La historia de un científico
Al principio, el alquitrán de hulla se consideraba un residuo y se desechaba. A principios del siglo XIX, del alquitrán de hulla se separaba y extraía benceno, naftaleno, antraceno, tolueno, xileno, fenol, anilina y otras sustancias. En 1856, el químico británico Perkin sintetizó violeta de anilina a partir de anilina, realizando por primera vez la síntesis artificial de tintes, lo que permitió a la gente ver mejor el valor de aplicación de compuestos aromáticos como el benceno.
En el proceso de extracción de una gran cantidad de compuestos aromáticos del alquitrán de hulla y su uso como materia prima para producir productos como tintes, existe una necesidad urgente de comprender la estructura molecular y las propiedades de estos compuestos aromáticos. para orientar la producción. Sin embargo, en ese momento se desconocían las estructuras de estos compuestos.
Sabemos que el benceno fue descubierto por primera vez por el químico británico Faraday en 1825. Posteriormente Laurent y Jural determinaron que la fórmula molecular del benceno era C6H6.
Los químicos habían discutido antes las estructuras de los compuestos alifáticos, y esas discusiones habían ido bien. Sin embargo, el benceno es diferente. Aunque su fórmula molecular es tan simple, la discusión de su fórmula estructural ha tropezado con considerables problemas. La razón es que si solo se considera la proporción de carbono a hidrógeno en la fórmula molecular, es la misma que en el acetileno. Se infiere que el benceno debería ser un compuesto orgánico insaturado. De hecho, la reactividad del benceno es muy diferente a la de los compuestos insaturados en grupos alifáticos. Por ejemplo, los alquenos y alquinos pueden reaccionar con el bromo para cambiar el color del agua con bromo y oxidar la solución de permanganato de potasio, pero el benceno no. Los átomos de hidrógeno en la molécula de benceno son reemplazados por grupos halógeno, nitro y ácido sulfónico. Lo que es aún más extraño es que en todas las reacciones anteriores, el "sistema" del benceno permanece sin cambios, lo que demuestra que el benceno tiene una estabilidad especial. En otras palabras, el benceno no debe considerarse como un tipo de compuesto alifático ordinario que contiene sustancias dobles. o triples enlaces en sus moléculas. Estos hechos contradictorios han dejado la comprensión de la estructura del benceno en una profunda confusión.
El químico alemán Friedrich August Kekulé estaba decidido a resolver el misterio.
Kekulé es bueno usando su imaginación para estudiar problemas. Creía que había interacciones entre los átomos de las moléculas y que las propiedades de la molécula dependían de cómo estaban dispuestos los átomos. A menudo cerraba los ojos en alta concentración e imaginaba que una molécula se transformaba mágicamente en otra después de agregar o eliminar átomos de la cadena de carbono. Kekulé consideró docenas de disposiciones de los seis átomos de carbono y los seis átomos de hidrógeno en la molécula de benceno, pero no resistieron el escrutinio y no pudieron explicar los hechos experimentales sobre el benceno.
Soy muy considerado todos los días y también muy considerado por la noche. Una noche de 1865, Kekulé se sentó en casa y escribió el libro de texto "Curso de Química". Cuando escribía sobre la estructura molecular del benceno, todavía estaba confundido acerca de su estructura molecular. Le resultó difícil empezar a escribir, por lo que tuvo que detenerse y pensar profundamente. Pensando profundamente, se quedó dormido inconscientemente. En la penumbra, vio una larga cadena de átomos de carbono retorciéndose como una serpiente. De repente, una serpiente se mordió la cola, formando un anillo que seguía girando. Kekulé se despertó de repente. Inspirándose en las imágenes que vio en su sueño, Kekulé rápidamente dibujó la estructura cerrada de una molécula de benceno. Una vez usó el siguiente diagrama para expresar la estructura de las moléculas de benceno:
Finalmente, determinaron que la estructura molecular del benceno es una estructura de anillo hexagonal:
De esta manera, el nuevo Nació la estructura de las moléculas de benceno.
Kekulé creía que la molécula de benceno tiene una estructura cerrada con dobles enlaces alternos, lo que no sólo cumple con el requisito de que el átomo de carbono sea tetravalente, sino que también cumple con los requisitos de la fórmula molecular C6H6. También afirmó que a partir de esta estructura se podían deducir todos los derivados de los compuestos aromáticos. Aunque algunos químicos propusieron otras fórmulas estructurales para el benceno en este momento, la comunidad científica reconoció la fórmula estructural de Kekulé como la más razonable, lo que llevó a su rápida adopción. Como dice el refrán: "De la pluma de un sueño nacen flores". Aunque no lo podamos creer del todo, este sueño se hizo realidad en Kekule.
