Тақырыбы: Өлі табиғат туралы ғылымдар
Жоспары:
1. Физиканың негізгі ұғымдары.
2. Материя құрылысының атомистік концепциясы.
3. Химия. Химия ғылымының зерттеу пәні.
4. Структуралық химияның деңгейі
1. Физиканың негізгі ұғымдары (Материяның құрылымдық деңгейлері) Қазіргі заманғы ғылым материалдық дүниенің құрылымдық негізі ретінде системалық ұғымды басшылыққа алады. Бұл ұғым бойынша материалдық дүниенің кез келген объектісі, ол атом ба, организм бе, планета ма, әлде галактика ма, бәрібір, біртұтас болып біріккен құрамдас бөлшектерден тұратын күрделі құрылым ретінде қарастырылады. Объектілердің бұл біртұтастығын білдіру үшін ғылымда "система'" деген ұғым қабыл алынған. Олай болса, система дегеніміз өзара байланысты элементтердің жиынтығы болып табылады. Ал "элемент" дегеніміз бір системаға жататын құрамдас болшектер. Элемент өзі құрамына енетін сол система тұрғысынан қарастырғанда ғана элемент болып табылады, ал басқа тұрғыдан алғанда өзі күрделі система болуы мүмкін. Элементтер арасындағы байланыстардың жиынтығы системаның құрылымын құрады.
Элементтердің тұрақты байланысы системаның реттілігін айқындайды. Системаның элементтері арасындағы байланыстар горизонталь байланыстар және вертикаль байланыстар болып екі түрге бөлінеді.
"Горизонталь" бойындағы байланыстар — бір ретті элементтер арасындағы координациялық байланыстар деп аталады, олар системаға қатар бағыныштылық сипатта болады, яғни системаның бір де бір бөлігі оның басқа бөліктері өзгермейінше өзгере алмайды.
"Вертикаль" бойындағы байланыстар — субординациялық байланыстар, яғни бағыныштылық элементтер байланысы. Бұлар системаның ішкі күрделі құрылысын білдіреді —екіншілеріне бағынышты болады. Вертикаль құрылыс системаның ұйымдасу деңгейін және сондай-ақ олардың бағыныштылық байланыстарын білдіреді.
Зерттелетін системаның тұтастығы жайлы ұғым системалық зерттеудің бастама принципін құрады.
Системаның тұтастыгы оның барлық құрамдас бөліктері біріге отырып, жаңа интегративтік қасиеттері бар айрықша бір тұтастық құрады дегенді білдіреді.
Системаның қасиеттері оның элементтерінің қасиеттерінің мәнісі болып табылады. Судың молекуласы Н2О. Ал осы молекуланы құратын элементтерді жеке-дара алсақ, сутегі жанатын элемент, ал оттегі — жануды қолдайды. Ал енді екі атом сутегі мен бір атом оттегінің қосындысынан тұратын су жаңа система ретінде мүлдем жаңа қасиетке ие болды — отты сөндіретін қасиетке ие болды. Тұтас системаға тән осындай интегративтік қасиеттер элементтердің өзара әрекеттесуі нәтижесінде түзіледі.
Сонымен, табиғат жайлы қазіргі заманғы ғылыми көзқарасқа жүгінсек, барлық табиғат объектілері бір-біріне бағыныштылық байланыста ұйымдасқан, ретті құрылым болып табылады екен.
Жаратылыстану ғылымдарында материалдық системалар үлкен екі класқа — өлі табиғат системаларына және тірі табиғат системаларына бөлінеді.
Өлі табиғатта материяның құрылымдық деңгейлері ретінде элементар бөлшектер, атомдар, молекулалар, өрістер, физикалық вакуум, макроскопиялық денелер, планеталар және планеталық системалар, жұлдыздар және жұлдыздар системасы — галактикалар, галактикалар системасы — метагалактика атап көрсетіледі.
