Umk füüsikalised meetodid aine struktuuri uurimiseks. Aine uurimismeetodid

Keha ja üksikute organite ainevahetuse uurimiseks on erinevaid meetodeid. Üks vanimaid meetodeid on tasakaalu katsed , mis seisneb saadud orgaaniliste ainete koguse ja moodustunud koguse uurimises lõpptooted.

Meetodit kasutatakse üksikute organite ainevahetuse uurimiseks isoleeritud elundid . Organid, mis suudavad mõnda aega säilitada oma elutähtsat aktiivsust ja saavad oma tegevuseks kasutada verd läbivaid toitaineid.

Uurida ainevahetust üksikutes organites - angeostoomi meetod. Arendanud London. Veresoontele asetatakse spetsiaalsed torud, mis võimaldavad verel voolata mis tahes organisse. Muutuse järgi keemiline koostis veri hindab ainevahetusprotsesse.

Praegu laialdaselt kasutatav märgistatud aatomi meetod – põhineb selliste ühendite kasutamisel, mille molekulid sisaldavad bioelementide raskete ja radioaktiivsete isotoopide aatomeid. Selliste isotoopidega märgistatud ühendite kehasse viimisel kasutatakse radiomeetriliste analüüsimeetodite abil elementide või ühendite saatust organismis ja nende osalemist ainevahetusprotsessides.

Küsimus 59 Valkude metabolism. Nende klassifikatsioon (kaks tüüpi) ja omadused. Tähtsus kehale. Valkude bioloogiline väärtus. Lämmastiku tasakaal. Maksa roll valkude metabolismis. Mäletsejaliste valkude metabolismi tunnused. Valkude metabolismi reguleerimine

Valkude ainevahetus VALGUDE FUNKTSIOONID

Plastiline funktsioon valkude eesmärk on tagada organismi kasv ja areng biosünteesiprotsesside kaudu.

Ensüümi aktiivsus valgud reguleerivad bio kiirust keemilised reaktsioonid.

Kaitsefunktsioon valgud koosneb immuunvalkude – antikehade – moodustumisest. Valgud on võimelised siduma toksiine ja mürke ning tagama ka vere hüübimise (hemostaasi).

Transpordi funktsioon hõlmab hapniku ja süsinikdioksiidi transporti punaste vereliblede valgu abil hemoglobiini, samuti teatud ioonide (raud, vask, vesinik), ravimite ja toksiinide sidumisel ja ülekandmisel.

Energia roll valgud on tingitud nende võimest vabastada oksüdatsiooni käigus energiat.

Valkude metabolism läbib neli peamist etappi:

Valkude lagunemine seedetraktis ja imendumine aminohapete kujul;

Ainevahetuse keskseks lüliks on organismi enda valkude süntees aminohapetest ja valkude lagunemine rakkudes;

Aminohapete vahepealsed transformatsioonid rakkudes;

Valkude metabolismi lõpp-produktide moodustumine ja eritumine.

Lämmastiku tasakaal

Valkude ainevahetuse aktiivsuse kaudseks indikaatoriks on nn lämmastiku tasakaal- toidust saadava lämmastiku koguse ja kehast lõplike metaboliitide kujul eritunud lämmastiku koguse erinevus.

Lämmastiku tasakaal- tarnitud lämmastiku kogus võrdub eritunud kogus (täheldatud täiskasvanud tervel loomal normaalsetes söötmis- ja pidamistingimustes)

Positiivne lämmastiku tasakaal ületab esile tõstetud.

Negatiivne lämmastiku tasakaal- seisund, mille korral tarnitud lämmastiku kogus vähem eraldatud.

Lämmastikubilansi arvutamisel lähtume sellest, et valk sisaldab umbes 16% lämmastikku, see tähendab, et iga 16 g lämmastikku vastab 100 g valgule (100:16 = 6,25).

Valgu miinimum

Väikseim kogus toiduga lisatud valk, mis aitab säilitada lämmastiku tasakaalu.

Väikeveised, sead – 1g/kg eluskaalu kohta

Hobused – 0,7-0,8 (1,2-1,42)

Lehmad – 0,6-0,7 (1)

Inimesel – 1,5-1,7 (valgu optimum).

