Органічне або мінеральне з'єднання. Класифікація органічних сполук

Речовина, що складається з двох або більше компонентів, це складне органічне або мінеральне з`єднання. Залежно від приналежності визначаються його характеристики, склад та інші показники. Хімічні сполуки присутні в навколишньому середовищі у великій кількості. Деякі з них роблять благотворний вплив, а деякі - згубний вплив на живі організми. Мінеральні сполуки присутні в неживій природі. До них, зокрема, відносять сірку, графіт, пісок та інші. Існує кілька ознак, за якими визначається органічне або мінеральне з`єднання.

Історична довідка

Поняття "органічна сполука" з`явилося на ранніх етапах розвитку хімічної науки. Цей клас включає в себе речовини, у складі яких присутній вуглець (крім вугільної кислоти, ціанідів, карбідів, карбонатів, оксиду вуглецю). У часи, коли панували вітаїстичною погляди, які продовжували традиції Плінія Старшого і Аристотеля про поділ усього світу на неживе і живе, речовини поділяли залежно від того, до якого царству вони ставилися: тваринного та рослинного або мінерального. Крім того, вважалося, що для синтезу перших необхідна особлива "життєва сила". У зв`язку з цим отримати з неорганічної речовини органічне було неможливо. Однак це припущення спростував в 1828-му році Велер. Він синтезував з неорганічного цианата амонію органічну сечовину. Зазначене поділ, тим не менш, збереглося в термінології і по теперішній час. За якими критеріями визначається органічне або мінеральне з`єднання? Про це далі у статті.

Загальні відомості

Самим великим класом сьогодні вважаються органічні сполуки. Їх налічується зараз більше десяти мільйонів. Таке різноманіття обумовлено особливим властивістю вуглецю формувати атомні ланцюжки. Це, в свою чергу, пояснюється стабільністю зв`язку. Вуглець-вуглецевий ланцюг може бути одинарної або кратної - потрійний, подвійний. При підвищенні кратності збільшується і енергія (стабільність) зв`язку, а довжина, навпаки, зменшується. Завдяки високій валентності вуглецю і можливості формувати такі ланцюжки утворюються структури різної розмірності (об`ємні, плоскі, лінійні). Мінеральним видом називають сполуки, що зустрічаються в природі. Ці речовини володіють особливим складом і структурою, фізичними характеристиками. В цілому структура неорганічних речовин однотипна. Склад може змінюватися в певних межах. Особливістю мінеральних сполук є закономірне і правильне розташування атомів. Основи систематики цих речовин були закладені в 1814 році Берцелиусом.

Склад як один з основних відмінних ознак речовин

Належність до того чи іншого виду визначається компонентами складу. Речовина - це органічне або мінеральне з`єднання, що має певну структуру і склад. До основних груп речовин біологічного походження відносяться білки, вуглеводи, ліпіди. Вхідні в цей клас нуклеїнові кислоти крім вуглецю містять переважно азот, водень, фосфор, сірку, кисень. Ці елементи входять до складу "класичних" органічних сполук в якості основних, як правило. При цьому речовини можуть містити найрізноманітніші компоненти. Таким чином, головною ознакою, відповідно до якого визначається, яке представлено речовина - органічне або мінеральне з`єднання - є присутність у складі вуглецю і основних елементів, зазначених вище.

Поняття мінерального з`єднання можна вивчити, розглянувши різновид природних речовин - гранатів. Вони мають різні фізичні характеристики. Вони залежать від складу, незважаючи на зміни якого, структура залишається колишньою. Тут можна лише сказати про відмінності в позиції певних атомів і ряду міжплощинних відстаней.

Класифікація органічних сполук

На сьогоднішній день застосовується номенклатура ІЮПАК. Класифікація органічних сполук за цією системою вибудувана на важливому принципі. Відповідно до нього характеристики речовини при першому наближенні визначаються двома головними критеріями. Перший - це вуглецевий скелет (будова органічних сполук), а другий - його функціональні групи. У відповідності з природою структури речовини поділяють на циклічні і ациклічні. Другі, в свою чергу, включають в себе ненасичені та граничні. До групи циклічних речовин входять гетероциклічні та карбоциклические. Деякі формули органічних сполук:

- CH3CH2CH2COOH - масляна кислота.

- CH3COCH3 - ацетон.

- CH3COOC2H5 - етилацетат.

- CH3CH (OH) COOH - молочна кислота.