Тірі табиғатта материяның құрылымдық деңгейлеріне жататындар: клеткаға дейінгі деңгейлер системасы — нуклеин қышқылдары және белоктар; материяның биологиялық ұйымдасуының айрықша деңгейі ретінде клеткалар (бұл соңғы деңгей бір клеткалы организмдер формасында және тірі заттың элементар бөлшектері формасында көрінеді); өсімдіктер мен жануарлар дүниесіндегі көп клеткалы организмдер, түрлер, популяциялар және биоценоздар кіретін организмдерден жоғары құрылымдар және ақыр соңында, бүкіл тірі заттар массасынан тұратын биосфера.
Табиғатта бәрі өзара байланысты, сондықтан тірі табиғаттың да, өлі табиғаттың да барлық элементтерін қамтитын биогеоценоздар системасын атап көрсетуге болады.
Жаратылыстану ғылымдары материалдық дүниені зерттеуді адамның сезім мүшелері тікелей қабылдай алатын аса қарапайым материалдық объектілерден бастап, содан кейін адамның тікелей қабылдауына көнбейтін, өйткені күнделікті тәжірибе объектілерімен өлшеуге болмайтын, материяның ішкі терең құрылысының аса күрделі обьектілерін зерттеуге көшеді. Жаратылыстану зерттеудің системалық әдісін қолдана отырып, материалдық системаларды жай атап көрсетіп қана қоймайды, олардың байланыстары мен қарым-қатынастарын ашып көрсетеді.
Макродуние — ірі объектілер дүниесі, олардың молшері адамның күнделікті тәжірибесінің өлшемімен өлшенеді: кеңістік мөлшері миллиметрмен, сантиметрмен және километрмен, ал уақыттық өлшемі — секундпен, минутпен, сағатпен, жылмен өлшенеді.
Микродүние — тікелей қабылдауға болмайтын аса ұсақ микрообъектілер дүниесі, олардың кеңістіктік өлшемі 108 см-ден 1016 см-ге дейін өлшенсе, ал өмір сүру уақыты — шексіз аз уақыттан 1024 секундқа дейін.
Мегадүние — аса зәулім космостық денелер дүниесі, олардың жылдамдығы мен қашықтығы жарық жылдамдығымен және жылмен есептеледі, ал өмір сүру уақыты — миллиондаған және миллиардтаған жылдар.
2.Материя құрылысының атомистік концепциясы.Материяның одан әрі бөлінбейтін ұсақ бөлшегі — атом туралы түсінік өте ерте заманда, атап айтқанда, біздің эрамызға дейінгі V ғ. Грецияда пайда болды. Ертедегі грек ойшылдары Левкипп пен Демокрит материя аса ұсақ бөлшектердің қосындысынан тұрады, атомдардың түрліше бірігуінен алуан түрлі денелер құрылады деген жорамал айтқан еді. Әрине бұл жорамал ешқандай бір тәжірибелік фактіге негізделмеген данышпандык болжам еді, бірақ, солай болатұрса да, ол көптеген ғасырлар бойы жаратылыстанудың дамуына бағдар болды. XVIII ғ. ағылшынның химик-физигі Джон Дальтон атомистік көзқарасты әрі қарай дамытып, сутегінің атомдық салмағын бір деп алып, басқа газдардың атомдық салмақтарын сонымен салыстырды. Дальтонның еңбектерінің аркасында атомның физика-хиімиялық қасиеттері зерттеле бастады. XIX ғ. орыс химигі Д.И.Менделеев химиялық элеменггердің атомдык салмағына негізделген периодтық системасын жасады.
