9.1: Прелюдія до органічної хімії

Last updated
Save as PDF

Page ID: 20689

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Вчені XVIII і початку 19 століть вивчали сполуки, отримані з рослин і тварин, і маркували їх органічними, оскільки вони були виділені з «організованих» (живих) систем. Сполуки, виділені з неживих систем, таких як гірські породи та руди, атмосфера та океани, були позначені неорганічними. Протягом багатьох років вчені вважали, що органічні сполуки можуть бути зроблені тільки живими організмами, оскільки вони володіли життєвою силою, знайденою тільки в живих системах. Теорія життєвої сили почала знижуватися в 1828 році, коли німецький хімік Фрідріх Велер синтезував сечовину з неорганічних вихідних матеріалів. Він реагував ціанатом срібла (AgoCn) і хлоридом амонію (NH ₄ Cl), очікуючи отримати ціанат амонію (NH ₄ OCN). Те, що він очікував, описується наступним рівнянням.

\[AgOCN + NH_4Cl \rightarrow AgCl + NH_4OCN \label{Eq1} \]

Натомість він виявив, що продукт є сечовиною (NH ₂ CONH ₂), добре відомим органічним матеріалом, легко виділеним з сечі. Цей результат призвів до серії експериментів, в яких з неорганічних вихідних матеріалів були виготовлені найрізноманітніші органічні сполуки. Теорія життєвої сили поступово пішла, коли хіміки дізналися, що вони можуть виробляти багато органічних сполук в лабораторії.

Сьогодні органічна хімія - це вивчення хімії вуглецевих сполук, а неорганічна хімія - вивчення хімії всіх інших елементів. Може здатися дивним, що ми ділимо хімію на дві гілки - ту, яка розглядає сполуки лише одного елемента, і одну, яка охоплює 100 з лишком інших елементів. Однак такий поділ здається більш розумним, якщо врахувати, що з десятків мільйонів сполук, які були охарактеризовані, переважна більшість є вуглецевими сполуками.

Слово органічний має різні значення. Органічне добриво, таке як коров'ячий гній, є органічним у первісному розумінні; воно походить від живих організмів. Органічні продукти, як правило, це продукти, вирощені без синтетичних пестицидів або добрив Органічна хімія - це хімія сполук вуглецю.

Вуглець унікальний серед інших елементів тим, що його атоми можуть утворювати стійкі ковалентні зв'язки один з одним і з атомами інших елементів у безлічі варіацій. Отримані молекули можуть містити від одного до мільйонів атомів вуглецю. Раніше ми досліджували органічну хімію, розділивши її сполуки на сімейства, засновані на функціональних групах. Ми починаємо з найпростіших членів сім'ї, а потім перейдемо до молекул, які є органічними в первісному розумінні, тобто вони створюються і знаходяться в живих організмах. Ці складні молекули (всі містять вуглець) визначають форми і функції живих систем і є предметом біохімії.

Органічні сполуки, як і неорганічні сполуки, підкоряються всім природним законам. Часто немає чіткого розмежування в хімічних або фізичних властивостях серед органічних і неорганічних молекул. Проте, корисно порівнювати типові члени кожного класу, як в табл\(\PageIndex{1}\).

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Загальні контрастні властивості і приклади органічних і неорганічних сполук
Органічні	Гексан	Неорганічні	NaCl
низькі температури плавлення	−95° C	високі температури плавлення	801°C
низькі температури кипіння	69°C	високі температури кипіння	1,413 °C
низька розчинність у воді; висока розчинність в неполярних розчинниках	нерозчинний у воді; розчинний у бензині	більша розчинність у воді; низька розчинність в неполярних розчинниках	розчинний у воді; нерозчинний у бензині
легкозаймистий	легкозаймистий	негорючий	негорючий
водні розчини не проводять електрику	непровідний	водні розчини проводять електрику	провідний у водному розчині
демонструють ковалентне склеювання	ковалентні зв'язки	демонструвати іонне склеювання	іонні зв'язки

Однак майте на увазі, що в цій таблиці є винятки для кожної категорії. Щоб додатково проілюструвати типові відмінності між органічними та неорганічними сполуками, у таблиці\(\PageIndex{1}\) також наведено властивості неорганічної сполуки хлориду натрію (звичайної кухонної солі, NaCl) та органічної сполуки гексану (C ₆ H ₁₄), розчинника, який використовується для вилучення соєвої олії з соя (серед інших видів використання). Багато сполуки можуть бути класифіковані як органічні або неорганічні за наявністю або відсутністю певних типових властивостей, як показано в табл\(\PageIndex{1}\).

Сьогодні органічні сполуки є ключовими компонентами пластмас, мила, парфумерії, підсолоджувачів, тканин, фармацевтичних препаратів та багатьох інших речовин, які ми використовуємо щодня. Значення для нас органічних сполук гарантує, що органічна хімія є важливою дисципліною в загальній галузі хімії. У цьому розділі ми обговорюємо, чому елемент вуглецю породжує величезну кількість та різноманітність сполук, як класифікуються ці сполуки та роль органічних сполук у репрезентативних біологічних та промислових умовах.

Дописувачі та атрибуція

Template:ContribOpenStax
TextMap: The Basics of GOB Chemistry (Ball et al.)