నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రం

From LTRC
విటమిన్ B12 నిర్మాణం, 1964లో రసాయన శాస్త్రంలో 1954 నోబెల్ బహుమతితో గుర్తించబడింది.[1]
ఫాస్పరస్ పెంటాక్సైడ్ రసాయన నిర్మాణం 2Dలో

నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రం (Structural chemistry) అనేది రసాయన శాస్త్రంలో ఒక భాగం. ఇది అణువులు, అయాన్లు మరియు పాలిమర్లతో సహా వ్యక్తిగత రసాయన జాతులు (chemical species) యొక్క అనుసంధానం మరియు ఆకృతిని వివరిస్తుంది. రసాయన జాతుల ప్రవర్తనను అర్థం చేసుకోవడానికి నిర్మాణం కేంద్రబిందువు, కాబట్టి ఈ అంశం ప్రాథమికమైనది. నిర్మాణం అనేది రసాయన శాస్త్రంలోని ప్రధాన విభాగాలైన అకర్బన రసాయన శాస్త్రం మరియు కర్బన రసాయన శాస్త్రంలలో అంతర్భాగంగా ఉంటుంది. నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రం యొక్క ప్రాముఖ్యతకు ఒక నిదర్శనం ఏమిటంటే, అనేక రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిలు నిర్మాణపరమైన అంతర్దృష్టులు లేదా నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడానికి ముఖ్యమైన పద్ధతుల కోసం ఇవ్వబడ్డాయి.[2]

ఒక అణువు యొక్క రసాయన నిర్మాణం అనేది దాని పరమాణువుల ప్రాదేశిక అమరిక మరియు వాటి రసాయన బంధాలు. దీనిని నిర్ణయించడంలో ఒక రసాయన శాస్త్రవేత్త అణు జ్యామితిని మరియు సాధ్యమైనప్పుడు, లక్షిత అణువు లేదా ఇతర ఘనపదార్థం యొక్క ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణంను పేర్కొనడం ఉంటుంది. అణు జ్యామితి అనేది ఒక అణువులోని పరమాణువుల ప్రాదేశిక అమరికను మరియు పరమాణువులను కలిపి ఉంచే రసాయన బంధాలను సూచిస్తుంది. దీనిని నిర్మాణ ఫార్ములా మరియు అణు నమూనాల ద్వారా సూచించవచ్చు;[3] పూర్తి ఎలక్ట్రానిక్ నిర్మాణ వివరణలలో అణువు యొక్క అణు ఆర్బిటాల్ల ఆక్రమణను పేర్కొనడం ఉంటుంది.[4][5] నిర్మాణ నిర్ణయం చాలా సరళమైన అణువుల (ఉదాహరణకు, ద్విపరమాణు ఆక్సిజన్ లేదా నైట్రోజన్) నుండి చాలా సంక్లిష్టమైన వాటి వరకు (ఉదాహరణకు, ప్రోటీన్ లేదా DNA) అనేక లక్ష్యాలకు వర్తించవచ్చు.

రసాయన శాస్త్రంలో, "నిర్మాణం" అనేది పొడవు మరియు సమయ ప్రమాణాలను బట్టి విభిన్న అర్థాలను తీసుకుంటుంది. పొడవు ప్రమాణాల విషయానికి వస్తే, స్థానిక స్థాయిలో, నిర్మాణం అనేది పరమాణువుల మధ్య దూరాలు మరియు కోణాలను సూచిస్తుంది. పెద్ద పొడవు వద్ద, సౌష్టవం (symmetry) మరియు ఆవర్తనత (periodicity) ముఖ్యమైన వర్ణనలు.

సోడియం క్లోరైడ్ నిర్మాణం, Na+ మరియు Cl- అయాన్ల ప్యాకింగ్ను చూపుతుంది మరియు ఈ అయాన్ల అమరిక ద్వారా నిర్వచించబడిన బహుముఖిలను (polyhedra), ఈ సందర్భంలో అష్టముఖిలను (octahedra) దృశ్యమానం చేస్తుంది.

