Вещество, состоящее из двух или более компонентов, это сложное органическое или минеральное соединение. В зависимости от принадлежности определяются его характеристики, состав и прочие показатели. Химические соединения присутствуют в окружающей среде в большом количестве. Некоторые из них оказывают благотворное влияние, а некоторые – губительное воздействие на живые организмы. Минеральные соединения присутствуют в неживой природе. К ним, в частности, относят серу, графит, песок и прочие. Существует несколько признаков, по которым определяется органическое или минеральное соединение.
Историческая справка
Понятие "органическое соединение" появилось на ранних этапах развития химической науки. Этот класс включает в себя вещества, в составе которых присутствует углерод (кроме угольной кислоты, цианидов, карбидов, карбонатов, оксида углерода). Во времена, когда господствовали виталистические воззрения, продолжавшие традиции Плиния Старшего и Аристотеля о разделении всего мира на неживое и живое, вещества разделяли в зависимости от того, к какому царству они относились: животному и растительному либо минеральному. Кроме того, считалось, что для синтеза первых необходима особенная "жизненная сила". В связи с этим получить из неорганического вещества органическое было невозможно. Однако это предположение опроверг в 1828-м году Велер. Он синтезировал из неорганического цианата аммония органическую мочевину. Указанное разделение, тем не менее, сохранилось в терминологии и по настоящее время. По каким критериям определяется органическое или минеральное соединение? Об этом далее в статье.
Общие сведения
Самым обширным классом сегодня считаются органические соединения. Их насчитывается в настоящий момент более десяти миллионов. Такое многообразие обусловлено особенным свойством углерода формировать атомные цепочки. Это, в свою очередь, объясняется стабильностью связи. Углерод-углеродная цепь может быть одинарной либо кратной – тройной, двойной. При повышении кратности увеличивается и энергия (стабильность) связи, а длина, наоборот, уменьшается. Благодаря высокой валентности углерода и возможности формировать такие цепочки образуются структуры разной размерности (объемные, плоские, линейные). Минеральным видом называют соединения, встречающиеся в природе. Эти вещества обладают особым составом и структурой, физическими характеристиками. В целом структура неорганических веществ однотипна. Состав может меняться в определенных пределах. Особенностью минеральных соединений является закономерное и правильное расположение атомов. Основы систематики этих веществ были заложены в 1814 году Берцелиусом.
Состав как один из основных отличительных признаков веществ
Принадлежность к тому либо другому виду определяется компонентами состава. Вещество – это органическое или минеральное соединение, имеющее определенную структуру и состав. К основным группам веществ биологического происхождения относятся белки, углеводы, липиды. Входящие в этот класс нуклеиновые кислоты кроме углерода содержат преимущественно азот, водород, фосфор, серу, кислород. Эти элементы входят в состав "классических" органических соединений в качестве основных, как правило. При этом вещества могут содержать самые различные компоненты. Таким образом, главным признаком, в соответствии с которым определяется, какое представлено вещество – органическое или минеральное соединение – является присутствие в составе углерода и основных элементов, указанных выше.
Понятие минерального соединения можно изучить, рассмотрев разновидность природных веществ – гранатов. Они имеют различные физические характеристики. Они зависят от состава, несмотря на изменения которого, структура остается прежней. Здесь можно лишь сказать о различиях в позиции определенных атомов и ряда межплоскостных расстояний.
Классификация органических соединений
На сегодняшний день применяется номенклатура ИЮПАК. Классификация органических соединений по этой системе выстроена на важном принципе. В соответствии с ним характеристики вещества при первом приближении определяются двумя главными критериями. Первый – это углеродный скелет (строение органических соединений), а второй – его функциональные группы. В соответствии с природой структуры вещества разделяют на циклические и ациклические. Вторые, в свою очередь, включают в себя непредельные и предельные. В группу циклических веществ входят гетероциклические и карбоциклические. Некоторые формулы органических соединений:
- CH3CH2CH2COOH - масляная кислота.