Olenemata liigispetsiifilisusest sisaldavad kõik erinevad valgustruktuurid ainult 20 aminohapet . Normaalse ainevahetuse jaoks pole oluline mitte ainult saadud valgu kogus, vaid ka selle kvalitatiivne koostis, nimelt suhe vahetatavad Ja asendamatud aminohapped.

Ühemaoliste loomade, lindude ja inimeste jaoks on 10 asendamatut aminohapet: disiin, trüptofaan, histidiin, fenüülalaniin, leutsiin, isoleutsiin, metioniin, valiin, treoniin, arginiin.

Valkude bioloogiline väärtus

Mäletsejalistel ja mõnedel teistel loomaliikidel on valkude metabolismis oma eripärad: Proventriculus'e mikrofloora on võimeline sünteesima kõiki asendamatuid aminohappeid ja suudab seetõttu toiduga ilma asendamatute aminohapeteta ellu jääda.

Valke, mis ei sisalda vähemalt ühte asendamatut aminohapet või kui need sisalduvad ebapiisavas koguses, nimetatakse nn. defektne (taimsed valgud).

Aminohapete metabolism

Aminohapete metabolismi peamine koht on maks:

deamineerimine - aminorühma eemaldamine (ammoniaagi kujul) rasvhapete, hüdroksühapete, ketohapete moodustumisega;

transamineerimine - aminorühmade ülekandmine aminohapetest ketohapeteks teise aminohappe ja ketohappe moodustumisega ilma ammoniaagi vahepealse moodustumiseta;

dekarboksüülimine – lahkuminek karboksüülrühm süsihappegaasi kujul koos biogeensete amiinide moodustumisega.

Valkude metabolismi reguleerimine

Glükokortikoidid- kiirendavad valkude ja aminohapete lagunemist, mille tulemusel suureneb lämmastiku vabanemine organismist.

Toimemehhanism STG seisneb aminohapete kasutamise kiirendamises rakkude poolt. Sellest lähtuvalt täheldatakse akromegaalia ja hüpofüüsi gigantismi korral positiivset lämmastiku tasakaalu ning hüpofüüsi ja hüpofüüsi kääbuse korral negatiivset tasakaalu.

Türoksiini: hüperfunktsiooniga kilpnääre valkude metabolism suureneb

Hüpofunktsiooniga kaasneb ainevahetuse aeglustumine, keha kasv ja areng peatuvad.

Maksas toimub mitte ainult valkude süntees, vaid ka nende mädanemisproduktid desinfitseeritakse. Neerudes toimub lämmastiku ainevahetusproduktide deaminatsioon.

Orgaaniliste ainete uurimise eesmärk on välja selgitada aine struktuur, selle ruumiline struktuur ja põhiomadused, reaktsioonikiiruste ja mehhanismide uurimine. Erinevate orgaaniliste ühendite tohutu hulga tõttu on võimatu välja töötada ühtset analüütilist skeemi, nagu seda tehakse sageli anorgaanilise kvantitatiivse analüüsi puhul. Ja ometi võimaldab süstemaatiline uurimine orgaanilist ainet üsna usaldusväärselt ja kiiresti tuvastada.
Orgaanilise aine struktuuri kindlakstegemine on nende uurimistöö põhieesmärk, olenemata uurimismeetodist. Ühe või teise orgaanilise ühendi uurimisega kaasnevad huvid on aga juba teist laadi. Eriti olulised on sellega seotud küsimused loodusvarad meie planeedist. Teame, et nafta- ja gaasiallikad on inimkonna jaoks eriti olulised, kuid need on piiratud. Seetõttu on orgaanilise ja naftakeemia sünteesiks ning nafta ja gaasi kunstlikuks tootmiseks uute toorainete otsimise probleem muutunud aktuaalseks. Kuid see on vaid üks orgaanilise aine uurimise põhjustest. Kui vaatate ringi, on kogu elu Maal orgaaniline keemia. Vastavalt sellele on orgaaniliste ainete uurimine võti globaalsetele avastustele eluslooduse vallas, võimalus õppida tundma kõiki eluprotsesse, leida viise paljude kohutavate haiguste ravimiseks, ise elusaine loomiseks jne.

