Теория А.М. Бутлерова: основные положения и значение

Главные тезисы теории

Основные положения теории Бутлерова:

• органические вещества имеют одинаковый качественный и количественный состав, вне зависимости от способа их образования;
• валентность углерода, входящего в состав органических веществ, равняется 4;
• существует несколько вариантов соединения атомов в молекуле сложных химических элементов;
• атомы соединены друг с другом в строгой последовательности;
• узнать свойство органического соединения можно при помощи его строения (это правило работает и в обратном направлении);
• атомы, образующие молекулу вещества, взаимно влияют друг на друга (интенсивность влияния зависит от порядка и прочности соединения).

Душа с точки зрения науки XIX века, или Естествознание в мире духов

С одной стороны, XIX век стал эпохой науки и торжества разума. Всё важнее становилось объективное знание, формировалась научная методология, на место мыслителей приходили ученые.

Однако многих людей пугал рационализм, не устраивал материализм и позитивизм (признание истинным только того, что можно наблюдать опытным путем) эпохи. А научные и технические открытия косвенно подогревали интерес к мистическим явлениям. Немало людей, в том числе ученых, верили, что наука поможет понять «необъяснимое».

Всплеск интереса к спиритизму начался в середине XIX века. Широкую известность тогда получила история двух девочек-сестер из США — Кейт и Маргарет Фокс, которые якобы умели общаться с духом покойного разносчика фруктов, а также их старшей сестры Лии. Призраки «разговаривали» стуками — ударами об пол ножки стола. Духи умели «говорить» «да» (два стука) и «нет» (один), выстукивать числа, а также буквы — количеством ударов, соответствующим их месту в алфавите.

Сестры Фокс. Источник

Несмотря на то, что некоторое время спустя Маргарет Фокс призналась в мошенничестве — звуки, по ее словам, она издавала с помощью сустава большого пальца (через год она отказалась от этих слов), «феномен сестер Фокс» стал известен по всему свету. Он получил название «спиритизм» (от лат. spiritus — «дух»), а сами люди, способные общаться с мертвыми, стали именоваться «медиумами» (от medium — «среда, посредник»). Число таких контактеров стало быстро расти, а спиритические кружки открывались по всему миру.

Два титана на одном факультете

Бутлеров и Менделеев во многом были похожи, но во многом и различались.

Александр Бутлеров. Источник

Александр Михайлович создал теорию химического строения, согласно которой расположение атомов в молекуле вещества определяет его свойства. Он начал научную карьеру в своей альма-матер — Казанском Императорском университете. В 1860 году Бутлеров стал его ректором, но из-за конфликтов со студентами, профессорами и чиновниками уже через три года подал в отставку. После публикации ряда трудов по теории химического строения Бутлерова в 1868 году пригласил к себе Санкт-Петербургский университет, где ему поручили кафедру органической химии. А уже в следующем году казанский профессор становится членом Императорской академии наук.

Библиография‍15

Семенов Н. Н. Избранные труды. В 4 т.‍5 / . — М. : Наука, 2004

Семенов Н. Н. Избранные труды. Т. 1, кн. 1. — 2004‍ — 2004. — 391, с.,  л. портр. : ил.
Семенов Н. Н. Избранные труды. Т. 1, кн. 2. — 2004‍ — 2004. — 602, с. : ил., портр.
Семенов Н. Н. Избранные труды. Т. 2. — 2005‍ — 2005. — 703, с.,  л. портр. : ил.
Семенов Н. Н. Избранные труды. Т. 3. — 2004‍ — 2004. — 498, с.,  л. портр. : ил.
Семенов Н. Н. Избранные труды. Т. 4. — 2006‍ — 2006. — 609, с.,  л. портр.

