Кимёда физикавий усуллар

Т.К.Юнусов, У.Н.Зайнутдинов, К.У.Утениязов, Ш.И.Салихов


КИМЁДА
ФИЗИКАВИЙ УСУЛЛАР

Ўзбекистон Республикаси Олий

ва Ўрта махсус таълим
вазирлиги томонидан
университетларнинг кимё
факультетлари талабалари учун
дарслик сифатида
фойдаланишга рухсат
берилди.

Тошкент «Университет»

2007 йил

Т.К.Юнусов, У.Н.Зайнутдинов, К.У.Утениязов,
Ш.И.Салихов. Кимёда физикавий усуллар. Университетларнинг кимё факультетлари талабалари учун дарслик. Тошкент, 2007 йил.
Дарсликда асосий физикавий усулларнинг назариялари, кичик молекулали органик бирикмалар ва биополимерларнинг тузилиши ва хоссаларини ўрганишда уларнинг ишлатилиши ҳамда имкониятлари баён этилган. Дарслик университетларнинг кимё факультетлари талабалари, магистрлари, аспирантлари, илмий ходимлари ва ўқитувчилари учун мўлжалланган.

Масъул муҳаррир: кимё фанлари доктори, профессор Содиқов А.О.

Тақризчилар: кимё фанлари доктори, профессор
Рахмонбердиев Г.,
кимё фанлари номзоди, доцент
Абдушукуров А.К.


