Что такое эквимолярная смесь

Что такое эквимолярная смесь

Репетитор по химии и биологии

100 баллов ЕГЭ по химии!

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

РГМУ по химии 2010

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускница репетитора В.Богуновой

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

МГМСУ, лечебный факультет

выпускник репетитора В.Богуновой

МГМСУ, лечебный факультет

выпускница репетитора В. Богуновой

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

выпускница репетитора В.Богуновой

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускник репетитора В.Богуновой

Первый МГМУ им. И.М. Сеченова

выпускница репетитора В.Богуновой

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

выпускница репетитора В. Богуновой

РНИМУ им. Н.И. Пирогова

выпускник репетитора В.Богуновой

МГМСУ им. А.И. Евдокимова

выпускник репетитора В.Богуновой

Секретная шпаргалка по химии

4.5 Избыток-недостаток, степень превращения, выход реакции в смеси газов

Вы хотите познавать химию и профессионально, и с удовольствием? Тогда вам сюда! Автор методики системно-аналитического изучения химии Богунова В.Г. раскрывает тайны решения задач, делится секретами мастерства при подготовке к ОГЭ, ЕГЭ, ДВИ и олимпиадам

Совсем немного прошло времени, а я уже соскучилась по своим читателям. Как вы там? Справляетесь с задачами, которые я вывалила на вас в большом количестве? Давайте, не подведите! Вы должны подготовиться к ЕГЭ фундаментально и сдать на 100 баллов! Хотите, чтобы ваше самое сокровенное желание исполнилось? Произнесите волшебное заклинание: «Трах-тибидох-тибидох!» и стукните правой ногой три раза по полу. Ждать исполнения желания осталось недолго. Как только решите все задачи, которые я для вас написала в статье, желание исполнится обязательно! Кстати, в конце статьи я даю рецепт колдовского кекса, который можно приготовить за 5 минут. И вкусно, и полезно, и волшебно! Читайте, решайте, готовьте, кушайте!

Однако, вернемся к основной теме. В статье «Секретная шпаргалка по химии. 4.3. Горение смеси газов» я рассказала о гипотетических (предполагаемых) алгоритмических приемах для 28 задания ЕГЭ и подробно описала первую фишку:

1) Расчеты по уравнениям реакции горения смеси газов, состав которой нужно определить предварительно

2) Определение объемного состав смеси по участникам процесса горения (задачи на систему уравнений с двумя неизвестными)

3) Определение состава смеси газообразных продуктов, если в условии избыток-недостаток, степень превращения, выход реакции

4) Задачи на изменение объема смеси газов в процессе реакции

В статье «Секретная шпаргалка по химии. 4.4. Смеси газов и уравнения с двумя неизвестными» я рассказала о второй предполагаемой фишке «Определение объемного состав смеси по участникам процесса горения (задачи на систему уравнений с двумя неизвестными)».

2 л метиламина смешали с 6 л кислорода (н.у.) и подожгли. Определить плотность и объем (н.у.) образовавшихся газов

Задачу решаем стандартно, по Четырем Заповедям

• Первая Заповедь . Выписать данные в разделе «Дано»

• Вторая Заповедь . Написать уравнение реакции.

При написании реакции, не забываем, что при обычном сжигании атомы элемента азота (в реагенте) превращаются в простой газ азот. Оксид азота образуется только при температуре выше 3000°С или при каталитическом окислении. Расстановку коэффициентов начинаем с азота. Для дальнейших расчетов сделаем отступ над реакцией.

• Третья Заповедь . Сделать предварительные расчеты.

• Четвертая запов едь. Составить алгоритм решения задачи.

Алгоритм решения составляем по вопросам задачи: «Определить плотность и объем (н.у.) образовавшейся газовой смеси». Объем смеси образовавшихся газов хорошо виден по таблице.

В указанной выше статье я также рассматривала понятие средней молярной массы. Напомню:

• Средняя молярная масса газа — рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей

В данной задаче плотность газа рассчитываем по средней молярной массе, которую определяем по формуле суммы произведений объемных долей каждого газа и их молярных масс.