Orgaaniliste ainete uurimiseks on palju meetodeid. Sõltuvalt kasutatavatest instrumentidest, orgaaniliste ühendite teatud omaduste kasutamisest ja tööpõhimõtetest saab neid klassifitseerida ja tuvastada peamised meetodid:
- kõige lihtsamad õppemeetodid: orgaaniliste ainete puhastamine (kristalliseerimine, sublimatsioon, destilleerimine, kromatograafia, geelfiltratsioon, elektroforees) ja orgaaniliste ainete analüüs (kvantitatiivsed ja kvalitatiivsed elementanalüüsid);
- füüsikalised ja keemilised meetodid: refraktomeetria, kalorimeetria, elektriliste dipoolmomentide mõõtmine, radiograafia ja elektronide difraktsioon, elektrokeemilised meetodid (polarograafia, anoodvoltameetria), spektroskoopia (fotoelektron, massispektroskoopia, infrapuna jne)

Lihtsamad meetodid orgaaniliste ainete uurimiseks.

1.Orgaaniliste ainete puhastamine.
Looduses leiduvad, aga ka laborites ja keemiatehastes toodetud orgaanilised ained on tavaliselt mitme orgaanilise ühendi segud. Segu komponendid ei pruugi olla orgaaniline aine(soolad, vesi jne). Aine puhtuse hindamiseks valitakse sellised füüsikalis-keemilised omadused, mis varieeruvad olenevalt selle puhtusastmest ja on puhta üksiku aine puhul püsivad.
Aine puhtuse iseloomustamiseks kasutatakse järgmisi konstante ja meetodeid: sulamistemperatuur, kristalliseerumistemperatuur, keemistemperatuur, valguse murdumisnäitaja, tihedus, neeldumisspektri andmed (neeldumise intensiivsuse koefitsient elektroonilises ja infrapunaspektris), tuumamagnetresonants (NMR). ) spektriandmed, massispektromeetria, kromatograafiline analüüs, luminestsentsanalüüs jne.
Puhta aine saamine tähendab antud ainete segu eraldamist üksikuteks aineteks ja nende puhastamist soovitud puhtusastmeni. Siin on vaja eristada kahte meetodite komplekti: meetodid segu eraldamiseks komponentideks, mis ei ole veel puhtad, ja lõpliku puhastamise meetodid.
Rääkides keemiliste ainete puhtusest, peate teadma, et absoluutselt puhast ainet saab ette kujutada ainult teoreetiliselt. Absoluutselt puhtaid aineid pole olemas ega saagi olla. Olenevalt puhastusmeetodist sisaldab aine teatud koguses lisandeid. Tavaliste puhastusmeetoditega on võimalik saavutada põhiaine sisaldust 99,9...99,95%. Spetsiaalseid sügavpuhastusmeetodeid kasutades on võimalik orgaaniliste ainete lisandite sisaldust vähendada 10-3...10-4%-ni.