Муқаддима
Моддаларнинг тузилиши ва уларнинг реакцияга киришиш қобилиятини ўрганиш билан боғлиқ муҳим масалалар кимё фанининг ривожланишидаги асосий омиллардан ҳисобланади. Маълумки, моддаларнинг тузилиши ва уларнинг фазовий ҳолатлари бир қанча классик усуллар: оксидланиш-қайтарилиш, дегидрогенлаш реакциялари ва турли хил ҳосилаларини олиш орқали ўрганилиб келинган ва шунинг билан бир қаторда уларнинг физикавий доимийликлари ҳам аниқланилиб маълум керакли маълумотлар олинишига эришилган, аммо бу усуллар ёрдамида масалани ҳал этиш узоқ вақтни ва моддани етарли миқдорда бўлишлигини талаб этади.
Адабиётлардан олинган маълумотларга биноан, цинхона дарахти пўстлоғидан ажратиб олинган биологик фаол модда - хинин алкалоидининг тузилишини аниқлашга 100 йилдан ортиқ вақт сарф бўлган, айнан шундай мисолларни кўп тармоқли кимё фанидан бир қанчасини келтириш мумкин. Кимё фанининг жуда кўп назарий масалаларини аниқ, тезкорлик билан ҳал этишда физикавий усуллар ўзининг тутган ўрни билан ажралиб туради.
Физикавий усулларни қуйидаги масалаларни ҳал этишда ишлатиш мумкин:
- реакция маҳсулотлари ва реакцион аралашманинг таркибини сифат ва миқдорий анализ қилиш;
-тажрибада олинган моддаларнинг молекуляр тузилишининг тўғрилиги ҳақида хулоса қилиш;
- молекулаларнинг геометрик параметрларини миқдо-рий баҳолаш ва молекулада атомларнинг фазовий жойланишини аниқлаш;
- молекуланинг динамик хоссаларини текшириш, атомларнинг харакатчанлигини ўрганиш ва бунга тўсиқ бўладиган ҳолатларни билиш;
- молекуладаги атомларнинг ва атом гурухларининг ўзаро таъсирланишларини баҳолаш;
-реакциялар кинетикаси ва механизмини, ҳамда оралиқ моддаларнинг тузилишини ўрганиш.
Физикавий усулларнинг ривожланиши ва улар ёрдамида моддаларнинг тузилиши билан боғлиқ бўлган масалаларни ҳал этишдаги муаммолар асосан ХХ асрга тўғри келиб, кенг миқёсда амалиётда ишлатилиши эса 1950 йиллардан бошланди.
Физикавий усулларнинг ривожланишида рус олимларидан академиклар: В.И.Гольданский, Ю.Н.Молин, Э.Т.Липмаа, академия мухбир аъзоси В.Л.Тольрозе ва профессорлар Т.Алексанян, Ю.Д.Бучаченко, Ю.Устинюк, В.Б.Быстров ва бошқа кўпгина йирик олимлар ўз ҳиссаларини қўшдилар.
Республикамизда физикавий усуллар ёрдамида моддаларнинг тузилишини ўрганиш билан боғлиқ бўлган муҳим масалаларни ўрганишда академиклар: О.С.Содиқов, Т.Ф.Орипов, профессорлар: Х.А.Аслонов, В.Б.Леонтъев, Ю.Т.Тошпўлатов, М.Р.Ягудаев, А.М.Рашкес ва бошқа бир қанча олимлар салмоқли ҳисса қўшганлар ва илмий мақолалар чоп этганлар.
Кимёда физикавий усулларни тадбиқ этишга бағиш-ланган дарсликлар ва ўқув қўлланмаларни ёзишда профессорлар М.Ю.Корнилов, Л.Б.Ершов, Р.А.Хмельницкий, Б.Ф.Иоффе, Ю.А.Пентин, Л.В.Вильков, Н.М.Сергеев, Л.А.Казицина, Н.Б.Куплетская ва бошқалар самарали меҳнат қилдилар.
“Физикавий тадқиқот усуллари” фани университетларнинг кимё факультетларида 35 йилдан ортиқ вақт давомида умумий курс сифатида ўқитилиб келинмоқда, ушбу фанни ўқитиш услубига бағишланган кенгашлар Москва давлат университетининг ташаббуси билан 1988 ва 1989 йилларда Кубан давлат университетида ўтказилди. Кенгашнинг асосий мақсади бу фаннинг талабалар томонидан чуқурроқ ўзлаштирилиши учун университетларда олиб борилаётган услубий ишлар, замонавий асбоб-ускуналар билан жиғозланиши ва амалий машғулотлар олиб бориш услублари билан танишишдан иборат бўлди.
Кимё соҳаси бўйича етишиб чиққан ёш мутахассислар замонавий физикавий усуллар ҳақида етарли билимга эга бўлишлари керак, бунинг учун ўзбек тилида ёзилган мукаммал дарслик зарур ҳисобланади. Ҳозирча рус тилида ёзилган ва хорижий тилдан рус тилига таржима қилинган бир қанча ўқув қўлланмалар, монографиялар мавжуд. Ушбу адабиётлар мураккаб тилда ёзилган бўлиб, уларда кўпроқ физикавий усулларнинг назарияларига эътибор берилган, амалиётда ишлатиш имкониятлари кам ёритилган, бу эса талабалар томонидан фанни ўзлаштиришга қийинчилик туғдиради.
Ўзбек тилидаги биринчи ўқув қўлланма - “Кимёда тадқиқотларнинг физикавий усуллари” Т.К.Юнусов ва С.А.Ауелбеков томонидан ёзилиб 1992 йилда чоп этилди. Унда асосан ультрабинафша, инфрақизил, ЯМР ва масс-спектроскопия усуллари қисқача баён этилиб, бошқа услублар қўлланма матнида ўз ифодасини топмаган.
Эътиборингизга ҳавола этилаётган ушбу дарслик матнига кимёгар-бакалавр мутахассислиги тайёрлашда ўқити-ладиган “Физикавий-тадқиқот усуллари” умумий курсининг тасдиқланган дастури асос қилиб олинган.
Шунинг билан бирга, бакалавр мутахассислиги тайёрлашда ўқитиладиган “Биоорганик кимё” умумий курсининг муҳим мавзулари бўлган биополимерларни замонавий услублар ёрдамида тузилиши, фазовий ҳолати ва хоссаларини ўрганишга бағишланган мавзулар ҳам дарсликнинг махсус бобида баён этилади.
Биополимерларнинг тузилиши ва конформацион ҳолатларини ўрганишда замонавий физикавий услублар улар берган маълумотнинг аниқлиги, етарлилиги ва уларга сарф бўладиган вақтнинг озлиги билан бошқа мавжуд услублардан ажралиб туради. Биополимерларни тадқиқ этишда спектроскопиянинг ҳар хил турларидан, жумладан оптик спектроскония (ультрабинафша, инфрақизил спектроскопияси, оптик бурилиш дисперсияси ва айланма дихроизм), радиоспектроскопия (ЯМР, ЭПР) дифракцияли услублар (рентген-тузилиш анализи) ва ионизацияланиш услублари (масс-спектроскопия) турларидан кенг кўламда фойдаланилади. Ҳар бир услубнинг ўз имкониятлари ва камчиликлари мавжуд, шунинг учун юқоридаги услубларни биргаликда, ҳамжихатликда ишлатиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.
Дарсликнинг ультрабинафша, инфрақизил, ЯМР-спектроскопия бўлимлари доцент Юнусов Т.К. ЭПР, масс-спектроскопия бўлимлари профессор Зайнутдинов У.Н., атом-абсорбцияли, оптик—бурилиш дисперсияси спектроскопиялари ва рентген-тузилиш анализ қисмлари профессор Утениязов +. ҳамда биополимерларнинг физикавий услублари бўлими эса академик Салихов Ш.И. ва доцент Юнусов Т.К. лар томонидан ёзилган.
Дарсликнинг махсус бўлимида кичик молекулали органик моддалар, биополимерлар ва уларнинг таркибига кирувчи табиий бирикмаларга оид масалалар ҳамда уларнинг ечими баён этилган. Талабаларнинг билимини баҳолаш мақсадида дарсликнинг VI боби тест саволларига бағишланган бўлиб, оддий тузилишдаги органик бирикмалар ва биополимерларни физикавий усуллар ёрдамида ўрганиш ҳамда спектроскопия турларининг назарияларига бағиш-ланган масалалар уларнинг матнида ўз ифодасини топган.
Физикавий усуллар фақат органик моддалар ва биополимерлар тузилиши ва фазовий ҳолатини аниқлашда эмас, балки анорганик моддалар, комплекс бирикмалар ҳамда полимерлар кимёси бўйича ҳам муҳим маълумотлар беради. Шунинг учун ҳам ушбу дарсликдан кимёнинг ҳамма соҳаларида фақат талабалар эмас, балки аспирантлар, магистрлар, илмий ходимлар ва олий илм даргоҳларида дарс бераётган ўқитувчилар ҳам фойдаланишлари мумкин.