Решим еще парочку задач на закрепление алгоритма.

Определить состав газовой смеси, образовавшейся при смешивании 60 мл СО, 40 мл NO и 120 мл воздуха.

Маленький комментарий. Монооксид азота реагирует с кислородом самопроизвольно, поэтому при смешивании газов, монооксид азота прореагировал с кислородам воздуха. Далее задачу решаем по аналогии с предыдущей. Кислород «извлекаем» из воздуха по формуле объемной доли. Мы должны помнить, что объемная доля кислорода в воздухе 20% (более точно, 21%).

Приготовили 2000 л (н.у.) эквимолярной смеси метана и углекислого газа и привели ее к условиям реакции. Степень превращения метана 15%. Определите объемные доли компонентов в образовавшейся смеси газов (н.у.)

Маленький комментарий. В более ранних статьях я рассказывала, как решать задачи на избыток-недостаток «Секретная шпаргалка по химии. 3.4 Избыток-недостаток» и выход реакции «Секретная шпаргалка по химии. 3.5 Выход реакции» Сегодня мы познакомимся с понятием Степень превращения.

Эквимолярное соотношение — равные количества веществ. Одинаковые количества вещества газов могут быть только в одинаковых объемах. Это следует из закона Авогадро:

В равных объемах различных газов, измеренных при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул.

Задача решается стандартно с учетом степени превращения.

После пропускания стехиометрической смеси водорода и азота через контактный аппарат определили, что прореагировало 12% азота. Рассчитайте степень превращения водорода и содержание компонентов в образовавшейся смеси.

Рецепт Колдовского Кекса (можно кушать только особо одаренным)

В небольшой миске смешать жидкие ингредиенты, затем добавить к ним сухие. Все тщательно перемешать. Кружку объемом 500 мл смазать растительным маслом. Вылить жидкое тесто в кружку и поставить в микроволновку на 1,5 минуты при высокой мощности. Достать и кушать. Можно полить сметаной или йогуртом. Отличный завтрак или полдник. Приятного аппетита!

Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами.

Полный каталог статей репетитора Богуновой В.Г. вы найдете на странице сайта Статьи репетитора

Подписывайтесь на YouTube-канал Репетитор по химии и биологии. Ежедневно появляются новые вебинары, видео-уроки, видео-консультации, видео-решения заданий ЕГЭ.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Эквимолярная смесь

Эквимолярная смесь дифенилртути и перекиси беп-зоила, сильно разбавленная бензолом, нагревалась при 55 С в течение 22 час. [16]

Эквимолярная смесь этилена и водорода при 1 атм пропускается над гидрирующим катализатором со скоростью, достаточно малой для того, чтобы газ, покидающий катализатор, можно было считать равновесной смесью, соответствующей температуре катализатора. [18]

Эквимолярная смесь метанола и азота при давлении 100 атм и температуре 600 К расширяется в изотермической турбине со скоростью 1 моль / с. Применив уравнение Соава, определите получаемую работу. Давление на выходе из турбины составляет 5 атм. [19]

Эквимолярная смесь этанола и бензола при 200 С представляет собой жидкость. Если давление смеси адиабатически понизить до 12 6 атм, образуется некоторое количество паровой фазы. [20]

Эквимолярная смесь метанола и азота при давлении 100 атм и температуре 600 К расширяется в изотермической турбине со скоростью 1 моль / с. Применив уравнение Соава, определите получаемую работу. Давление на выходе из турбины составляет 5 атм. [21]

Эквимолярная смесь этанола и бензола при 200 С представляет собой жидкость. Если давление смеси адиабатически понизить до 12 6 атм, образуется некоторое количество паровой фазы. [22]

Эквимолярная смесь метанола и азота при давлении 100 атм и температуре 600 К расширяется в изотермической турбине со скоростью 1 моль / с. Применив уравнение Соава, определите получаемую работу. Давление на выходе из турбины составляет 5 атм. [23]