2.Kristallisatsioon.
Kristalliseerimine on klassikaline meetod kristalsete ainete puhastamiseks. Meetod põhineb sellel, et erinevatel ainetel on teatud lahustis erinev lahustuvus ning temperatuuri langus (harvade eranditega) toob kaasa ainete lahustuvuse vähenemise. Kuuma lahuse filtreerimisel eraldatakse lahustumatud lisandid ning pärast jahutamist eraldub aine lahusest kristallidena. Korduv ümberkristallimine vähendab tavaliselt lisandite hulka. Meetodi variant on sulakristallimine. Ainete sügavpuhastamiseks kasutatakse erivõimalust – tsoonisulatust.
Näiteks: peame puhastama salitsüülhappe lisanditest. Selleks võtame selle happe eelnevalt kaalutud massi ja arvutame vajaliku koguse lahustit - vett, et saada küllastunud lahus, mida saab hiljem kristalliseerida.
3. Sublimatsioon (sublimatsioon)
Paljudel kristalsetel ainetel on sublimeerumisvõime, s.t. üleminekuni gaasifaasi, möödudes vedelast faasist, millele järgneb kristallisatsioon gaasifaasist. See meetod võimaldab eraldada sublimeerivaid aineid mittesublimeerivatest lisanditest ja eraldada gaasifaasist erineva sublimatsioonitemperatuuriga või ainete segu (gradientsublimatsioon). Kui aineid on raske sublimeerida ja kõrgel temperatuuril laguneda, kasutatakse sublimeerimist vaakumis või kõrgvaakumis - kuni 0,0013 Pa (10-5 mm Hg; 1 mm Hg = 133,3 Pa). Sügavpuhastuseks kasutatakse kõrgvaakuumsublimatsiooni erinevates versioonides.
Tahke aine puhastamine sublimatsiooni teel on võimalik ainult siis, kui selle aururõhk on kõrgem kui lisandite aururõhk. Kui tahke aine aururõhk langeb kokku rakendatud rõhuga, parimad tulemused.
Näiteks: E-stilbeen sublimeeritakse temperatuuril 100°C ja rõhul 20 mm Hg. Art.
4. Destilleerimine (destilleerimine)
Paljude madala sulamistemperatuuriga ainete ja enamiku vedelike puhul on hea puhastusmeetod
Fraktsiooniline destilleerimine tingimusel, et segu komponentide keemistemperatuuride erinevus on piisavalt suur ja aseotroopseid segusid ei teki. Fraktsioneeriva destilleerimise selektiivsust (efektiivsust) saab suurendada spetsiaalsete seadmetega: püstjahutite, destilleerimiskolonnidega jne. Kõrge keemistemperatuuriga ainete puhul kasutatakse vaakumdestilleerimist. Meetodi variant on kahekomponentsete süsteemide destilleerimine, mis eralduvad jahutamisel, näiteks aurudestillatsioonil: limoneen (kt 178 °C 760 mm Hg juures) destilleeritakse veega (kt 100 °C rõhul 760 mm Hg) temperatuuril 98°C. Sel juhul on limoneeni ja vee destillaadi (grammides) kvantitatiivne suhe 1:1,54.

5. Kromatograafia
Kromatograafilised eraldusmeetodid põhinevad ainete erineval võimel adsorbeeruda sorbendi pinnal või jaguneda kahe segunematu faasi (vedelik-vedelik, vedelik-gaas) vahel, millest üks faas (vedelik) asub sorbendi pinnal. sorbent. Seetõttu on kromatograafiat erinevat tüüpi, nimelt: vedeliku adsorptsioon- ja jaotuskromatograafia, gaasikromatograafia.
Vpõhineb ainete erineval võimel sorbeerida sorbendi pinnal ja desorbeeruda lahusti – eluendi läbimisel. Sorbentidena kasutatakse alumiiniumoksiidi, ränihapet ja ränidioksiidi (silikageelid), granuleeritud polüsahhariide (dekstraanid) või muid polümeere, mis lahustis paisuvad, moodustades granuleeritud geeli (geelkromatograafia).
Vedeljaotuskromatograafia on adsorptsioonkromatograafia tüüp, mille käigus sorbent (kandja) kaetakse õhukese vedelikukilega. Eluendiks on tavaliselt lahusti, mis ei segune sorbendil oleva vedelikuga. Eluendi läbimisel jaotuvad ained vedela faasi ja eluendi vahel. Seda tüüpi kromatograafia sobib kõige paremini vees hästi lahustuvate või vees lahustuvaid sooli moodustavate ainete eraldamiseks. Nende ainete hulka kuuluvad suhkur, aminohapped, paljud orgaanilised värvained, enamik alkaloidid, mono- ja polükarboksüülhapped, alkoholid jne.

Näide sünteetiliste fosfolipiidistandardite segu (1) ja toorlipiidiekstrakti proovi vedelikkromatograafiast. rakumembraan inimese erütrotsüüdid (2) normaalfaasi kolonnis laservalguse hajumise detektoriga tuvastamisel.NL – neutraalsed lipiidid; PE – fosfatidüületanoolamiin; PS – fosfatidüülseriin; PC – fosfatidüülkoliin; SM – sfingomüeliin.
Gaasikromatograafiat kasutatakse gaasiliste või lenduvate vedelike segude eraldamiseks ja tahked ained. Meetodi põhimõte on sarnane vedelikkromatograafiaga. Eraldatav segu lahjendatakse kandegaasiga (H2, N2, He) ja viiakse adsorptsioonikolonnidesse. Kandegaas on nii lahusti kui ka eluent. Sorbentidena kasutatakse silikaatmaterjalide peeneid pulbreid, mis võivad olla puhtad (gaas-adsorptsioonkromatograafia) või kaetud mittelenduva vedeliku kilega (gaas-vedelikkromatograafia). Kasutatakse ka kapillaare, mis on seest kaetud mittelenduva vedeliku kilega (kapillaarkromatograafia). Kandegaas desorbeerib järk-järgult segu komponendid ja kannab selle endaga kaasa. Orgaaniliste ainete olemasolu kandegaasis ja nende kogus tuvastatakse spetsiaalsete detektorite abil ja registreeritakse salvestiga. Preparatiivses kromatograafias juhitakse seejärel kandegaas läbi spetsiaalsete vastuvõtjate, milles orgaanilised ained püütakse kinni külmutamise teel.
Selle meetodiga on võimalik saavutada segu täielik eraldumine. Suure võimsusega adsorptsioonikolonnide kasutamisel kasutatakse meetodit ettevalmistava meetodina väikeste ainete koguste (1...10 g) eraldamiseks.