Капица, Тамм, Семенов : в очерках и письмах.‍ — М.: Вагриус, Природа, 1998. — 575 с., ил.
Физики о себе: сб. документов. — 1990‍ // Физики о себе. — Л. : Наука, 1990. — С. 81—92
К 100-летию Николая Николаевича Семенова: «Природа». — 1996, № 3—4‍ : Специальный выпуск журнала «Природа». — 1996. — № 3–4.
Чернышев А. К. Творец истории XX века Николай Николаевич Семенов в Атомном проекте СССР. — 2016‍ — 2 изд. (дополн.). — М.: ТОРУС ПРЕСС, 2016. — 148 c.
Научное наследие лауреата Нобелевской премии академика Н. Н. Семенова в советском Атомном проекте. — 2015‍ / ФГУП “Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский ин-т экспериментальной физики”; . — Саров : РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2015. — 407, с.,  л. портр.
Воспоминания об академике Николае Николаевиче Семенове. — 1993‍ / Рос. акад. наук ;  ; отв. ред. А. Е. Шилов. — М. : Наука, 1993. — 300, с., 1 л. портр. : ил. — (Ученые России. Очерки, воспоминания, материалы). — Библиогр.: с. 280—292.
Герои атомного проекта. — 2005‍ // Герои атомного проекта. — Саров: Росатом, 2005. — С. 335–336.
Академик Н. Н. Семенов: семейные хроники. — 2021‍ / Авторы-сост. Л. Н. Семенова и Д. В. Гольданский. — М. : ТОРУС ПРЕСС, 2021. — 152 с. : ил.
Воспоминания о выдающихся деятелях…// Военно-промышленная комиссия. 60 лет на страже Родины. — 2017‍ // Военно-промышленная комиссия. 60 лет на страже Родины. — 2017. — С. 204—207.
Семенов Н. Н. ‍ // Я. И. Френкель : Воспоминания, письма, документы. — Л. : Наука, 1986. — С. 19—26.

Личная жизнь

Александр Михайлович женился на Глумилиной Надежде Михайловне (—) Она была племянницей известного в то время писателя С. Т. Аксакова. Брак заключили в 1851 году. В родился сын Михаил ( — ) Он стал зоологом, работал учителем. Младший сын, Владимир ( — ), появился на свет в 1864 году. Став взрослым, младший сын знаменитого академика принимал активное участие в государственном управлении: был избран в Государственный совет Российской Империи, поддерживал аграрную реформу Министра внутренних дел, П. А. Столыпина. Внук Бутлерова — Георгий, был офицером Российской императорской армии. В 1921 году вместе со своей семьёй эмигрировал в Парагвай, где отличился в борьбе за независимость своей новой родины, став в итоге её национальным героем.

Бутлеров с детства любил играть на рояле. Будучи взрослым он легко воспроизводил зарубежные песни, которые слышал в ходе поездок по Европе. С возрастом начал больше внимания уделять оперным спектаклям. В загородном доме Бутлерова стоял рояль, на котором он частенько музицировал для своих домочадцев. Александр Михайлович никогда и не думал окончательно перебираться в Петербург или за границу. Очень любил природу родного края, и выйдя в отставку, отдыхал в имении Бутлеровка, занимаясь любимым пчеловодством, охотой, бесплатно лечил людей и животных из всех окрестных деревень, набравшись навыков ещё от отца.

Теория строения органических соединений

В 1861 г. в городе Шпейер (Германия) на съезде немецких естествоиспытателей и врачей А.М.Бутлеров выступил с докладом «Несколько о химической структуре тел», изложив основные положения теории строения органических соединений. А.М.Бутлеров констатировал ограниченность существовавших теорий строения, так как новые экспериментальные факты не укладывались в рамки этих теорий.

А.М.Бутлеров подчеркнул основополагающее значение теории атомности; дал определение понятия химического строения как распределения принадлежащих атомам сил сродства, вследствие которых образуются химические связи различной прочности.

Впервые обратил внимание на то, что различная реакционная способность разных соединений объясняется «большей или меньшей энергией», с которой связываются атомы (то есть энергией связей), а также полным или неполным потреблением единиц сродства при образовании связи. А.М.Бутлеров считал возможным выражать строение определенного соединения лишь одной формулой

А.М.Бутлеров считал возможным выражать строение определенного соединения лишь одной формулой.

С помощью новой теории А.М.Бутлеров предсказал существование не известных до того времени классов соединений.