Эквимолярная смесь этанола и бензола при 200 С представляет собой жидкость. Если давление смеси адиабатически понизить до 12 6 атм, образуется некоторое количество паровой фазы. [24]

Эквимолярную смесь Н8О3Р в 8ЬР5 называют магической к-т о и. Сверхкислотность обусловлена исключительной слабостью взаимод. В среде сверхкислот протонируются в-ва, обычно не проявляющие основных св-в, в частности углеводороды. Это явление используют на практике, преим. [27]

Эквимолярную смесь этих родственных соединений можно выкристаллизовать как особое химическое вещество, называемое хингидроном, и поэтому электрод называется кингидронным. Эта система не может быть применена к растворам с рН выше 9, так как гидрохинон, будучи слабой кислотой, нейтрализуется основанием. Описываемый электрод отчасти менее удобен, чем стеклянный, но он гораздо дешевле, так как не требует электронно-лампового усиления; поэтому он все еще находит применение. [29]

Эквимолярную смесь бензонитрила и изобутилового спирта насыщают сухим НС1 и оставляют на ночь в закрытом сосуде. Образовавшуюся кристаллическую массу промывают эфиром и высушивают. Затем ее растирают в порошок и оставляют на 7 суток над каустической содой. Раствор упаривают до малого объема и оставляют кристаллизоваться. [30]

Источник

Что такое эквимолярная смесь

7. Растворение веществ. Растворы

Твердые, жидкие и газообразные системы (смеси) двух или нескольких компонентов, образующих одну фазу (гомогенные), называются растворами. По агрегатному состоянию мы различаем растворы газообразные (газовые смеси), растворы жидкие (растворы газов, жидкостей и твердых веществ в жидкостях) и растворы твердые (сплавы, стекло).

а) Получение растворов.

Общепринятым растворителем является вода, но т. к. не все вещества, особенно не все вещества органические, растворяются в воде, то применяются и другие растворители, например, спирт, эфир, ацетон, бензол, пиридин и т. д. Иногда с успехом применяются также смеси растворителей, напр. смеси спирта с водой. Растворители мы делим на полярные и неполярные.

Для получения раствора мы заставляем обычно плотно соприкасаться те вещества, из которых раствор должен быть приготовлен. Здесь, однако, имеет значение характер растворяемых веществ и растворителя.

Если растворяемое вещество твердое, то прежде всего его следует измельчить (в ступке или в мельнице), чтобы получить как можно большую поверхность для соприкосновения между растворяемым веществом и растворителем. Этим, а также перемешиванием и взбалтыванием значительно ускоряется получение раствора. Иногда на сосуд, в котором приготовляется раствор, мы насаживаем обратный холодильник, особенно в тех случаях, когда раствор приготовляется кипячением. Этим мы уменьшаем потери растворителя, пары которого, образующиеся при нагревании смеси, осаждаются в холодильнике и стекают обратно в смесь (особенно это важно в том случае, когда растворитель горюч и его пары при работе с открытым сосудом могли бы загореться от соприкосновения с отопительным устройством).

Всегда, когда мы говорим о растворе, то подразумеваем раствор в физическом смысле, т. е такой, при образовании которого не произошло никакой химической реакции. Только в этом случае мы можем фракционированием раствора (напр. испарением растворителя) получить растворенное вещество. Напр. раствор хлористого натрия дает при испарении снова хлористый натрий.

Растворимость какого-либо вещества определяется количеством граммов этого вещества, способным образовать при определенной температуре насыщенный раствор. Для получения растворов особое значение имеет растворимость веществ при температурах 20°С и 100°С. Эти величины можно найти в таблицах (напр. табл. 9).

Из таблицы следует, что в 100 г воды при 20°С необходимо растворить 65,2 г бромистого калия, чтобы получить насыщенный (при 20°С) раствор. Далее видно, что растворимость веществ весьма различна и что с повышением температуры она у различных веществ повышается по-разному. У некоторых соединений растворимость падает с повышением температуры [Са(ОН)₂].

б) Концентрация растворов.

Концентрацию растворов можно выразить самыми разнообразными способами в зависимости от того, для какой цели нам нужно ее знать.

