화학 물질의 조성을 연구하는 방법. 분자 구조를 연구하는 방법. 대학에서의 자료 발표

교과 과정

이 대략적인 계산 방법에서 분자의 상태는 소위 파동 함수 w로 설명되며, 이는 여러 항의 특정 규칙에 따라 구성됩니다. 이러한 항의 합은 다음으로 인해 발생하는 모든 가능한 조합을 고려해야 합니다. p-전자로 인한 탄소 원자의 쌍결합. 종종 주어진 원자가 계획은 벤젠과 같은 y-결합을 고려하여 묘사됩니다.

분자 구조를 연구하는 방법 (에세이, 교과 과정, 졸업장, 시험)

1. 실험방법

1.1 X선 전자분광학

1.2 적외선 분광학

1.3 회절 방법

2. 이론적 방법

2.1 반경험적 방법

2.2 원주민 방법

2.3 양자역학적 방법

2.4 Hückel 방법 결론 사용된 소스 목록

현대 유기화학에서는 훌륭한 가치다양한 물리적 연구 방법을 가지고 있습니다. 그들은 두 그룹으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째 그룹에는 화학적 변화를 일으키지 않고 물질의 구조와 물리적 특성에 대한 다양한 정보를 얻을 수 있는 방법이 포함됩니다. 이 그룹의 방법 중 아마도 가장 널리 사용되는 방법은 너무 단단하지 않은 X선부터 그리 길지 않은 파장의 전파에 이르기까지 광범위한 스펙트럼 영역의 분광학입니다. 두 번째 그룹에는 원인이 되는 물리적 영향을 사용하는 방법이 포함됩니다. 화학적 변화분자에서. 안에 최근 몇 년분자의 반응성에 영향을 미치는 이전에 사용된 잘 알려진 물리적 수단에 새로운 수단이 추가되었습니다. 그중에서도 원자로에서 생성되는 하드 X선과 고에너지 입자 흐름의 영향이 특히 중요합니다.

이것의 목적 코스 작업분자의 구조를 연구하는 방법을 배우는 것입니다.

교과목 목표:

방법의 종류를 알아보고 연구해보세요.

1. 실험 방법

1.1 아르 자형X선 전자 분광학

X선 방사선을 이용한 광전 효과를 기반으로 화합물의 전자 구조, 고체 표면의 조성 및 구조를 연구하는 방법입니다. 물질에 방사선이 조사되면 X선 양자 hv가 흡수되고(h-플랑크 상수, 방사선의 v-주파수) 원자의 내부 또는 외부 껍질에서 전자(광전자라고 함)가 방출됩니다. 에너지 보존 법칙에 따라 샘플 내 전자 E St의 결합 에너지는 다음 방정식에 의해 결정됩니다. E St = hv-E kin, 여기서 E kin은 광전자의 운동 에너지입니다. 내부 껍질 전자의 Eb 값은 주어진 원자에 따라 다르므로 이로부터 화학 조성을 명확하게 결정할 수 있습니다. 사이. 또한 이러한 양은 연구 중인 원자와 화합물의 다른 원자 사이의 상호 작용 특성을 반영합니다. 즉, 화학 결합의 특성에 따라 달라집니다. 샘플의 구성은 광전자 플럭스의 강도 I에 의해 결정됩니다. XPS 전자 분광계용 장치의 개략도는 그림 1에 나와 있습니다. 샘플은 Reitgen 튜브 또는 싱크로트론 방사선의 X선 방사선으로 조사됩니다. 광전자는 특정 E kin을 가진 전자가 일반 흐름에서 분리되는 분석 장치로 들어갑니다. 분석기에서 전자의 단색 흐름을 집중시키면 강도 I가 결정되는 검출기로 보내집니다. X선 전자 스펙트럼에서 서로 다른 원자는 고유한 강도 최대값을 갖지만(그림 2) 일부 최대값은 병합되어 하나의 최대값을 제공합니다. 강도가 높아진 밴드. 스펙트럼 선은 다음과 같이 지정됩니다. 요소 기호 옆에 연구 중인 궤도의 이름이 지정됩니다(예를 들어 Cls 표기는 광전자가 탄소의 1s 궤도에서 기록된다는 것을 의미합니다).

그림 1 - 전자 분광계 다이어그램: 1 - 방사선 소스; 2-샘플; 3- 분석기; 4-검출기; 5개 화면으로 보호 자기장그림 2. Cls 에틸 트리플루오로아세테이트 XPS의 X선 전자 스펙트럼을 통해 샘플 내 함량이 ~ 10 -5 g일 때 H를 제외한 모든 원소를 연구할 수 있습니다(XES를 사용하는 원소의 검출 한계는 10 -7 -10 - 9g). 요소의 상대적인 함량은 백분율의 일부일 수 있습니다. 샘플은 고체, 액체 또는 기체일 수 있습니다. 화학 화합물에서 원자 내부 껍질의 전자 값 E St, A는 이 원자의 유효 전하 q A와 화합물의 다른 모든 원자에 의해 생성된 정전기 전위 U에 따라 달라집니다. E St = kq A + U 여기서 k는 비례 계수입니다.

편의상 연구 대상 화합물의 Eb와 특정 표준 간의 차이와 동일한 화학적 이동 Eb의 개념이 RES에 도입되었습니다. 원소의 결정질 변형에 대해 얻은 Est 값은 일반적으로 표준으로 사용됩니다. 예를 들어, 화합물 S를 연구할 때 결정질 황이 표준으로 사용됩니다. 단순한 물질 q A 0 및 U = 0의 경우 E St = kq A + U입니다. 따라서 화학적 이동은 연구중인 원자의 양의 유효 전하를 나타내고 화합물의 A는 음의 이동을 나타냅니다. 음전하 및 원자의 유효 전하에 비례하는 E St 값. 원자 A의 유효 전하 변화는 산화 상태, 이웃 원자의 성질 및 화합물의 기하학적 구조에 따라 달라지므로 Est를 통해 작용기의 성질, 원자의 산화 상태를 결정할 수 있습니다. 리간드를 배위하는 방법 등. 관능성 원자단의 전자 결합 에너지는 이 관능기가 위치한 화합물의 종류에 따라 약합니다.

