Como "construir" uma molécula?

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Como construir uma molécula?Em 1861, um evento notável aconteceu - uma substância semelhante ao açúcar foi criada em um tubo de ensaio de um químico!

Escusado será dizer sobre o significado deste evento? A população mundial dobra a cada 60-100 anos. Ele precisa de mais e mais comida. Para isso, novas terras são aradas, a pesca está sendo melhorada e assim por diante. E então Butlerov conseguiu açúcar tratando formaldeído com água com cal. Por que continuar cultivando plantações de cana-de-açúcar e beterraba sacarina? Alimentos - primeiro açúcar, depois proteínas - podem ser criados artificialmente!

Mas se você procurar alimentos artificiais agora, não os encontrará, embora tenha se passado um século desde a síntese do açúcar. Os químicos confundiram as cartas ... Porém, não vamos nos precipitar.

Como construir uma molécula?Em matemática, dois são sempre dois, mas em química orgânica, duas moléculas compostas dos mesmos átomos, na mesma ordem, não são necessariamente equivalentes uma à outra. E o "culpado" disso é a estrutura espacial das moléculas.

O que é isso? Você tem cinco dedos em ambas as mãos. Sua ordem é a mesma. Mas experimente, depois de misturar as luvas, coloque a esquerda na mão direita. A estrutura espacial é o que distingue a esquerda da direita.

As moléculas de polímero - essas cadeias gigantes de unidades individuais de pequenas moléculas chamadas monômeros - são estritamente orientadas no espaço umas em relação às outras e, nesse aspecto, são como luvas. Algumas dessas moléculas apresentam suas características espaciais, pois algumas delas, quando giradas, giram o feixe de luz polarizada para a direita, enquanto outras - para a esquerda. O corpo de animais e humanos consiste apenas em moléculas de proteína levógira. As moléculas dextrorrotatórias simplesmente não são absorvidas pelo corpo. Eles "não são comestíveis" para ele. E como os produtos sintéticos são uma mistura de moléculas certas e levógenas, então ...

Acontece que não basta obter a substância necessária. É preciso também descartar a arquitetura de cada molécula. Para que cada grupo de átomos em uma molécula ocupe um lugar estritamente definido no espaço. E se esta regra não for seguida mesmo ao criar materiais de polímero técnico, os resultados são decepcionantes.

Então, por exemplo, tem poliestireno e poliestireno. O poliestireno, com o qual hoje são feitos muitos utensílios domésticos, é amorfo. Sua estrutura molecular é como um matagal impenetrável, onde caules, galhos, raízes se misturam em uma bagunça.

Como construir uma molécula?Mas se as moléculas de poliestireno estivessem orientadas no espaço, dispostas em uma ordem estrita, como plantas semeadas de forma quadrada, então esse poliestireno seria muito pouco parecido com seu homônimo “desorganizado”. Se o poliestireno amorfo tem um ponto de fusão de 80 graus, então o poliestireno "organizado" (as moléculas de tal substância são chamadas de estereorregulares) - 240 graus. Diferença! Além disso, o polímero estereorregular é duas vezes mais forte.

É fácil imaginar que salto a economia nacional daria se as fábricas produzissem apenas polímeros estereo-regulares! E quanto aumentariam as chances de substituição de produtos naturais por produtos sintéticos!

Mas uma molécula não é uma casa, e uma substância não é uma cidade que pode ser construída como você quiser. É difícil imaginar um "andaime" para cada um dos muitos trilhões de moléculas.

É por isso que todas as tentativas de obter polímeros estereorregulares puros não têm sido muito encorajadoras. Na melhor das hipóteses, com a ajuda de catalisadores especiais, foi possível obter misturas em que oitenta por cento das moléculas estavam orientadas e vinte estavam em desordem. Essas moléculas "desorganizadas" degradaram imediatamente a qualidade do material.

Era claro que os materiais do futuro não poderiam ser obtidos usando os métodos antigos, novos caminhos tinham que ser procurados.E em uma ocasião no laboratório do Instituto de Pesquisa de Síntese Petroquímica da Academia de Ciências da URSS eles encontraram um dos caminhos para isso.

Aqui eles conseguiram construir "andaimes" para a montagem de moléculas de polímero estereorregular. Mas essa molécula em si não pode ser vista nem mesmo em um microscópio eletrônico.

O "andaime" acabou sendo moléculas de outra substância - a uréia.

Simplificando um pouco, podemos dizer que a molécula de ureia tem a forma de um quadrado. Durante a cristalização da ureia pura, os quadrados são conectados aos pares, formando um losango.

Mas, interagindo com um hidrocarboneto (que é um monômero), as moléculas de ureia se combinam não em duas, mas em três. Um hexágono é formado, que "captura" a molécula do monômero.

Como construir uma molécula?Como as larvas em um favo de mel, as moléculas de monômero agora se encontram em cristais de uréia. Eles estão localizados dentro da estrutura cristalina em uma ordem estrita, ocupando uma determinada posição no espaço. Se agora "reticularmos" os monômeros entre si, isto é, ligá-los com uma ligação química, então o polímero estereorregular está pronto ...

A "reticulação" dos monômeros é feita por irradiação. Micropartículas de radiação excitam as larvas de monômeros, fazendo-as parecer que estão de mãos dadas. A polimerização por irradiação pode ser feita em segundos, enquanto com catalisadores pode levar horas. Pode ser conduzido em qualquer volume de matéria, desde que a potência do emissor seja suficiente.

Bom andaime de metal após o final da construção é desmontado e levado para nova construção. Então está aqui. Quando a polimerização está completa, a ureia é dissolvida em água e um polímero puro é obtido, e a ureia pode novamente ser totalmente utilizada para o mesmo processo.

Na rede cristalina da uréia, entretanto, apenas os monômeros podem polimerizar, os quais são colocados dentro do canal formado pelos hexágonos de suas moléculas. Mas não apenas a uréia pode interagir com os hidrocarbonetos dessa forma. Agora os cientistas procuram substâncias que, cristalizando, formem canais de tamanhos e formas diferentes e que, portanto, possam servir de "andaime" para uma variedade de substâncias poliméricas.

Moléculas com uma determinada arquitetura ... Substâncias que são construídas de acordo com um projeto ... Este é um grande passo em frente na química.

Gavrilova N.V.


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