చరిత్ర

రసాయన నిర్మాణ సిద్ధాంతాలను మొదట 1858 నుండి ఆగస్ట్ కెకులే, ఆర్చిబాల్డ్ స్కాట్ కూపర్, మరియు అలెగ్జాండర్ బుట్లెరోవ్ వంటి వారు అభివృద్ధి చేశారు. కెకులే మూలకాలు నిర్దిష్ట సంఖ్యలో రసాయన బంధాలను కలిగి ఉంటాయని సూచించడం ద్వారా వాలెన్సీ గురించి ప్రారంభ ఆలోచనలను ప్రతిపాదించారు. కూపర్ మొదటి రసాయన నిర్మాణ రేఖాచిత్రాలను అభివృద్ధి చేశారు, ఇవి కాగితంపై నిర్మాణాన్ని సూచించే మార్గాలు. రసాయన శాస్త్రంలో 'నిర్మాణం' అనే పదాన్ని ఉపయోగించిన మొదటి వ్యక్తి బుట్లెరోవ్. రసాయన సమ్మేళనాలు పరమాణువులు మరియు ఫంక్షనల్ గ్రూపుల యాదృచ్ఛిక సమూహం కాదని, అణువును రూపొందించే మూలకాల వాలెన్సీ ద్వారా నిర్వచించబడిన ఒక ఖచ్చితమైన క్రమాన్ని కలిగి ఉంటాయని ఆయన గుర్తించారు.[2]

1883లో అలెగ్జాండర్ క్రమ్ బ్రౌన్ NaCl యొక్క స్పటిక నిర్మాణాన్ని ఊహించి, అల్లిక సూదులు మరియు ఉన్ని బంతులను ఉపయోగించి దాని నమూనాను తయారు చేశారు. ప్రయోగాత్మక నిర్మాణ విశ్లేషణ పద్ధతులు అభివృద్ధి చేయబడకముందే, ఆధునిక నమూనాలతో సరిపోలే ఇథనోయిక్ యాసిడ్ నిర్మాణాన్ని కూడా ఆయన ప్రతిపాదించారు.[2]

20వ శతాబ్దం ప్రారంభంలో కేవలం దృశ్యమాన కాంతి స్పెక్ట్రోస్కోపీ మాత్రమే ప్రత్యక్ష నిర్మాణ సమాచారాన్ని అందించేది, కానీ అది వేగంగా మారింది. 1915 నాటికి విలియం హెన్రీ బ్రాగ్ మరియు కుమారుడు విలియం లారెన్స్ బ్రాగ్ ఎక్స్-రే స్పటిక నిర్మాణ విశ్లేషణ యొక్క ప్రారంభ రూపాలను అభివృద్ధి చేసినందుకు నోబెల్ బహుమతిని అందుకున్నారు మరియు 1922లో, ఫ్రాన్సిస్ ఆస్టన్ మొదటి మాస్ స్పెక్ట్రోమీటర్ను సృష్టించినందుకు బహుమతిని పొందారు. 1920లలో క్వాంటం మెకానిక్స్ ఆవిష్కరణ రసాయన నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడానికి వర్తించే వరుస ప్రాథమిక భౌతిక అధ్యయనాలకు దారితీసింది, ఇందులో రామన్ ప్రభావం, మోస్‌బౌర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, మరియు న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ (NMR) ఉన్నాయి. 1970ల నుండి, ఎలక్ట్రానిక్ డిటెక్టర్లు మరియు కంప్యూటర్-సహాయక విశ్లేషణ పద్ధతులు నిర్మాణ డేటాను గణనీయంగా పెంచాయి మరియు దానిని సృష్టించడానికి మరియు విశ్లేషించడానికి పట్టే సమయాన్ని తగ్గించాయి. నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రానికి ముఖ్యంగా హెర్బర్ట్ ఏ. హౌప్ట్‌మాన్ మరియు జెరోమ్ కార్లే ద్వారా ఎక్స్-రే క్రిస్టల్లాగ్రఫీ యొక్క డైరెక్ట్ మెథడ్స్ అభివృద్ధి విశేషమైనది, ఇది 1985లో రసాయన శాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతికి దారితీసింది.[2]

నేపథ్యం

రసాయన నిర్మాణం గురించి చెప్పేటప్పుడు, ఒక అణువులోని పరమాణువుల మధ్య స్వచ్ఛమైన అనుసంధానం (రసాయన రాజ్యాంగం), త్రిమితీయ అమరిక యొక్క వివరణ (అణు కాన్ఫిగరేషన్, ఉదాహరణకు చిరాలిటీపై సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటుంది) మరియు బంధాల పొడవులు, కోణాలు మరియు టోర్షన్ కోణాల ఖచ్చితమైన నిర్ణయం, అంటే (సాపేక్ష) పరమాణు కోఆర్డినేట్ల పూర్తి ప్రాతినిధ్యం మధ్య తేడాను గుర్తించాలి.