Атомның бөлінбейтін аса ұсақ материалдық бөлшек ретіндегі ұғым физикаға химиядан ауысты. Атомды физикалық құрылысы жағынан зерттеу шын мәнінде XIX ғасьірдың аяғында француз физигі А.А.Беккерелдң радиоактивтік құбылысты ашуышан бастадды. Радиоактивтік құбылысты зерттеуді одан әрі француз физиктері ерлі-зайыпты Пьер мен Мария Кюрилер жалғастырып, жаңа радиоактивтік элементтер полоний мен радийды ашты. Атомның құрылысын зерттеудің кейінгі деңгейлерінде "болінбейтін" жаңа бөлшектер табыла бастады, Сондай бөліктердің бірі электрон болды. Қыскасы, физик-ғалымдар атом тіпті де бөлінбейтін үсақ бөлшек емес, ішкі құрылысы күрделі бөлшек екен деген қорытындыға келді.
1913 жылы ағылшын физигі Э.Резерфорд ауыр элементтердің атомдарының а-бөлшектерді шашырату құбылысын зертгегенде атом массасының негізгі бөлігі оның орталық бөлігінде — ядро шоғырланғандығын ашты, ал бөлшектер ядродан алыстау жерлерде ешбір кедергісіз өтіп кетеді екен. Осы экспериментке сүйене отырып, ол атом құрылыс бойынша теріс зарядталғая электроңдар массасы үлкен ядроны айнала оз орбиталары бойымен ұшып жүреді екен.
Бұл модельді кейін Нильс Бор деген даниялық физик және басқалар айтарлықтай өзгертті. Зерттей келгенде электрондар кез келген орбитамен айнала алмайтыны, тек тұрақты орбитамен ғана айналатыны анықталды. Олай болмағанда электрондар энергияны үздіксіз сәулелендіріп, нәтижесінеде ядроға құлап түсереді де, атом өзбетінше ыдырар еді. Ал іс жүзінде ондай құбылыс баиқалмайды, өйткені атомдар аса берік құрылым болып табылады. Бұл жөне бұларға байланысты ашылған революциялық жаңалықтарды ескі, классикалық, физиканың тұрғысынан түсіну және түсіндіру мүмкін болмады, сондыктан бірқатар ғалымдар алғашқы кезде ол жаңадықтарды табиғат жайлы ғылыми-материалистік көзқарасты жоятын объективтік мазмұнын жоққа шығаратын жаңалықтар деп санауға дейін барды — егер ғылымның бұрынғы ұғымдары мен принциптері өзгерсе, онда, демек, ешқаңдай ақиқаттың болмағаны деді олар. Олардың кейбіреулері ғылыми ақиқат тәжірибелік материалды жинақтау мақсатында қабыл алынған шартты келісімдер ғана деп түсінсе, екіншілері болжамдзрлмң пайдалы. қуралы деи, ал үшіншілер — "ойлауды немдеудің" құралы деп түсінді.
Сойтіп, ғылыми ақиқатгың салыстырмалылық сипатынан, яғни ол табиғаттың қасиеттері мен заңцылықтарын бірден толық, тұтас бейнелендірмей, шамалап, біртіндеп, салыстырмалы ақиқат түрінде бейнелендіреді дегеннен, олар мүлде объективтік ақиқат емес, яғни оларда бейнеленген білімдер адамның таным процесінен ешбір тәуелсіз деген мүлдем қате қорытынды жасалды. Мұның бәрі XIX ғ. аяғы мен XX ғ. басында физикада дағдарыс тудырды. Бұл дағдарыстан шығудың жолын классикалық физиканың ескірген ұғымдары мен принциптерінен материяның атомдық типтегі қасиеттерін зерттсйтін кванттық физиканың принцидтері мен ұғымдарына көшуден, ал философия саласында атомның құрылысы жайлы ғылыми емес метафизикалық таным әдісінен диалектикалық әдіске көшуден іздеу қажет болды. Ол жол, атап айтқанда, кванттық физика ашқан корпускулалық-толқындық дуализм принципіне, айқынсыздық пен толықтыру принциптеріне кешуде болды. Атомизм одан былайғы ламүы атомішілік "Болінбейтін" бұрынғы атомның ішінен табылған бөлшектер "элементарлық" деп атадды. Кейінгі ашылған жаңалықтар олардың элементарлығын (қарапайымдылығын) жоққа шығарғанымен, ол бөлшектердің ішкі күрделі құрылысы бар екендігі анықталғанымен, бірақ ескі дағды бойынша олар "элементарлық" деп аталады.