1.2 그리고적외선 분광법

IR 영역, 즉 10 -6 ~ 10 -3 m의 파장 범위에서 전자기 방사선의 흡수 및 반사 스펙트럼을 연구하는 광학 분광학의 한 분야입니다. 흡수된 방사선의 좌표 강도 - 파장(또는 파수) IR 스펙트럼은 다음과 같은 복잡한 곡선입니다. 많은 수 최고와 최저. 흡수 밴드는 연구 중인 시스템의 접지 전자 상태의 진동 수준 간 전이의 결과로 나타납니다. 개별 분자의 스펙트럼 특성(최대 대역 위치, 반폭, 강도)은 구성 원자의 질량, 기하학적 구조, 원자간 힘의 특징, 전하 분포 등에 따라 달라집니다. 따라서 IR 스펙트럼은 큰 개성으로 구별됩니다. , 화합물의 식별 및 연구 구조에 대한 가치를 결정합니다. 스펙트럼을 기록하기 위해 고전적인 분광 광도계와 푸리에 분광계가 사용됩니다. 고전적인 분광 광도계의 주요 부분은 지속적인 열 복사 소스, 단색 장치 및 비선택적 복사 수신기입니다. 물질(응집 상태와 상관없이)이 들어 있는 큐벳을 입구 슬릿(때때로 출구 뒤) 앞에 놓습니다. 단색 장치의 분산 장치로는 다양한 재료(LiF, NaCl, KCl, CsF 등)로 만들어진 프리즘과 회절 격자가 사용됩니다. 프리즘이나 격자를 회전시켜 출력 슬릿과 수광부로 서로 다른 파장의 방사선을 연속적으로 출력(스캐닝)합니다. 방사선원은 다양한 재료로 만들어진 전기적으로 가열된 막대입니다. 수신기: 민감한 열전대, 금속 및 반도체 열 저항(볼로미터) 및 가스 열 변환기. 용기 벽을 가열하면 가스가 가열되고 압력 변화가 기록됩니다. 출력 신호는 일반적인 스펙트럼 곡선처럼 보입니다. 고전적인 디자인 장치의 장점: 디자인의 단순성, 저렴한 비용. 단점: 낮은 신호:잡음 비율로 인해 약한 신호를 기록할 수 없어 원적외선 영역에서의 작업이 크게 복잡해집니다. 상대적으로 낮은 해상도(최대 0.1 cm -1), 스펙트럼의 장기(몇 분 이내) 기록. 푸리에 분광계에는 입력 또는 출력 슬릿이 없으며 주요 요소는 간섭계입니다. 소스의 방사선 플럭스는 샘플을 통과하여 간섭하는 두 개의 빔으로 나누어집니다. 광선 경로의 차이는 광선 중 하나를 반사하는 움직이는 거울에 의해 달라집니다. 초기 신호는 방사선원의 에너지와 샘플의 흡수에 따라 달라지며 수많은 고조파 성분의 합 형태를 갖습니다. 일반적인 형태의 스펙트럼을 얻으려면 내장 컴퓨터를 사용하여 해당 푸리에 변환이 수행됩니다. 푸리에 분광계의 장점: 높은 신호:잡음 비율, 분산 요소를 변경하지 않고 광범위한 파장에서 작동할 수 있는 능력, 빠른(초 또는 몇 초 단위) 스펙트럼 등록, 높은 분해능(최대 0. 001cm -1). 단점: 제조가 복잡하고 비용이 높다. 모든 분광 광도계에는 신호 축적, 노이즈로부터 신호 분리, 배경 및 비교 스펙트럼(용매 스펙트럼) 빼기, 기록 규모 변경, 실험 스펙트럼 매개변수 계산, 스펙트럼 비교 등 스펙트럼의 일차 처리를 수행하는 컴퓨터가 장착되어 있습니다. IR 분광 광도계용 큐벳은 IR 영역에서 투명한 재료로 만들어집니다. 일반적으로 사용되는 용매는 CCl4, CHCl3, 테트라클로로에틸렌 및 바셀린입니다. 고체 시료는 종종 분쇄되어 KBr 분말과 혼합되어 정제로 압축됩니다. 공격적인 액체 및 가스를 처리하기 위해 큐벳 창에 특수 보호 코팅(Ge, Si)이 사용됩니다. 장치를 비우거나 질소로 퍼지하면 공기의 간섭 영향이 제거됩니다. 약하게 흡수되는 물질(희박 가스 등)의 경우 다중 통과 큐벳이 사용되며, 평행 거울 시스템의 다중 반사로 인해 광학 경로 길이가 수백 미터에 이릅니다. 연구 중인 가스를 아르곤과 혼합한 다음 혼합물을 동결시키는 매트릭스 분리 방법이 널리 보급되었습니다. 결과적으로 흡수대의 반폭이 급격히 감소하고 스펙트럼의 대비가 더욱 뚜렷해집니다. 특수 현미경 기술을 사용하면 매우 작은 크기(mm 단위)의 물체를 작업하는 것이 가능합니다. 고체 표면의 스펙트럼을 기록하기 위해 감쇠된 내부 전반사 방법이 사용됩니다. 흡수를 기본으로 하고 있어요 표면층연구 중인 표면과 광학적으로 접촉하는 내부 전반사 프리즘에서 나오는 전자기 복사 에너지 물질입니다. 적외선 분광법은 혼합물 분석과 순수 물질 식별에 널리 사용됩니다. 정량 분석은 Bouguer-Lambert-Beer 법칙, 즉 샘플 내 물질 농도에 대한 흡수 밴드 강도의 의존성을 기반으로 합니다. 이 경우 물질의 양은 개별 흡수 대역이 아닌 넓은 범위의 파장에 대한 전체적인 스펙트럼 곡선으로 판단됩니다. 구성 요소의 수가 적은 경우(4−5), 후자의 상당한 중복이 있더라도 해당 스펙트럼을 수학적으로 분리하는 것이 가능합니다. 정량 분석의 오류는 일반적으로 몇 퍼센트에 불과합니다. 순수 물질의 식별은 일반적으로 분석된 스펙트럼을 컴퓨터 메모리에 저장된 스펙트럼과 자동으로 비교하는 정보 검색 시스템을 사용하여 수행됩니다. 새로운 물질(분자는 최대 100개의 원자를 포함할 수 있음)을 식별하기 위해 시스템이 사용됩니다. 인공지능. 이러한 시스템에서는 스펙트럼 구조 상관 관계를 기반으로 몰 구조가 생성된 다음 이론적인 스펙트럼이 구성되고 실험 데이터와 비교됩니다. 적외선 분광학 방법을 사용하여 분자 및 기타 물체의 구조를 연구하는 것은 모델의 매개 변수에 대한 정보를 얻는 것을 포함하며 수학적으로 소위 문제를 해결하는 것으로 축소됩니다. 역 스펙트럼 문제. 이러한 문제에 대한 해결책은 특수 도구를 사용하여 계산된 원하는 매개변수의 연속적인 근사를 통해 수행됩니다. 스펙트럼 곡선 이론부터 실험적 곡선까지. 매개변수 몰. 모델에는 시스템을 구성하는 원자의 질량, 결합 길이, 결합 및 비틀림 각도, 잠재적 표면의 특성(힘 상수 등), 결합의 쌍극자 모멘트 및 결합 길이에 따른 파생 상품 등이 포함됩니다. 적외선 분광법을 사용하면 공간 및 형태 이성질체를 식별하고 분자 내 및 분자간 상호 작용, 자연을 연구할 수 있습니다. 화학 결합, 분자 내 전하 분포, 상 변환, 동역학 화학 반응, 수명이 짧은(최대 수명 10 -6초) 입자를 등록하고 개별 형상을 명확하게 합니다. 매개변수, 열역학적 함수 계산을 위한 데이터 획득 등. 이러한 연구에 필요한 단계는 스펙트럼의 해석, 즉 정상적인 진동의 형태 설정, 자유도에 따른 진동 에너지 분포, 위치를 결정하는 중요한 매개변수 식별입니다. 스펙트럼의 밴드와 그 강도. 중합체를 포함하여 최대 100개의 원자를 포함하는 분자의 스펙트럼 계산은 컴퓨터를 사용하여 수행됩니다. 이 경우 부두의 특성을 알아야 한다. 모델(힘 상수, 전기 광학 매개변수 등)은 해당 역스펙트럼 문제 또는 양자 화학 계산을 해결하여 구합니다. 두 경우 모두 일반적으로 처음 4주기의 원자만 포함하는 분자에 대한 데이터를 얻는 것이 가능합니다. 주기율표. 따라서 분자 구조를 연구하는 방법인 적외선 분광법은 유기 및 유기 원소 화학 분야에서 가장 널리 보급되었습니다. 어떤 경우에는 IR 영역의 가스에 대해 진동 밴드의 회전 구조를 관찰하는 것이 가능합니다. 이를 통해 쌍극자 모멘트와 기하학적 구조를 계산할 수 있습니다. 분자의 매개변수, 힘 상수 등을 명확히 합니다.

1.3 회절 방법

물질의 구조를 연구하기 위한 회절 방법은 X선 방사선(싱크로트론 방사선 포함), 전자 또는 중성자 플럭스를 연구하는 물질에 의한 산란 강도의 각도 분포 연구를 기반으로 합니다. 방사선 촬영법, 전자 회절법, 중성자 회절법이 있습니다. 모든 경우에, 주로 단색인 1차 빔이 연구 대상 물체를 향하고 산란 패턴이 분석됩니다. 산란된 방사선은 사진으로 기록되거나 카운터를 사용하여 기록됩니다. 방사선 파장은 일반적으로 0.2nm 이하, 즉 물질의 원자 사이의 거리(0.1~0.4nm)와 비슷하므로 입사파의 산란은 원자에 의한 회절입니다. 회절 패턴을 바탕으로 물질의 원자 구조를 재구성하는 것이 원리적으로 가능합니다. 탄성 산란 패턴과 산란 중심의 공간 및 위치 사이의 연결을 설명하는 이론은 모든 방사선에 대해 동일합니다. 그러나 다양한 유형의 방사선과 물질의 상호 작용은 물리적 특성이 다릅니다. 회절의 성질, 특정 유형 및 특성. 그림이 결정된다 다른 특성원자. 따라서 다양한 회절 방법은 서로를 보완하는 정보를 제공합니다.

회절 이론의 기초 . 평면 단색. 파장과 파동 벡터를 갖는 파동. 여기서는 운동량을 갖는 입자 빔으로 간주될 수 있습니다. 여기서 원자 집합에 의해 산란되는 파동의 진폭은 다음 방정식에 의해 결정됩니다.

원자 내부의 산란 밀도 분포를 설명하는 원자 인자를 계산하는 데에도 동일한 공식이 사용됩니다. 원자 인자 값은 각 유형의 방사선에 따라 다릅니다. X선은 원자의 전자 껍질에 의해 산란됩니다. 해당 원자 인자는 전자 단위의 이름으로 표현되는 경우, 즉 하나의 자유 전자에 의한 X선 산란 진폭의 상대적 단위로 표현되는 경우 원자의 전자 수와 수치적으로 동일합니다. 전자 산란은 원자의 정전기 전위에 의해 결정됩니다. 전자의 원자 인자는 다음 관계식으로 관련됩니다.

연구 분자 분광학 회절 양자 그림 2 - 산란 각도에 대한 X선(1), 전자(2) 및 중성자(3)의 원자 인자 절대값의 의존성 그림 3 - 각도 평균 원자의 상대적 의존성 원자 번호 Z의 X선(실선), 전자(점선) 및 중성자의 인자

정확한 계산은 전자 밀도 분포 또는 구형 대칭에서 원자 전위의 편차와 산란에 대한 원자의 열 진동의 영향을 고려하는 원자 온도 계수라는 이름을 고려합니다. 방사선의 경우 원자의 전자 껍질에 대한 산란 외에도 핵에 대한 공명 산란이 중요한 역할을 할 수 있습니다. 산란 인자 f m은 입사파와 산란파의 파동 벡터와 편파 벡터에 따라 달라집니다. 물체에 의한 산란 강도 I(s)는 진폭의 제곱에 비례합니다. I(s)~|F(s)| 2. 모듈 |F(s)|만 실험적으로 결정될 수 있으며 산란 밀도 함수 ®를 구성하려면 각 s에 대한 위상(s)도 알아야 합니다. 그럼에도 불구하고 회절 방법 이론을 사용하면 측정된 I(s)로부터 함수 ®를 얻는 것, 즉 물질의 구조를 결정하는 것이 가능합니다. 이 경우 결정을 연구할 때 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 구조 분석. 단결정은 엄격하게 정렬된 시스템이므로 회절 중에 산란 벡터가 역 격자 벡터와 동일한 이산 산란 빔만 형성됩니다.

실험적으로 결정된 값으로부터 함수(x, y, z)를 구성하기 위해 시행착오 방법, 원자간 거리 함수의 구성 및 분석, 동형 치환 방법, 위상 결정을 위한 직접 방법이 사용됩니다. 컴퓨터에서 실험 데이터를 처리하면 산란 밀도 분포 맵의 형태로 구조를 재구성할 수 있습니다. X선 구조 분석을 사용하여 결정 구조를 연구합니다. 이 방법으로 10만 개 이상의 결정 구조가 결정되었습니다.

무기 결정의 경우 다양한 정제 방법(흡수 보정, 원자 온도 계수의 이방성 등을 고려)을 사용하여 최대 0.05의 분해능으로 기능을 복원하는 것이 가능합니다.