Если в растворе на Q граммов растворителя приходится q граммов растворенного вещества, то концентрация с (вес. %) выражается равенством:

Пример 1: Какова концентрация раствора, содержащего на 140 г растворителя 18 г растворенного вещества?

Пример 2: Сколько растворителя нужно прибавить к 600 г 25%-ного раствора какого-либо вещества, чтобы получить 8%-ный раствор?

Пример: Какова молярность раствора серной кислоты, который содержит в 250 мл 22 г серной кислоты?

Если в 250 мл раствора содержится 22 г серной кислоты, то в 1000 мл содержится 22 * 4 = 88 г серной кислоты. Это количество выразим в молях серной кислоты, разделив его на молекулярный вес серной кислоты (H₂SО₄, т. е. 2 * 1,008 + 32,066 + 4 * 16 = 98,082), т. е. 88 : 98,082 = 0,9. Кислота 0,9-молярная.

Растворы, концентрация которых выражается числом молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя, называются, в отличие от растворов молярных, моляльными растворами.

в) Общее количество вещества в растворе.

Если в раствор прибавить растворителя, то увеличится вес раствора, но количество растворенного вещества останется неизменным. Иначе говоря, общее количество вещества в растворе остается постоянным.

Произведение концентрации раствора на его количество не меняется от разбавления раствора.

Пример 1: Сколько воды надо прибавить к 360 г 15%-ного раствора хлористого калия, чтобы получить 12%-ный раствор?

Общее количество вещества в растворе перед разбавлением его будет равняться общему количеству вещества в растворе после разбавления, так что, если прибавку воды назвать х, то получим уравнение:

Этот пример можно решить еще при помощи так наз. правила смешения; порядок решения следующий:

Решение при помощи правила смешения:

Пример 3: Сколько чистого хлористого натрия нужно прибавить к 2500 г 15%-го раствора хлористого натрия, чтобы получить 20 %-ный раствор? Если обозначим через х количество прибавленного 100%-ного раствора хлористого натрия, то получим уравнение:

Решение правилом смешения:

г) Кристаллизация растворов.

Если оставить раствор поваренной соли в открытом сосуде в теплом месте, то вода будет постепенно испаряться и из раствора начнут выделяться геометрические фигуры правильной формы, называемые кристаллами поваренной соли. Этим, так наз. способом кристаллизации испарением, или свободной кристаллизации, добывается соль из морской воды. Свободной кристаллизацией пользуются в тех случаях, когда проводится кристаллизация веществ, растворимость которых не изменяется значительно с изменением температуры. Кристаллы получаются большие; они содержат некоторое количество загрязнений из маточного раствора, т. е. из оставшегося раствора.

Для кристаллизации веществ, растворимость которых возрастает с повышением температуры, применяется способ кристаллизации охлаждением или принудительной кристаллизации. Приготовим насыщенный при высокой температуре раствор, быстро его профильтруем и охладим. При этом выделятся небольшие, очень чистые кристаллы, количество которых зависит от разности растворимости вещества при низкой и при высокой температуре.

Некоторые вещества дают пересыщенные растворы, которые часто даже при охлаждении не кристаллизуются. В таких случаях мы вызываем кристаллизацию встряхиванием или трением палочки о стенки сосуда, но лучше всего так наз. заводкой, т. е. прибавлением небольшого кристаллика растворенного вещества.

Кристаллы представляют собою геометрические формации, ограниченные правильными геометрическими плоскостями, образующими вполне определенные углы (как у больших, так и маленьких кристаллов углы эти одинаковы); это указывает на правильность их внутренней структуры.

е) Сокращение объема. Азеотропия.

Некоторые жидкости совершенно не смешиваются друг с другом (ртуть и вода), некоторые смешиваются в любых соотношениях (спирт и вода), есть и такие, которые смешиваются только в определенных отношениях (если взболтать эфир с водой, а затем оставить на некоторое время в покое, то насыщенный раствор воды в эфире поднимется наверх, а внизу осядет насыщенный раствор эфира в воде). Жидкости неполярные (углеводороды, сероуглерод и бром) легко перемешиваются с неполярными же и, наоборот, жидкости полярные (вода и спирт) легко перемешиваются с жидкостями полярными же. Неполярные соединения, как правило, не смешиваются с полярными (сероуглерод и вода).

