მოლეკულათა სამყაროზე მათი გავლენის სფეროები გადანაწილდა. არაორგანულ ქიმიას, როგორც უფრო „ასაკოვანს” პერიოდული სისტემის ყველა ელემენტი ერგო. ახალდაბადებულ ორგანულს კი – მხოლოდ ერთი, ექსცენტრული, თავისებურებებით აღსავსე ნახშირბად ატომი. თუმცა ორგანული ქიმიის ხვედრი უფრო მომგებიანი აღმოჩნდა: დღეისათვის პერიოდულობის სისტემის 107 ელემენტი სამასი ათასამდე ნაერთს წარმოქმნის, ხოლო ორგანული ნივთიერებების რაოდენობამ კი 21 მილიონს გადააჭარბა. გავიდა ხანი და გლობალიზაცია ამ ორ სამყაროსაც შეეხო – ნელ-ნელა წაიშალა მათ შორის გავლებული სადემარკაციო ხაზი. დღეისათვის უამრავი ნაერთია უკვე ცნობილი, რომელთაც ცალსახად ვერც ორგანულ ნაერთებს მივაკუთვნებთ და ვერც არაორგანულს… მაგრამ გლობალიზაცია ერთმანეთში ერთმანეთში ათქვეფას არ ნიშნავს (რაც ხშირად გვაშინებს!)- იგი სხვადასხვა თვითმყოფადობას შორის საერთო შეხების კავშირების მოძებნაა.
არაორგანული და ორგანული ქიმიის საკითხების აღრევას ყველაზე გამოკვეთილად კი საკლასო ოთახსა და უნივერსიტეტის აუდიტორიაში ვხვდებით…
მოსწავლეები ქიმიის შესწავლას ზოგადი ქიმიით იწყებენ. აქვე ეცნობიან ისინი ქიმიური ფორმულების ჩაწერას. ზოგად ქიმიას არაორგანული ქიმია ანაცვლებს შემდეგ კლასებში. შესწავლის სფერო ფართოვდება, მაგრამ ქიმიური ობიექტების – მოლეკულების ჩაწერის მეთოდი არ იცვლება: წყალი H2O-ია, გოგირდმჟავა H2SO4, ალუმინის სულფატი Al2(SO4)3…
შემდეგ იწყება ორგანული ქიმიის შესწავლა და მოსწავლეები ისევ (ინერციით, არ ცოდნით თუ სხვა რაიმე მიზეზით) ამავე მეთოდით აგრძელებენ მოლეკულების ჩაწერას: მეთანს CH4–ით გამოსახავენ, ეთანს C2H6-ით, ბენზოლს C6H6‑ით, ეთილის სპირტს C2H5OH-ით. მაგრამ სამწუხაროდ ამით დიდ შეცდომას უშვებენ.
ერთი შეხედვით არ ღირს პრობლემის ასე დრამატიზება. მეთანზე, ეთანზე, ბენზოლზე და თუნდაც ეთილის სპირტზეც მარტივად შეიძლება რეაქციების დაწერა ბრუტო ფორმულების გამოყენებით:
CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl
C2H6+ Cl2 = C2H5Cl + HCl
C6H6+ Cl2 = C6H5Cl + HCl
C2H5OH + HBr = C2H5Br + H2O
მაგრამ ბოლო რეაქციაში რატომ ვართ დარწმუნებული, რომ ეთილის სპირტთან გვთხოვენ რეაქციის დაწერას? C2H5OHხომ სპირტთან ერთად დიმეთილეთერსაც აღნიშნავს?
რა მიიღება C3H6Oალდეჰიდის აღდგენის რეაქციით? პროპან-1-ოლი თუ პროპან-2-ოლი?
ასეთი „გაუგებრობის” თავიდან ასაცილებლად საჭიროა ბრუტო ფორმულების ნავლად სტრუქტურული ფორმულებით რეაქციის ჩაწერა.
