1. Keerukus
Toomas Kaevand

2. Keerukus... Midagi, mis on: Segadus, ei tähenda alati keerukust
raskesti aru saadav
kompleksse, raskesti mõistetava ehitusega
Segadus, ei tähenda alati keerukust

3. Alguses oli kõik “lihtne”
Maagia
Alkeemia
Keemia

4. Neli klassikalist elementi, mille kaudu seletati kõike

6. Keemilised elemendid Neljas põhielemendist jääb väheks
Pannakse tähele, et mõnda ainet, ei ole võimalik enam edasi lagundada

7. Antiikajast tuntud keemilised elemendid
Vask, plii, kuld, hõbe, raud, süsinik, tina, väävel, elavhõbe, tsink, arseen ja antimon

8. Filosoofiline kivi ja fosfor
Esimene keemiliselt avastatud element (Hennig Brand 1669)

9. Perioodilisuse süsteemi areng
Tohuvabohu elementidega. Süstematiseerimata
Märgati sarnaseid omadusi ja grupeeriti nende järgi
Idee järjestada elemendid aatommasside (tol ajal veel ei teatud aatomeid) järgi ja gruppeerida vastavalt omadustele
Humphry Davy elementide tabel
19. sajandi algusest

10. Perioodilisuse tabel 1869 Dmitri Mendelejev Julius Lothar Meyer
Julius Lothar Meyer
1830 – 11 April 1895
Perioodilisuse tabel 1869

11. Selgus elementidega
Perioodilisuse seadus võimaldas näidata, et osa elemente on veel avastamata
Avastamata elementide omaduste ennustamine
Mendelejev ennustas Sc, Ga, Tc, Ge olemasolu

12. Gallium ehk Eka-alumiinium
Eka-alumiinium (Ea)
Gallium (Ga)
Aatommass 68
69.72
Tihedus
6 g/cm3
5.9 g/cm3
Sulamistemperatuur
madal
29.78 °C
Valents 3
Avastamise meetod
Tõenäoliselt spektroskoopia
Spektroskoopia
Oksiid
Ea2O3, tihedus 5.5, lahustuv hapetes ja leelistes
Ga2O3, tihedus 5.88, lahustuv hapetes ja leelistes
Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran
1838 – 1912

14. Probleemid perioodilisuse süsteemiga
Kui palju on keemilisi elemente?
Kas element 137 on viimane, mis võib eksisteerida neutraalselt?

15. Entroopia Segaduse mõõt (juhuslikuse mõõt)
Entroopia ei ole süsteemi keerukus

16. Kõrge ja madal entroopia

17. Korrastatus Madalam entroopia – korrapärasem süsteem
Süsteemil on rohkem omadusi
Kõrgem entroopia – vähemkorrapärane süsteem
Süsteemil on vähem omadusi

18. Aine olekud

19. Tahke aine
Kristallne
Amorfne

20. Amorfne tahkis vs vedelik
Vedel (tihe gaas)

21. Pigi – väga viskoosne vedelik
(Pigitilga eksperiment Queenslandi Ülikool)
Klaas

22. Kristallid Korrapärase, perioodiliselt korduva ehitusega ained
Beeta 2 adrenergilise retseptori ja Ge valgu
Kompleks (Nature 477, doi: /nature10361)
NaCl kristall

23. Kvaasikristallid
Mitteperioodiliselt korrapärase struktuuriga kristallitaolised ained
Kõige keerukam teadaolev kvaasikristall,
koosneb ainult süsiniku aatomitest
Nature Materials 14, doi: /nmat4152
Al-Pd-Mn potentsiaalienergia pind

24. Kus keemilised protsessid aset leiavad
Puhtad ained
Hajussüsteemid
Lahused
Emulsioonid
Suspensioonid
Aerosoolid

25. Lahustuvus “Lihtne” nähtus, aga keeruline ennustada
Lahustuvuse ennustamiseks ei ole ideaalset teooriat
Reeglina sarnane lahustub sarnases

26. Aine ehitus
Keemia mõttes koosneb aine aatomitest, mis on omavahel seotud keemilise sidemega
Aatomite omadused määrab elektronkatte ehitus (keemia üldjuhul ei roni aatomi tuuma sisse)

27. Aatom

28. Elektroni orbitaalid

29. Elektroni orbitaali otsene vaatlus vesiniku aatomis
Hydrogen Atoms under Magnification: Direct Observation of the Nodal Structure of Stark States
Phys. Rev. Lett. 110, – Published 20 May 2013

30. Keemilised struktuurid
Keemiline struktuur: aatomite ja nende vaheliste seoste ruumiline paigutus
Struktuuride hierarhia
Nanostruktuur
Mesostruktuur
Makrostruktuur

31. Struktuuride näiteid Hüperforiin Tetrodotoksiin Paklitakseel
Resiniferatoksiin
Oktanitrokubaan
Karfentanüül
Hüperforiin

32. Meso ja makrostruktuur
Mesostruktuur

33. Ennustamine Ennustatakse Ainete omadusi Reaktsioonie Ainete saamist
Mõistlikust
Ohutust

34. Kuidas ennustatakse Modelleerimine ja simuleerimine
Molekulaardünaamika
Kvantmehaanika
Statistilised meetodid
QSAR (Quantitative structure–activity relationship)
QSPR (Quantitative structure–reactivity relationships)
Masinõpe
Närvivõrgud
Otsustuspuud

35. Edu, läbi ebaedu – toast to failure
Masinõpe
Tulemuste saamine läbi vigade õppimise (veel parem, läbi teiste vigade)

36. Primitiivne keerukus Taandub küsimustele:
Kas on võimalik sünteesida ainet N
Kas on võimalik puhastada ainet X

37. Keerukus
Süsteemi mittejuhuslik, korratav ja lõplikele reeglitele alluv omaduste kogum