그림 4 - 핵 밀도 예측 결정 구조이를 통해 원자의 열 진동에 대한 이방성 요법, 화학 결합으로 인한 전자 분포 특성 등을 확인할 수 있습니다. X선 회절 분석을 사용하면 분자가 포함된 단백질 결정의 원자 구조를 해독할 수 있습니다. 수천 개의 원자를 포함하고 있습니다. X선 회절은 또한 결정의 결함(X선 지형)을 연구하고 표면층(X선 분광법)을 연구하며 다결정 물질의 상 조성을 정성적, 정량적으로 결정하는 데에도 사용됩니다. 결정의 구조를 연구하는 방법인 전자회절은 다음과 같다. 특징: 1) 물질과 전자의 상호 작용은 엑스레이보다 훨씬 강하므로 두께가 1-100 nm인 얇은 물질 층에서 회절이 발생합니다. 2) fe는 다음에 달려있다. 원자핵 f p보다 약하여 무거운 원자가 있을 때 가벼운 원자의 위치를 더 쉽게 결정할 수 있습니다. 구조 전자 회절은 미세하게 분산된 물체를 연구하는 것뿐만 아니라 다양한 유형의 질감(점토 광물, 반도체 필름 등)을 연구하는 데 널리 사용됩니다. 저에너지 전자 회절(10 -300 eV, 0.1-0.4 nm)은 결정 표면(원자의 배열, 열 진동의 특성 등)을 연구하는 데 효과적인 방법입니다. 전자 현미경은 회절로부터 물체의 이미지를 재구성합니다. 패턴을 사용하여 0.2 −0.5 nm의 분해능으로 결정 구조를 연구할 수 있습니다. 구조 분석을 위한 중성자 소스는 빠른 중성자를 갖는 원자로와 펄스 원자로입니다. 원자로 채널에서 나오는 중성자 빔의 스펙트럼은 중성자의 맥스웰 속도 분포로 인해 연속적입니다(100°C에서의 최대값은 0.13 nm의 파장에 해당함).

빔 단색화는 단색기 결정 등의 도움을 받아 다양한 방식으로 수행됩니다. 일반적으로 중성자 회절은 X선 구조 데이터를 명확하게 하고 보완하는 데 사용됩니다. f와 원자 번호에 대한 단조로운 의존성이 없으면 빛 원자의 위치를 매우 정확하게 결정할 수 있습니다. 또한 동일한 원소의 동위원소는 f와 값이 매우 다를 수 있습니다(예를 들어 f와 탄화수소는 3.74.10 13cm, 중수소는 6.67.10 13cm). 이를 통해 동위원소 배열을 연구하고 보완적인 정보를 얻을 수 있습니다. 동위원소 치환에 의한 구조적 정보. 자기 상호 작용 연구. 원자의 자기 모멘트를 갖는 중성자는 자기 원자의 스핀에 대한 정보를 제공합니다. 뫼스바우어 방사선은 10 8eV(X선관의 특성 방사선의 선폭은 1eV)라는 매우 작은 선폭으로 구별됩니다. 이로 인해 시간과 공간의 수준이 높아집니다. 특히 자기장과 기울기를 연구할 수 있는 공명 핵 산란의 일관성 전기장커널에. 이 방법의 한계는 뫼스바우어 소스의 전력이 낮고 뫼스바우어 효과가 관찰되는 핵 연구에서 결정에 의무적으로 존재한다는 것입니다. 비결정성 물질의 구조 분석. 가스, 액체 및 비정질 고체의 개별 분자는 공간에서 서로 다른 방향을 가지므로 일반적으로 산란파의 위상을 결정하는 것이 불가능합니다. 이러한 경우 산란 강도는 일반적으로 소위를 사용하여 표현됩니다. 분자 내 서로 다른 원자(j와 k) 쌍을 연결하는 원자간 벡터 r jk: r jk = r j - r k. 산란 패턴은 모든 방향에 대해 평균을 냅니다.

2 이론적 방법

2.1 반경험적 방법

양자화학의 반경험적 방법, mol 계산 방법. 실험 데이터를 사용하여 물질의 특성이나 특성. 기본적으로 반경험적 방법은 다원자 시스템에 대한 슈뢰딩거 방정식을 풀기 위한 비경험적 방법과 유사하지만 반경험적 방법으로 계산을 용이하게 하기 위해 추가 추가 사항이 도입됩니다. 단순화. 일반적으로 이러한 단순화는 원자가 근사와 관련됩니다. 즉, 원자가 전자에 대한 설명뿐만 아니라 비경험적 방법의 정확한 방정식에서 특정 클래스의 분자 적분을 무시하는 것입니다. 반경험적 계산이 수행됩니다.

경험적 매개변수의 선택은 분자 구조 및 현상학적 패턴에 대한 화학적 개념을 고려하여 순순한 계산 경험의 일반화를 기반으로 합니다. 특히 이러한 매개변수는 원자가 전자에 대한 내부 전자의 영향을 근사화하고 핵심 전자에 의해 생성된 유효 전위를 설정하는 데 필요합니다. 실험 데이터를 사용하여 경험적 매개변수를 보정하면 위에서 언급한 단순화로 인한 오류를 제거할 수 있습니다. 그러나 대표자가 지지 분자 역할을 하는 분자 클래스와 매개변수가 결정되는 특성에만 해당됩니다.

가장 일반적인 방법은 mol에 대한 아이디어를 기반으로 한 반경험적 방법입니다. 궤도(분자 궤도 방법, 궤도 참조). LCAO 근사법과 결합하면 원자 궤도의 적분으로 분자의 해밀턴을 표현할 수 있습니다. mol 단위로 반경험적 방법을 구성할 때. 적분에서는 동일한 전자의 좌표(미분 중첩)에 따른 오비탈의 곱이 구별되고 특정 클래스의 적분은 무시됩니다. 예를 들어, a에 대한 미분 중첩 cacb를 포함하는 모든 적분이 0으로 간주되는 경우입니다. b, 소위 밝혀졌습니다. 미분을 완전히 무시하는 방법. 중첩(PPDP, 영어 전사 CNDO - 차등 중첩을 완전히 무시함). 차등 중첩의 부분적 또는 수정된 부분 무시도 사용됩니다(각각 PPDP 또는 MCPDP, 영문 전사 INDO- 차등 중첩 무시 및 MINDO 수정 INDO), 이원자 차등 중첩 무시(NDDO), 수정된 이원자 중첩 무시(MNDO). 일반적으로 각 반경험적 방법에는 여러 가지 옵션이 있으며 일반적으로 방법 이름에 슬래시 뒤에 숫자나 문자가 표시됩니다. 예를 들어 PPDP/2, MCDP/3, MPDP/2 방법은 바닥 전자 상태에서 분자핵의 평형 구성, 전하 분포, 이온화 전위, 화합물 형성 엔탈피를 계산하기 위해 매개변수화되며 PPDP 방법이 사용됩니다. 스핀 밀도를 계산합니다. 전자 여기 에너지를 계산하기 위해 분광학적 매개변수화가 사용됩니다(PPDP/S 방법). 반경험적 방법이라는 이름으로 해당 컴퓨터 프로그램을 사용하는 것도 일반적입니다. 예를 들어 MPDP 방법의 확장 버전 중 하나를 Austin 모델이라고 하며 해당 프로그램(Austin 모델, AM)도 마찬가지입니다. 수백 개가 있습니다 다양한 옵션반경험적 방법, 특히 구성 상호작용 방법과 유사한 반경험적 방법이 개발되었습니다. 다양한 버전의 반경험적 방법의 외부적 유사성을 고려하여 각 버전은 경험적 매개변수가 보정된 속성만 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 최대. 간단한 반경험적 계산, 각 mol. 원자가 전자에 대한 궤도는 핵 필드에 위치한 전자에 대한 모델 전위(유사 전위)와 시스템에 있는 다른 모든 전자의 평균 필드를 포함하는 해밀턴 연산자를 사용하여 1전자 슈뢰딩거 방정식의 해로 정의됩니다. 이 전위는 다음을 사용하여 직접 설정됩니다. 기본 기능또는 이를 기반으로 하는 적분 연산자. LCAO 근사법과 결합하여 이 접근법은 많은 공액 및 방향족 몰을 허용합니다. 시스템에서는 p-전자 분석으로 제한합니다(Hückel의 방법 참조). 배위 화합물의 경우 리간드 장 이론 및 결정 장 이론 등의 계산 방법을 사용합니다. 예를 들어 거대분자를 연구할 때. 단백질이나 결정체 형성은 종종 전자 구조를 분석하지 않고 위치 에너지 표면을 직접 결정하는 반경험적 방법을 사용합니다. 예를 들어, 시스템의 에너지는 대략적으로 원자 쌍별 상호작용 전위의 합으로 간주됩니다. 모스(Morse) 또는 Lennard-Jones 전위(분자간 상호 작용 참조). 이러한 반경험적 방법을 사용하면 평형 기하학, 형태 효과, 이성질체화 에너지 등을 계산할 수 있습니다. 종종 쌍 전위는 분자의 개별 단편에 특정한 다중 입자 수정으로 보완됩니다. 이러한 유형의 반경험적 방법은 일반적으로 다음과 같이 지칭됩니다. 분자역학. 더 넓은 의미에서 반경험적 방법에는 다음과 같은 모든 방법이 포함됩니다. 결정으로 결정역 문제 매개변수 mol. 시스템은 새로운 실험 데이터를 예측하고 상관 관계를 구축하는 데 사용됩니다. 이러한 의미에서 반경험적 방법은 반응성, 원자의 유효 전하 등을 평가하는 방법입니다. 전자 구조의 반경험적 계산과 상관관계를 결합한 것입니다. 비율을 사용하면 생물학적 활동을 평가할 수 있습니다. 다양한 물질, 화학 반응 속도, 기술 프로세스 매개 변수. 예를 들어, 반경험적 방법에는 몇 가지 추가 방식도 포함됩니다. 분자의 개별 조각의 기여도의 합으로 형성 에너지를 추정하기 위해 화학 열역학에서 사용되는 방법입니다. 양자화학의 반실증적 방법과 비실증적 방법의 집중적 발전은 이를 가능하게 한다. 중요한 수단 현대 연구화학적 메커니즘 변형, 기본 화학 작용의 역학. 반응, 생화학 및 기술 프로세스 모델링. 올바르게 사용하면(구성 원리와 매개변수 보정 방법을 고려하여) 반경험적 방법을 사용하면 분자의 구조와 특성 및 그 변환에 대한 신뢰할 수 있는 정보를 얻을 수 있습니다.

