Chemical Species

Key Information & Summary

• a chemical species is a set of molecular entities who are chemically identtic and can explanate the same molecular energy levels at a set timescale
• If two conformational isomeers interconvert very slowly to each be detected by different NMR spectra, they would be definition as two different kemialliset lajit
• Supramolekulaarisessa kemiassa Supramolekulaariset rakenteet, joiden vuorovaikutukset ovat syntyneet luomisen kautta tai tiettyjen molekyylien välisten sidosten katkeaminen määritellään samaksi kemialliseksi lajiksi

mitä tarkoittaa “kemiallinen laji”?

yksinkertaistettuna, jos atomi on identtinen toisen atomin kanssa, ne määritellään samoiksi kemiallisiksi lajeiksi. Tämä pätee myös molekyyleihin, sillä jos yksi molekyyli on identtinen toisen kanssa, ne ovat samaa kemiallista lajia.

kemiallinen laji voidaan määritellä myös joukoksi molekyyliyksiköitä, jotka ovat kemiallisesti identtisiä ja voivat tutkia samoja molekyylien energiatasoja määrätyllä aikataululla.

esimerkiksi pullollinen vettä sisältää täsmälleen saman kemiallisen lajin molekyylejä. Lisäksi umpikultaharkko sisältää täsmälleen saman kemiallisen lajin atomeja.

termi “kemiallinen laji” voi viitata myös siihen, missä muodossa kemikaali esiintyy, kun se löytyy liuoksesta. Esimerkiksi kun NaCl liuotetaan liuokseen, NaCl: ää ei varsinaisesti löydy. Sen sijaan sinulla on Na + – ioneja ja Cl-ioneja-tämä johtuu siitä, että NaCl on dissosioitunut. Sellaisenaan tämän liuoksen kemiallisia lajeja ovat Na + – ionit ja Cl – ionit. Tämä sääntö pätee kaikkiin vahvoihin elektrolyytteihin. Niillä sanotaan olevan ionisia lajeja liuoksessa.

sellaisten elektrolyyttien osalta, jotka eivät hajoa liuoksessa, kemiallinen laji määritellään samaksi kuin se oli ennen liuokseen lisäämistä. Niillä sanotaan olevan molekyylilajeja liuoksessa.

heikoilla elektrolyyteillä tiedetään olevan liuoksessa sekä ioni – että molekyylilajeja-tämä johtuu siitä, että osa molekyyleistä dissosioituu ja osa ei.

tämän lisäksi samaan kemialliseen lajiin luokitellaan myös molekyyliryhmä, jolla on eri isotooppeja.

kemialliset lajit ja NMR

NMR (ydinmagneettinen resonanssi) spektroskopia on kemiallinen menetelmä, jota käytetään orgaanisten kemiallisten yhdisteiden rakenteen määrittämiseen – se on myös ainoa spektroskooppinen menetelmä, jolla saadaan täydellinen analyysi koko spektristä. Se on ei-tuhoava tekniikka ja vaatii niinkin vähän kuin milligramman tutkittavaa tuottamaan hyvää dataa.

NMR perustuu teoriaan, jonka mukaan kaikki ytimet ovat sähköisesti varautuneita ja niillä on spin. Tämä tarkoittaa, että jos ytimiin kohdistetaan ulkoinen magneettikenttä, on energian siirto mahdollista perusenergiatason ja korkeamman energiatason välillä. Kun tämä spin palaa takaisin perustasolleen, syntyy energiaa. Taajuus, jolla tämä tapahtuu, voidaan mitata ja käsitellä siten, että saadaan NMR-spektri.

NMR: ää voidaan käyttää konformationaalisten isomeerien tunnistamiseen. Nämä ovat isomeerejä, jotka syntyvät σ – sidosten pyörimisen kautta-ne myös konvertoituvat (vaihtuvat keskenään) hyvin nopeasti huoneenlämmössä. Yksi esimerkki molekyylistä, joka tekee tämän, on butaani, joka voidaan osoittaa alla olevassa kuvassa.

tämä teoria tulee tärkeäksi, kun puhutaan kemiallisista lajeista. Koska nämä isomeerit voivat muuntua muodosta toiseen, kahden isomeerin seos voi muuntua suhteellisen hitaasti. Kuten olemme aiemmin keskustelleet, kemialliset lajit määritellään sellaisiksi tiettynä ajankohtana. Tämä tarkoittaa sitä, että jos nämä kaksi isomeeriä muuntuvat niin hitaasti, että ne voidaan havaita eri NMR-spektreillä, ne määritellään kahdeksi eri kemialliseksi lajiksi. Tämä tarkoittaa myös sitä, että saman isomeerin seosta voidaan pitää samana kemiallisena lajina, koska nämä kaksi ovat tasapainossa.

kemialliset lajit supramolekulaarisessa kemiassa

ymmärtääkseen ensin, miten kemialliset lajit määritellään supramolekulaarisessa kemiassa, on tunnettava tieteenalan perusteet. Supramolekulaarinen tarkoittaa kemian aluetta, joka käsittelee sitä, miten molekyylit linkittyvät yhteen muodostaen isompia “systeemejä” diskreetistä alayksiköiden määrästä. Supramolekulaariseen kemiaan osallistuvat voimat voivat vaihdella heikoista voimista (kuten vetysidoksista ja sähköstaattisista vuorovaikutuksista) voimakkaampiin voimiin (kuten kovalenttisiin sidoksiin). Tämän kemian alan tutkimukset keskittyvät pääasiassa heikompiin ja palautuviin ei-kovalenttisiin sidoksiin tiettyjen molekyylien välillä, kuten:

• vetysidokset
• hydrofobiset voimat
• van der Wallsin voimat
• metallien koordinaatio
• Pi-Pi-vuorovaikutukset

näiden sidosten tutkimus on erityisen tärkeää biologisissa tieteissä, sillä ne ovat osoittautuneet tärkeiksi molekyylien itsensä kokoamisessa ja taittumisessa.

supramolekulaarisessa kemiassa ne määritellään supramolekulaarisiksi rakenteiksi, joiden vuorovaikutukset ovat syntyneet tiettyjen intermolekulaaristen sidosten syntymisen tai katkeamisen kautta.