gatunki chemiczne

kluczowe informacje & podsumowanie

• gatunek chemiczny jest zbiorem jednostek molekularnych, które są chemicznie identyczne i mogą badać te same poziomy energii molekularnej w określonym czasie
• jeśli dwa izomery konformacyjne interkonwertują się wystarczająco wolno, aby każdy mógł zostać wykryty przez różne widma NMR, zostaną one zdefiniowane jako dwa różne gatunki chemiczne
• w chemii Supramolekularnej, struktury supramolekularne, których interakcje zostały utworzone przez stworzenie lub zerwanie niektórych wiązań międzycząsteczkowych definiuje się jako ten sam gatunek chemiczny

co oznacza “gatunek chemiczny”?

mówiąc prościej, jeśli atom jest identyczny z innym atomem, są one zdefiniowane jako te same gatunki chemiczne. Dotyczy to również cząsteczek, ponieważ jeśli jedna cząsteczka jest identyczna z drugą, są one tymi samymi gatunkami chemicznymi.

gatunek chemiczny może być również zdefiniowany jako zbiór jednostek molekularnych, które są chemicznie identyczne i mogą badać te same poziomy energii molekularnej w określonej skali czasowej.

na przykład butelka pełna wody zawiera cząsteczki dokładnie tego samego gatunku chemicznego. Co więcej, sztabka złota zawiera atomy dokładnie tego samego gatunku chemicznego.

termin “gatunki chemiczne” może również odnosić się do formy, w jakiej istnieje substancja chemiczna, gdy znajduje się w roztworze. Na przykład, gdy NaCl jest rozpuszczony w roztworze, nie można znaleźć NaCl. Zamiast tego mamy jony Na+ i jony Cl – – dzieje się tak dlatego, że NaCl uległ dysocjacji. Jako takie, gatunkami chemicznymi w tym roztworze będą jony Na+ i jony Cl -. Zasada ta dotyczy wszelkich silnych elektrolitów. Mówi się, że mają gatunki jonowe w roztworze.

dla elektrolitów, które nie dysocjują w roztworze, gatunek chemiczny jest zdefiniowany jako taki sam jak przed dodaniem do roztworu. Mówi się, że mają gatunki molekularne w roztworze.

wiadomo, że słabe elektrolity mają zarówno gatunki jonowe, jak i molekularne w roztworze-dzieje się tak dlatego, że niektóre cząsteczki dysocjują, a niektóre nie.

oprócz tego, Grupa cząsteczek o różnych izotopach jest również klasyfikowana jako należąca do tego samego gatunku chemicznego.

gatunki chemiczne i NMR

spektroskopia NMR (nuclear magnetic resonance) jest techniką chemiczną stosowaną do określania struktury organicznych związków chemicznych – jest to również jedyna metoda spektroskopowa, która daje pełną analizę całego spektrum. Jest to technika nieniszcząca i wymaga zaledwie miligrama analitu do wytworzenia dobrych danych.

NMR opiera się na teorii, że wszystkie jądra są naładowane elektrycznie i posiadają spin. Oznacza to, że jeśli zewnętrzne pole magnetyczne zostanie przyłożone do jąder, możliwy jest transfer energii między podstawowym poziomem energii a wyższym poziomem energii. Kiedy ten spin wraca do poziomu podstawowego, emitowana jest energia. Częstotliwość, przy której to się dzieje, może być mierzona, a następnie przetwarzana w celu uzyskania widma NMR.

NMR może być używany do identyfikacji izomerów konformacyjnych. Są to izomery, które powstają poprzez obrót wiązań σ-bardzo szybko interkonwertują (przełączają się między nimi) w temperaturze pokojowej. Jednym z przykładów cząsteczki, która to robi, jest Butan, który można pokazać na poniższym obrazku.

teoria ta staje się ważna, gdy mówimy o gatunkach chemicznych. Ze względu na fakt, że te izomery mogą przekształcać się z jednej formy do drugiej, mieszanina dwóch izomerów może przekształcać się stosunkowo powoli. Jak już wcześniej omówiliśmy, gatunki chemiczne są definiowane jako takie w pewnym momencie. Oznacza to, że jeśli te dwa izomery interkonwertują się wystarczająco powoli, aby każdy mógł zostać wykryty przez różne widma NMR, zostaną one zdefiniowane jako dwa różne gatunki chemiczne. Oznacza to również, że mieszanina tego samego izomeru może być uważana za ten sam gatunek chemiczny, ponieważ oba są w równowadze.

gatunki chemiczne w chemii supramolekularnej

aby najpierw zrozumieć, w jaki sposób gatunki chemiczne są definiowane w chemii supramolekularnej, musisz znać podstawy tej dyscypliny. Supramolekularny odnosi się do dziedziny chemii, która zajmuje się tym, jak cząsteczki łączą się, tworząc większe “układy” z dyskretnej liczby podjednostek. Siły zaangażowane w chemię supramolekularną mogą wahać się od słabych sił (takich jak wiązanie wodorowe i oddziaływania elektrostatyczne) do silniejszych sił (takich jak wiązania kowalencyjne). Badania w tej dziedzinie chemii koncentrują się przede wszystkim na słabszych i odwracalnych wiązaniach nie kowalencyjnych między niektórymi cząsteczkami, takimi jak:

• wiązania wodorowe
• siły hydrofobowe
• siły van der Wallsa
• koordynacja metalu
• interakcje Pi-pi

badanie tych wiązań jest szczególnie ważne w naukach biologicznych, ponieważ okazały się ważne w samodzielnym montażu i składaniu cząsteczek.

pod względem gatunku chemicznego w chemii supramolekularnej są one zdefiniowane jako struktury supramolekularne, których interakcje zostały utworzone przez tworzenie lub łamanie pewnych wiązań międzycząsteczkowych.