2.2비경험적 방법

근본적으로 다른 방향의 전산양자화학이 큰 역할을 했습니다. 현대 개발일반적으로 화학은 HF 방법에 나타나는 1전자(3.18) 및 2전자(3.19)-(3.20) 적분 계산을 완전히 또는 부분적으로 거부하는 것으로 구성됩니다. 정확한 Fock 연산자 대신에 대략적인 연산자가 사용되며 그 요소는 경험적으로 얻어집니다. Fock 연산자의 매개변수는 각 원자(때때로 특정 환경을 고려함) 또는 원자 쌍에 대해 선택됩니다. 매개변수는 고정되거나 원자 사이의 거리에 따라 달라집니다. 이 경우, 다전자 파동 함수는 단일 행렬식이고 기초는 최소이며 원자 궤도는 X라고 가정하는 경우가 많습니다(반드시 그런 것은 아님 - 아래 참조). - OST Xg의 대칭 직교 조합 이러한 조합은 Slater 기능을 사용하여 원래 AO를 근사함으로써 쉽게 얻을 수 있습니다. "Xj(2.41) 변환 사용 반경험적 방법은 ab initio 방법보다 훨씬 빠릅니다. 이는 대규모(종종 생물학적 시스템과 같이 매우 큰) 시스템에 적용 가능하며 일부 화합물 클래스의 경우 더 정확한 결과를 제공합니다. 그러나 이는 좁은 분류의 화합물 내에서만 유효한 특별히 선택된 매개변수를 통해 달성된다는 점을 이해해야 합니다. 동일한 방법을 다른 화합물로 전환하면 완전히 잘못된 결과가 나올 수 있습니다. 또한 특정 분자 특성만을 재현하기 위해 매개변수를 선택하는 경우가 많기 때문에 계산 방식에 사용되는 개별 매개변수에 물리적인 의미를 부여할 필요가 없습니다. 반경험적 방법에 사용되는 주요 근사치를 나열해 보겠습니다.

1. 원자가 전자만 고려됩니다. 원자핵에 속하는 전자는 핵만을 가리는 것으로 믿어집니다. 따라서 원자가 전자의 핵이 아닌 원자핵과의 상호 작용을 고려하고, 핵간 반발 에너지 대신 핵 반발 에너지를 도입함으로써 이러한 전자의 영향을 고려합니다. 코어의 분극화는 무시됩니다.

2. MO에서는 고립된 원자의 가장 높은 전자 점유 궤도(최소 기준)에 해당하는 주양자수를 갖는 AO만 고려됩니다. 기본 함수는 Löwdin에 따라 직교된 직교 원자 궤도(OCT) 세트를 형성한다고 가정합니다.

3. 2전자 쿨롱 및 교환 적분의 경우 NDO(제로 미분 중첩) 근사가 도입되었습니다.

구조 영역 내의 분자 구조는 핵의 서로 다른 공간 구성과 동일한 원자가 화학 결합 시스템을 유지하는 분자의 변형 세트에 해당할 수 있습니다. 이 경우 PES의 깊은 최소값은 추가로 작은 전위 장벽으로 구분된 여러 개의 얕은(에너지가 동일하거나 동일하지 않은) 최소값을 갖습니다. 화학 결합을 끊거나 형성하지 않고 원자와 작용기의 좌표를 지속적으로 변경하여 주어진 구조 영역 내에서 서로 변형되는 분자의 다양한 공간적 형태가 분자의 많은 형태를 구성합니다. 에너지가 PES의 주어진 구조 영역에 인접한 가장 낮은 장벽보다 작은 형태의 집합을 형태 이성질체 또는 형태라고 합니다. PES의 로컬 최소값에 해당하는 순응자는 안정 또는 안정이라고 합니다. 따라서 분자 구조는 특정 구조 영역에서 분자의 형태 집합으로 정의될 수 있습니다. 분자에서 흔히 발견되는 형태 전이의 유형은 결합에 대한 개별 원자 그룹의 회전입니다. 내부 회전이 발생한다고 합니다. 다양한 형태를 회전 이성질체 또는 로타머라고 합니다. 회전하는 동안 전자 에너지도 변하며 이러한 이동 중 그 값은 최대값을 통과할 수 있습니다. 이 경우 우리는 내부 회전 장벽에 대해 이야기합니다. 후자는 주로 다른 시스템과 상호 작용할 때 구조를 쉽게 적응시키는 이러한 분자의 능력에 기인합니다. PES의 각 에너지 최소값은 동일한 에너지(오른쪽 ® 및 왼쪽(S))를 갖는 한 쌍의 거울상 이성질체에 해당합니다. 이들 쌍은 에너지 차이가 3.8kcal/mol에 불과하지만 25.9kcal/mol 높이의 장벽으로 분리되어 있으므로 외부 영향이 없어도 매우 안정적입니다. 일부 분자에 대한 내부 회전 장벽 에너지의 양자 화학적 계산 결과 및 해당 실험 값. 회전 장벽의 이론적 및 실험적 값 CC 연결, C-P, C-S는 0.1 kcal/mol만 다릅니다. C-0, C-N, C-Si 결합의 경우 분극 함수(아래 참조)가 포함된 기본 세트를 사용함에도 불구하고 그 차이가 눈에 띄게 더 높습니다. 그러나 내부 회전 장벽의 에너지는 HF 방법을 사용하여 만족스러운 정확도로 계산된다고 말할 수 있습니다.

분광학 응용 외에도 단순 분자에 대한 내부 회전 장벽 에너지 계산은 특정 계산 방법의 품질에 대한 기준으로 중요합니다. 내부 회전은 복잡한 분자 시스템(예: 폴리펩티드 및 단백질)에서 큰 주목을 받을 가치가 있으며, 이 효과는 이러한 화합물의 생물학적으로 중요한 많은 기능을 결정합니다. 그러한 물체의 위치 에너지 표면 계산은 다음과 같습니다. 어려운 일이론적으로도 그렇고 실용적인 측면에서 . 형태 변화의 일반적인 유형은 AX3 유형의 피라미드형 분자(A = N, Si, P, As, Sb; X = H, Li, F 등)에서 발생하는 것과 같은 반전입니다. 이들 분자에서 원자 A는 3개의 X 원자로 형성된 평면 위와 아래 모두 위치를 차지할 수 있습니다. 예를 들어, 암모니아 분자 NH3에서 HF 방법은 23.4 kcal/mol의 에너지 장벽 값을 제공합니다. 이는 반전 장벽의 실험값인 24.3kcal/mol과 잘 일치합니다. PES 최소값 사이의 장벽이 분자의 열 에너지와 비슷하다면 이는 분자의 구조적 비강성 효과를 초래합니다. 그러한 분자의 형태적 전이는 지속적으로 발생합니다. HF 방정식을 풀기 위해 자기 일관성 필드 방법이 사용됩니다. 용액 과정에서는 전자가 차지하는 궤도만 최적화됩니다. 따라서 이러한 궤도의 에너지만 물리적으로 정당하게 발견됩니다. 그러나 방법. HF는 또한 자유 궤도의 특성을 제공합니다. 이러한 분자 스핀 궤도를 가상이라고 합니다. 불행하게도 그들은 약 100%의 오차로 분자의 여기 에너지 수준을 설명하므로 분광학 데이터를 해석할 때 주의해서 사용해야 합니다. 이에 대한 다른 방법이 있습니다. 원자의 경우와 마찬가지로 분자에 대한 HF 방법은 단일 결정 파동 함수가 시스템 S2의 전체 스핀에 대한 제곱 연산자의 고유 함수인지 여부에 따라 다양한 버전이 있습니다. 스핀이 반대인 전자쌍(폐쇄껍질 분자)이 차지하는 공간 궤도함수로 파동함수를 구성하면 이 조건이 만족되며, 이 방법을 제한된 Hartree-Fock(HRF) 방법이라고 합니다. 연산자의 고유 함수가 되어야 한다는 요구 사항이 파동 함수에 부과되지 않으면 각 분자 스핀 궤도는 특정 스핀 상태(a 또는 13)에 해당합니다. 즉, 반대 스핀을 갖는 전자가 서로 다른 스핀 궤도를 차지합니다. 이 방법은 일반적으로 열린 껍질을 가진 분자에 사용되며 무제한 HF 방법(UHF) 또는 서로 다른 스핀에 대해 서로 다른 궤도를 적용하는 방법이라고 합니다. 때때로 낮은 에너지 상태는 전자가 이중으로 점유된 궤도로 설명되고, 원자가 상태는 단일 점유된 분자 스핀 궤도로 설명됩니다. 이 방법을 개방형 쉘에 대한 제한된 Hartree-Fock 방법(OHF-00)이라고 합니다. 원자에서와 마찬가지로 열린 껍질을 가진 분자의 파동 함수는 순수한 스핀 상태에 해당하지 않으며 파동 함수의 스핀 대칭이 감소하는 솔루션이 발생할 수 있습니다. 이를 NHF-불안정 솔루션이라고 합니다.

2.3 양자역학적 방법

이론 화학, 개발의 발전 양자역학분자의 대략적인 정량적 계산 가능성을 만들었습니다. 중요한 계산 방법에는 원자가 결합법이라고도 불리는 전자쌍법과 분자 궤도법의 두 가지가 있습니다. 수소 분자를 위해 하이틀러(Heitler)와 런던(London)이 개발한 첫 번째 방법은 금세기 30년대에 널리 퍼졌습니다. 최근에는 분자 궤도 방법이 점점 더 중요해지고 있습니다(Gund, E. Hückel, Mulliken, Hertzberg, Lenard-Jones).

이 대략적인 계산 방법에서 분자의 상태는 소위 파동 함수 w로 설명되며, 이는 여러 용어의 특정 규칙에 따라 구성됩니다.

이들 항의 합은 p-전자로 인한 탄소 원자의 쌍결합으로 인해 발생하는 모든 가능한 조합을 고려해야 합니다.

파동 함수 w의 계산을 용이하게 하기 위해 개별 항(C1w1, C2w2 등)은 일반적으로 수학적 계산의 보조 수단으로 사용되는 해당 원자가 방식의 형태로 그래픽으로 표시됩니다. 예를 들어, 표시된 방법을 사용하여 벤젠 분자를 계산하고 p-전자만 고려하면 이러한 항이 5개 얻어집니다. 이 용어는 다음 원자가 체계에 해당합니다.