При получении некоторых растворов смешивающихся жидкостей происходит так наз. сокращение объема, т. е объем раствора будет меньше объема суммы обоих смешиваемых жидкостей. Напр., если смешать 50 мл спирта и 50 мл воды, то получится 96,3 мл раствора вместо ожидаемых 100 мл. Сокращение объема объясняется взаимодействием обоих компонентов (напр. образованием гидратов) и встречается очень часто при разбавлении концентрированных кислот.

Если мы нагреваем смесь жидкостей, то образующиеся пары содержат пары обоих жидкостей. По закону Дальтона их упругость равняется сумме парциальных упругостей обоих составных частей. У несмешивающихся жидкостей парциальные давления выделяющихся паров такие же, как у чистых жидкостей в смеси, так что точка кипения смеси ниже точки кипения обоих составных частей. Напр., эфирное масло (имеющее точку кипения выше 100°C образует с водой смесь, которая перегоняется при температуре ниже 100°С. Этим способом перегоняются соединения с высокой точкой кипения, или же такие вещества, которые разлагаются при высокой температуре. Такой процесс называется перегонкой с водяным паром. Иногда пользуются и перегретым паром. У смешивающихся жидкостей парциальные упругости выделяющихся паров ниже упругостей паров чистых жидкостей. При перегонке некоторых смесей смешивающихся жидкостей нельзя говорить о постоянной точке кипения. Эта точка повышается, пока не отгонится компонент с более низкой точкой кипения, и температура не дойдет до точки кипения компонента с более высокой точкой кипения. Некоторые смеси смешивающихся жидкостей имеют при определенной концентрации постоянную точку кипения. Такие смеси называются азеотропными. При кипячении азеотропных смесей выделяется пар, который имеет те же компоненты, как и азеотропная смесь. Поэтому смеси некоторых смешивающихся жидкостей нельзя разделить на составные части перегонкой. Так напр. этиловый спирт с водой образует азеотропную смесь, которая содержит 95,57 вес. % этилового спирта и ее точка кипения = 78,2°С. Если нужно приготовить 100%-ный этиловый спирт (абсолютный), необходимо удалить из него воду. Это делается химическим путем (гашеной известью), или прибавлением к 95%-ному этиловому спирту бензола и затем перегонкой этой смеси. При 64,8 °С перегоняется смесь этилового спирта + вода + бензол, которая содержит всю воду этилового спирта. Затем отгоняется бензол вместе с небольшим количеством этилового спирта и остается абсолютный спирт.

Источник

Стереохимические фантазии Вант-Гоффа

Александр Рулёв, доктор химических наук, Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН,
Вадим Ерёмин, доктор физико-математических наук, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
«Наука и жизнь» №9, 2020

Собрать и по-новому взглянуть на накопленную массу знаний, увидеть порядок там, где до этого его никто не видел, объяснить на первый взгляд необъяснимый факт или явление — всё это по праву вызывает неописуемый восторг естествоиспытателя и рассматривается как великое научное открытие. Именно такое открытие почти полтора столетия назад совершили голландец Якоб Вант-Гофф и француз Жозеф Ашиль Ле Бель. Они первыми дали верное объяснение оптической изомерии — явлению, которое имеет непосредственное отношение к появлению жизни на Земле и широко используется сегодня, в том числе при создании новых лекарств.

