Что такое структурные изомеры?
Структурные изомеры - это соединения одной и той же химической формулы, которые обладают различными структурами и свойствами в зависимости от порядка их составляющих атомов. Например, существуют два структурных изомера с одинаковой химической формулой C 4 H 10 , а именно нормальный бутан CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 и метилпропан (CH 3 ) 2 CHCH 2 CH 3 . Интересно отметить, что нормальный бутан кипит при -0,5 градусах Цельсия, тогда как метилпропан кипит при +28 градусах Цельсия. По мере того как число атомов растет, количество изомеров увеличивается. Есть три структурных изомера с химической формулой C 5 H 12 , пять с формулой C 6 H 14 и девять с формулой C 7 H 16 .
Структурные изомеры углерода не ограничиваются только углеродом и водородом, хотя это наиболее известные примеры структурной изомерии. В аптечке можно найти C 3 H 8 O или изопропиловый спирт, который иногда называют «спиртом для растирания мышц». Его структурная формула является CH 3 CH (OH) CH 3 . Кроме того, есть н-пропиловый спирт CH 3 CH 2 CH 2 (OH) и даже метилэтиловый эфир CH 3 OCH 2 CH 3 , хотя ни одно из этих двух соединений, скорее всего, не будет найдено в домашних условиях. Существуют также структурные изомеры соединений углерода, содержащих и другие атомы.
То, что делает возможным такое изобилие изомерных форм, является способностью атомов нескольких элементов - прежде всего углерода - соединяться друг с другом. Это связано с природой связей между атомами. Смежные атомы углерода соединены ковалентными связями, связями, в которых участвующие атомы делят электроны одинаково, а не переносят их от одного атома к другому. Для иллюстрации, в обычной поваренной соли, NaCl, участвующий атом натрия отдает один доступный электрон атому хлора, и два атома притягиваются электростатически. Ничего подобного не существует между присоединенными атомами углерода в этане, C 2 H 6 .
Кремний и бор обладают одинаковой способностью связываться друг с другом без переноса электронов. Структурные изомеры кремния и бора хорошо проиллюстрированы в силанах - соединениях кремния и водорода - и в боранах - соединениях бора и водорода. Соединения углерода и водорода начинаются с молекулы метана СН 4 . Аналогично этому, соединения кремния и водорода начинаются с силана, SiH 4 . Интересно, что соединения бора и водорода начинаются по-разному с борана, BH 3 - соединения, известного только в газообразном состоянии, которое быстро димеризуется с образованием B 2 H 6 .
Способность образовывать структурные изомеры значительно увеличивает число возможных соединений с почти бесконечным диапазоном свойств. В случае углерода структурные изомеры делают возможными соединения жизни. Для кремния и бора большое разнообразие соединений дает научному и производственному миру множество реагентов. Одним из применений производных силана является покрытие, которое позволяет биологически безвредным материалам прикрепляться к структурам титановых имплантатов. Что касается боранов, они могут быть использованы в специализированных органических синтезах, в экзотических топливных элементах и даже для ракетного топлива.