Содержание

Главная >> Химия. Углубленный уровень

Химия 10 класс. Габриелян

§ 1. Предмет органической химии. Органические вещества

Органической химией изначально называлась химия веществ, полученных из организмов растений и животных.

С такими веществами человечество знакомо с глубокой древности. Люди умели получать уксус из прокисшего вина, а эфирные масла — из растений, выделять сахар из сахарного тростника, извлекать природные красители из организмов растений и животных. Ещё в IX в. арабские алхимики разделяли все вещества в зависимости от источника их получения на минеральные (неорганические), животные и растительные (органические).

Долгое время считалось, что для получения органических веществ нужна особая «жизненная сила» — vis vitalis, которая действует только в живых организмах, а химики способны всего лишь выделять органические вещества из продуктов жизнедеятельности, но не могут синтезировать их. Поэтому шведский химик Й. Я. Берцелиус определил органическую химию как химию растительных или животных веществ, образующихся под влиянием «жизненной силы». Именно Берцелиус ввел понятия органические вещества и органическая химия.

Развитие химии привело к накоплению большого количества фактов и к краху учения о «жизненной силе» — витализма. Немецкий ученый Ф. Вёлер в 1824 г. осуществил первый синтез органических веществ — получил щавелевую кислоту путем взаимодействия двух неорганических веществ — дициана и воды:

А в 1828 г. Ф. Вёлер, нагревая водный раствор неорганического вещества цианата аммония, получил мочевину — продукт жизнедеятельности организмов животных:

Изумлённый таким результатом, Вёлер написал Берцелиусу: «Должен сказать вам, что я умею приготовить мочевину, не нуждаясь ни в почке, ни в животном организме вообще...»

Первые синтезы органических веществ значительно поколебали позиции витализма. Витали́зм — учение о жизненной силе. Блестящие синтезы: анилина Н. Н. Зининым (1842), карбоновых кислот Г. Кольбе и Э. Франкландом (1847), жироподобных веществ М. Бертло (1854), аналогов природных Сахаров А. М. Бутлеровым (1861) окончательно развеяли миф о «жизненной силе».

Данное немецким химиком К. Шорлеммером (1834— 1892) ещё в XIX в. определение предмета органической химии не потеряло актуальности и в наши дни:

Сейчас органическую химию чаще всего называют химией соединений углерода. Только оксиды углерода, угольная кислота и её соли (карбонаты), карбиды и некоторые другие простейшие соединения углерода относят к неорганическим.

Почему же из более чем ста элементов Периодической системы Д. И. Менделеева именно углерод природа положила в основу всего живого? Ответ на этот вопрос неоднозначен. Многое вам станет понятно, когда вы рассмотрите строение атома углерода и поймёте слова Д. И. Менделеева, написанные им в «Основах химии» об этом замечательном элементе: «Углерод встречается в природе как в свободном, так и в соединительном состоянии, в весьма различных формах и видах... Способность атомов углерода соединяться между собой и давать сложные частицы проявляется во всех углеродистых соединениях... Ни в одном из элементов... способности к усложнению не развито в такой степени, как в углероде... Ни одна пара элементов не даёт столь много соединений, как углерод с водородом».

Многочисленные связи атомов углерода между собой и с атомами других элементов (водорода, кислорода, азота, серы, фосфора), входящих в состав органических веществ, могут разрушаться под влиянием природных факторов. Поэтому углерод совершает непрерывный круговорот в природе: из атмосферы (углекислый газ) — в растения (фотосинтез), из растений — в животные организмы, из живого — в мёртвое, из мёртвого — в живое (рис. 1).

Органические вещества имеют ряд особенностей, которые отличают их от неорганических веществ.

1. Неорганических веществ насчитывается менее 500 тыс., тогда как органических — более 27 млн.

2. В состав всех органических веществ входят углерод и водород, поэтому большинство из них горючи и при горении обязательно образуют углекислый газ и воду.

3. Органические вещества построены более сложно, чем неорганические, и многие из них имеют огромную молекулярную массу, например те, благодаря которым происходят жизненные процессы: белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и т. д.

4. Органические вещества можно расположить в ряды сходных по составу, строению и свойствам соединений — гомологов.

5. Для органических веществ характерно явление изомерии, очень редко встречающееся среди неорганических веществ.

Величайшим обобщением знаний о неорганических веществах является Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Для органических веществ аналогом такого обобщения служит теория строения органических соединений А. М. Бутлерова. Детальному рассмотрению основных положений этой теории будет посвящён следующий параграф.

Для количественной характеристики способности атомов одного элемента соединяться с определённым числом атомов другого элемента в неорганической химии, где большинство веществ имеет немолекулярное строение, применяют понятие «степень окисления». В органической химии, где для соединений более характерно молекулярное строение, используют понятие «валентность». Вспомните, что означают эти понятия, сравните их.

Велико значение органической химии в нашей жизни. В любом организме в любой момент протекает множество превращений одних органических веществ в другие. Поэтому без знаний органической химии невозможно понять, как функционируют системы, образующие живой организм.

С помощью органического синтеза получают разнообразные органические вещества: волокна, каучуки, пластмассы, красители, пестициды, витамины, гормоны, лекарства и т. д.

Многие современные продукты и материалы, без которых мы не можем обходиться, являются органическими веществами.

1. Кто ввёл понятия «органические вещества» и «органическая химия»?

2 Как называлось учение о «жизненной силе»? Объясните этимологию (происхождение) этого термина. Какие открытия нанесли удар по этому учению?

3. Что изучает органическая химия? Дайте определение этой науки.

4. Что отличает органические вещества от неорганических?

5. Что общего в смысле понятий «валентность» и «степень окисления»? Что отличает их друг от друга?

6. Какие группы природных и синтетических органических веществ вы знаете?

7. Составьте формулы веществ по массовым долям химических элементов: а) углерод 12,5%; водород 8,3%; кислород 50,0%; азот 29,2%; б) углерод 14,3%; водород 1,2%; кислород 57,1%; натрий 27,4%; в) углерод 17,6%; водород 1,5%; кислород 47,1%; натрий 33,8%; г) углерод 29,3%; водород 3,7%; кислород 39,0%; натрий 28,0%; д) углерод 20,0%; водород 6,6%; кислород 26,7%; азот 46,7%. Выскажите предположение, какие из этих веществ относятся к неорганическим, а какие — к органическим.

8. Реагируют 2 моль вещества А с 1 моль кислорода, в результате чего образуется 2 моль углекислого газа. Реагируют 2 моль вещества Б с 3 моль кислорода, при этом выделяется 2 моль углекислого газа и 4 моль водяных паров. Какое из веществ, А или Б, является неорганическим, а какое — органическим? Ответ обоснуйте.

9. Исследуйте различия свойств неорганических и органических веществ на примере отношения их к нагреванию. На кончик металлического шпателя с изолированной ручкой положите несколько кристалликов сахара (сахароза — органическое вещество) и нагревайте их в пламени горелки. Аналогичный опыт проведите с кристалликами поваренной соли. Опишите наблюдаемые различия.

10. Найдите в Интернете сообщения о достижениях в области органической химии.