Муаллифлар.

Кириш
Амалиётда кенг миқёсда ишлатиладиган физикавий усулларнинг назарий асослари ва ишлатиш имкониятларини эътиборга олиб қуйидаги туркумларга бўлиш мумкин: оптик спектроскопия, радиоспектроскопия, дифракцияли усуллар ва ионизацияли усуллар.
Оптик спектроскопиянинг бир қанча турлари мавжуд бўлиб, уларга ультрабинафша (УБ), инфрақизил (И+) спектроскопиялари, атом-абсорбцияли (ютилиш) спектроскопия, оптик бурилиш дисперсияси (ОБД) ва айланма дихроизм (АД) ларни мисол қилиб кўрсатиш мумкин.
Радиоспектроскопия турларига - ядровий магнит резонанс (ЯМР) ва электрон парамагнит резонанс (ЭПР) ларни кўрсатиш мумкин.
Ионизацияли усулларга - масс-спектрометрия турини кўрсатиш мумкин ва ушбу услубда асосан органик моддалар, табиий бирикмалар ва уларнинг ҳосилаларининг тузилишини аниқлашда самарали натижаларни олиш мумкин. Анорганик моддаларнинг тузилишини аниқлашда эса юқори ҳароратли масс-спектрометрия туридан фойдаланилади.
Юқорида баён этилган физикавий усуллар моддаларнинг тузилиши ва ҳосилалари бўйича берган маълумотлари билан бир-биридан фарқ қиладилар ва бу усуллардан биргаликда фoйдaлaнилгaндaгина модда тyзилиши ҳақидa тўлиқ маълумотларни олиш мумкин.
Физикавий усуллар ёрдамида фақат органик моддаларнинг кимёвий таркиби, фазовий ҳолати ва электрон тузилишини (УБ, ЭПР, Мёсбауэр спектрлари) ўрганибгина қол-масдан, балки уларнинг кристаллик тузилиши ва молекуланинг геометриясини (рентген-тузилиш анализи, нейтронография ва электронография) ҳам аниқлаш мумкин.
Суюқ кристаллар молекуласининг фазовий ҳолатини ўрганишда газ электронографияси билан ЯМР спектрларни биргаликда ишлатиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.
Физикавий усуллар назарий масалаларни ҳал этиш билан бир қаторда амалиётда халқ хўжалигининг кўпгина соҳаларида ҳам ўз ўрнини топган. Жумладан, тиббиётда ҳамда қишлоқ хўжалигида ишлатиладиган доривор моддаларни ишлаб чиқаришда уларни стандартлаш (ягона нусха ҳолатга келтириш) ишларида ва ташқи муҳитдаги (сув, тупроқ ва ҳаво) заҳарли моддалар миқдорини аниқлашда етарли маълумот беради.
Маълумки, физикавий усулларнинг назарий асослари "Моддалар тузилиши", "Квант кимёси", "Квант механикаси" ва физика фанининг махсус қисмларида тўлиқ баён қилинган. Шунинг учун дарсликнинг матнида асосан мутахассис учун керакли бўлган физикавий усулларнинг модда тузилиши, фазовий ҳолатини ўрганишда берадиган маълумотлари етарли баён этилган.