Важнейшие органические соединения
Развитие человечества неразрывно связано с органическими веществами, их получением и применением. Еще в древности люди умели извлекать масло из семян и плодов некоторых растений, позднее научились получать сахар из тростника и сахарной свеклы, крахмал из картофеля. Они выпекали хлеб, варили пиво, изготовляли сыр, вино, уксус, неосознанно осуществляя химические реакции с участием органических веществ.
В этом разделе вы ознакомитесь с наиболее важными и распространенными органическими соединениями, узнаете о задачах, которые решают ученые-химики, и убедитесь в том, что без многих органических веществ, выпускаемых химической промышленностью, невозможно представить жизнь современного человека.
Материал параграфа поможет вам:
выяснить отличия органических веществ от неорганических;
понять причины многочисленности органических соединений;
узнать о практическом значении достижений в области органической химии.
Органические вещества. На уроках химии в 7 классе вы узнали, что все вещества делят на органические и неорганические.
Неорганические вещества очень распространены в природе. Они образуют минералы, металлические руды, горные породы, входят в состав почвы, находятся в воздухе, реках, морях и океанах. Многие соединения этого типа получены в лабораториях. Их образуют почти все химические элементы.
Другая, более многочисленная группа веществ содержится в растениях, организмах животных и человека, продуктах их жизнедеятельности. Такие вещества назвали органическими. Среди них — белки, жиры, сахар, глюкоза, крахмал, витамины, эфирные масла, красители (рис. 40). Кроме этого, органические соединения составляют основу горючих ископаемых — нефти, природного газа, угля.
Рис. 40. Органические вещества, которые получают из растений
Вместе с тем известны многие органические вещества, которых в природе нет. Их получают ученые в лабораториях, инженеры и технологи на заводах, осуществляя различные химические реакции.
Органические вещества — это соединения Карбона1.
1 Угарный и углекислый газы, карбонатная кислота, ее соли относятся к неорганическим соединениям.
В состав молекул органических соединений, кроме атомов Карбона, входят атомы Гидрогена, часто — еще и Оксигена, Нитрогена, иногда — атомы Сульфура, Фосфора, галогенов.
Органических веществ намного больше, чем неорганических, — свыше 20 миллионов. Их многочисленность и разнообразие обусловлены способностью четырехвалентных атомов Карбона соединяться между собой простой ковалентной связью (С-С) или кратными связями — двойной (С=С), тройной (С=С), а также другими факторами.
Примеры химических и структурных формул1 органических соединений:
Почти все органические соединения состоят из молекул. Поэтому температуры плавления и кипения у них невысокие; некоторые соединения являются летучими. Не случайно цветы, фрукты, ягоды, овощи, пищевые продукты имеют разнообразные запахи.
Значительное количество органических веществ растворяется в спирте, ацетоне, керосине, бензине, но не растворяется в воде (рис. 41). Это объясняется наличием в их молекулах неполярных или малополярных ковалентных связей.
При нагревании многие органические соединения загораются или разлагаются, некоторые — обугливаются2 (рис. 42).
1 Так называют в органической химии графические формулы молекул.
2 Уголь, как известно, состоит в основном из атомов Карбона.
Химические реакции с участием органических веществ протекают довольно медленно, тогда как, например, реакции обмена между
неорганическими соединениями — щелочами, кислотами, солями — мгновенно. Состав продуктов реакций между органическими веществами часто зависит от условий — температуры, катализаторов, давления, освещения.
Органическая химия. Долгое время считалось, что получить органические вещества в лаборатории с помощью химических реакций невозможно. Однако в 1828 г. немецкий химик Ф. Велер доказал, что это не так. Он впервые из неорганического вещества получил органическое вещество — мочевину. С открытием ученого начался новый этап развития химии. Получение органических соединений из природного сырья перестало быть для химиков главной целью. Ныне ученые синтезируют все больше органических веществ, «неизвестных» природе, исследуют их свойства, дают рекомендации по их практическому применению.
Область химии, предметом которой является изучение органических соединений и их превращений, называют органической химией.
Используя достижения органической химии, промышленность выпускает новые материалы, разнообразные полимеры и пластмас
сы, лекарственные препараты, средства защиты растений, многие другие вещества, которые мы применяем в нашей деятельности и повседневной жизни (схема 1).
Схема 1
Органическая химия — человеку
Исследования в области органической химии способствуют развитию химической технологии, пищевой и легкой промышленности, медицины. Знание возможностей взаимопревращений органических веществ помогает раскрывать тайны, связанные с возникновением и существованием жизни на нашей планете.
Перед учеными, работающими в области органической химии, стоит немало практических задач. Среди них — поиск методов получения новых органических соединений, создание на их основе материалов с необходимыми свойствами, синтетических тканей и красителей, эффективных лекарственных средств, пищевых добавок, разработка различных технологических процессов и пр.
Достижения органической химии используются для решения таких важных экологичес-
ких проблем, как очистка водоемов (рис. 43), уменьшение загрязнения воздуха выбросами промышленных предприятий и транспортных средств, утилизация химического оружия, переработка бытовых отходов.
Рис. 43. Последствия загрязнения воды нефтью
ВЫВОДЫ
Органические вещества — это соединения Карбона. В состав их молекул, кроме атомов Карбона, Гидрогена, могут входить атомы Окси-гена, Нитрогена, некоторых других элементов.
Органические вещества плавятся и кипят при невысоких температурах, растворяются в органических растворителях. Многие из них летучи, легко загораются.
Область химии, предметом которой является изучение органических соединений и их превращений, называют органической химией. Она в значительной мере обеспечивает прогресс нашей цивилизации, помогает в осуществлении природоохранных мероприятий.
138. Какие соединения называют органическими? Какие элементы могут быть в составе органических соединений?
139. Почему органических веществ намного больше, чем неорганических?
140. Среди приведенных формул укажите те, которые относятся к органическим веществам: С, CH3I\IH2, Na2C03, HCI, С02, С2Н6, С3Н7С1.
141. Сравните органические и неорганические вещества, записав их характерные особенности в таблицу:
142. Изобразите структурные формулы молекул органических соединений, имеющих такие химические формулы: С2Н2, СН30Н, СНС13, C2H3Br, CH3NH2.
143. Назовите новые материалы, появление которых связано, на ваш взгляд, с достижениями органической химии.
144. Вычислите массовые доли элементов:
а) в муравьиной кислоте НСООН;
б) в метиловом спирте СН3ОН.
145. Какова химическая формула галогенсодержащего органического соединения с относительной молекулярной массой 121, если его молекула содержит два атома Хлора и два атома другого галогена? Изобразите структурную формулу молекулы соединения.
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля