Содержание

Главная >> Химия. Базовый уровень

Химия 10 класс с ГДЗ. Габриелян

§ 1. Предмет органической химии

• Предмет органической химии. Ответы

Вы приступаете к изучению органической химии, с которой только немного ознакомились в 9 классе. Почему «органической»? Обратимся к истории.

Еще на рубеже IX—X вв. арабский алхимик Абу Бакр ар-Рази (865—925) впервые разделил все химические вещества по их происхождению на три царства: минеральные, растительные и животные вещества. Эта уникальная классификация просуществовала почти тысячу лет. Тем не менее в начале XIX в. возникла необходимость объединить химию веществ растительного и животного происхождения в единую науку. Такой подход покажется вам логичным, если вы имеете хотя бы элементарные представления о составе живых организмов.

Из курса естествознания и начальных курсов биологии вы знаете, что в состав любой живой клетки, как растительной, так и животной, обязательно входят белки, жиры, углеводы и другие вещества, которые принято называть органическими. По предложению шведского химика Й. Я. Берцелиуса с 1808 г. науку, изучающую органические вещества, стали называть органической химией.

Идея химического единства живых организмов на Земле так восхитила ученых, что они даже создали красивое, но ложное учение — витализм, согласно которому считалось, что для получения (синтеза) органических соединений из неорганических необходима особая «жизненная сила» (vis vitalis). Ученые полагали, что жизненная сила обязательный атрибут только живых организмов. Отсюда следовал и ложный вывод о том, что синтез органических соединений из неорганических вне живых организмов — в пробирках или промышленных установках — невозможен.

Виталисты резонно утверждали, что важнейший основополагающий синтез на нашей планете — фотосинтез (рис. 1) невозможен вне зеленых растений. Упрощенно процесс фотосинтеза описывают уравнением

Невозможны, по утверждению виталистов, и любые другие синтезы органических соединений вне живых организмов. Однако дальнейшее развитие химии и накопление новых научных фактов доказало, что виталисты глубоко заблуждались.

В 1828 г. немецкий химик Ф. Вёлер синтезировал органическое соединение мочевину из неорганического вещества цианата аммония. Французский ученый М. Бертло в 1854 г. получил в пробирке жир. В 1861 г. русский химик А. М. Бутлеров синтезировал сахаристое вещество. Витализм потерпел крах.

Сейчас органическая химия представляет собой бурно развивающуюся отрасль химической науки и производства. В настоящее время насчитывается более 25 миллионов органических соединений, среди которых есть и такие вещества, которые до сегодняшнего дня не были обнаружены в живой природе. Получение этих веществ стало возможным благодаря результатам научной деятельности химиков-органиков.

Все органические соединения по происхождению можно условно разделить на три типа: природные, искусственные и синтетические.

Природные органические соединения — это продукты жизнедеятельности живых организмов (бактерий, грибов, растений, животных). Это хорошо известные вам белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны, ферменты, натуральный каучук и др. (рис. 2).

Искусственные органические соединения — это продукты химически преобразованных природных веществ в соединения, которые в живой природе не встречаются. Так, на основе природного органического соединения целлюлозы получают искусственные волокна (ацетатное, вискозное, медно-аммиачное), негорючие кино- и фотопленки, пластмассы (целлулоид), бездымный порох и др. (рис. 3).

Синтетические органические соединения получают синтетическим путем, т. е. соединением более простых молекул в более сложные. К ним относятся, например, синтетические каучуки, пластмассы, лекар-

Синтетические органические соединения получают синтетическим путем, т. е. соединением более простых молекул в более сложные. К ним относятся, например, синтетические каучуки, пластмассы, лекарственные препараты, синтетические витамины, стимуляторы роста, средства защиты растений и др. (рис. 4).

Несмотря на огромное многообразие, все органические соединения имеют в своем составе атомы углерода. Поэтому органическую химию можно назвать химией соединений углерода.

Наряду с углеродом, в состав большинства органических соединений входят атомы водорода. Эти два элемента образуют ряд классов органических соединений, которые так и называют — углеводороды (приложение 1). Все остальные классы органических соединений можно рассматривать как производные углеводородов (приложение 2). Это позволило немецкому химику К. Шорлеммеру дать классическое определение органической химии, которое не потеряло своего значения и более 120 лет спустя.

Например, при замене одного атома водорода в молекуле этана С₂Н₆ на гидроксильную группу —ОН образуется хорошо знакомый вам этиловый спирт С₂Н₅ОН, а при замене атома водорода в молекуле метана СН₄ на карбоксильную группу — СООН образуется уксусная кислота СН₃СООН.

Почему же из более чем ста элементов Периодической системы Д. И. Менделеева именно углерод стал основой всего живого? Многое вам станет понятно, если вы прочтете следующие слова Д. И. Менделеева, написанные им в учебнике «Основы химии»: «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 дает столь много соединений, как углерод с водородом ».

Химические связи атомов углерода между собой и с атомами других элементов (водорода, кислорода, азота, серы, фосфора), входящих в состав органических соединений, 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 неживое, из неживого — в живое (рис. 5).

И в заключение отметим ряд особенностей, характеризующих органические соединения.

Так как молекулы всех органических соединений содержат атомы углерода, а практически все — и атомы водорода, то большинство из них горючи и в результате горения образуют оксид углерода (IV) (углекислый газ) и воду.

В отличие от неорганических веществ, которых насчитывается около 500 тысяч, органические соединения более многообразны, поэтому их число насчитывает сейчас более 25 миллионов.

Многие органические соединения построены более сложно, чем неорганические вещества, и многие из них имеют огромную молекулярную массу, например белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, т. е. вещества, благодаря которым происходят жизненные процессы.

Органические соединения образованы, как правило, за счет ковалентных связей и потому имеют молекулярное строение, а следовательно, обладают невысокими температурами плавления и кипения, термически неустойчивы.

1. Используя знания по курсу биологии, сравните химический состав растительной и животной клеток. Какие органические соединения входят в их состав? Чем отличаются органические соединения растительной и животной клеток?

2. Опишите круговорот углерода в природе.

3. Объясните, почему возникло учение витализм и как оно потерпело крах.

4. Какие типы органических соединений (по происхождению) вы знаете? Приведите примеры и укажите области их применения.

5. Вычислите объем кислорода (н. у.) и массу глюкозы, образующиеся в результате фотосинтеза из 880 т углекислого газа.

6. Вычислите объем воздуха (н. у.), который потребуется для сжигания 480 кг метана СН₄, если объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%.

• Предмет органической химии. Ответы