Структурний аналіз

Сьогодні органічні хімічні сполуки характеризуються з використанням різних методів. Найбільш точним вважається рентгеноструктурний аналіз (кристалографія). Однак використання цього методу вимагає високоякісного кристала необхідного розміру, що дозволяє отримати високий дозвіл. У зв`язку з цим кристалографія застосовується не так часто. Елементний аналіз являє собою деструктивний метод, який використовується при кількісному визначенні вмісту компонентів в молекулі. Для доказу відсутності або наявності конкретних функціональних груп застосовується інфрачервона спектроскопія. Мас-спектрометрія являє собою визначення молекулярної маси речовини і способів фрагментації.

Хімічні властивості органічних сполук. Карбонові кислоти

Життя людини досить тісно пов`язана з цими речовинами. Багатьом відомі такі назви, як оцтова, мурашина, лимонна кислота. Ці сполуки використовуються при виробництві медикаментів (ацетилсаліцилова кислота), у харчовій промисловості, а також для отримання мила і синтетичних мийних засобів. Деякі сполуки виробляються комахами (мурахами, наприклад) і служать засобами захисту. Що проходять на клітинному рівні біохімічні процеси пов`язані з піровиноградної кислотою, а при окислюванні багатьох речовин, що проникають в організм людини, утворюються оцтова або молочна кислота. При розгляді будови карбоксильної групи слід відзначити присутність у ній подвійний С = О зв`язку. У зв`язку з цим слід відносити її до ненасичених функціональних групах. Крім того, в структурі речовин присутній зв`язок О-Н - рухомого водневого атома. Загальні властивості даних сполук спостерігаються у стеаринової, оцтової, акрилової кислоти, а мурашина кислота поєднує в собі не тільки основні характеристики кислот, але і альдегідів. Залежно від того радикала, з яким зв`язується карбоксильная група, розрізняють ароматичні, ненасичені, граничні та інші речовини. Відповідно до кількості груп у молекулі виділяють двохосновні, одноосновні та інші. При розгляді деяких характеристик речовин можна відзначити деяку схожість неорганічних і органічних кислот. Наприклад, обидві речовини здатні взаємодіяти з металами, підставами.

Ароматичні вуглеводні

Ці органічні сполуки, у складі яких присутній водень, вуглець і бензольні ядра. Найбільш важливими і "класичними" представниками цієї групи є бензол (I) і гомологи (діметілбензол, метилбензол). Існує досить багато ароматичних вуглеводнів з бензоловими ядрами. До них, наприклад, відносять дифенил C6H5-C6H5, подивившись на формулу якого, без зусиль можна зрозуміти, яке це речовина - органічне або мінеральне з`єднання. В якості основного джерела отримання ароматичних вуглеводнів використовуються продукти коксування вугілля. Так, з тонни кам`яновугільної смоли отримують в середньому півтора кілограма толуолу, 3.5 кг бензолу, два кілограми нафталіну.

Основні характеристики ароматичних вуглеводнів

За своїми хімічними властивостями ароматичні вуглеці відрізняються від аліциклічних ненасичених складних речовин. У зв`язку з цим визначається окрема група для них. Під впливом азотної, сірчаної кислот, галогенів та інших реагентів у ароматичних вуглеводнів відбувається заміщення атомів водню. У результаті формуються сульфокислоти, галогенобензоли та інші. Всі ці речовини є проміжними продуктами, застосовуваними при виробництві барвників, медикаментів.

Алкани

Ця група складних речовин, в яку входять найменш активні сполуки. Всі присутні в них зв`язку С-Н і С-С є одинарними. Це обумовлює нездатність алканів брати участь в реакціях приєднання. При хлоруванні цих складних речовин, починаючи з пропану, 1-й атом хлору може заміщати різні водневі атоми. Напрям цього процесу залежатиме від міцності С-Н зв`язку. Чим слабкіше ланцюг, тим швидше відбувається заміщення конкретного атома. При цьому первинні зв`язку зазвичай мають більшу міцність, вторинні стабільніше теоретичних і т.д.

Участь у реакціях

Різна реакційна здатність може призводити до того, що з ймовірно можливих продуктів переважати буде тільки один. При температурі 25 градусів хлорування по вторинній ланцюга відбувається в чотири з половиною рази швидше, ніж по первинній. Фторування алканів протікає з високою, часто вибуховою швидкістю. При цьому утворюються всілякі поліфторпроізводние вихідної речовини. Та енергія, яка виділяється в процесі реакції, велика настільки, що провокує в ряді випадків розпад на радикали молекул продуктів. В результаті швидкість реакції зростає лавиноподібно, що призводить до вибухів навіть при досить низьких температурах. Особливістю фторування алканів є можливість руйнування атомами фтору вуглецевого скелета і освіти CF4 - кінцевого продукту.