రసాయన సమ్మేళనాల నిర్మాణాలను నిర్ణయించడంలో, సాధారణంగా అణువులోని అన్ని పరమాణువుల మధ్య బంధం యొక్క నమూనా మరియు స్థాయిని మొదట మరియు కనిష్టంగా పొందడం లక్ష్యంగా ఉంటుంది; సాధ్యమైనప్పుడు, అణువులోని (లేదా ఇతర ఘనపదార్థంలోని) పరమాణువుల త్రిమితీయ ప్రాదేశిక కోఆర్డినేట్లను వెతకాలి.[6]

నిర్మాణ వివరణ (Structural elucidation)

ఒక అణువు యొక్క నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించే పద్ధతులను నిర్మాణ వివరణ అని పిలుస్తారు. ఈ పద్ధతులు:

అదనపు సమాచార వనరులు: ఒక అణువు దాని నిర్మాణంలోని ఫంక్షనల్ గ్రూపులో జతకాని ఎలక్ట్రాన్ స్పిన్‌ను కలిగి ఉన్నప్పుడు, ENDOR మరియు ఎలక్ట్రాన్-స్పిన్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీలను కూడా నిర్వహించవచ్చు. అణువులలో లోహ పరమాణువులు ఉన్నప్పుడు, మరియు క్రిస్టల్లాగ్రఫీకి అవసరమైన స్పటికాలు లేదా NMR ద్వారా అవసరమైన నిర్దిష్ట పరమాణు రకాలు నిర్మాణ నిర్ణయంలో ఉపయోగించడానికి అందుబాటులో లేనప్పుడు ఈ పద్ధతులు మరింత ముఖ్యమైనవి అవుతాయి. చివరగా, ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ వంటి మరింత ప్రత్యేక పద్ధతులు కూడా కొన్ని సందర్భాల్లో వర్తిస్తాయి.

అకర్బన vs కర్బన నిర్మాణాలు

స్థూలంగా చెప్పాలంటే, అకర్బన నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రం ఘనపదార్థాలపై, ముఖ్యంగా స్పటికాకార ఘనపదార్థాలపై దృష్టి పెడుతుంది, ఎందుకంటే అకర్బన సమ్మేళనాలలో ఎక్కువ భాగం లోహాలు మరియు అలోహ మూలకాల కలయికతో ఘనపదార్థాలను ఏర్పరుస్తాయి. ఈ నిర్మాణాలు సాధారణంగా 2 లేదా 3 పరిమాణాలలో అనంతమైన విస్తృతి కలిగిన క్రమబద్ధమైన లాటిస్‌లు. ఇది రసాయన నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడానికి అత్యంత ప్రభావవంతమైన ఎక్స్-రే మరియు న్యూట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ పద్ధతులను ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తుంది.[9]

కర్బన నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రం వివిధ పరిస్థితులలో ఆవిరి, ద్రవ మరియు ఘన స్థితిలో ఉండే పరిమిత అణువులతో వ్యవహరిస్తుంది. సరళమైన పరిమిత అణువులను ఆవిరి దశలో ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్‌తో అధ్యయనం చేయవచ్చు, కానీ తరచుగా సిద్ధాంతంతో కూడిన స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ పద్ధతులు అవసరమవుతాయి.[9]

పద్ధతి

రసాయన నిర్మాణాన్ని నిర్ణయించడానికి అనేక పద్ధతులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. వాయువు, ద్రవం మరియు ఘనపదార్థాల స్వభావాన్ని బట్టి పద్ధతులు మారుతూ ఉంటాయి. అత్యంత ముఖ్యమైన పద్ధతుల్లో ఒకటి ఎక్స్-రే క్రిస్టల్లాగ్రఫీ, దీనిని ఘనపదార్థాలను విశ్లేషించడానికి ఉపయోగిస్తారు.[10][11] మరొక ప్రధాన పద్ధతి NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ, ఇది కర్బన రసాయన శాస్త్రంలో సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది కానీ వివిధ రకాల నమూనాలకు వర్తిస్తుంది.[12]

స్థిర నిర్మాణాలతో పాటు, నిర్మాణ రసాయన శాస్త్రం ఫ్లక్చువాలిటీ వంటి డైనమిక్స్‌పై కూడా దృష్టి పెడుతుంది. అటువంటి సందర్భాలలో, పద్ధతి యొక్క సమయ ప్రమాణం డైనమిక్స్ యొక్క సమయ ప్రమాణంతో సరిపోలాలి. దీనికి ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ డైమిథైల్‌ఫార్మామైడ్ (DMF), ఇక్కడ డైనమిక్స్ డైనమిక్ NMR స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా విశ్లేషించబడతాయి.[13]

