Химия органического твёрдого тела

Химия органического твердого тела (англ. — organic sold-state chemistry) – раздел химии твердого тела, изучающий всевозможные химические и физико-химические аспекты органических твердых тел (ОТТ), в частности, – их синтез, строение, свойства, реакционную способность, применение и др.

История развития

В отдельный раздел науки химия твердого тела (ХОТТ) выделилась после работ Китайгородского А.И., установившего органические кристаллы как относительно самостоятельный тип кристаллов и сформулировавшего основные принципы органических кристаллических структур .

Органические твердые тела

В настоящее время к ОТТ относят не только кристаллические, но и аморфные тела, а также – любые иные, имеющие органическую природу и способность сохранять форму. Это – моно- и поликристаллы, жидкие кристаллы, порошки, в т.ч. – наноразмерные, полимеры и низкомолекулярные соединения и т.д.

Особенности ОТТ

В отличие от неорганических твердых тел, органические в среднем имеют низкие термическую устойчивость, плотность, электропроводность, механическую прочность и износостойкость. Превышение средних показателей наблюдается лишь у отдельных представителей ОТТ, что всегда является объектом отдельных исследований. В качестве примеров можно назвать полимеры: тефлон, обладающий высокой плотностью > 2 г\см³, химической и температурной устойчивостью до 300 С; кевлар - высокопрочный пуленепробиваемый материал.

Причиной особых свойств ОТТ является высокая распространенность слабых химических связей (ковалентная межатомная и когезионная межмолекулярная) в органических соединениях. Это в свою очередь проявляется в феномене высокой реакционной способности ОТТ при комнатной температуре.

В отдельных классах органических веществ реализуются относительно более сильные связи (ионная, донорно-акцепторная, элемент-углеродная), что и обусловливает их выделение в отдельные классы ОТТ, отличающихся более высокой проводимостью (например, соли), термоустойчивостью, механической прочностью и др.

Реакции ОТТ

К реакциям ОТТ обычно относят реакции типа "твердое - твердое", которые не сопровождаются изменением начального или конечного твердофазного состояния веществ, а также реакции типа "газ - твердое". Однако, для обеспечивания транспорта веществ необходимо образование промежуточных подвижных фаз (жидкость или газ).

В качестве примеров таких реакций можно привести топохимические реакции , в которых промежуточные подвижные фазы отсутствуют или представлены т.наз. "двумерной жидкостью". К ним относятся фотохимические реакции, реакции твердофазной полимеризации, изомеризации и др.. Таким способом могут быть получены уникальные кристаллические вещества, обладающих кристаллохимическим подобием с исходными реагентами.

Другим примером являются механохимические реакции, в которых взаимодействие веществ происходит на поверхности соприкасающихся твердых веществ, а образовавшийся продукт снимается посредством механического воздействия в специальных устройствах (мельницы, ступки), что приводит к периодическому обновлению активной поверхности и полному реагированию.

Примером реакций ОТТ, в которых образуются жидкие и газовые промежуточные фазы, является органический самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Эти фазы, запускающие химическую волновую реакцию, образуются посредством локального теплового импульса.

Применение ОТТ

ОТТ имеют всевозрастающее применение. Основной объем их использования создается твердыми полимерами, производство которых исчисляется миллионами тонн. Другие ОТТ производятся в существенно меньших количествах.

Другие области применения ОТТ — лекарства (порошки, таблетки), рабочие тела жидко-кристаллических мониторов, устройства записи информации, катализаторы (фталоцианины), химические сенсоры и др..

Относительно недавно обнаружены уникальные оптические свойства ОТТ, позволяющие широко применять их в качестве светоизлучающих устройств (OLED). Интенсивно ведутся поиски органических проводников, полупроводников, сверхпроводников и магнитов.