- CH3COCH3 – ацетон.
- CH3COOC2H5 – этилацетат.
- CH3CH(OH)COOH - молочная кислота.
Структурный анализ
Сегодня органические химические соединения характеризуются с использованием разных методов. Наиболее точным считается рентгеноструктурный анализ (кристаллография). Однако использование этого метода требует высококачественного кристалла необходимого размера, позволяющего получить высокое разрешение. В связи с этим кристаллография применяется не так часто. Элементный анализ представляет собой деструктивный метод, который используется при количественном определении содержания компонентов в молекуле. Для доказательства отсутствия либо наличия конкретных функциональных групп применяется инфракрасная спектроскопия. Масс-спектрометрия представляет собой определение молекулярной массы вещества и способов фрагментации.
Химические свойства органических соединений. Карбоновые кислоты
Жизнь человека достаточно тесно связана с этими веществами. Многим известны такие названия, как уксусная, муравьиная, лимонная кислота. Эти соединения используются при производстве медикаментов (ацетилсалициловая кислота), в пищевой промышленности, а также для получения мыла и синтетических моющих средств. Некоторые соединения вырабатываются насекомыми (муравьями, например) и служат средствами защиты. Проходящие на клеточном уровне биохимические процессы связаны с пировиноградной кислотой, а при окислении многих веществ, проникающих в организм человека, образуются уксусная или молочная кислота. При рассмотрении строения карбоксильной группы следует отметить присутствие в ней двойной С=О связи.
Ароматические углеводороды
Эти органические соединения, в составе которых присутствует водород, углерод и бензольные ядра. Наиболее важными и "классическими" представителями этой группы являются бензол (I) и гомологи (диметилбензол, метилбензол). Существует достаточно много ароматических углеводородов с бензольными ядрами. К ним, например, относят дифенил C6H5-C6H5, посмотрев на формулу которого, без труда можно понять, какое это вещество – органическое или минеральное соединение. В качестве основного источника получения ароматических углеводородов используются продукты коксования угля. Так, из тонны каменноугольной смолы получают в среднем полтора килограмма толуола, 3.5 кг бензола, два килограмма нафталина.
Основные характеристики ароматических углеводородов
По своим химическим свойствам ароматические углероды отличаются от алициклических ненасыщенных сложных веществ. В связи с этим определяется отдельная группа для них. Под воздействием азотной, серной кислот, галогенов и прочих реагентов у ароматических углеводородов происходит замещение атомов водорода. В результате формируются сульфокислоты, галогенобензолы и прочие. Все эти вещества являются промежуточными продуктами, применяемыми при производстве красителей, медикаментов.
Алканы
Эта группа сложных веществ, в которую входят наименее активные соединения. Все присутствующие в них связи С-Н и С-С являются одинарными. Это обуславливает неспособность алканов участвовать в реакциях присоединения. При хлорировании этих сложных веществ, начиная с пропана, 1-й атом хлора может замещать разные водородные атомы. Направление этого процесса будет зависеть от прочности С-Н связи. Чем слабее цепь, тем быстрее происходит замещение конкретного атома. При этом первичные связи обычно имеют большую прочность, вторичные стабильнее третичных и т.д.
Участие в реакциях
Различная реакционная способность может приводить к тому, что из вероятно возможных продуктов преобладать будет только один. При температуре 25 градусов хлорирование по вторичной цепи происходит в четыре с половиной раза быстрее, чем по первичной. Фторирование алканов протекает с высокой, зачастую взрывной скоростью. При этом образуются всевозможные полифторпроизводные исходного вещества. Та энергия, которая выделяется в процессе реакции, велика настолько, что провоцирует в ряде случаев распад на радикалы молекул продуктов. В итоге скорость реакции возрастает лавинообразно, что приводит к взрывам даже при достаточно низких температурах. Особенностью фторирования алканов является возможность разрушения атомами фтора углеродного скелета и образования CF4 – конечного продукта.