Бірінші элементарлық бөлшек XIX ғ. аяғында ағылшан физигі Дж.Томсон ашқан электрон болды. Одан кейін 1919 ж. Резерфорд атомдарды а-бөлшектермен бомбалау нәтижесінде протондарды ашты. XX ғ. басында фотон ашылған еді, 1932 ж. зарядсыз нейтрон ашылды, осыдан 4 жылдан соң бірінші антибөлшек позитрон ашылды — мұның массасы электронның массасына тең, бірақ мүның оң заряды бар.
3.Химия. Химияның негізгі құрылымдық деңгейлері және оның бөлімдерінің сипаты. Химияның басқа ғылымдармен байланысы білімдердің қорытындысы десе де болады. Осы концептуалдық ұғымның негізінде сол кездің жүйелі атом –молекулалық теориясы жасалды, бірақ ол XIX ғ. аяғы мен XX ғ. басында ашылған көптеген тәжірибелік фактілерді түсіндіруге жарамады. Бұлар атомның күрделі құрылысының ашылуына байланысты кейіннен түсінікті болды, атап айтқанда , химиялық байланыстар атомдық электр зарядтарының өзара әрекеттесу құбылысын және бұл байланыстардың иесі атомның электронды мен ядросы екенін көрсетті. Атомдардың арасындағы химиялық байланыстарды іске асыратын ядроның сыртқы қабатына орналасқан, сондықтан ядромен байланысты ең әлсіз электрондар екені анықталды. Оларды валенттік электрондар деп атады.
Химиялық білімдер белгілі бір кезеңге дейін, дәлірек айтқанда , оларды системаға келтіріп , классификациялау қажеттігі пісіп жетілгенге дейін , эмпирикалық жағынан жинақтала берді. Бірақ эмпирикалық материалдың көптігіне қарамастан , химик ғалымдар түрлі заттардың және олардың қосылыстарының қасиеттері жайлы, түрліше химиялық реакциялардың жүру ерекшеліктері туралы білімдерді бір теориялық системаға келтірудің концепциялық негізін таба алмай келді. Тек 1868 ж. Д.И.Менделеев ашқан химиялық элементтердің периодтық системасы ғана сондай теориялық негізді жасап берді. Бұл системаның негізі ретінде Менделеев химиялық элементтердің қасиеттері олардың атомдық салмақтарының мөлшерінен периодтық тәуелділікте болатын заңдылығын алды. Сөйтіп , химиялық элементтердің периодтық заңын ашты. Оның системасында химиялық элементтерді сипаттайтын негізгі қасиеті атомдық салмақ болып табылды.
Алайда , химиялық білімдерді системалық тұрғыдан түсіндіруге алып келген, оған негіз салған одан бұрынғы орасан зор зерттеулер екенін айтпасқа болмайды. Химия ғылымы пайда бола бастаған алғашқы қадамдардан бастап –ақ химиктер қарапайым заттар мен химиялық қосылыстардың қасиеттері әйтеуір бір ортақ негізге тәуелді екенін эмпирикалық пайымдау деңгейінде болса да түсіне бастады - ол негіз кейіннен элемент деп аталғаны белгілі. Бұл элементтерді ашу және талдау , олардың арасындағы байланыстарды анықтау істері химия тарихында XVII ғасырдан бері айтарлықтай ұзақ уақытқа созылды. Қазіргі ғылым ол химиялық элементтерді ядроларының зарядтары бірдей, бірақ массалары өзгеше изотоптардың , яғни атомдардың бір түрі деп түсінетін болды. Бұл химиялық системаларды танып білудің бірінші концептуалдық деңгейін заттың химиялық құрамы жайлы ілім деп атауға болады. Дәл осы мәселеде біз химияның физикадағы атомизм концепциясымен аса ұқсастығын көреміз : физиктер сияқты химиктер де барлық қарапайым және күрделі заттардың қасиеттерін түсіндірудің бастапқы негізін немесе элементтерін іздепті.