రసాయన నిర్మాణాల కోసం TeX

ఇవి కూడా చూడండి: Comparison of TeX editors Chemfig మరియు tikz అనేవి రసాయన నిర్మాణాల కోసం LaTeX ప్యాకేజీ యాడ్-ఆన్‌లు.[14]

ఇది కూడా చూడండి

సూచనలు

  1. ↑ Dodson G (December 2002). “Dorothy Mary Crowfoot Hodgkin, 12 May 1910 – 29 July 1994”. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 48: 181–219. doi:10.1098/rsbm.2002.0011. PMID 13678070. S2CID 61764553.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 Rankin, David W. H.; Morrison, Carole A.; Mitzel, Norbert W. (2013). Structural methods in molecular inorganic chemistry. A Wiley series of advanced textbooks. Chichester, West Sussex, United Kingdom: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1.
  3. ↑ Haaland, Arne (2008). Molecules and Models: The Molecular Structures of Main Group Element Compounds. Oxford: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-923535-3. OCLC 173809048.
  4. ↑ Weinhold, Frank; Landis, Clark R. (2005). Valency and Bonding: A Natural Bond Orbital Donor-Acceptor Perspective. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0-521-83128-8. OCLC 59712377.
  5. ↑ Gillespie, Ronald J.; Popelier, Paul L. A. (2001). Chemical Bonding and Molecular Geometry: From Lewis to Electron Densities. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-510495-1. OCLC 43552798.
  6. ↑ Wells, A. F. (July 12, 2012). Structural inorganic chemistry. (Fifth ed.). Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-965763-6. OCLC 801026482.
  7. ↑ 7.0 7.1 Rankin, David W. H. (January 2, 2013). Structural methods in molecular inorganic chemistry. Morrison, Carole A., 1972-, Mitzel, Norbert W., 1966-. Chichester, West Sussex, United Kingdom: Wiley. ISBN 978-1-118-46288-1. OCLC 810442747.
  8. ↑ Glusker, Jenny Pickworth (1994). Crystal structure analysis for chemists and biologists. Lewis, Mitchell; Rossi, Miriam. New York: VCH. ISBN 0-89573-273-4. OCLC 25412161.
  9. ↑ 9.0 9.1 Wells, A. F. (1975). Structural Inorganic Chemistry. United Kingdom: Clarendon Press.
  10. ↑ David W. H. Rankin, Norbert W. Mitzel, Carole A. Morrison (2013). Structural Methods in Molecular Inorganic Chemistry. Chichester: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-97278-6.
  11. ↑ “X-ray diffraction | Definition, Diagram, Equation, & Facts | Britannica”. www.britannica.com. Retrieved 2023-12-08.
  12. ↑ Horst Friebolin (2010). Basic One and Two-Dimensional NMR Spectroscopy. Wiley-VCH. ISBN 3527312331.
  13. ↑ H. S. Gutowsky; C. H. Holm (1956). “Rate Processes and Nuclear Magnetic Resonance Spectra. II. Hindered Internal Rotation of Amides”. J. Chem. Phys.. 25 (6): 1228–1234. Bibcode 1956JChPh..25.1228G. doi:10.1063/1.1743184.
  14. ↑ “Helpful LaTeX Packages for Chemistry | Computational Chemistry Resources”.

మరింత చదవడానికి

  • Gallagher, Warren (2006). “Lecture 7: Structure Determination by X-ray Crystallography”. Chem 406: Biophysical Chemistry (self-published course notes). Eau Claire, WI, USA: University of Wisconsin-Eau Claire, Department of Chemistry. Retrieved 2014-07-02.
  • Ward, S. C.; Lightfoot, M. P.; Bruno, I. J.; Groom, C. R. (2016-04-01). “The Cambridge Structural Database”. Acta Crystallographica Section B. 72 (2): 171–179. Bibcode 2016AcCrB..72..171G. doi:10.1107/S2052520616003954. PMC PMC4822653. PMID 27048719. ISSN 2052-5206.

మూలం: ఇంగ్లీష్ వికీపీడియాలోని “Structural chemistry” వ్యాసానికి అనువాదం. మూల వ్యాసం: https://en.wikipedia.org/wiki/Structural_chemistry ఈ అనువాదం స్వయంచాలకంగా రూపొందించబడింది.

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=నిర్మాణ_రసాయన_శాస్త్రం&oldid=6284"