan terkenal tercampur dengan sifat perkiraan teori tersebut. Jadi, di masa tua Nernst, ada suatu periode ketika seorang pemberani yang langka berani mempublikasikan kesimpulan apa pun yang tidak sesuai dengan perkiraan persamaan parsial keadaan, yang memungkinkan Nernst mencapai banyak hal berguna selama masa mudanya. Mereka yang mencoba menghadapi murka Jupiter, yang biasanya menghancurkan pelakunya (sampai tiba waktunya bagi G.N. Lewis).
Pesan moral dari semua ini adalah: hargai teori yang akurat, namun yakinlah bahwa teori yang memberitahu Anda untuk tidak melakukan apa yang ingin Anda lakukan sebenarnya adalah teori yang akurat, dan bukan hanya ciptaan favorit dari otoritas yang sudah mapan. ”
KOHETS FRAGMEHTA