Это открытие во многом удивительно. Во-первых, оно было сделано тогда, когда теория строения органических соединений только зарождалась и даже сомнения в реальном существовании самих атомов и молекул не были окончательно развеяны. Во-вторых, это редкий случай, когда два исследователя, пусть и хорошо знавшие друг друга, одновременно и независимо пришли к одному и тому же результату. Наконец, нельзя не упомянуть о возрасте первооткрывателей: Ле Белю было 27, а Вант-Гоффу только-только исполнилось 22 года, когда о них заговорило мировое химическое сообщество

Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852–1911). Фото 1904 года. В 1874 году молодой, никому неизвестный учёный не побоялся выдвинуть революционную гипотезу «Предложение о расширении в пространстве структурных формул. ». Фото: Wikimedia Commons / PD

Расплывчатые представления о частицах материи, располагающихся определённым образом в пространстве, встречаются ещё в трудах древних философов. Но только в XIX веке после накопления знаний о строении вещества они начинают приобретать отчётливую форму. Во второй половине XIX столетия Фридрих Август Кекуле в Германии и Арчибальд Скотт Купер в Шотландии высказали основополагающую идею, согласно которой атом углерода во всех органических молекулах четырёхвалентен (то есть образует ровно 4 химические связи). Причём его атомы могут соединяться с другими атомами углерода посредством одинарных, двойных или тройных связей. Чуть позже профессор Казанского университета Александр Михайлович Бутлеров предложил «изображать атом углерода в виде тетраэдра, каждая из четырёх граней которого способна образовывать связь с атомом водорода». Новая теория строения органических соединений (в некоторых школьных учебниках её называют «теорией Бутлерова», что не совсем справедливо) позволяла составлять их структурные формулы. Она показала также, что свойства вещества определяются не только его составом, но и порядком соединения атомов в молекуле.

Конечно, язык органической химии в то время был очень далёк от современного. Например, первооткрыватель структуры бензола Кекуле сначала обозначал атомы углерода в виде вытянутых полосок, похожих на сосиски, но позже перешёл к моделям, близким к используемым сегодня. Глядя на изображения, принятые в XIX веке, не всегда легко догадаться, что за ними «прячутся» формулы, например, самого обыкновенного бензола или этанола!

Структурные формулы бензола, предложенные немецким химиком Августом Кекуле (а, б), и современные (в)

Новая структурная теория с необычайной лёгкостью объяснила строение сложных молекул и оказалась необходимой для понимания изомерии органических соединений. Однако вскоре выяснилось, что даже на её основе не удаётся интерпретировать ряд экспериментальных фактов. В 1815 году француз Жан-Батист Био и немец Томас Иоганн Зеебек обнаружили, что некоторые органические вещества (например, сахар, камфора, скипидар) и их растворы при прохождении через них поляризованного света способны вращать плоскость поляризации. Причина такой оптической активности оставалась тайной, раскрыть которую пытались многие, в том числе знаменитый французский химик и микробиолог Луи Пастер.

Структурные формулы этанола: Августа Кекуле (а); Иоганна Лошмидта (б); Александра Крум Брауна (в); современные (г)

Предположим, вам завязали глаза и попросили разделить кипу из 100 перчаток на две стопки, одна из которых должна состоять только из перчаток на правую, а другая только на левую руку. Как вы можете сделать это, если перчатки не различаются ни по весу, ни по запаху, ни по каким-либо другим свойствам? То есть они абсолютно одинаковые за исключением того, что половина из них на правую, а половина на левую руку (выражаясь химическим языком, смесь перчаток — это «рацемат»). Очевидно, один из способов решить проблему — перемерить все перчатки. В этом случае ваша рука будет выступать в роли энантиомерно чистого реагента. Надетая на правую руку «праворукая» перчатка будет сидеть как влитая, тогда как «леворукая» создаст ощущение дискомфорта.