주어진 원자가 체계는 예를 들어 벤젠의 경우 y-결합을 고려하여 종종 묘사됩니다. 이러한 원자가 체계를 "교란되지 않은 구조" 또는 "제한 구조"라고 합니다.

다양한 제한 구조의 함수 w1, w2, w3 등이 파동 함수 w에 포함되며, 계수가 클수록(가중치가 클수록) 해당 구조에 대해 계산되는 에너지는 낮아집니다. 파동 함수 w에 해당하는 전자 상태는 함수 w1, w2, w3 등으로 표시되는 전자 상태에 비해 가장 안정적입니다. (실제 분자의) 함수 w로 표현되는 상태의 에너지는 자연적으로 제한 구조의 에너지에 비해 가장 작습니다.

전자쌍 방법을 사용하여 벤젠 분자를 계산할 때 5개의 제한 구조(I--V)가 고려됩니다. 그 중 두 개는 고전적인 케쿨레 구조식과 3-듀어식과 동일합니다. 제한 구조 III, IV 및 V에 해당하는 전자 상태의 에너지는 구조 I 및 II보다 높기 때문에 벤젠 분자의 혼합 파동 함수에 대한 구조 III, IV 및 V의 기여는 다음의 기여보다 적습니다. 구조 I과 II. 따라서 첫 번째 근사값으로 벤젠 분자의 전자 밀도 분포를 묘사하는 데는 두 개의 등가 Kekulé 구조로 충분합니다.

약 30년 전, L. 폴링(L. Pauling)은 전자쌍 방법과 일부 유사한 질적 경험적 아이디어를 개발했습니다. 그는 이러한 아이디어를 공명 이론이라고 불렀습니다. 이 이론의 주요 가정에 따르면, 여러 고전적인 구조식을 작성할 수 있는 모든 분자는 이러한 개별 공식(제한 구조) 중 어느 것으로도 올바르게 표현될 수 없고 단지 일련의 구조로만 정확하게 표현될 수 있습니다. 실제 분자의 전자 밀도 분포에 대한 질적 그림은 제한 구조(각각은 특정 중량으로 표시됨)의 중첩으로 설명됩니다.

극한 구조는 실제 구조와 일치하지 않습니다. 전자 상태그러나 흥분되지 않은 분자에서는 들뜬 상태나 반응 시 발생할 수 있습니다.

공명 이론의 위의 질적 측면은 Ingold가 다소 일찍 개발하고 Arndt가 독립적으로 개발한 mesomerism의 개념과 일치합니다.

이 개념에 따르면, 분자의 실제 상태는 원자가 규칙을 사용하여 주어진 분자에 대해 기록될 수 있는 두 개 이상의 "한계 구조"로 묘사된 상태 사이의 중간("메소머")입니다.

메소머리즘 이론의 이러한 기본 입장 외에도 그 장치에는 전자 변위에 대한 잘 발달된 아이디어가 포함되어 있으며, 그 정당화, 해석 및 실험적 검증은 다음과 같습니다. 중요한 역할인골드에 속해 있습니다. Ingold에 따르면 전자 변위(전자 효과)의 메커니즘은 원자의 상호 영향이 단순 이중 결합 사슬을 통해 수행되는지 아니면 공액 이중 결합을 통해 수행되는지에 따라 다릅니다. 첫 번째 경우에는 유도 효과 I(또는 정적 유도 효과 Is)이고, 두 번째 경우에는 중간체 효과 M(정적 공액 효과)입니다.

반응하는 분자에서 전자 구름은 유도 메커니즘에 의해 분극화될 수 있습니다. 이 전자 변위를 유도성 효과 Id라고 합니다. 결합된 분자에서 이중결합(및 방향족 분자에서) 반응 순간 전자 구름의 분극성은 전기 효과 E(동적 공액 효과)로 인해 발생합니다.

공명 이론은 다음과 같은 한 근본적인 반대를 제기하지 않습니다. 우리 얘기 중이야분자를 묘사하는 방법에 대해 이야기하지만 그녀는 또한 큰 주장을 가지고 있습니다. 전자쌍 방법에서 파동 함수가 다른 파동 함수 w1, w2, w3 등의 선형 결합으로 설명되는 방식과 유사하게, 공명 이론에서는 분자의 실제 파동 함수를 다음의 선형 결합으로 설명할 것을 제안합니다. 제한 구조의 파동 함수.

그러나 수학은 특정 "공명 구조"를 선택하는 기준을 제공하지 않습니다. 결국 전자쌍 방법에서 파동 함수는 파동 함수 w1, w2, w3 등의 선형 조합으로 표현될 수 있을 뿐만 아니라 특정 계수로 선택된 다른 함수의 선형 조합으로. 제한 구조의 선택은 화학적 고려 사항과 유추를 바탕으로만 이루어질 수 있습니다. 즉, 여기서 공명 개념은 본질적으로 메소머리즘 개념과 비교할 때 새로운 것을 제공하지 않습니다.

한계 구조를 사용하여 분자 내 전자 밀도 분포를 설명할 때 개별 한계 구조가 실제 구조와 일치하지 않는다는 점을 지속적으로 염두에 둘 필요가 있습니다. 신체 상태그리고 "전자 공명"이라는 물리적 현상이 존재하지 않는다는 것입니다.

공명 개념을 지지하는 사람들이 물리적 현상의 의미를 공명에 돌리고 특정 개별 제한 구조가 물질의 특정 특성을 담당한다고 믿었던 수많은 사례가 문헌에서 알려져 있습니다. 그러한 오해의 가능성은 공명 개념의 여러 측면에 내재되어 있습니다. 따라서 그들이 분자의 실제 상태에 대한 "제한 구조의 다양한 기여"에 대해 이야기할 때 이러한 관계의 실제 존재에 대한 아이디어가 쉽게 떠오를 수 있습니다. 공명 개념의 실제 분자는 "공명 하이브리드"로 간주됩니다. 이 용어는 원자 궤도의 혼성화와 같은 제한 구조의 실제 상호 작용을 암시할 수 있습니다.

"공명으로 인한 안정화"라는 용어도 성공하지 못했습니다. 분자의 안정화는 존재하지 않는 공명으로 인해 발생할 수 없지만 공액 시스템의 특징인 전자 밀도의 비편재화라는 물리적 현상이기 때문입니다. 따라서 이러한 현상을 접합으로 인한 안정화라고 부르는 것이 적절합니다. 접합 에너지(비편재화 에너지 또는 메소머리즘 에너지)는 양자 역학 계산으로 인한 "공명 에너지"와 관계없이 실험적으로 결정될 수 있습니다. 이는 제한 구조 중 하나에 해당하는 공식을 사용하여 가상 분자에 대해 계산된 에너지와 실제 분자에 대해 실험적으로 발견된 에너지 간의 차이입니다.

위의 유보로 인해 몇 가지 제한 구조를 사용하여 분자의 전자 밀도 분포를 설명하는 방법은 의심할 여지 없이 매우 일반적인 두 가지 방법과 함께 사용될 수 있습니다.

2.4 휘켈 방법

휘켈법(Hückel method), 양자화학적 근사계산법 에너지 수준 그리고 그들은 말한다 불포화 조직의 궤도. 사이. 이는 분자의 원자핵 근처에서 전자의 움직임이 다른 전자의 상태나 수에 의존하지 않는다는 가정에 기초합니다. 이는 mol 결정 작업을 단순화하는 것을 가능하게 합니다. 원자 궤도의 선형 조합으로 표현되는 궤도 (MO). 이 방법은 공액결합을 갖는 탄화수소의 전자 구조를 계산하기 위해 1931년 E. Hückel에 의해 제안되었습니다. 공액계의 탄소 원자는 동일한 평면에 있으며, 그에 비해 가장 높은 점유 및 가장 낮은 가상(자유) MO(프론티어 분자 궤도)는 반대칭입니다. 즉, 원자 2pz 궤도(AO)에 의해 형성된 궤도입니다. ) 예를 들어 해당 C 원자의 영향. N, 또는 몰. 포화 연결이 있는 조각은 무시됩니다. 공액 시스템의 M개 탄소 원자 각각은 시스템에 하나의 전자를 제공하고 하나의 원자 2pz 궤도(k = 1, 2, ..., M)로 설명된다고 가정합니다. Hückel 방법을 통해 제공되는 분자의 전자 구조에 대한 간단한 모델을 통해 우리는 많은 화학 반응을 이해할 수 있습니다. 현상. 예를 들어, 대체 탄화수소의 비극성은 모든 탄소 원자의 유효 전하가 0이라는 사실에 기인합니다. 대조적으로, 5원 및 7원 고리의 비교대 융합 시스템(아줄렌)은 ca의 쌍극자 모멘트를 갖습니다. 1D(3.3×10 -30C x m). 이상한 대체 탄화수소의 주요 에너지원은 다음과 같습니다. 상태는 단일 점유 궤도가 하나 이상 있는 전자 시스템에 해당합니다. 이 궤도의 에너지는 자유 원자의 에너지와 동일하므로 이를 호출할 수 있습니다. 구속력 없는 MO. 전자를 제거하거나 추가하면 비결합 오비탈의 밀도만 변경되며, 이는 일부 원자에 전하의 출현을 수반하며, 이는 AO의 비결합 MO 확장에서 해당 계수의 제곱에 비례합니다. 이러한 MO를 결정하기 위해 간단한 규칙이 사용됩니다. 즉, 데이터에 인접한 모든 원자에 대한 계수 Ck의 합은 0과 같아야 합니다. 또한 계수 값은 추가 항목과 일치해야 합니다. 정규화 조건: 이는 원자의 전하가 mol 단위로 특징적으로 교대됩니다. 대체 탄화수소의 이온. 특히 이 규칙은 화학물질에 의한 분리를 설명합니다. 메타 위치와 비교한 벤젠 고리의 오르토 및 파라 위치의 특성. 간단한 Hückel 방법의 틀 내에서 확립된 규칙성은 분자의 모든 상호작용을 더 완전하게 고려할 때 왜곡됩니다. 그러나 일반적으로 많은 서로 다른 요인(예: 핵심 전자, 치환기, 전자간 반발력 등)의 영향을 받습니다. 등)은 전자 분포의 궤도 그림을 질적으로 변경하지 않습니다. 따라서 Hückel 방법은 조직과 관련된 복잡한 반응 메커니즘을 모델링하는 데 자주 사용됩니다. 사이. 헤테로원자(N, O, S, ...)가 분자에 도입되면 헤테로원자와 탄소 원자에 대해 취해지는 매트릭스 H의 매개변수가 중요해집니다. 폴리엔의 경우와 달리 다양한 유형의 원자 또는 결합이 설명됩니다. 다른 매개변수또는 그 비율이 MO 유형에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 간단한 Hückel 방법의 틀 내에서 얻은 예측의 품질은 궁극적으로 저하됩니다. 개념이 단순하고 시각적이며 복잡한 계산이 필요하지 않은 Hückel 방법은 복잡한 분자의 전자 구조에 대한 양자 화학 모델을 생성하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 시스템 나이브. 이의 사용은 분자의 특성이 화학물질의 기본 위상 구조에 의해 결정되는 경우에 효과적입니다. 결합, 특히 분자의 대칭성. 단순한 분자 궤도 방법의 틀 내에서 Hückel 방법의 개선된 버전을 구성하려는 시도는 거의 의미가 없습니다. 왜냐하면 계산 방법의 복잡성이 양자 화학의 보다 정확한 방법과 비교할 수 있기 때문입니다.