Отрывок, характеризующий Химия органического твёрдого тела

– Он!… неблагородный человек? Коли бы ты знала! – говорила Наташа.
– Если он благородный человек, то он или должен объявить свое намерение, или перестать видеться с тобой; и ежели ты не хочешь этого сделать, то я сделаю это, я напишу ему, я скажу папа, – решительно сказала Соня.
– Да я жить не могу без него! – закричала Наташа.
– Наташа, я не понимаю тебя. И что ты говоришь! Вспомни об отце, о Nicolas.
– Мне никого не нужно, я никого не люблю, кроме его. Как ты смеешь говорить, что он неблагороден? Ты разве не знаешь, что я его люблю? – кричала Наташа. – Соня, уйди, я не хочу с тобой ссориться, уйди, ради Бога уйди: ты видишь, как я мучаюсь, – злобно кричала Наташа сдержанно раздраженным и отчаянным голосом. Соня разрыдалась и выбежала из комнаты.
Наташа подошла к столу и, не думав ни минуты, написала тот ответ княжне Марье, который она не могла написать целое утро. В письме этом она коротко писала княжне Марье, что все недоразуменья их кончены, что, пользуясь великодушием князя Андрея, который уезжая дал ей свободу, она просит ее забыть всё и простить ее ежели она перед нею виновата, но что она не может быть его женой. Всё это ей казалось так легко, просто и ясно в эту минуту.

В пятницу Ростовы должны были ехать в деревню, а граф в среду поехал с покупщиком в свою подмосковную.
В день отъезда графа, Соня с Наташей были званы на большой обед к Карагиным, и Марья Дмитриевна повезла их. На обеде этом Наташа опять встретилась с Анатолем, и Соня заметила, что Наташа говорила с ним что то, желая не быть услышанной, и всё время обеда была еще более взволнована, чем прежде. Когда они вернулись домой, Наташа начала первая с Соней то объяснение, которого ждала ее подруга.
– Вот ты, Соня, говорила разные глупости про него, – начала Наташа кротким голосом, тем голосом, которым говорят дети, когда хотят, чтобы их похвалили. – Мы объяснились с ним нынче.
– Ну, что же, что? Ну что ж он сказал? Наташа, как я рада, что ты не сердишься на меня. Говори мне всё, всю правду. Что же он сказал?
Наташа задумалась.
– Ах Соня, если бы ты знала его так, как я! Он сказал… Он спрашивал меня о том, как я обещала Болконскому. Он обрадовался, что от меня зависит отказать ему.
Соня грустно вздохнула.
– Но ведь ты не отказала Болконскому, – сказала она.
– А может быть я и отказала! Может быть с Болконским всё кончено. Почему ты думаешь про меня так дурно?
– Я ничего не думаю, я только не понимаю этого…
– Подожди, Соня, ты всё поймешь. Увидишь, какой он человек. Ты не думай дурное ни про меня, ни про него.
– Я ни про кого не думаю дурное: я всех люблю и всех жалею. Но что же мне делать?
Соня не сдавалась на нежный тон, с которым к ней обращалась Наташа. Чем размягченнее и искательнее было выражение лица Наташи, тем серьезнее и строже было лицо Сони.
– Наташа, – сказала она, – ты просила меня не говорить с тобой, я и не говорила, теперь ты сама начала. Наташа, я не верю ему. Зачем эта тайна?
– Опять, опять! – перебила Наташа.
– Наташа, я боюсь за тебя.
– Чего бояться?
– Я боюсь, что ты погубишь себя, – решительно сказала Соня, сама испугавшись того что она сказала.
Лицо Наташи опять выразило злобу.
– И погублю, погублю, как можно скорее погублю себя. Не ваше дело. Не вам, а мне дурно будет. Оставь, оставь меня. Я ненавижу тебя.
– Наташа! – испуганно взывала Соня.
– Ненавижу, ненавижу! И ты мой враг навсегда!
Наташа выбежала из комнаты.
Наташа не говорила больше с Соней и избегала ее. С тем же выражением взволнованного удивления и преступности она ходила по комнатам, принимаясь то за то, то за другое занятие и тотчас же бросая их.
Как это ни тяжело было для Сони, но она, не спуская глаз, следила за своей подругой.
Накануне того дня, в который должен был вернуться граф, Соня заметила, что Наташа сидела всё утро у окна гостиной, как будто ожидая чего то и что она сделала какой то знак проехавшему военному, которого Соня приняла за Анатоля.
Соня стала еще внимательнее наблюдать свою подругу и заметила, что Наташа была всё время обеда и вечер в странном и неестественном состоянии (отвечала невпопад на делаемые ей вопросы, начинала и не доканчивала фразы, всему смеялась).
После чая Соня увидала робеющую горничную девушку, выжидавшую ее у двери Наташи. Она пропустила ее и, подслушав у двери, узнала, что опять было передано письмо. И вдруг Соне стало ясно, что у Наташи был какой нибудь страшный план на нынешний вечер. Соня постучалась к ней. Наташа не пустила ее.