Gaaskromatograafia näide: kiire auruanalüüs lõhkeained polükapillaarsel kolonnil temperatuuril 170°C.
Ainult 22 cm pikkune polükapillaarne kolonn võimaldab 2,5 minutiga tuvastada ja tuvastada plahvatusohtlike aurude jälgi: 1 - 2,6-dinitrotolueen, 2 - 2,4-dinitrotolueen. 3 - 2,4,6-trinitrotolueen, 4 - 3,4,5-trinitrotolueen, 5 - 2,3,4-trinitrotolueen, 6 - heksogeen. 7 - tetrüül.

Sõltuvalt sellest, peen struktuur.

Praegu kasutatakse orgaaniliste ühendite struktuuri uurimiseks laialdaselt nende infrapuna-, nähtava- ja ultraviolettkiirguse neeldumisspektri uurimist. Infrapuna- ja Ramani spektrid on seotud vibratsiooni- ja pöörlevad liigutused(täpsemalt tuumad), nähtavad ja ultraviolettspektrid võlgnevad oma alguse elektroonilistele üleminekutele.

Kuna üksikud radikaalid (näiteks OH, NH 2, NO 2, CO, C 6 H 5 jne), samuti üksikud sidemed sees (näiteks C=C, C≡C, C=O, C - H jne) vastavad teatud iseloomulikele sagedustele infrapunaspektrites ja Ramani spektrites (mis varieeruvad ühendite lõikes vähe), siis nende spektrite järgi saab otsustada teatud radikaalide või sidemete olemasolu teatud radikaalides.

Ramani efekt, Nõukogude füüsikud G. S. Landsberg ja L. O. Mandelstam ning India teadlane C. V. Raman avastasid 1928. aastal samaaegselt selle, et kui seda valgustatakse tugeva monokromaatilise valguse allikaga (näiteks võimas elavhõbedalamp filtriga, mis edastab violetset joont 4047 Å) spektris. hajutatud valguse ja joonega, mille sagedus on langeva valguse ν 0, täheldatakse nõrku jooni - satelliite, mis on mõlemas suunas võrdselt nihkunud, sagedustega ν 0 - ν " ja ν 0 + ν " , ν 0 -ν " ja ν 0 + ν " , ν 0 -ν "" ja ν 0 + ν "" jne. Need sümmeetrilised satelliidid erinevad aga oma intensiivsuse poolest: joonte intensiivsus, mille sagedus on suurem kui ν 0, on palju nõrgem ja nende jälgimine väga raske. Seetõttu räägivad nad tavaliselt satelliitide süsteemist ν 0 -ν " ν 0 -ν " , ν 0 -ν " jne. Selgub, et sageduse nihke väärtused (ν " , ν " , ν "" . . .) vastavad antud üleminekutele ühelt võnketasemelt teisele ehk vastavad aastal tekkivatele loomulikele võnkumistele. Need nihke väärtused ei sõltu langeva valguse sagedusest ν 0.

Paljusid ülalkirjeldatud probleeme saab lahendada ka kasutades infrapuna spektrid.