Изучая тартраты — соли винной кислоты, он обратил внимание на две их кристаллические формы, представляющие собой зеркальное отображение друг друга. Вооружившись пинцетом и микроскопом, Пастер вручную разделил кристаллы обоих типов и обнаружил, что водные растворы каждой фракции вращают плоскость поляризации света на один и тот же угол, но в противоположных направлениях. Легенда утверждает, что двадцатишестилетний учёный выскочил из лаборатории, радостно восклицая: «Я только что сделал великое открытие!» Позже он пояснял: «Получаемая химиками винная кислота, неактивная в отношении вращения плоскости поляризации, состоит из двух кислот, вращения которых взаимно нейтрализуют друг друга, поскольку одна вращает вправо, а другая влево в той же самой степени». Такие две формы соединений получили название антиподов, или энантиомеров (от греч. νάντιος — ‘противоположный’ и μέρος — ‘часть’), а их эквимолярная смесь — рацемической (от лат. acidum racemicum — ‘виноградная кислота’: именно так издавна называлась известная смесь равных количеств двух энантиомеров винной кислоты, не проявляющая оптической активности). Однако Пастер не высказал никакой гипотезы о строении молекул изучаемых солей, ограничившись лишь макроскопическим описанием асимметрических форм кристаллов.

«Наука и жизнь» / иллюстрации

А ведь Вислиценус мог опередить и Вант-Гоффа, и Ле Беля в создании новой области химии — стереохимии. И лишь его чрезмерная осторожность в принятии новых способов изображения молекул не позволила примерить лавры первооткрывателя. Впрочем, такое поведение учёного было понятно: в теории строения органических соединений в то время было ещё много путаницы и хаоса. Простота и глубина подхода, предлагаемого Вант-Гоффом, вместе с геометрической элегантностью предложений Ле Беля положили конец этому периоду.

Двадцатитрёхлетний Луи Пастер (1822–1895) в годы обучения в École Normale. В числе его достижений — открытие оптических изомеров. Рисунок: Charles Lebayle / Wikimedia Commons / PD

Вант-Гофф назвал такой атом «асимметрическим». Затем он показал, что любое оптически активное органическое соединение содержит асимметричный атом углерода, тогда как обратное не всегда верно.

Стереохимические (пространственные) формулы показывают относительное расположение атомов в пространстве. В них обычные чёрточки изображают химические связи в плоскости рисунка, утолщённые с одного конца чёрточки — связи, направленные в сторону читателя, пунктирные связи — от него.

Бромфторхлорметан CHBrClF (слева) и его энантиомер (в центре) — зеркальные отражения друг друга. Зеркало представлено вертикальным пунктиром. Правая структура, после знака «не равно», получена вращением левой структуры вокруг вертикальной оси C—Cl. Хорошо видно, что центральная и правая структуры не совпадают

Если в молекуле есть n асимметрических атомов углерода, то число стереоизомеров равно 2 n — это утверждение называют правилом Ле Беля — Вант-Гоффа. Например, глюкоза имеет 16 стереоизомеров, а витамин B₁₂ − 2 9 = 512 стереоизомеров. Полный стереохимический синтез витамина В₁₂ был осуществлён в 1972 году под руководством Роберта Вудворда (США) и Альберта Эшенмозера (Швейцария). Работа длилась более десяти лет, а схема синтеза включала 95 стадий! Чем сложнее молекула, тем больше существует вариантов расположения её атомов в пространстве.

Асимметрическим называют любой атом углерода, который связан с четырьмя разными заместителями — атомами или группами атомов. Молекулы, содержащие такой атом, могут иметь две пространственные формы, которые не совпадают друг с другом, а являются зеркальными отражениями, то есть энантиомерами. Левая и правая рука могут служить простым примером энантиомеров.

Жозеф Ашиль Ле Бель (1847–1930) сделал попытку сформулировать правило, какой раствор будет обладать вращательной способностью (оптической активностью). Фото: Галерея Wellcome Collection gallery / Wikimedia Commons / CC BY 4.0

Причины оптической активности Вант-Гофф и Ле Бель рассматривали по-разному. Первый основывался на гипотезе Кекуле о четырёхвалентности углерода и в то время ещё гипотетической модели углеродного тетраэдра (немецкий химик использовал тетраэдрические модели в своих лекциях, что, возможно, и подтолкнуло Вант-Гоффа к идее асимметрического атома). Такой подход позволял не только объяснить факт существования стереоизомеров, но и предсказать их количество. Второй, будучи очарованным красотой многогранников, изучаемых Пастером, опирался на чисто геометрические представления, вслед за своим соотечественником полагая, что причина оптической активности — молекулярная асимметрия. Возможно, именно поэтому концепция Вант-Гоффа была ближе химикам, нежели абстрактные рассуждения Ле Беля.