Объяснил явление изомерии – существование соединений, обладающих одинаковым элементарным составом, но различным химическим строением, показал значение взаимного влияния атомов в молекуле на ее свойства. Указал на возможность обратимой изомеризации, заложив основы учения о таутомерии.

Предсказал и доказал существование двух изомерных бутанов, трех пентанов и различных спиртов до амиловых включительно.

Для подтверждения своей теории А.М.Бутлеров провел обширные экспериментальные исследования. Синтезировал и подтвердил природу третичного бутилового спирта, изобутана и изобутилена, предсказанных теорией строения. Выяснил структуру ряда этиленовых углеводородов и осуществил их полимеризацию.

Тремя выпусками издал в Казани «Введение к полному изучению органической химии» (1864–1866 гг.) – первое в истории науки руководство, основанной на теории химического строения. Издание книги на немецком языке способствовало широкому признанию теории среди химиков всего мира, утверждению приоритета А.М.Бутлерова в создании теории химического строения.

Биография

Родился в семье помещика, офицера в отставке – участника Отечественной войны 1812 года. Первоначальное образование получил в частном пансионе, а затем в гимназии в Казани, в 1844-1849 гг. студент Казанского университета «разряда естественных наук». С 1849 преподаватель, с 1854 экстраординарный, а с 1857 ординарный профессор химии в том же университете. В 1860-1863 был дважды его ректором. В 1868-1885 ординарный профессор химии Петербургского университета. В 1885 вышел в отставку, но продолжал читать в университете специальные курсы лекций. В 1870 был избран адъюнктом, в 1871 экстраординарным, а в 1874 ординарным академиком Петербургской АН. В 1878-1882 преемник Н. Н. Зинина на посту председателя Отделения химии Русского физико-химического общества. Почётный член многих других научных обществ в России и за рубежом.

Ещё будучи воспитанником пансиона начал интересоваться химией: вместе с товарищами они пытались изготовить то порох, то «бенгальские огни». Однажды, когда один из опытов привел к сильному взрыву, воспитатель сурово наказал его. Три дня подряд Сашу выводили и ставили в угол на всё время пока другие обедали. На шею ему вешали чёрную доску, на которой было написано «Великий химик». Впоследствии эти слова стали пророческими. В Казанском университете Бутлеров увлёкся преподаванием химии, профессорами которой были К. К. Клаус и Н. Н. Зинин. С 1852, после перехода Клауса в Дерптский университет, Бутлеров возглавил преподавание всей химии в Казанском университете. В 1851 Бутлеров защитил магистерскую диссертацию «Об окислении органических соединений», а в 1854 в Московском университете – докторскую диссертацию «Об эфирных маслах». Во время заграничной поездки в 1857-1858 сблизился со многими видными химиками, в том числе с Ф. А. Кекуле и Э. Эрленмейером, и провёл около полугода в Париже, деятельно участвуя в заседаниях только что организованного Парижского химического общества. В Париже, в лаборатории Ш. А. Вюрца, Бутлеров начал первый цикл экспериментальных исследований. Открыв новый способ получения йодистого метилена, Бутлеров получил и исследовал многочисленные его производные; впервые синтезировал гексаметилентетрамин (уротропин) и полимер формальдегида, который при обработке известковой водой переходил в сахаристое вещество (содержащее, как было установлено Э. Фишером, a-акрозу). По словам Бутлерова, это – первый полный синтез сахаристого вещества.

Вклад в сельское хозяйство

А.М.Бутлеров много внимания уделял практическим вопросам сельского хозяйства. В своем имении Бутлеровке занимался пчеловодством, садоводством, цветоводством; лечил местных крестьян.

 Свой первый труд по пчеловодству «Пчела, ее жизнь и главные правила толкового пчеловодства» А.М.Бутлеров опубликовал в издании Вольного экономического общества, членом которого состоял с 1871 г.

Придавал большое значение распространению рационального пчеловодства в России, написал брошюру «Как водить пчел» (1885 г., 12 издание 1929 г.), не утратившую своего значения до настоящего времени.

Ваш браузер не поддерживает вставку HTML5-тегов video.