Joonisel fig. 55 näitab, kui erinevad on infrapunaspektrid nende struktuuri suhteliselt väikese muutusega. Infrapunaspektrites, nagu ka Ramani spektrites, vastavad üksikud radikaalid ja sidemed teatud iseloomulikele sagedustele, mis võimaldab sageli valida esmakordselt saadud ühendi jaoks kõige usutavama struktuuri. Lisaks nõuab infrapunaspektrite saamine vähem aega kui Ramani spektri omandamine. Seetõttu on mõningaid struktuuri loomise probleeme sageli lihtsam lahendada infrapunaspektri meetodi abil. Kuid enamikul juhtudel on Ramani spektrite abil lihtsam ja peenem toota. Lisaks ilmnevad paljud üksikute rühmade ja seoste iseloomulikud jooned kas ainult infrapunaspektrites

pax ehk Ramani spektrites. Seega need kaks meetodit täiendavad üksteist.

Meetodite sagedasem kasutamine välismaiste keemikute poolt on seletatav vaid sellega, et nende riigid ei ole loonud selliste meetodite tootmist, mis on piisavalt arenenud Ramani spektrite abil täpsete uuringute läbiviimiseks.

Neeldumisspektrid nähtavas ja ultraviolettpiirkonnas võimaldavad lahendada ka ülalmainitud probleeme. Kuid mitte kõigil ühenditel ei ole selles spektri piirkonnas neeldumist, vaid peamiselt neid sisaldavaid ühendeid suur number.

Valdav osa teabest ainete, nende omaduste ja keemiliste muundumiste kohta saadi keemiliste või füüsikalis-keemiliste katsete kaudu. Seetõttu tuleks kaaluda peamist meetodit, mida keemikud kasutavad keemiline eksperiment.

Eksperimentaalkeemia traditsioonid on arenenud sajandite jooksul. Isegi siis, kui keemia ei olnud täppisteadus, avastasid teadlased ja käsitöölised mõnikord kogemata ja mõnikord sihikindlalt meetodeid paljude ainete saamiseks ja puhastamiseks, mida kasutati iidsetel aegadel ja keskajal. majanduslik tegevus: metallid, happed, leelised, värvained jne. Alkeemikud aitasid suurel määral kaasa sellise teabe kogumisele (vt Alkeemia).

Tänu sellele juba XIX algus V. keemikud olid hästi kursis eksperimentaalse kunsti põhitõdedega, eriti igasuguste vedelike ja tahkete ainete puhastamise meetoditega, mis võimaldas neil palju korda saata tähtsamad avastused. Ja ometi hakkas keemiast saama teadus selle sõna tänapäevases tähenduses, täppisteadus, alles 19. sajandil, mil avastati mitmekordse suhte seadus ja aatomi-molekulaarteadus. Sellest ajast peale hakkasid keemilised katsed hõlmama mitte ainult ainete muundamise ja nende eraldamise meetodite uurimist, vaid ka erinevate kvantitatiivsete omaduste mõõtmist.

Kaasaegne keemiakatse hõlmab paljusid erinevaid mõõtmisi. Muutunud on nii katsete läbiviimise seadmed kui ka keemilised klaasnõud. Kaasaegses laboris ei leia omatehtud retorte - need on asendatud standardsete klaasiseadmetega, mis on toodetud tööstuses ja kohandatud spetsiaalselt konkreetse keemilise protseduuri läbiviimiseks. Standardiks on saanud ka töömeetodid, mida meie ajal ei pea enam iga keemik uuesti leiutama. Nendest parimate kirjeldus, tõestatud mitmeaastane kogemus, võib leida õpikutest ja käsiraamatutest.

Aine uurimise meetodid on muutunud mitte ainult universaalsemaks, vaid ka palju mitmekesisemaks. Üha olulisemat rolli keemiku töös mängivad füüsikalised ja füüsikalis-keemilised uurimismeetodid, mis on mõeldud ühendite eraldamiseks ja puhastamiseks, samuti nende koostise ja struktuuri kindlakstegemiseks.

Klassikaline ainete puhastamise tehnika oli äärmiselt töömahukas. On juhtumeid, kus keemikud veetsid aastaid tööd üksiku ühendi segust eraldamiseks. Seega sai haruldaste muldmetallide sooli puhtal kujul eraldada alles pärast tuhandeid fraktsioneerivaid kristallisatsioone. Kuid isegi pärast seda ei saanud aine puhtust alati tagada.

