Соединения элементарного углерода характеризуются исключительным разнообразием и специфическими свойствами. Их выделение, изучение их свойств и практическое применение — это область органической химии. Это область науки, которая быстро развивается, особенно в последние годы. Такие дисциплины, как, например, фармация, медицина и генетика, пользуются научными достижениями органической химии.
Основные вопросы, которыми занимается органическая химия, — это синтез, выделение и изучение свойств органических соединений. Изначально считалось, что эти вещества образуются только в организме человека. Эта теория была опровергнута, когда мочевина была синтезирована в лабораторных условиях. Первые органические соединения были изучены и охарактеризованы еще в XII веке. Со временем их было обнаружено больше, и их свойства были признаны. К значительным событиям, повлиявшим на развитие органической химии, относятся:
Элементный состав органических соединений, в основном, включает такие элементы, как углерод, водород, кислород, сера, азот и хлор. Их присутствие можно обнаружить, наблюдая за процессами их нагревания. Органические соединения, в подавляющем большинстве, не являются термически стабильными при высоких температурах — они разлагаются. Продукты разложения представляют собой простые неорганические соединения, такие как, например, углекислый газ, вода, аммиак или диоксид серы. Кроме того, часто встречаются чистые элементы (углерод, водород или азот). Сжигание органических соединений в присутствии кислорода или воздуха, а также их окисление приводит к образованию специфических продуктов. Образование углекислого газа (CO2) доказывает наличие в органическом веществе углерода, воды (H2O) — водорода, цианид-ионов (CN-) — азота, хлорид-ионов (Cl-) — хлора и т. д.
Зная элементный состав органических соединений и процентное содержание каждого отдельного компонента, можно написать его итоговую формулу.
Органические соединения, которые являются предметом органической химии, обладают рядом характеристик и свойств, которые однозначно отличают их от неорганических соединений. Эти свойства значительно варьируются в зависимости от группы, к которой принадлежит вещество (например, спирты, алканы, эфиры и т. д.), и структуры молекулы (длины ее цепи или количества заместителей). Углерод является основным строительным блоком этих соединений. Лишь некоторые из них имеют один атом углерода. Другие имеют в своих молекулах десятки или даже сотни атомов углерода. Это свидетельствует о необычайном разнообразии соединений в органической химии.
Атомы в молекулах органических соединений в основном соединены друг с другом ковалентными связями (поляризованными или неполяризованными). По этой причине в водных растворах они не диссоциируют на ионы и не проводят электричество. Валентность углерода в органических соединениях равна 4. Он образует одинарные, двойные и тройные связи с другими химическими элементами. Вследствие образования многократных связей степень ненасыщенности данного органического соединения увеличивается. Способность элементарного углерода образовывать постоянные связи между атомами означает, что органические вещества часто имеют в своем строении кольца и цепи различной длины и формы.
Органические вещества демонстрируют относительно высокую чувствительность как к высоким температурам, так и к окислению. При определенных условиях их структура легко разрушается. Тогда они распадаются или подвергаются другим преобразованиям. Большинство из них разлагаются, плавятся или сублимируются при температуре выше 300 ᵒC.
Растворимость органических соединений в значительной степени зависит от структуры молекулы, типа и количества заместителей, а также от растворителя. Отдельные атомы в молекулах органических соединений соединены неполяризованными или поляризованными ковалентными связями (происходит смещение общей электронной пары в сторону атома с более высокой электроотрицательностью). Таким образом, эти соединения можно разделить на полярные и неполярные. Согласно общему принципу «подобное растворяется в подобном» полярные вещества легко растворяются в таких растворителях, как вода или метанол. Эти вещества в основном представляют собой короткоцепочечные соединения, содержащие в своей структуре одну или несколько гидроксильных, карбоксильных или эфирных групп. Аналогично, неполярные соединения (с длинными углеродными цепочками, обычно без заместителей) хорошо растворимы в неполярных растворителях, таких как бензол, толуол или гексан.
Органическая химия — это чрезвычайно структурированная область науки. Химические соединения, которые рассматриваются в рамках этой дисциплины, подвергаются реакциям, протекающим согласно определенным механизмам. Основные реакции, характерные для органической химии, включают:
Синтез органических соединений в промышленных масштабах тесно связан с процессами неорганической технологии. Нередко установки, служащие для получения органических и неорганических продуктов, строятся в пределах одного производственного объекта. Причина этого заключается в том, что в одном процессе применяются или получаются как органические, так и неорганические соединения.
В настоящее время отрасль органического синтеза включает в себя, прежде всего:
Промышленный синтез в органической химии связан с крупномасштабными процессами получения органических соединений относительно простой структуры. Они выполняют роль растворителей или реактивов. В значительной степени они также являются сырьем для других технологических процессов, например, для производства пластмасс, лекарств, красителей, поверхностно-активных веществ или синтетических волокон. Помимо получения синтез-газа и углеводородов, органические технологии направлены на производство в промышленных масштабах спиртов (метанола, этанола, пропанола и других), ацетальдегида и формальдегида, карбоновых кислот, фенола и хлорорганических соединений.
Найдите свое место в группе PCC. Узнайте о нашем предложении и развивайтесь вместе с нами.
Неоплачиваемая программа летней стажировки для студентов и выпускников всех специальностей.
