Структура речовини й хімічні системи

Характер будь-якої системи, як відомо, залежить не тільки від сполуки й будови її елементів, але й від їхньої взаємодії. Саме така взаємодія визначає специфічні, цілісні властивості самої системи. Тому при дослідженні різноманітних речовин і їхньої реакційної здатності вченим доводилося займатися й вивченням їхніх структур. Відповідно рівню досягнутих знань мінялися й уявлення про хімічну структуру речовин. Хоча різні вчені по-різному витлумачували характер взаємодії між елементами хімічних систем, проте всі вони підкреслювали, що цілісні властивості цих систем визначаються саме специфічними особливостями взаємодії між їхніми елементами.

У якості первинної хімічної системи розглядалася при цьому молекула й тому, коли мова заходила про структуру речовин, то малася на увазі саме структура молекули як найменшої одиниці речовини. Самі уявлення про структуру молекули поступово вдосконалювалися, уточнювалися й конкретизувалися, починаючи від досить загальних припущень відверненого характеру й кінчаючи гіпотезами, обґрунтованими за допомогою систематичних хімічних експериментів. Якщо, наприклад, на думку відомого шведського хіміка Йенса Берцелиуса (1779-1848) структура молекули виникає завдяки взаємодії різнойменно заряджених атомів або атомних груп, то французький хімік Шарль Жерар (1816-1856) справедливо вказував на досить обмежений характер такого уявлення. На противагу цьому він підкреслював, що при утворенні структур різні атоми не просто взаємодіють, але відомим образом перетворять один одного, так що в результаті виникає певна цілісність або, як ми сказали б тепер, система. Однак ці загальні й у цілому правильні уявлення не містили практичних вказівок, як застосувати їх для синтезу нових хімічних сполук і одержання речовин із заздалегідь заданими властивостями.

Таку спробу розкриття структури молекул і синтезування нових речовин почав відомий німецький хімік Фрідріх Кекуле (1829-1896). Він став зв'язувати структуру з поняттям валентності елемента або числа одиниць його спорідненості. На цій основі й виникли ті структурні формули, якими з певними модифікаціями користуються при вивченні органічної хімії в школі. У цих формулах елементи зв'язувалися один з одним по числу одиниць їхньої спорідненості або валентності. Комбінуючи атоми різних хімічних елементів по їхній валентності, можна прогнозувати одержання різних хімічних сполук залежно від вихідних реагентів. Таким шляхом можна було управляти процесом синтезу різних речовин із заданими властивостями, а саме це становить найважливіше завдання хімічної науки.

Подальший крок еволюції поняття хімічної структури пов'язаний з теорією хімічної будови Олександра Михайловича Бутлерова (1828-1886), що, хоча й визнавав, що утворення нових молекул з атомів відбувається за рахунок їхньої хімічної спорідненості, але звертав особливу увагу на ступінь напруги або енергії, з якої вони зв'язуються один з одним. Саме тому нові ідеї А.М. Бутлерова знайшли не тільки широке застосування в практиці хімічного синтезу, але й одержали своє обґрунтування у квантовій механіці.

Цей короткий екскурс в історію хімії показує, що еволюція поняття хімічної структури здійснювалася в напрямку, з одного боку, аналізу її складових частин або елементів, а з іншого боку - установлення характеру фізико-хімічної взаємодії між ними. Останнє особливо важливо для ясного розуміння структури з погляду системного підходу, де під структурою мають на увазі впорядкований зв'язок і взаємодію між елементами системи, завдяки якій і виникають нові цілісні її властивості. У такій хімічній системі, як молекула, саме специфічний характер взаємодії тридцятилітніх її атомів визначає властивості молекули.