Kaasaegsed kromatograafiameetodid võimaldavad ainet kiiresti lisanditest eraldada (preparatiivne kromatograafia) ja kontrollida selle keemilist identsust (analüütiline kromatograafia). Lisaks kasutatakse ainete puhastamiseks laialdaselt klassikalisi, kuid kõrgelt täiustatud destilleerimis-, ekstraheerimis- ja kristalliseerimismeetodeid, samuti selliseid tõhusaid meetodeid. kaasaegsed meetodid, nagu elektroforees, tsooni sulatamine jne.

Ülesanne, mis sünteetilise keemiku ees seisab pärast puhta aine eraldamist – määrata kindlaks selle molekulide koostis ja struktuur – on suures osas seotud analüütiline keemia. Traditsioonilise töötehnikaga oli see ka väga töömahukas. Peaaegu ainsaks varem kasutatud mõõtmismeetodiks oli elementanalüüs, mis võimaldab määrata ühendi lihtsaima valemi.

Nii tegeliku molekulaarse kui ka struktuurvalemi määramiseks tuli sageli uurida aine reaktsioone erinevate reagentidega; isoleerida nende reaktsioonide produktid individuaalsel kujul, määrates omakorda nende struktuuri. Ja nii edasi – kuni nende teisenduste põhjal selgus tundmatu aine struktuur. Seetõttu võttis keerulise orgaanilise ühendi struktuurvalemi koostamine sageli palju aega ja selline töö loeti lõpetatuks, kui see lõppes vastusünteesiga - uue aine tootmisega vastavalt sellele kehtestatud valemile.

See klassikaline meetod oli äärmiselt kasulik keemia arendamiseks üldiselt. Tänapäeval kasutatakse seda harva. Reeglina uuritakse isoleeritud tundmatut ainet pärast elementanalüüsi massispektromeetria, spektraalanalüüsi abil nähtavas, ultraviolett- ja infrapunavahemikus ning tuumamagnetresonantsi abil. Struktuurvalemi mõistlikuks tuletamiseks on vaja kasutada tervet meetodite kompleksi ja nende andmed täiendavad tavaliselt üksteist. Kuid paljudel juhtudel ei anna tavapärased meetodid üheselt mõistetavat tulemust ja struktuuri määramiseks tuleb kasutada otseseid meetodeid, näiteks röntgendifraktsioonianalüüsi.

Füüsikalis-keemilised meetodid kasutatakse mitte ainult sünteetilises keemias. Need pole vähem olulised keemiliste reaktsioonide kineetika ja ka nende mehhanismide uurimisel. Reaktsiooni kiiruse uurimise iga katse põhiülesanne on reagendi ajas muutuva ja tavaliselt väga väikese kontsentratsiooni täpne mõõtmine. Selle probleemi lahendamiseks saate olenevalt aine olemusest kasutada nii kromatograafilisi meetodeid kui ka erinevat tüüpi spektraalanalüüs ja elektrokeemia meetodid (vt Analüütiline keemia).

Tehnika täiuslikkus on jõudnud selliseni kõrge tase, et sai võimalikuks täpselt määrata isegi "hetkeliste", nagu varem arvati, reaktsioonide kiirus, näiteks veemolekulide moodustumine vesiniku katioonidest ja anioonidest. Kui mõlema iooni algkontsentratsioon on 1 mol/l, on selle reaktsiooni aeg mitusada miljardit sekundit.

Füüsikalis-keemilised uurimismeetodid on spetsiaalselt kohandatud keemiliste reaktsioonide käigus tekkinud lühiajaliste vaheosakeste tuvastamiseks. Selleks on seadmed varustatud kas kiirete salvestusseadmete või lisadega, mis tagavad töö väga madalatel temperatuuridel. Need meetodid registreerivad edukalt osakeste spektrid, mille eluiga on normaalsetes tingimustes mõõdetuna sekundituhandikes, näiteks vabad radikaalid.

Välja arvatud eksperimentaalsed meetodid Kaasaegses keemias kasutatakse arvutusi laialdaselt. Seega võimaldab reageeriva ainete segu termodünaamiline arvutamine täpselt ennustada selle tasakaalukoostist (vt Keemiline tasakaal).