Заттардың қасиеттерін танып білудің екінші концептуалдық деңгейі - заттардың құрылымын, яғни элементтердің өзара әрекеттесу тәсілдерін зерттеумен байланысты. Химиялық реакциялардың нәтижесінде алынатын заттардың қасиеттері тек элементтерге ғана байланысты емес, сондай – ақ реакциялар процесінде элементтердің өзара әрекеттесу сипатына да байланысты екенін эксперимент пен өндірістік практика айқын дәлелдеді.
Химиялық танымның үшінші деңгейі химиялық процестердің жүру жағдайлары мен ішкі механизмдердерін , атап айтқанда , температура , қысымы ,реакциялардың жүру жылдамдығы сияқты жағдайларда зерттеу болып табылады.
Төртінші концептуалдық деңгейін эволюциялық химия концепциясы деп атауға болады. Бұл деңгейде біз материалдық денелердің өздігінше ұйыидасуының , яғни синергетиканың , қарапайым құбылыстармен , оның ішінде Жердегі химиялық эволюциямен , химиялық эволюциядан биогенезге өту құбылыстарымен кездесеміз.
Заттың қасиеттерін анықтау үшін ол қандай элементтерден тұратынын анықтау қажет, ал бұл химиялық элемент туралы дәл ұғымның болуын талап етеді.
Химиялық элементтің бірінші ғылыми анықтамасын , әлі бір де бір химиялық элемент ашылмаған кезде, XVII ғ. екінші жартысында ағылшын химик – физигі Р.Бойль тұжырымдаған болатын. Бірінші ашылған химиялық элемент фосфор ( 1669 ж ) болды , одан кейін никель және басқалар ашылды. Француз химигі А.Л.Лавуазьенің оттегін ашып, оның түрлі химиялық қосылыстардың түзілуіндегі рөлін анықтауы оған дейінгі флогистон ( «салмақсыз дене» ) жайлы жалған гипотезаны әшкерелеуге мүмкіндік берді. Лавуазье XVIII ғ. жинақталған білімдердің негізінде химиялық элементтерді тұңғыш системаға келтірді. Бірақ бұл системалау дұрыс болмай шықты – оны кейіннен Д.И.Менделеев жетілдірді. Лавуазьенің системасы элементтің орнын атомдық ядроның заряды бойынша анықтайды, өйткені бұл соңғы элементтің жеке қасиеттерін білдіреді. Химиктер біртіндеп химиялық элементтерді бірінен соң бірін аша бастады , олардың қасиеттері мен реакциялық қабілеттерін түсіндіруге тырысты, сөйтіп белгілі бір системаға келтірілуі қажеттілікке айналған орасан мол тәжірибелік материал жинақталды. Бірқатар ғалымдар өз системаларын ұсынды , бірақ олар элементтер системасының негізі ретінде ішкі мәнін білдірмейтін сыртқы , мәнсіз белгілерін алғандықтан , ғылыми система деңгейіне жете алмады.
Д.И.Менделеев ашқан химиялық элементтердің периодтық заңының маңызы сол, ол химиялық білімдердің шын мәніндегі ғылыми системасын жасаудың негізін салды. Ол система жасаудың негізі ретінде атомдық салмақты алды да соған сәйкес химиялық элементтердің системасын жасады : Менделеевтің периодтық системасында ол кезде небәрі 62 элемент бар еді , ал ол өзінің периодтық системасында әлі ашылмаған, бірақ болашақта ашылуға тиісті химиялық элементтердің реттік санын ,атомдық салмағын алдын ала болжап, көрсетіп қойған еді . Кейінгі зерттеулер оның болжамын толық растады : 1930 жылдары оның таблицасында элементтер саны 92 – ге жетті , ал 1999 жылы элеметтер саны 114 болды деп жарияланды . Сөйтіп микродүниенің құрылысының шексіздігін химия ғылымы да растады.