Александр Бутлеров. Спиритические сны. 2009

Телерадиокомпания «Новый век»

Научная деятельность[]

Ещё будучи воспитанником пансиона начал интересоваться химией: вместе с коллегами пытались изготовить то порох, то «бенгальские огни». Однажды, когда один из опытов привел к сильному взрыву, воспитатель сурово наказал его. Три дня подряд Сашу выводили и ставили в угол на всё время пока другие обедали. На шею ему вешали чёрную доску, на которой было написано «Великий химик». Впоследствии эти слова стали пророческими. В Казанском университете Бутлеров увлёкся преподаванием химии, профессорами которой были К. К. Клаус и Н. Н. Зинин. С 1852 года, после перехода Клауса в Дерптский университет, Бутлеров возглавил преподавание всей химии в Казанском университете. В 1851 Бутлеров защитил магистерскую диссертацию «Об окислении органических соединений», а в 1854 в Московском университете — докторскую диссертацию «Об эфирных маслах». Во время заграничной поездки в 1857—1858 сблизился со многими видными химиками, в том числе с Ф. А. Кекуле и Э. Эрленмейером, и провёл около полугода в Париже, деятельно участвуя в заседаниях только что организованного Парижского химического общества. В Париже, в лаборатории Ш. А. Вюрца, Бутлеров начал первый цикл экспериментальных исследований. Открыв новый способ получения йодистого метилена, Бутлеров получил и исследовал многочисленные его производные; впервые синтезировал гексаметилентетрамин (уротропин) и тример формальдегида (триоксиметилен). В работе, опубликованной в 1861 году Бутлеров показал, что триоксиметилен при обработке известковой водой переходит в сахаристое вещество (реакция Бутлерова), которое он назвал метиленитаном (позднее Э. Фишер установил, что метиленитан — неоднородное вещество, содержащее α-акрозу и формозу). В этой статье Бутлеров отметил, что получение метиленитана — первый полный синтез сахаристого вещества.

Фотогалерея‍29

Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов читает лекцию
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов за рабочим столом
Н. Н. Семёнов за рабочим столом
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов в лаборатории
Н. Н. Семёнов в лаборатории
Н. Н. Семёнов в лаборатории
Н. Н. Семёнов в лаборатории
Я. Б. Зельдович, Ю. Б. Харитон и Н. Н. Семёнов
И. Е. Тамм, Н. Н. Семёнов, Нильс Бор
М. В. Келдыш и Н. Н. Семёнов
Н. Н. Семёнов среди коллег
Шофер А. Д. Гурьев, Н. Н. Семёнов, П. С. Костиков – верный помощник и телохранитель
Н. Н. Семёнов среди коллег
Н. Н. Семёнов среди коллег
П. Л. Капица и Н. Н. Семёнов на картине Кустодиева
Семья Семёновых
Семья Семёновых
Почтовая марка, посвящённая Н. Н. Семёнову
Почтовая марка, посвящённая Н. Н. Семёнову
Мемориальная доска Н. Н. Семёнова
Мемориальная доска Н. Н. Семёнова

Педагогическая деятельность

Огромная заслуга Бутлерова — создание первой русской школы химиков. Ещё при его жизни ученики Бутлерова по Казанскому университету В. В. Марковников, А. Н. Попов, А. М. Зайцев заняли профессорские кафедры в университетах. Из учеников Бутлерова по Петербургскому университету наиболее известны А. Е. Фаворский, М. Д. Львов и И. Л. Кондаков. В разное время в бутлеровской лаборатории работали практикантами Е. Е. Вагнер, Д. П. Коновалов, Ф. М. Флавицкий, А. И. Базаров, А. А. Кракау и др. видные русские химики. Отличительной чертой Бутлерова как руководителя было то, что он учил примером — студенты всегда могли сами наблюдать, над чем и как работает профессор.