결론

현재 “화학 문제에 양자역학적 방법을 적용하는 것을 다루는 양자 화학이라는 과학의 전체 분야가 만들어졌습니다. 그러나 유기화합물의 구조와 반응성에 관한 모든 문제가 양자역학의 문제로 환원될 수 있다고 생각하는 것은 근본적으로 잘못된 것입니다. 양자역학은 화학에서 연구하는 것(원자와 분자의 운동)과 비교하여 전자와 핵의 운동 법칙, 즉 가장 낮은 형태의 운동 법칙을 연구하며, 가장 높은 형태의 운동은 결코 환원될 수 없습니다. 가장 낮은 곳으로. 매우 단순한 분자의 경우에도 물질의 반응성, 변형 메커니즘 및 동역학과 같은 문제는 양자역학 방법만으로는 연구할 수 없습니다. 물질 운동의 화학적 형태를 연구하는 기초는 다음과 같습니다. 화학적 방법연구, 화학 발전의 주도적 역할은 화학 구조 이론에 속합니다.

목록 사용된 소스

1. Minkin, V.I. 분자 구조 이론 / V.I. -M.: 고등학교, 2006- 640 p.

2. 빌코프, L.V. 물리적 방법화학 연구./ L. V. Vilkov, A. Pentin. - M.: 고등학교, 2005−380.

3. Gardymova, A.P. 사이언티픽 전자도서관: 컴퓨터 기술 및 제어 시스템의 요소 및 장치 / A. P. Gardymova. — 2005.

4. Elyashevich, M. A. 원자 및 분자 분광학 / M. A. Elyashevich, V. Demtreder. -M.: 미르, 1989~260년대.

5. Blatov, V. A. 반경험적 계산 방법 / V. A. Blatov, A. P. Shevchenko. — M .: "Univers-group"2005−315 p.

6. Tsirelson, V. G. 양자 화학, 분자, 분자 시스템 및 고체-M.: "BINOM" 2010−496 p.

미세한 구조에 따라 다릅니다.

현재 유기 화합물의 구조를 연구하기 위해 적외선, 가시 광선 및 자외선 흡수 스펙트럼 연구가 널리 사용됩니다. 적외선 및 라만 스펙트럼은 진동 및 회전 운동(보다 정확하게는 핵) 가시광선과 자외선 스펙트럼은 전자 전이에 기인합니다.

개별 라디칼(예: OH, NH 2, NO 2, CO, C 6 H 5 등)뿐만 아니라 별도의 연결내부(예: C=C, C=C, C=O, C-H 등)는 적외선, 스펙트럼 및 라만 스펙트럼(화합물마다 거의 다르지 않음)의 특정 특성 주파수에 해당합니다. 특정 라디칼이나 결합의 존재를 판단하는 데 사용할 수 있습니다.

라만 효과, 1928년 소련 물리학자 G. S. Landsberg와 L. O. Mandelstam, 인도 과학자 C. V. Raman이 동시에 발견한 것은 강력한 단색광원(예: 보라색 선 4047Å을 투과하는 필터가 있는 강력한 수은 램프)에 의해 조명될 때 스펙트럼에서 산란광의 경우 입사광의 주파수 ν 0을 갖는 선과 함께 약한 선이 관찰됩니다. 위성은 주파수 ν 0으로 양방향으로 동일한 양만큼 이동합니다. ν " 그리고, ν 0 + ν " , ν 0 -ν " 그리고 ν 0 + ν " , ν 0 -ν "" 그리고 ν 0 + ν "" 기타 그러나 이러한 대칭 위성은 강도가 다릅니다. ν 0보다 큰 주파수를 갖는 선의 강도는 훨씬 약하고 관찰이 매우 어렵습니다. 따라서 기본적으로 그들은 일반적으로 위성 시스템 ν 0 -ν에 대해 이야기합니다. " ν 0 -ν " , ν 0 -ν " 등. 주파수 편이 값(ν " , ν " , ν "" . . .) 주어진 진동 수준에서 다른 진동 수준으로의 전환에 해당합니다. 즉, 해당 자연 진동, 에서 발생합니다. 이러한 변위 값은 입사광의 주파수 ν 0에 의존하지 않습니다.

위에서 논의한 많은 문제는 다음을 사용하여 해결할 수도 있습니다. 적외선 스펙트럼.

그림에서. 55는 적외선 스펙트럼이 상대적으로 얼마나 다른지 보여줍니다. 잔돈그들의 구조. 라만 스펙트럼에서와 마찬가지로 적외선 스펙트럼에서도 개별 라디칼과 결합은 특정 특성 주파수에 해당하며, 이는 종종 처음으로 얻은 화합물에 대해 가장 그럴듯한 구조를 선택하는 것을 가능하게 합니다. 또한 적외선 스펙트럼을 얻는 데는 라만 스펙트럼을 얻는 것보다 시간이 덜 걸립니다. 따라서 구조 확립과 관련된 일부 문제는 적외선 스펙트럼 방법을 사용하여 해결하기가 더 쉬운 경우가 많습니다. 그러나 대부분의 경우 라만 스펙트럼을 사용하여 생성하는 것이 더 쉽고 미묘합니다. 또한 개별 그룹 및 연결의 많은 특징적인 선이 적외선 스펙트럼에서만 나타납니다.

pax 또는 라만 스펙트럼에서. 따라서 이 두 가지 방법은 서로를 보완합니다.

외국 화학자들이 방법을 더 자주 사용하는 것은 그들의 국가가 라만 스펙트럼을 사용하여 정확한 연구를 수행할 수 있을 만큼 충분히 진보된 방법의 생산을 확립하지 못했다는 사실에 의해서만 설명됩니다.

가시광선 및 자외선 영역의 흡수 스펙트럼을 사용하면 위에서 언급한 문제를 해결할 수도 있습니다. 그러나 전부는 아니지만 주로 다수의 를 함유하는 화합물은 스펙트럼의 이 영역에서 흡수를 갖습니다.

물질에 대한 연구는 다소 복잡하고 흥미로운 문제입니다. 결국, 그들은 순수한 형태로 자연에서 거의 발견되지 않습니다. 대부분의 경우 이는 구성 요소를 분리하려면 특정 노력, 기술 및 장비가 필요한 복잡한 구성의 혼합물입니다.

분리 후에는 물질이 특정 분류에 속하는지, 즉 식별하는 것을 정확하게 결정하는 것도 마찬가지로 중요합니다. 끓는점과 녹는점을 측정하고, 분자량을 계산하고, 방사능 테스트 등 일반적인 연구를 수행합니다. 이를 위해 다음을 포함하여 다양한 방법이 사용됩니다. 물리화학적 방법분석. 그것들은 매우 다양하며 일반적으로 특수 장비를 사용해야 합니다. 이에 대해서는 더 자세히 논의할 것입니다.

물리화학적 분석 방법: 일반 개념

화합물을 식별하는 방법은 무엇입니까? 이는 물질의 모든 물리적 특성이 구조에 직접적으로 의존하는 것에 기초한 방법입니다. 화학 성분. 이러한 지표는 각 화합물에 대해 엄격하게 개별적이므로 물리적, 화학적 연구 방법은 매우 효과적이며 구성 및 기타 지표를 결정하는 데 100% 결과를 제공합니다.

따라서 물질의 다음 특성을 기초로 삼을 수 있습니다.

광흡수능력;
열전도율;
전기 전도성;
비등점;
용융 및 기타 매개변수.

물리화학적 연구 방법은 물질을 식별하는 순수 화학적 방법과 상당한 차이가 있습니다. 작업의 결과로 가역적이든 비가역적이든 반응, 즉 물질의 변형이 발생하지 않습니다. 일반적으로 화합물은 질량과 구성 모두 그대로 유지됩니다.

이러한 연구 방법의 특징

이러한 물질 측정 방법에는 몇 가지 주요 특징이 있습니다.

장비에는 불순물이 필요하지 않으므로 연구 시료는 절차 전에 불순물을 제거할 필요가 없습니다.
물리화학적 분석 방법에는 높은 수준감도는 물론 선택성도 높아졌습니다. 따라서 분석을 위해 매우 적은 양의 테스트 샘플이 필요하므로 이러한 방법이 매우 편리하고 효과적입니다. 전체 습윤 질량에 무시할 수 있는 양으로 포함된 원소를 결정해야 하는 경우에도 이는 표시된 방법에 장애가 되지 않습니다.
분석에는 몇 분 밖에 걸리지 않으므로 짧은 지속 시간, 즉 표현력이 또 다른 특징입니다.
고려 중인 연구 방법에는 값비싼 지표를 사용할 필요가 없습니다.

분명히 장점과 특징은 활동 분야에 관계없이 거의 모든 연구에서 물리 화학적 연구 방법을 보편적이고 수요가 많도록 만들기에 충분합니다.