Kekulé estudió arquitectura cuando era joven. Su pensamiento de imagen está muy desarrollado y es muy bueno capturando imágenes intuitivas. Por lo tanto, sus sueños e inspiraciones no surgen de la nada, sino que son el resultado del anhelo.
Desde un punto de vista fisiológico, cuando las células de memoria en el cerebro almacenan suficiente información y las personas piensan a un alto nivel, no es fácil que estas células cerebrales dejen de funcionar incluso si otras partes del cerebro están en estado de reposo; Las células de la memoria todavía pueden funcionar y, debido a esto, cuando hay pocos factores de interferencia, la energía puede estar muy concentrada y, a menudo, aparecen ideas fantásticas. Éste fue el caso del descubrimiento de Kekulé de la estructura del anillo de benceno.
La teoría de la estructura del anillo de benceno de Kekulé jugó un papel muy importante en el desarrollo de la química orgánica. En 1890, la Sociedad Química de Londres señaló en conmemoración del décimo aniversario de la publicación de la teoría de la estructura del anillo del benceno: "La maravillosa idea del benceno como una estructura de cadena cerrada ha proporcionado una guía para el desarrollo de la teoría química y el estudio de la isomería en este tipo de compuestos y sus derivados ha sido generalmente reconocido su papel protagónico en el desarrollo de la industria colorante utilizando el alquitrán de hulla como materia prima.”
Por supuesto, la teoría de Kekulé sobre la estructura. del benceno también tiene deficiencias, y todavía hay algunas. Los hechos experimentales no pueden explicarse satisfactoriamente: primero, dado que el benceno contiene dobles enlaces, por qué el benceno generalmente no puede reaccionar con reactivos que pueden reaccionar con hidrocarburos insaturados; segundo, según la estructura molecular del benceno de Kekulé; , el benceno ortodisustituido debería tener dos isómeros:
Pero los experimentos han demostrado que solo existe un tipo de benceno ortodisustituido.
La visión moderna es que la molécula de benceno es un anillo de seis miembros compuesto por seis átomos de carbono. Los orbitales híbridos sp2 se combinan a través de enlaces σ. Los orbitales P en cada átomo de carbono no participan en la hibridación. se superponen entre sí desde el lado. Se forma un enlace π grande cerrado, perpendicular al plano del anillo de carbono. De este modo, la nube de electrones está muy deslocalizada y completamente promediada. Por lo tanto, los ángulos de enlace de C-C y H-C en la molécula de benceno son ambos 120, y la longitud del enlace de C-C es 1,39, que también se puede expresar de la siguiente manera.
El primer científico en ganar el Premio Nobel de Química: Van't Hoff
Jacobs Hendrickus van't Hof 1852-1911
p>¿Jacob Henrik? Jacobus Hendricus Van't Hoff, químico holandés, nació en Países Bajos el 30 de agosto de 1852. Por sus contribuciones al estudio de la cinética química y la termodinámica química, ganó el Premio Nobel de Química en 1901, convirtiéndose en el primer científico en ganar el Premio Nobel de Química.
¿Por qué Van't Hoff se convirtió en la primera persona en ganar el Premio Nobel de Química? A partir de su experiencia, es posible que podamos encontrar algunas razones y aprender algo al mismo tiempo.
Encuentra el secreto y pruébalo tú mismo.
Nació en Rotterdam, Países Bajos, el 30 de agosto de 1852. Su padre era un famoso médico local. Cuando estaba en la escuela secundaria, vio todo tipo de experimentos químicos interesantes en el laboratorio, por lo que siempre quiso conocer los misterios. No basta con observar a los demás hacerlo. Sería bueno poder hacerlo usted mismo. "Buscar secretos y hacerlo usted mismo" debería ser un factor de su éxito posterior.
Un día, Van't Hoff pasó por la ventana del laboratorio de química y no pudo evitar mirar dentro. Los equipos de laboratorio cuidadosamente dispuestos y las botellas de reactivos químicos son muy atractivos. Sus pies se detuvieron involuntariamente. "Me gustaría poder entrar y hacer un experimento." De repente, encontró una ventana abierta, probablemente para ventilar durante el experimento. El pequeño Van't Hoff vaciló un momento, luego saltó al alféizar de la ventana y entró al laboratorio. Colocó un estante de hierro, puso cristalería encima y empezó a buscar reactivos. Estaba concentrado en los efectos de las drogas y todo iba bien. La alegría genuina hizo que una sonrisa apareciera en su rostro. "¡Lo logré, lo logré!", Dijo en silencio. Van't Hoff fue atrapado por su maestro mientras se concentraba en su experimento. Según las reglas de la escuela, debería ser castigado. Afortunadamente, el profesor recordaba a Van't Hoff como un alumno estudioso y respetuoso, por lo que no lo informó al director. ¿Qué lleva a un estudiante tan bueno a violar las reglas de la escuela? Claramente un gran interés por la química.