Интересно, что оба учёных хорошо знали друг друга: они встретились и познакомились в лаборатории Шарля Адольфа Вюрца в Париже. Вант-Гофф вспоминал об этом периоде: «То, что мы вместе работали в лаборатории Вюрца, было чистой случайностью. Мы никогда не говорили о тетраэдрическом углероде, хотя, возможно, каждый из нас уже вынашивал эту идею, держа её в секрете».

Молодой учёный достойно ответил на эти грубые нападки маститого химика: «Тому, кто считает, что химик не должен трудиться над разработкой теории, потому что он неизвестен и служит в ветеринарном училище, тому, кто не находит достойным приветствовать представителя нового воззрения (может быть, ошибочного) так же, как герои Гомера приветствовали своих врагов перед боем, тому, хотя бы это и был такой заслуженный муж, как Кольбе, я отвечаю, что такое поведение, к счастью, не может быть знамением времени (нем. „Zeichen der Zeit“ — именно так Кольбе озаглавил свою статью. — Прим. авторов), а лишь служит для познания отдельного лица».

Обладая одинаковыми физическими и близкими химическими свойствами, энантиомеры могут существенно различаться по запаху, вкусу, а также способности взаимодействовать с биологическими объектами. Например, в молекуле аспартама — широко используемого искусственного подсластителя — есть два асимметрических атома углерода (отмечены звёздочками), у этой молекулы есть четыре стереоизомера. Но лишь один из них имеет сладкий вкус, тогда как его энантиомер — горький.

Оказалось, что встречающийся в природе энантиомер никотина почти в три раза более токсичен, нежели его изомер, полученный искусственно в химической лаборатории. А потому для убийства бедной лошади понадобится уже «три капли» последнего.

Более половины всех выпускаемых сегодня фармацевтических препаратов — оптически активные соединения. Чаще всего лекарства, получаемые из природных источников, производятся в виде чистых энантиомеров, тогда как получаемые синтетически продаются в виде рацематов. И всё потому, что разделение рацемата на индивидуальные энантиомерные компоненты требует специальных методов и, как правило, стоит довольно дорого. Однако выпуск рацемической формы лекарства возможен только тогда, когда уверенно доказано, что ненужный энантиомер не обладает биологической активностью или, по крайней мере, не даёт побочных эффектов.

Один из известных трагических случаев связан с продажами рацемической смеси талидомида — соединения, использовавшегося в качестве седативного препарата в Европе с конца пятидесятых годов прошлого века. Было найдено, что один энантиомер талидомида проявляет заметно большую активность, чем другой. Однако по экономическим соображениям препарат продавался в виде рацемата. Беременные женщины принимали его для снятия симптомов утреннего недомогания — токсикоза и предродового беспокойства. Очень скоро он стал одним из самых популярных среди этой группы препаратов. Тогда же выяснилось, что талидомид обладает не только седативным, но и тератогенным действием: женщины, принимавшие его на ранних стадиях беременности, рожали младенцев с различными дефектами. По разным оценкам, от 8000 до 12 000 детей родилось с вызванными талидомидом уродствами, главным образом без верхних или нижних конечностей, с дефектами зрения и внутренних органов. Несмотря на то, что только один энантиомер — тератоген, специальными исследованиями учёные установили, что в организме пациента может происходить рацемизация, то есть превращение одного энантиомера в другой. А если так, то тератогенный эффект может проявлять и другой энантиомер. Талидомидовая трагедия стала хрестоматийным примером различного воздействия на организм разных энантиомеров одного и того же соединения.

Структурные формулы аспартама, никотина и талидомида. Незначительные, на первый взгляд, изменения в пространственном расположении атомов у асимметрического атома углерода (отмечен звёздочкой) нередко приводят к драматическим изменениям свойств.

Аспартам. Слева — стереоизомер, имеющий сладкий вкус (в 200 раз слаще сахара), справа — горький энантиомер

Источник