Слайд 4БиографияРодился в семье помещика, офицера в отставке — участника Отечественной войны

1812 года.Первоначальное образование получил в частном пансионе, а затем в гимназии в Казани, в 1844—1849 годах студент Казанского университета «разряда естественных наук». С 1849 преподаватель, с 1854 экстраординарный, а с 1857 ординарный профессор химии в том же университете. В 1860—1863 был дважды его ректором.В 1868—1885 ординарный профессор химии Петербургского университета. В 1885 вышел в отставку, но продолжал читать в университете специальные курсы лекций. В 1870 был избран адъюнктом, в 1871 — экстраординарным, а в 1874 — ординарным академиком Петербургской АН. В 1878—1882 преемник Н. Н. Зинина на посту председателя Отделения химии Русского химического общества. Почётный член многих других научных обществ в России и за рубежом.

Синтез веществ

На основе бутлеровской теории производится синтез органических соединений. Ученый доказал, что при помощи контролируемых реакций возможно создать новые вещества. Спустя несколько лет после публикации учения Бутлерова было проведено множество экспериментов. В их результате получилось синтезировать изобутилен, изомеры пентана и соединения, относящие к спиртам.

Современные технологии позволяют производить синтез веществ из нескольких сложных элементов, что позволяет улучшить их химические свойства. Для синтезирования применяются металлоорганические соединения, богатые электронами. Они используются при массовом производстве насыщенных углеводородов и сверхтонких волокон.

Победа за Менделеевым?

Полемика вокруг спиритической комиссии стала действительно горячей. Участники спора даже перестали раскланиваться друг с другом. Печать же разнесла сведения о полемике среди ученых на всю Россию.

Хотя фактически спор оказался нерешенным и достаточных аргументов не представила ни одна из сторон, формальным победителем стал Менделеев. Большая часть газет и журналов, научное сообщество и даже царская цензура встали на его сторону. Однако сработал, так сказать, черный пиар: развлекательные спиритические сеансы стали на некоторое время еще популярнее, чем раньше.

Изменить мнение сторонников спиритизма комиссия и правда не смогла. Те же Аксаков, Бутлеров и Вагнер продолжали пытаться изучать духов с научной точки зрения, проводили опыты, приглашали известных зарубежных медиумов.

Например, Бутлеров пытался теоретически раздвинуть границы спиритизма, понимать его более широко — как «психизм» или «медиумизм». Другие ученые-спиритисты пытались связать свою концепцию с , , четвертым измерением и другими как минимум спорными теориями. Всё это нередко сочеталось с нападками на «правоверную науку» и впоследствии переросло в парапсихологию.

При этом медиумические опыты всё больше отдалялись от науки. Например, спиритисты стали требовать уж совсем антинаучных условий для своих экспериментов. Так, участники сеанса должны были верить в реальность изучаемых явлений, ведь феномены могут не появиться, если в них не верят. Еще — признавать, что результаты опытов могут отличаться даже в одинаковых условиях и на них может влиять вмешательство духов и личные качества медиума.

Также спиритисты продвигали свои убеждения среди широкой публики. Так, в 1881 году Аксаков запустил издание журнала «Ребус». Значительную роль в нем сыграл Вагнер, определивший направление издания. Из-за требований цензуры журнал не мог быть полностью спиритическим, поэтому маскировался под развлекательный. Так, статью — инструкцию по проведению спиритического сеанса в «Ребусе» могли опубликовать в виде литературного рассказа.

Методы изображения строения молекул

Для отображения порядка соединения атомов Бутлеров разработал структурную формулу. Связь между мельчайшими частицами изображается в виде черточек. Их количество определяет число общих электронных пар. Валентность углерода равна 4, поэтому он всегда образует 4 связи. С помощью этой формулы было подтверждено существование вторичных и третичных спиртов.

По числу углеродных атомов частицы подразделяются на следующие виды:

• первичные: соседствуют с 1 атомом углерода;
• вторичные: имеют 2 соседних углеродных атома;
• третичные: соседствуют с 3 атомами углерода;
• четвертичные: имеют 4 соседних углеродных атома.

Отображение молекул органических веществ осуществляется при помощи брутто-формул. Они представляют собой запись количественного и качественного состава вещества в сокращенном виде. Всем классам органических соединений соответствует общая формула гомологического ряда. Она показывает количественный состав гомологов, отличающихся на 1 группу CH2. Примеры гомологов: этан (С2H6) и пропан (C3H8).