그러한 방법의 실제 적용

고려중인 작업 방법의 사용 영역은 매우 다양하지만 물론 모두 어떤 식 으로든 과학이나 기술과 관련이 있습니다. 일반적으로 몇 가지 기본 예를 제공할 수 있으며, 이를 통해 그러한 방법이 정확히 필요한 이유가 분명해집니다.

생산 과정에서 복잡한 기술 프로세스의 흐름을 제어합니다. 이러한 경우 작업 체인의 모든 구조적 링크를 비접촉식으로 제어하고 추적하려면 장비가 필요합니다. 동일한 장비는 문제와 오작동을 기록하고 시정 및 예방 조치에 대한 정확한 정량적, 정성적 보고서를 제공합니다.
화학물질을 운반하는 중 실무반응 생성물 수율의 정성적 및 정량적 측정을 목적으로 합니다.
정확한 원소 조성을 결정하기 위해 물질 샘플을 검사합니다.
샘플 전체 질량에서 불순물의 양과 품질을 결정합니다.
반응의 중간, 주요 및 2차 참여자를 정확하게 분석합니다.
물질의 구조와 그것이 나타내는 특성에 대한 자세한 보고서입니다.
새로운 요소를 발견하고 그 속성을 특성화하는 데이터를 얻습니다.
경험적으로 얻은 이론적 데이터의 실제 확인.
다양한 기술 분야에 사용되는 고순도 물질을 분석하는 작업입니다.
지시약을 사용하지 않고 용액을 적정하면 장치 작동 덕분에 더 정확한 결과를 얻을 수 있고 완전히 간단한 제어가 가능합니다. 즉, 영향을 인적 요소 0으로 내려갑니다.
기본 물리화학적 분석 방법을 통해 다음의 구성을 연구할 수 있습니다.

탄산수;
탄산수;
규산염;
운석 및 이물질;
금속 및 비금속;
합금;
유기농 및 비 유기물;
단결정;
희귀 및 미량 원소.

방법 사용 영역

원자력;
물리학;
화학;
무선 전자공학;
레이저 기술;
우주 연구 및 기타.

물리화학적 분석 방법의 분류는 해당 분석 방법이 연구에 얼마나 포괄적이고 정확하며 보편적인지 확인하는 것뿐입니다.

전기화학적 방법

이러한 방법의 기본은 전류의 영향을 받는 수용액 및 전극에서의 반응, 즉 간단히 말해 전기분해입니다. 따라서 이러한 분석방법에 사용되는 에너지의 종류는 전자의 흐름이다.

이러한 방법에는 물리 화학적 분석 방법에 대한 자체 분류가 있습니다. 이 그룹에는 다음 종이 포함됩니다.

전기 중량 분석. 전기분해 결과를 바탕으로 전극에서 대량의 물질을 제거한 후 무게를 측정하고 분석합니다. 이것이 화합물의 질량에 대한 데이터를 얻는 방법입니다. 이러한 작업의 종류 중 하나는 내부 전기 분해 방법입니다.
폴라로그래피. 전류 강도 측정을 기반으로합니다. 용액에서 원하는 이온의 농도에 정비례하는 것이 바로 이 지표입니다. 용액의 전류측정 적정은 고려된 폴라로그래픽 방법의 변형입니다.
전기량 측정은 패러데이의 법칙을 기반으로 합니다. 공정에 소비된 전기량을 측정한 후 용액의 이온 계산을 진행합니다.
전위차법 - 프로세스 참가자의 전극 전위 측정을 기반으로 합니다.

고려되는 모든 과정은 물질의 정량 분석을 위한 물리적, 화학적 방법입니다. 전기화학적 연구 방법을 사용하여 혼합물을 구성 성분으로 분리하고 구리, 납, 니켈 및 기타 금속의 양을 결정합니다.

유령 같은

이는 전자기 복사 과정을 기반으로 합니다. 사용된 방법에도 분류가 있습니다.

화염 측광. 이를 위해 시험 물질을 화염에 분사합니다. 많은 금속 양이온은 특정 색상을 나타내므로 이러한 방식으로 식별이 가능합니다. 이들은 주로 알칼리성 및 알칼리 토금속, 구리, 갈륨, 탈륨, 인듐, 망간, 납, 심지어 인까지.
흡수 분광학. 분광 광도법과 비색법의 두 가지 유형이 포함됩니다. 기본은 물질에 흡수되는 스펙트럼을 결정하는 것입니다. 이는 방사선의 가시광선 부분과 뜨거운(적외선) 부분 모두에서 작용합니다.
탁도계.
비탁법.
발광 분석.
굴절계 및 편광계.

분명히 이 그룹에서 고려되는 모든 방법은 물질의 정성 분석을 위한 방법입니다.

배출 분석

이로 인해 전자파가 방출되거나 흡수됩니다. 이 지표를 바탕으로 물질의 질적 구성, 즉 연구 샘플의 구성에 어떤 특정 요소가 포함되어 있는지 판단할 수 있습니다.

크로마토그래피

물리화학적 연구는 종종 다양한 환경에서 수행됩니다. 이런 경우에는 매우 편리하고 효과적인 방법크로마토그래피가 됩니다. 그들은 다음과 같은 유형으로 구분됩니다.

흡착액. 이는 구성 요소의 다양한 흡착 능력을 기반으로 합니다.
가스 크로마토그래피. 또한 흡착 용량을 기준으로 하며 증기 상태의 가스 및 물질에만 적용됩니다. 유사한 화합물의 대량 생산에 사용됩니다. 집계 상태, 제품이 분리가 필요한 혼합물로 나오는 경우.
분할 크로마토그래피.
산화 환원.
이온 교환.
종이.
얇은 층.
퇴적성.
흡착 복합체.

열의

물리화학적 연구에는 물질의 형성 또는 분해열에 기초한 방법의 사용도 포함됩니다. 이러한 방법에는 자체 분류도 있습니다.

열 분석.
열중량 측정.
열량 측정.
엔탈포메트리.
팽창계.

이 모든 방법을 사용하면 열량을 결정할 수 있습니다. 기계적 성질, 물질의 엔탈피. 이러한 지표를 기반으로 화합물의 구성이 정량적으로 결정됩니다.

분석화학 방법

분석가가 직면한 주요 임무는 물질 구성의 질적 결정, 식별 및 정량적 회계이기 때문에 이 화학 섹션에는 고유한 특성이 있습니다. 이와 관련하여 분석 분석 방법은 다음과 같이 나뉩니다.

화학적인;
생물학적;
물리 화학적.

우리는 후자에 관심이 있으므로 물질을 결정하는 데 어떤 것이 사용되는지 고려할 것입니다.

분석 화학의 주요 물리화학적 방법 유형

분광학 - 위에서 설명한 것과 모두 동일합니다.
질량 스펙트럼 - 자유 라디칼, 입자 또는 이온에 대한 전기장 및 자기장의 작용을 기반으로 합니다. 물리화학적 분석 실험실 보조원은 지정된 역장의 결합 효과를 제공하고 입자는 전하와 질량의 비율에 따라 별도의 이온 흐름으로 분리됩니다.
방사성 방법.
전기화학.
생화학.
열의.

이러한 가공방법을 통해 물질과 분자에 대해 무엇을 배울 수 있나요? 첫째, 동위원소 조성이다. 또한 반응 생성물, 특히 순수한 물질의 특정 입자 함량, 찾고 있는 화합물의 질량 및 과학자에게 유용한 기타 사항도 있습니다.

따라서 분석 화학 방법은 이온, 입자, 화합물, 물질 및 그 분석에 대한 정보를 얻는 중요한 방법입니다.

물질, 그 특성 및 화학적 변형에 관한 대부분의 정보는 화학적 또는 물리화학적 실험을 통해 얻어졌습니다. 그러므로 화학자들이 사용하는 주요 방법은 화학실험으로 간주되어야 한다.

실험화학의 전통은 수세기에 걸쳐 발전해 왔습니다. 화학이 없던 시절 정확한 과학, 고대와 중세 시대에 과학자와 장인은 때로는 우연히, 때로는 의도적으로 금속, 산, 알칼리, 염료 등 경제 활동에 사용되는 많은 물질을 얻고 정화하는 방법을 발견했습니다. 그러한 정보는 연금술사에 의해 크게 촉진되었습니다(연금술 참조).

덕분에 벌써 초기 XIX다섯. 화학자들은 실험 예술의 기초, 특히 모든 종류의 액체와 고체를 정제하는 방법에 정통하여 많은 일을 성취할 수 있었습니다. 가장 중요한 발견. 그럼에도 불구하고 화학은 배수 비율의 법칙이 발견되고 원자-분자 과학이 발전한 19세기에야 현대적인 의미의 과학, 즉 정밀 과학이 되기 시작했습니다. 그 이후로 화학 실험에는 물질의 변형과 분리 방법에 대한 연구뿐만 아니라 다양한 정량적 특성의 측정도 포함되기 시작했습니다.

현대 화학 실험에는 다양한 측정이 포함됩니다. 실험을 수행하는 장비와 화학 유리 제품이 모두 변경되었습니다. 현대 실험실에서는 직접 만든 레토르트를 찾을 수 없습니다. 이는 산업계에서 생산되고 특정 화학 절차를 수행하기 위해 특별히 조정된 표준 유리 장비로 대체되었습니다. 작업 방법도 표준이 되었으며, 우리 시대에는 더 이상 모든 화학자가 이를 재발명할 필요가 없습니다. 수년간의 경험을 통해 입증된 최고에 대한 설명은 교과서와 매뉴얼에서 찾을 수 있습니다.

물질을 연구하는 방법은 더욱 보편적일 뿐만 아니라 훨씬 더 다양해졌습니다. 모두 큰 역할화학자의 작업에는 화합물을 분리 및 정제하고 그 구성과 구조를 확립하기 위해 고안된 물리 및 물리 화학적 연구 방법이 사용됩니다.

물질을 정제하는 고전적인 기술은 극도로 노동 집약적이었습니다. 화학자들이 혼합물에서 개별 화합물을 분리하는 데 수년을 소비한 경우가 있습니다. 따라서 희토류 원소의 염은 수천 번의 분별 결정화 후에만 순수한 형태로 분리될 수 있습니다. 그러나 이후에도 물질의 순도를 항상 보장할 수는 없습니다.