Molekulipõhised arvutused kvantmehaanika ja kvantkeemia on muutunud üldtunnustatud ja paljudel juhtudel hädavajalikuks. Need meetodid põhinevad väga keerulisel matemaatilisel aparaadil ja nõuavad kõige arenenumate elektrooniliste arvutite – arvutite – kasutamist. Need võimaldavad teil luua mudeleid elektrooniline struktuur molekulid, mis selgitavad reaktsioonide käigus tekkinud ebastabiilsete molekulide või vaheosakeste jälgitavaid, mõõdetavaid omadusi.

Keemikute ja füüsikaliste keemikute väljatöötatud ainete uurimismeetodid on kasulikud mitte ainult keemias, vaid ka sellega seotud teadustes: füüsikas, bioloogias, geoloogias. Ei tööstus ega Põllumajandus, ei meditsiin ega kriminoloogia. Füüsikalis-keemiainstrumendid on aukohal kosmoselaev, mille abil uuritakse Maa-lähedast kosmost ja naaberplaneete.

Seetõttu on keemia aluste tundmine vajalik igale inimesele, olenemata tema elukutsest ja edasine areng selle meetodid on teaduse ja tehnoloogia revolutsiooni üks olulisemaid suundi.

Molekulaarfüüsika ja termodünaamika - füüsika harud, milles uuritakse kehades toimuvaid makroskoopilisi protsesse, mis on seotud kehades sisalduvate aatomite ja molekulide tohutu hulgaga. Makroskoopiliste süsteemide näideteks on gaasid, vedelikud, tahked ained, plasma. Aatomite või molekulide suurused võrreldes makrosüsteemide suurustega on väga väikesed. Need varieeruvad vahemikus 10–10 m (vesinikuaatomi suurus) kuni 10–7 m (viiruse valgu molekuli suurus). Inimese meeled ei võimalda meil eristada üksikute molekulide suurust, kuju, energiat ja impulssi. Kuid mitmed katsed kaudselt ja sisse mõningatel juhtudel võimaldab teil seda otse teha. TO otsesed vaatlusmeetodid molekulide hulka kuuluvad kaasaegse mikroskoopia meetodid: elektron, ioon, holograafiline. Kaudsed vaatlusmeetodid: Browni liikumine, gaasi rõhk anumate seintele, gaaside ja vedelike difusioon, viskoosne hõõrdumine jne. Kõiki neid nähtusi saab seletada, kui eeldame, et ained: a) koosnevad aatomitest ja molekulidest, b) on olekus pidev juhuslik liikumine ja c) nende vahel on vastasmõju jõud - külgetõmbe- ja tõukejõud.

Makroskoopiliste protsesside uurimiseks kasutatakse kahte kvalitatiivselt erinevat ja üksteist täiendavat meetodit: statistiline (molekulaarkineetiline) Ja termodünaamiline. Esimene on molekulaarfüüsika, teine ​​termodünaamika aluseks.

Molekulaarfüüsika– füüsika haru, mis uurib aine ehitust ja omadusi lähtudes molekulaarkineetilistest kontseptsioonidest, lähtudes sellest, et kõik kehad koosnevad molekulidest, mis on pidevas kaootilises liikumises ja interakteeruvad omavahel teatud seaduspärasuste kohaselt. Siin käsitletakse kehade makroskoopilisi omadusi kui molekulide kogutoime avaldumist. Samal ajal kasutavad nad teoreetiliselt statistiline meetod, olles huvitatud mitte üksikute molekulide liikumisest, vaid ainult sellistest keskmistest väärtustest, mis iseloomustavad tohutu osakeste kogumi liikumist. Sellest ka selle teine ​​nimi - statistiline füüsika.

Termodünaamika- füüsika haru, mis uurib üldised omadused makroskoopilised süsteemid termodünaamilises tasakaalus ja nende olekute vahelised üleminekuprotsessid. Termodünaamika ei võta arvesse nende transformatsioonide aluseks olevaid mikroprotsesse. See termodünaamiline, või fenomenoloogiline, erineb meetod statistilisest.

Molekulaarkineetiline teooria ja termodünaamika täiendavad teineteist, moodustades ühtse terviku, kuid erinevad erinevate uurimismeetodite poolest. Mõlemad meetodid peaksid andma samad tulemused aine omaduste ja oleku kohta sarnastes tingimustes ning seetõttu peaks aine parameetrite vahel, mis kirjeldavad selle olekut molekulaarkineetilises teoorias ja termodünaamikas, olema loomulik seos.