Слайд 10Память Память о Бутлерове была увековечена только при Советской власти; было осуществлено

академическое издание его трудов.В 1953 году перед зданием химического факультета МГУ ему был открыт памятник.Химический факультет Казанского Федерального университета был преобразован в Химический институт им. А. М. Бутлерова после слияния с НИХИ им. А. М. Бутлерова в 2002 году.Улицы Бутлерова есть в Казани, Москве, Санкт-Петербурге, в Даугавпилсе (в районе Посёлок Химиков), в Киеве (в районе ПО «Химволокно» — Дарницкая промзона), в г. Дзержинск, (Нижегородская область), в г. Чистополь, (республика Татарстан).18−23 сентября 2011 года в Казани прошёл Международный конгресс по органической химии, посвященный А. М. Бутлерову — «Бутлеровский конгресс»

Теория Бутлерова: химическое строение органических веществ

А. М. Бутлеров внёс су­ще­ст­вен­ный вклад в раз­витие тео­рии хи­мического строе­ния ор­га­нических ве­ществ. Основные по­ло­же­ния этой тео­рии он из­ло­жил в док­ла­де «Нечто о хи­ми­че­ском строе­нии тел», про­чи­тан­ном в хи­мической сек­ции съез­да немецких ес­те­ст­во­ис­пы­та­те­лей и вра­чей в Шпай­е­ре (сентябрь ). Основные положения этой теории:

1. Соединение атомов в молекулах происходит согласно их валентности;
2. изменение последовательности соединения приводит к формированию нового вещества с иными свойствами;
3. порядок соединения атомов влияет на свойства вещества;
4. по продуктам химических превращений можно определить строение химического вещества.

Другими словами свойства органических соединений зависят не только от входящих в их состав химических элементов и их количества, но также от строения самой молекулы. Бутлеров считал, что самое главное — это то, как связаны атомы между собой. Благодаря этой теории стало понятным существование изомеров — соединений с одинаковым химическим составом, но с разным расположением атомов, как правая и левая перчатки — несмотря на «одинаковость» надеть не на ту руку не получится. На съезде разграничили понятия «атом», «молекула», утвердили атомно-молекулярное учение, основное положение которого «атомы при взаимодействии образуют молекулу». Результаты работ Бутлерова позволили ученым отвергнуть представления агностиков, принявших в химии форму «теории типов». Согласно положениям этой теории, якобы было принципиально невозможно познать строение молекул. Атомно-молекулярное учение послужило основой создания теории химического строения Бутлерова, которая быстро завоевала признание в международном научном сообществе. Вскоре Бутлеров написал учебник: «Введение к полному изучению органической химии». Он впервые издан в Казани в течение  — 1866 годов и в 1868 году был переведен с дополнениями под редакцией автора на немецкий язык под заглавием: «Lehrbuch d. organischen Chemie zur Einführung in das specielle Studium derselben» (Лейпциг). По словам немецкого исследователя Виктора Мейера, учебник Бутлерова стал:

Также по словам его ученика, В.Марковникова, эта книга:

В 1868 году учёному была присуждена Ломоносовская премия. В то же время два наиболее значительных русских химика того времени — Д. И. Менделеев и Н. А. Меншуткин — лишь спустя десять лет после смерти Бутлерова признали справедливость его теории химического строения.

Александру Михайловичу Бутлерову удалось создать первую русскую школу химиков. Уже при его жизни профессорами в университетах стали:

• В. В. Марковников, А. Н. Попов, А. М. Зайцев — ученики Бутлерова по Казанскому университету;
• А. Е. Фаворский, М. Д. Львов и И. Л. Кондаков — воспитанники уже по Петербургскому университету.

В разное время практикантами в лаборатории известного профессора работали Е. Е. Вагнер, Д. П. Коновалов, Ф. М. Флавицкий и другие видные русские химики. Отличительной чертой Бутлерова как педагога было то, что он учил своим примером — студенты всегда могли лично наблюдать, над чем и как именно работает профессор.