და ზოგადად, ორგანულ ქიმიაში მოლეკულები უნდა გამოისახოს სტრუქტურული ფორმულებით! ბრუტო ფორმულების გამოყენება მოსწავლეს უვითარებს რეალურ პროცესზე არასწორ შეხედულებას, მისთვის ქიმიური გარდაქმნა არითმეტიკულ ოპერაციამდე დადის და „ცდილობს” რომელიმე ელემენტი არ გამორჩეს ტოლობის მეორე მხარეს. საუკეთესო შემთხვევაში კი – ახერხებს სტექიომეტრიული კოეფიციენტების გასწორებასაც…
სამწუხაროდ, ქიმიის სწავლებისას ამაზე ხშირად ჩვენ თვალს ვხუჭავთ და ვკმაყოფილდებით მოსწავლის ასეთი პასუხით. ჩვენი მიდგომის გამართლებაც შეგვიძლია არაერთი ფაქტორით თუ მიდგომით: (ა) ბტურო ფორმულა ხომ შეესაბამება პროდუქტს; (ბ) მთავარია რაღაც დაწეროს და სტრუქტურულ ფორმულა რა აუცილებელია და სხვა მისთანა…
მაგრამ კიდევ ერთხელ მინდა გავიმეორო: მოსწავლეს ქიმიური რეაქციის დაწერის დროს უნდა ესმოდეს მიმდინარე პროცესის არსი და ქიმიურ ტოლებას არითმეტიკული მეთოდებით არ უნდა იყვანდეს. კიდევ უფრო შორს წავალ და თამამად განვაცხადებ: ორგანულ ქიმიაში ამ არსის ცოდნა უფრო მნიშვნელოვნად მიმაჩნია, ვიდრე სტექიომეტრიული კოეფიციენტების გასწორება თუ ყველა თანაური პროდუქტის ჩვენება!
როგორ განუვითაროთ მოსწავლეს ქიმიური რეაქციის მიმდინარეობის „ქიმიური აღქმის” უნარი? ამისათვის სულ უმარტივესი მეთოდის გამოყენება შეიძლება.
დავწეროთ თითოეული საწყისი მოლეკულა (რეაგენტები) ფურცელზე და გამოვჭრათ:
შემდეგ ავიღოთ ერთ-ერთი რეაგენტი. მოსწავლემ უკვე იცის (უნდა იცოდეს) რომ იგი ჰალოგენის ატომს კარგავს. ამიტომ ამ მოლეკულას ჩამოვაჭრათ ჰალოგენის ატომი ისე, რომ C‑Cl ბმა შუაზე გაიჭრას (გაჭრის ადგილს აქვს მნიშვნელობა).
გაჭრის შემდეგ მივიღებთ:
გავაკეთოთ იგივე ჰალოგენალკანის მეორე მოლეკულისათვის.
შემდეგ გადავიდეთ პროდუქტის დაწერაზე. სანამ პროდუქტს განვსაზღვრავთ, ვიპოვოთ მიღებულ მოლეკულის ფრაგმენტებში ის ნახშირბად ატომები, რომელთა ვალენტობა არ არის 4-ის ტოლი. პროდუქტში ეს ფრაგმენტები სწორედ ამ ნახშირბადატომებით დაუკავშირდებიან ერთმანეთს, ვინაიდან წინააღმდეგ შემთხვევაში დავარღვევთ ნახშირბადის ოთხვალენტოვნებას:
მაგალითად, თუ ამ ფრაგმენტებს ერთმანეთს პირდაპირ მივაწყობთ გვერდიგვერდ, მაშინ ერთ-ერთი ნახშირბად ატომი ხუთ ვალენტიანი გახდება:
სწორი პასუხის მისაღებად ვაკანტური ბმები (ბმები, რომელიც ჩვენ გავჭერით) უნდა შევაერთოთ ერმანეთთან. ამისათვის შეიძლება ერთ-ერთი ფრაგმენტის შემობრუნება დაგვჭირდეს. ეს კი თავის მხივ აჩვენებს, რომ მოლეკულა ფიქსირებული არ არის და მას შეუძლია შემობრუნებაც.
დღეს, როდესაც კომპიუტერული ტექნოლოგიები უკვე ფართოდ არის დანერგილი სწავლების პროცესში (მათ შორის ქიმიაშიც), ქიმიური რეაქციის მოდელირება ფურცლითა და მაკრატლით შეიძლება სამარცხვინოა, მაგრამ კიდევ უფრო დიდი სირცხვილი არ ცოდნაა და ამიტომ ამ შემთხვევაში „მიზანი ამართლებს საშუალებას”.