Атомизм тұрғысынан химиялық қосылыс проблемалары да шешіледі: химиялық қосылыс деп және қоспа деп нені айтуға болады ? Химиялық қосылыстың құрамы тұрақты ма әлде өзгермелі ме ?
Химиялық қосылысқа байланысты мәселелер ұзақ уақыт бойы талас тудырмай келді , өйткені химиялық қосылыстарға не жатады , қарапайым денелерге немесе қоспаларға не жатады деген сұрақтар оп –оңай сияқты болып көрінді. Алайда , соңғы кезде затты зерттеудің физикалық әдістерін қолдану химиялық процестердің физикалық табиғатын, яғни атомдарды молекулаларға біріктіретін ішкі күштерін ашуға көмектеседі. Мұндай күштер валенттік электрондардың толқындық қасиеттерін көрсететін химиялық байланыстар екен.
Химиялық және физикалық жаңалықтардың нәтижесінде молекуланың бұрынғы классикалық анықтамасы өзгерді. Молекула заттың ең ұсақ бөлшегі, яғни берік кванттық – молекулалық бөлшегі , заттың қасиеттерін айқындап бере алатын және сонымен бірге дербес өмір сүре алатын бөлшегі деп түсінілетін болды.
Физиктердің химиялық процестерді ( реакцияларды ) электрондардың өзара алмасу әрекеті деп түсіндіруінен кейін химиктер химиялық қосылыстарды бұрынғыдан мүлдем басқаша түсінетін болды. Химиялық қосылыс дегеінміз « бір немесе бірнеше химиялық элементтерден тұратын, өз сапалық айқындылығы бар зат - оның атомдары өзара алмасу әрекетінің ( химиялық байланыстың ) нәтижесінде молекула –бөлшектерге ,комплекстерге , монокристалдарға немесе басқа агрегатттарға бірігеді. Химиялық қосылыс екі және одан да көп химиялық элементтерден тұратын « күрделі зат » ұғымынан гөрі әлдеқайда кең ұғым , өйткені химиялық қосылыс бір элементтен тұруы да мүмкін. Ол – Н , О , графит, алмаз және бөтен қоспасы жоқ басқа да кристалдар болуы мүмкін.
Жаңа материалдар өндіру проблемасы олардың құрамына жаңа химиялық элементтерді қосу арқылы шешіледі. Оның себебі – адам өзінің өндірістік іс -әрекетін жүзеге асыратын Жер қабатының 98,7 % -ін сегіз ғана химиялық элемент құрады екен: 47 % - оттегі , 27,5 % - кремний , 8,8 % - алюминий , 4,6 % - темір , 3,6 % - кальций , 2,6 % - натрий , 2,5 % - калий, 2,1 % - магний. Алайда , бұл химиялық элементтер Жер бетінде бірдей орналаспаған және олар бір қалыпты пайдаланылмайды. Мәселен , металдан жасалатын бұйымдардың 95 % - тен астамы темірден жасалады екен. Ал бұлайша тұтыну темірдің жетіспеуіне әкеліп соғуы мүмкін. Сондықтан бұл темірдің орнына басқа химиялық элементтерді пайдалану қажеттігін тудырады. Мәселен, темірдің орнына жер бетінде кең тараған химиялық элементтердің бірі – кремнийді пайдалануға болады екен. Кремнийдің оттегімен және басқа элементтермен қосылысынан пайда болған заттар , силикаттар жер қыртысы массасының 97 % - ін құрады.
Химияның қазіргі заманғы жетістіктерінің бірі ретінде керамиканы металл орнына пайдалану мүмкіндігі туғанын айтуға болады. Ол экономикалық жағынан тиімді болумен қатар құрылыстық материал ретінде де металдан гөрі тиімдірек екен. XX ғ. 60 –жылдарында Совет елінде гексанит – Р деп аталатын керамиканың ерекше қатты түрін жасау жолы табылды. Оның қаттылығы алмаздың қаттылығымен бірдей десе де болады, бірақ балқу температурасы 3200 С , ал алмаз 1000 С –ге жетпей – ақ күйіп кетеді.