최신 크로마토그래피 방법을 사용하면 물질을 불순물로부터 신속하게 분리하고(분취 크로마토그래피) 화학적 특성을 확인할 수 있습니다( 분석 크로마토그래피). 또한, 고전적이지만 고도로 개선된 증류, 추출 및 결정화 방법뿐만 아니라 전기영동, 구역 용해 등과 같은 효과적인 현대 방법도 물질을 정제하는 데 널리 사용됩니다.

순수한 물질을 분리한 후 합성 화학자가 직면하는 작업(분자의 구성과 구조를 확립하는 것)은 주로 분석 화학과 관련이 있습니다. 전통적인 작업 기술을 사용하면 노동 집약적이기도 했습니다. 이전에 사용된 거의 유일한 측정 방법은 원소 분석으로, 이를 통해 화합물의 가장 간단한 공식을 설정할 수 있습니다.

실제 분자식과 구조식을 결정하려면 물질과 다양한 시약의 반응을 연구해야 하는 경우가 많았습니다. 이러한 반응의 생성물을 개별 형태로 분리하여 구조를 확립합니다. 그리고 이러한 변환을 기반으로 알려지지 않은 물질의 구조가 분명해질 때까지 계속됩니다. 따라서 복합체의 구조식을 확립하면 유기화합물종종 많은 시간이 걸렸고 역 합성으로 끝난 작업은 완료된 것으로 간주되었습니다. 즉, 설정된 공식에 따라 새로운 물질을 생산하는 것입니다.

이 고전적인 방법은 일반적인 화학 발전에 매우 유용했습니다. 요즘에는 거의 사용되지 않습니다. 일반적으로 분리된 미지의 물질은 원소 분석 후 질량 분석법을 사용하여 연구됩니다. 스펙트럼 분석가시광선, 자외선, 적외선 범위뿐만 아니라 핵자기공명에도 적용됩니다. 구조식을 합리적으로 유도하려면 전체 복잡한 방법을 사용해야 하며 해당 데이터는 일반적으로 서로를 보완합니다. 그러나 많은 경우 기존 방법으로는 명확한 결과를 얻을 수 없으며 X선 회절 분석과 같은 구조를 결정하는 직접적인 방법을 사용해야 합니다.

물리화학적 방법은 합성화학에만 사용되는 것이 아닙니다. 화학 반응의 동역학과 그 메커니즘을 연구할 때 이는 그다지 중요하지 않습니다. 반응 속도를 연구하기 위한 모든 실험의 주요 임무는 시간에 따라 변하며 일반적으로 매우 작은 반응물의 농도를 정확하게 측정하는 것입니다. 이 문제를 해결하려면 물질의 성질에 따라 크로마토그래피 방법과 크로마토그래피 방법을 모두 사용할 수 있습니다. 다양한 유형스펙트럼 분석 및 전기화학 방법(분석화학 참조).

기술의 완성도는 이전에 믿었던 것처럼 "순간적인" 반응, 예를 들어 수소 양이온과 음이온으로부터 물 분자가 형성되는 속도를 정확하게 결정하는 것이 가능해질 정도로 높은 수준에 도달했습니다. 두 이온의 초기 농도가 1 mol/l인 경우 이 반응 시간은 수천억분의 1초입니다.

물리화학적 연구 방법은 화학 반응 중에 형성된 짧은 수명의 중간 입자를 검출하는 데 특별히 적용되었습니다. 이를 위해 장치에는 매우 낮은 온도에서 작동을 보장하는 고속 기록 장치 또는 부착물이 장착되어 있습니다. 이러한 방법은 정상적인 조건에서 수명이 1000분의 1초로 측정되는 입자(예: 자유 라디칼)의 스펙트럼을 성공적으로 기록합니다.

실험 방법 외에도 계산은 현대 화학에서 널리 사용됩니다. 따라서 반응하는 물질 혼합물의 열역학적 계산을 통해 평형 구성을 정확하게 예측할 수 있습니다(화학 평형 참조).

양자 역학과 양자 화학을 기반으로 한 분자 계산은 일반적으로 받아들여지고 있으며 많은 경우 필수 불가결합니다. 이러한 방법은 매우 복잡한 수학적 장치를 기반으로 하며 가장 진보된 전자 컴퓨터인 컴퓨터를 사용해야 합니다. 이를 통해 반응 중에 형성된 불안정한 분자 또는 중간 입자의 관찰 및 측정 가능한 특성을 설명하는 분자의 전자 구조 모델을 생성할 수 있습니다.

화학자와 물리화학자가 개발한 물질을 연구하는 방법은 화학뿐만 아니라 관련 과학(물리학, 생물학, 지질학)에도 유용합니다. 업계도 아니고 농업, 의학도 범죄학도 아닙니다. 물리화학적 도구는 다음과 같은 분야에서 명예로운 자리를 차지합니다. 우주선, 지구 근처 공간과 주변 행성을 탐색하는 데 도움이 됩니다.

따라서 직업에 관계없이 모든 사람에게 화학 기초에 대한 지식이 필요하며 그 방법의 추가 개발은 과학 기술 혁명의 가장 중요한 방향 중 하나입니다.

신진대사 비타민 에너지

신진대사를 연구할 때 물질의 모든 변형은 신체에 들어가는 형태부터 최종 제품, 몸 밖으로 배설됩니다. 행동 양식.

- 온전한 동물이나 장기의 사용. 동물에게 연구 대상 화합물을 주사한 후 이 물질의 가능한 변형 산물(대사산물)이 소변과 배설물에서 확인됩니다. 간이나 뇌와 같은 특정 기관의 대사를 연구하면 보다 구체적인 정보를 얻을 수 있습니다. 이러한 경우 물질은 해당 혈관에 주입되고, 이 기관에서 흐르는 혈액에서 대사산물이 결정됩니다.
- 세포의 사용. 세포조차도 매우 복잡하게 조직된 시스템입니다. 그들은 핵을 가지고 있으며 그것을 둘러싼 세포질에는 소위 더 작은 몸이 있습니다. 다양한 크기와 일관성의 세포 소기관. 적절한 기술을 사용하여 조직을 "균질화"한 다음 차등 원심분리(분리)를 수행하여 미토콘드리아만, 마이크로솜만 또는 투명한 액체(세포질)만 포함하는 제제를 얻을 수 있습니다. 이러한 약물은 대사가 연구되는 화합물과 개별적으로 배양될 수 있으며, 이러한 방식으로 연속적인 변형에 어떤 세포 내 구조가 관여하는지 확인할 수 있습니다.
- 방사성 동위원소의 사용. 물질의 대사를 연구하려면 다음이 필요합니다. 1) 이 물질과 그 대사산물을 결정하기 위한 적절한 분석 방법 2) 특정 생물학적 제제에 이미 존재하는 동일한 물질과 첨가된 물질을 구별할 수 있게 하는 방법. 이러한 요구 사항은 원소의 방사성 동위원소, 특히 방사성 탄소 14C가 발견될 때까지 대사 연구에 주요 장애물로 작용했습니다. 14C로 "표지"된 화합물과 약한 방사능을 측정하는 도구가 등장하면서 , 이러한 어려움이 극복되었습니다. 14C로 표시된 지방산이 생물학적 제제, 예를 들어 미토콘드리아 현탁액에 첨가되면 변환 생성물을 결정하기 위해 특별한 분석이 필요하지 않습니다. 그 사용률을 추정하려면 연속적으로 얻은 미토콘드리아 분획의 방사능을 간단히 측정하는 것으로 충분합니다. 동일한 기술을 사용하면 실험 시작 시 이미 미토콘드리아에 존재했던 지방산 분자와 실험자가 도입한 방사성 지방산 분자를 쉽게 구별할 수 있습니다.
- 크로마토그래피 및 전기영동.소량의 유기 물질로 구성된 혼합물을 분리하는 방법도 필요합니다. 그 중 가장 중요한 것은 크로마토그래피이다. 이는 흡착 현상을 기반으로 합니다. 혼합물의 성분 분리는 종이 위에서 수행되거나 컬럼(긴 유리관)에 채워진 흡착제에 흡착된 후 각 성분이 점진적으로 용출(세척)되어 수행됩니다.
- 동위원소 방법.
1. 방사성 요오드. 갑상선 기능을 평가하고, 갑상선 결절과 종양을 시각화하고, 갑상선암 전이를 시각화하는 데 사용됩니다. 또한 방사성 요오드는 갑상선 중독증과 갑상선암 치료에도 사용됩니다.
2. 99m Tc-과기술( 99m TCO 4 -) 갑상선에 의해 포획되지만 티로글로불린에는 포함되지 않습니다. 따라서 99m Tc-퍼테크네트산염의 도움으로 다음을 얻을 수 있습니다. 좋은 그림갑상선 호르몬을 투여받는 환자에서도 갑상선이 손상됩니다. 99m Tc-퍼테크네테이트는 갑상선 호르몬 합성을 위한 기질이 아니기 때문에 이 동위원소를 사용하여 신티그램을 얻습니다. 131 I-콜레스테롤(6-베타-메틸-[ 131 I]-노르콜레스테롤) 쿠싱증후군과 원발성 고알도스테론증에서 부신피질의 증식과 종양을 발견하는 데 사용됩니다. 알도스테론을 검출하기 위해 131 I-콜레스테롤을 사용한 신티그라피는 덱사메타손을 사용한 시상하부-뇌하수체-부신 축의 억제와 결합됩니다. 억제 배경에 대해 하나의 부신에서 동위원소의 증가된 축적은 알도스테종을 나타내는 반면, 동위원소의 대칭적 축적은 오히려 부신 피질의 양측 과형성을 나타냅니다.
3. 메타- 131 I-벤질구아니딘 또는 메타- 123 I-벤질구아니딘 부신 및 부신외 크롬친화세포종, 신경능선 종양(부신경절종), 유암종, 갑상선 수질암 및 그 전이를 시각화하는 데 사용됩니다.
4. 다른 유형의 신티그라피. 뼈 신티그라피(Bone scintigraphy)는 파제트병에서 병변의 위치를 파악하고 질병의 중증도를 평가하는 데 성공적으로 사용되었습니다.