Związki pierwiastkowego węgla charakteryzują się wyjątkową różnorodnością oraz specyficznymi właściwościami. Ich pozyskiwaniem, badaniem właściwości oraz praktycznym wykorzystaniem zajmuje się chemia organiczna. Jest to dziedzina nauki, która szczególnie w ostatnich latach, intensywnie się rozwija. Z osiągnięć naukowych chemii organicznej korzystają takie dyscypliny jak np. farmacja, medycyna czy genetyka.
Kluczowe zagadnienia, jakimi zajmuje się chemia organiczna, to synteza, wyodrębnianie oraz badanie właściwości związków organicznych. Początkowo uważano, że substancje te powstają jedynie w organizmie człowieka. Teoria ta została obalona w chwili zsyntetyzowania mocznika w warunkach laboratoryjnych. Pierwsze związki organiczne były badane i charakteryzowane już w XII wieku. Z czasem odkrywano kolejne i poznawano ich właściwości. Do znaczących wydarzeń, mających wpływ na rozwój chemii organicznej można zaliczyć między innymi:
Skład pierwiastkowy związków organicznych, obejmuje głównie pierwiastki takie jak węgiel, wodór, tlen, siarkę, azot i chlor. Ich obecność można stwierdzić obserwując procesy ich ogrzewania. Związki organiczne, w zdecydowanej większości, w wysokich temperaturach nie są trwałe termicznie – ulegają rozkładowi. Produktami rozpadu są proste związki nieorganiczne, takie jak np. dwutlenek węgla, woda, amoniak czy dwutlenek siarki. Ponadto często stwierdza się obecność czystych pierwiastków (węgla, wodoru lub azotu). Spalanie związków organicznych w obecności tlenu lub powietrza, a także ich utlenienie prowadzi do otrzymania określonych produktów. Powstawanie dwutlenku węgla (CO2) dowodzi obecności w substancji organicznej węgla, wody (H2O) – wodoru, jonów cyjanowych (CN–) – azotu, a jonów chlorkowych (Cl–) – chloru itp.
Znając skład pierwiastkowy związków organicznych oraz procentową zawartość poszczególnych komponentów, można zapisać jego wzór sumaryczny.
Związki organiczne, będące przedmiotem chemii organicznej, posiadają szereg cech i właściwości, które jednoznacznie odróżniają je od związków nieorganicznych. Właściwości te znacznie różnią się w zależności od grupy, do jakiej należy dana substancja (np. alkohole, alkany, etery itp.) oraz budowy cząsteczki (długości jej łańcucha lub ilości podstawników). Węgiel stanowi podstawowy pierwiastek budujący te związki. Tylko nieliczne z nich posiadają jeden atom węgla. Pozostałe, mają w swoich cząsteczkach dziesiątki, a nawet setki atomów węgla. Świadczy to o niezwykłej różnorodności związków w chemii organicznej.
Atomy w cząsteczkach związków organicznych połączone są ze sobą przeważnie za pomocą wiązań kowalencyjnych (spolaryzowanych lub niespolaryzowanych). Z tego względu, w roztworach wodnych nie rozpadają się na jony i nie przewodzą prądu elektrycznego. Wartościowość węgla w związkach organicznych wynosi 4. Tworzy on z innymi pierwiastkami chemicznymi pojedyncze, podwójne oraz potrójne wiązania. W konsekwencji występowania wiązań wielokrotnych, zwiększa się stopień nienasycenia danego związku organicznego. Zdolność pierwiastkowego węgla do tworzenia trwałych powiązań pomiędzy atomami, powoduje, że substancje organiczne często posiadają w swojej budowie pierścienie oraz łańcuchy o różnej długości oraz różnym kształcie.
Substancje organiczne wykazują stosunkowo dużą wrażliwość zarówno na wysokie temperatury, jak również na utlenianie. W określonych warunkach, łatwo zniszczyć ich strukturę. Ulegają wtedy rozpadowi lub innym przemianom. Większość z nich ulega rozkładowi, topi się lub sublimuje w temperaturze powyżej 300 ᵒC.
Rozpuszczalność związków organicznych w dużej mierze jest uzależniona od budowy cząsteczki, rodzaju oraz ilości podstawników, a także od rozpuszczalnika. Poszczególne atomy w cząsteczkach związków organicznych, połączone są za pomocą wiązań kowalencyjnych niespolaryzowanych lub spolaryzowanych (przesunięcie wspólnej pary elektronowej następuje w kierunku atomu o większej elektroujemności). Zatem związki te można podzielić na polarne i niepolarne. Zgodnie z ogólną zasadą ‘’podobne rozpuszcza się w podobnym”, substancje polarne chętnie będą się rozpuszczały w rozpuszczalnikach takich jak woda czy metanol. Substancjami tymi są przede wszystkim związki krótkołańcuchowe, które w swojej budowie zawierają jedną lub kilka grup hydroksylowych, karboksylowych czy estrowych. Analogicznie, związki niepolarne (o długich łańcuchach węglowych, zazwyczaj bez podstawników) są dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych, np. w benzenie, toluenie lub heksanie.
Chemia organiczna stanowi niezwykle uporządkowaną dziedzinę nauki. Związki chemiczne, które są rozpatrywane w obrębie tej dyscypliny, podlegają reakcjom działającym według określonych mechanizmów. Do podstawowych reakcji, charakterystycznych dla chemii organicznej, należą między innymi:
Synteza związków organicznych na skalę przemysłową jest ściśle związana z procesami technologii nieorganicznej. Nierzadko instalacje służące do pozyskiwania produktów organicznych i nieorganicznych są budowane w obrębie jednego zakładu produkcyjnego. Powodem tego jest stosowanie lub otrzymywanie w jednym procesie zarówno związków organicznych i nieorganicznych.
Przemysł syntezy organicznej obecnie obejmuje przede wszystkim:
Synteza przemysłowa w chemii organicznej zajmuje się wielkotonażowymi procesami wytwarzania związków organicznych o stosunkowo prostej budowie. Spełniają one rolę rozpuszczalników lub reagentów. W dużej mierze są także surowcami do innych procesów technologicznych, np. do produkcji tworzyw sztucznych, leków, barwników, środków powierzchniowo-czynnych lub włókien syntetycznych. Poza otrzymywaniem gazu syntezowego oraz węglowodorów, technologia organiczna skupia się na produkcji w skali przemysłowej alkoholi (metanol, etanol, propanol i in.), aldehydu octowego i mrówkowego, kwasów karboksylowych, fenolu i związków chloroorganicznych.
Znajdź swoje miejsce w Grupie PCC. Zapoznaj się z naszą ofertą i rozwijaj się razem z nami.
Program bezpłatnych praktyk letnich dla studentów i absolwentów wszystkich kierunków studiów.