XX ғ. екінші жартысында органикалық элементтер қосылысының синтезіне алюминийден бастап фторға дейін барған сайын жаңа химиялық элементтер пайдаланыла бастады. Мұндай қосылыстардың бір бөлігі лабораториялық зерттеулер үшін химиялық реагенттің ролін атқарса , енді бір бөлігі аса жаңа материалдарды синтездеуге пайдаланылады.
4. Структуралық химияның деңгейі.Кез келген системаның сипаты оның элементтерінің құрамымен ғана айқындалмайтыны белгілі. Ол сонымен қатар оның элементтерінің өзара әрекеттесуімен де анықталады. Сондықтан түрліше заттарды және олардың реакцияласу қабілеттерін зерттегенде ғалымдар олардың құрылымын ( структурасын ) да зерттеуге мәжбүр болды. Химиялық білімдердің даму деңгейіне сәйкес заттардың химиялық құрылымы жайлы түсініктер де өзгеріске ұшырайды. Химиялық системалардың элементтері арасындағы өзара әрекеттесудің
(реакциялардың ) сипатын ғалымдар түрліше түсіндіргенімен , бірақ олардың бәрі мынадай бір қорытындыға келді : химиялық системалардың қасиеттері , тұтас алғанда , элементтердің арасындағы өзара әректтесудің өзіндік ерекшеліктерімен анықталады.
Бірінші химиялық система ретінде молекула алынады , сондықтан заттың құрылымы туралы туралы әңгіме болғанда ең алдымен оның сапа жағынан өзгермейтін ең кіші системасы - молекуланың құрылымы жайлы болады.
Структуралық химияның қалыптасуына байланысты химия ғылымында бұрын болмаған бір мүмкіндік - затты молекулалық жағынан сапалық өзгеріске ұшырату мүмкіндігі туды. Молекуланың структуралық құрылысын ашып, жаңа заттарды синтездеуге 1857 ж. бірінші әрекет жасаған неміс химигі Фридрих Кекуле болды. Ол молекуланың құрылымын химиялық элементтің валенттік ұғымымен байланыста қарастырды , мәселен, ол көміртегі төрт валентті , сондықтан оған бір валентті сутегінің төрт молекуласын қосу мүмкіндігін көрсетті. Азотқа бір валенттік элементтердің үш молекуласын, оттегіне екі молекуласын қосуға болады. Кекуланың бұл схемасы ғалымдарға жаңа химиялық қосылыстарды алу механизмін түсінуге мүмкіндік берді.
Орыс химигі А.М.Бутлеров химиялық структура ұғымын одан әрі дамытты. Ол заттардың өзара қосылуында энергияның үлкен рөл атқаратынын атап көрсетті. Сондықтан да А.М.Бутлеровтың жаңа идеялары химиялық синтез практикасында кең қолданыс табумен қатар кванттық механикада теориялық дәлелдемесін де тапты.
Сонымен , қорыта айтқанда , химиялық структура (құрылым ) ұғымы екі бағытта дамыды: біріншіден , оның құрамдас бөліктерін немесе элементтерін талдау бағытында ,екіншіден олардың арасындағы физика – химиялық әрекеттестікті анықтау бағытында. Соңғы бағыттың әсіресе структураны системалық көзқарас тұрғысында түсіндіруде атқарған рөлі зор болды :
Структура деп системаның элементтері арасындағы ретті байланысты және өзара әрекеттесуді түсінеді. Молекула сияқты химиялық системада ,мәселен, молекуланың қасиеттерін оны құратын атомдардың арасындағы өзара әрекеттесудің өзіндік ерекше сипаты анықтап береді.