El padre de Fantehoff se enteró de este incidente que a su hijo le gustaba mucho la química, por lo que cedió una habitación de su casa como estudio para permitir que su hijo hiciera experimentos químicos. A partir de entonces, Van't Hoff empezó a "dirigir" su propio pequeño laboratorio. Ahorró el dinero de bolsillo que le dieron sus padres y el "patrocinio" de otros familiares y amigos para comprar diversos instrumentos experimentales y medicamentos, y realizó él mismo experimentos químicos en su tiempo libre.
Únete a la química sin dudarlo.
En 1869, Van't Hoff se graduó en la escuela secundaria de cinco años de Rotterdam. ¿Qué carrera elegiste? En aquella época, la química por sí sola no podía resolver los problemas de la vida. Para aumentar sus conocimientos, mi padre accedió a dejarle probarlo en el laboratorio. Se negó a seguir la química como carrera, pero Van't Hoff sintió que la química le convendría mejor.
Sus padres no querían que fuera químico, pero querían formarle para ser ingeniero. Después de muchas idas y vueltas, Van't Hoff ingresó al Instituto de Tecnología Taft en los Países Bajos para estudiar. Aunque la escuela se especializa en tecnología, Oldman, que enseña química, es un muy buen profesor. Sus razonamientos claros y sus discusiones bien organizadas despiertan el interés por la química. Van't Hoff hizo rápidos progresos bajo la dirección del profesor Oldman. Gracias a los esfuerzos de Van't Hoff, solo tomó dos años completar un curso que a una persona común y corriente le habría tomado tres años. En 1871, Van't Hoff se graduó y finalmente convenció a sus padres para que se dedicaran a la investigación química.
Para sentar una base sólida y encontrar la dirección de investigación adecuada, es necesario consultar al profesor. Van't Hoff llegó solo a Bonn, Alemania, y se convirtió en alumno de Fred, un químico orgánico de fama mundial en ese momento. Kekule es el maestro. Fred. Kekulé fue un químico legendario. En su sueño, vio serpientes bailando salvajemente, unidas de un extremo a otro, deshaciendo así la estructura del anillo de benceno. Durante su estancia en Bonn, van 't Hoff recibió una buena formación en química orgánica. Posteriormente, fue a París, Francia, para consultar al médico químico Wu Zixu. Regresó a los Países Bajos en 1874 y se doctoró en la Universidad de Utrecht. Después de eso, comenzó un trabajo de investigación más profundo.
Buscar la verdad en los hechos y no tener miedo a la autoridad
Van't Hoff propuso por primera vez la teoría de la estructura tetraédrica del carbono. Las teorías anteriores sobre la estructura orgánica creían que los átomos de las moléculas orgánicas estaban todos en el mismo plano, lo que contradecía muchos fenómenos. La teoría de Van't Hoff corrigió los errores del pasado.
Sin embargo, esta nueva teoría encontró la oposición de algunas autoridades cuando el químico orgánico alemán Hamann. Kirby es uno de ellos. El viejo científico es demasiado mayor para aprender algo nuevo. Sin un estudio cuidadoso, Van't Hoff fue regañado sin ningún fundamento. Van't Hoff se burló de las palabras del anciano y no discutió con él. Kirby viajó desde Alemania hasta los Países Bajos para competir con Vanthoff. Después de todo, Van't Hoff es un estudiante de tercer año. Cuando Kobe Bryant irrumpió enojado en la oficina de Van't'Hoff, Van't'Hoff ya lo estaba esperando respetuosamente. Después de que la ira de Kirby disminuyó, Van't Hoff le expresó con calma su punto de vista, con opiniones claras y argumentos suficientes, e invitó a Kirby a utilizar hechos para criticar su teoría. Las opiniones de Van't Hoff cautivaron a Kirby Kirby. Después de todo, se suponía que debía ser razonable y decir la verdad. Para ser justos, la teoría de Van't Hoff es correcta. Cuando llegó por primera vez, su ira desapareció por completo e invitó a van 't Hoff a trabajar en la Academia de Ciencias de Prusia. La actitud pragmática, humilde y cautelosa de Van't Hoff convenció a muchas personas a aceptar su teoría.
El 10 de diciembre de 1901 se entregó por primera vez el Premio Nobel. Van't Hoff fue el primer Premio Nobel de Química.
El 1 de marzo de 1911, Van 't Hoff murió en Strelitz, cerca de Berlín. A la edad de 59 años.