До сих пор мы изучали только вещества неживой природы – неорганические вещества. В этой главе мы поговорим об органических веществах, которые изучаются органической химией. Мы сталкиваемся с ними на каждом шагу: это природные вещества – жиры, белки, углеводы и искусственно полученные – пластмассы, каучуки и др.
Применение органических веществ, известных человеку с древних времён: 1 – получение спирта в виноделии, 2 – получение красителей (индиго из растения), 3 – получение мыла из жира, 4 – добыча нефти как топлива, 5 – получение натурального каучука из бразильской гивеи, 6 – получение сахара из сахарного тростника
Органические вещества отличаются от неорганических тем, что в состав первых обязательно входит элемент углерод, поэтому мы можем назвать органическую химию химией соединений углерода.
Органическая химия – раздел химии, изучающий строение, свойства, получение и применение соединений углерода (кроме: синильной кислоты HCN, цианидов KCN, карбонатов K2CO3, угольной кислоты H2CO3, оксидов CO/CO2, карбидов CaC2)
Понятие “органическая химия” было дано Йёнсом Берцелиусом, когда считалось, что органические вещества невозможно получить искусственным путём и они могут образовываться только в живых организмах (теория витализма).
В 1828 году Фридрих Велёр получил органическую мочевину из неорганического цианата аммония, то есть осуществил первый органический синтез, чем доказал возможность получения органических веществ искусственным путём. Это событие было стартом в развитии органического синтеза и вскоре были синтезированы уксусная кислота, жиры, сахар и др.
Синтез органических веществ показал, что резкой грани между органическими и неорганическими веществами не существует и все вещества взаимосвязаны. На сегодняшний день органический синтез позволяет получать очень сложные вещества целенаправленно с заданными свойствами, которые не встречаются в природе.
Круговорот углерода в природе:
Однако некоторые особенности у органических и неорганических веществ всё же есть:
Неорганические вещества:
1. В составе веществ углерод необязателен
2. Все химические элементы участвуют в образовании неорганических веществ
3. Атомы одного химического элемента не образуют длинные цепочки, лишь небольшое количество с короткими цепями
4. Большинство веществ не горят
5. Большинство веществ имеют немолекулярное строение
6. Число веществ около 500 тысяч
Органические вещества:
1. В составе веществ углерод обязателен
2. В состав веществ входит небольшое число элементов: C, H, O, N, P, галогены и реже другие
3. Атомы углерода образуют длинные цепочки – углеродный скелет, который является каркасом органической молекулы
4. Большинство веществ горят
5. Большинство веществ имеют молекулярное строение
6. Число веществ около 30 миллионов
Главная особенность органических веществ – образование различных цепочек из циклов из атомов углерода из-за устойчивости связи С-С. Такие структуры называются углеродным скелетом, углеродный скелет является каркасом органической молекулы, к которому прикрепляются другие атомы.
К концу XIX века химики накопили много знаний об органических веществах, но возникало много противоречий из-за отсутствия теоретической базы, которая дала бы представление о том, как устроены органические вещества. Например, на одно и то же органическое соединение могли быть составлены десятки формул и не было понятно, какая из них верна. Накопившиеся противоречия помогла объяснить теория строения органических веществ М. А. Бутлерова.
Основные положения теории строения органических веществ:
1) Атомы в молекулах соединены друг с другом согласно их валентности, валентность углерода всегда равна IV. Последовательность соединения атомов – химическое строение, выражается с помощью структурной формулы.
2) Физические и химические свойства зависят не только от состава, но и от строения (в органике есть изомеры – вещества с одинаковым составом и разным строением).
3) Изучая строение вещества, можно определить его свойства и наоборот.
4) Атомы и группы атомов в молекуле влияют друг на друга, от этого зависят свойства соединения.
Применение органических веществ:
1 – пластмассы, 2 – лекарства, 3 – моющие средства, 4 – синтетические ткани, 5 – лаки и краски, 6 – каучуки и резины, 7 – взрывчатые вещества, 8 – топлива, 9 – клеи, 10 – пищевая промышленность, 11 – органические удобрения и др.