Что называют органическими веществами
Органические вещества
Органические соединения, органические вещества — класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов). [1]
Содержание
История
Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во время господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. Вещества при этом разделялись на минеральные — принадлежащие царству минералов, и органические — принадлежащие царствам животных и растений. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» (лат. vis vitalis ), присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление было опровергнуто Фридрихом Вёлером в 1828 году путём синтеза «органической» мочевины из «минерального» цианата аммония, однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.
Количество известных органических соединений составляет почти 27 млн
. Таким образом, органические соединения — самый обширный класс химических соединений. Многообразие органических соединений связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью (то есть энергией) углерод-углеродной связи. Связь углерод-углерод может быть как одинарной, так и кратной — двойной, тройной. При увеличении кратности углерод-углеродной связи возрастает её энергия, то есть стабильность, а длина уменьшается. Высокая валентность углерода — 4, а также возможность образовывать кратные связи, позволяет образовывать структуры различной размерности (линейные, плоские, объёмные).
Классификация
Основные классы органических соединений биологического происхождения — белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты — содержат, помимо углерода, преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор. Именно поэтому «классические» органические соединения содержат прежде всего водород, кислород, азот и серу — несмотря на то, что элементами, составляющими органические соединения, помимо углерода могут быть практически любые элементы.
Соединения углерода с другими элементами составляют особый класс органических соединений — элементоорганические соединения. Металлоорганические соединения содержат связь металл-углерод и составляют обширный подкласс элементоорганических соединений.
Характерные свойства
Существует несколько важных свойств, которые выделяют органические соединения в отдельный, ни на что не похожий класс химических соединений.
Номенклатура органических соединений
Органическая номенклатура — это система классификации и наименований органических веществ. В настоящее время распространена номенклатура ИЮПАК.
Классификация органических соединений построена на важном принципе, согласно которому физические и химические свойства органического соединения в первом приближении определяются двумя основными критериями — строением углеродного скелета соединения и его функциональными группами.
В зависимости от природы углеродного скелета органические соединения можно разделить на ациклические и циклические. Среди ациклических соединений различают предельные и непредельные. Циклические соединения разделяются на карбоциклические (алициклические и ароматические) и гетероциклические.
Алифатические соединения
Алифатические соединения — органические вещества, не содержащие в структуре ароматических систем.
Ароматические соединения
Ароматические соединения, или арены, — органические вещества, в структуру которых входит одна (или более) ароматическая циклическая система (см. Ароматизация)
Гетероциклические соединения
Гетероциклические соединения — вещества, в молекулярной структуре которых присутствует хотя бы один цикл с одним (или несколькими) гетероатомом
Полимеры
Полимеры представляют собой особый вид веществ, также известный как высокомолекулярные соединения. В их структуру обычно входят многочисленные сегменты (соединения) меньшего размера. Эти сегменты могут быть идентичны, и тогда речь идёт о гомополимере. Полимеры относятся к макромолекулам — классу веществ, состоящих из молекул очень большого размера. Полимеры могут быть органическими (полиэтилен, полипропилен, плексиглас и т. д.) или неорганическими (силикон); синтетическими (поливинилхлорид) или природными (целлюлоза, крахмал).
Структурный анализ органических веществ
В настоящее время существует несколько методов характеристики органических соединений. Кристаллография (рентгеноструктурный анализ) — наиболее точный метод, требующий, однако, наличия высококачественного кристалла достаточного размера для получения высокого разрешения. Поэтому пока этот метод не используется слишком часто.
Элементный анализ — деструктивный метод, использующийся для количественного определения содержания элементов в молекуле вещества.
Инфракрасная спектроскопия (ИК): используется главным образом для доказательства наличия (или отсутствия) определённых функциональных групп.
Масс-спектрометрия: используется для определения молекулярных масс веществ и способов их фрагментации.
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса ЯМР.
Ультрафиолетовая спектроскопия (УФ): используется для определения степени сопряжения в системе
Про другие методы смотрите в разделе Аналитическая химия.
Органические соединения
Органические вещества — класс соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).
Название «органические соединения» появилось на ранней стадии развития химии и говорит само за себя — ученые той эпохи считали, что живые существа состоят из особых органических соединений.
Основные классы соединений биологического происхождения — белки, липиды, углеводы — содержат, помимо углерода, преимущественно водород, азот, кислород и серу. Именно поэтому, несмотря на то, что элементами, составляющими органические соединения, помимо углерода, могут быть практически любые элементы, «классические» органические соединения содержат прежде всего водород, кислород, азот и серу.
Соединения углерода с другими элементами составляют особый класс органических соединений — элементоорганические соединения. Металлоорганические соединения содержат связь металл-углерод и составляют обширный подкласс элементоорганических соединений.
Количество известных органических соединений давно перевалило за 10 млн; таким образом, органические соединения — самый обширный класс химических соединений. Многообразие органических соединений связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов углерода, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью (то есть энергией) углерод-углеродной связи. Связь углерод-углерод может быть как одинарной, так и кратной: двойной, тройной. При увеличении кратности углерод-углеродной связи возрастает её энергия, т. е. стабильность, а длина уменьшается. Высокая валентность углерода — 4, а также возможность образовывать кратные связи, позволяет образовывать структуры различной размерности (линейные, плоские, объёмные).
Существует несколько важных свойств, которые выделяют органические соединения в отдельный ни на что не похожий класс химических соединений.
Содержание
Органическая номенклатура
Органическая номенклатура —это система классификации и наименований органических веществ.
Классификация
Классификация органических соединений построена на важном принципе, согласно которому физические и химические свойства органического соединения в первом приближении определяются двумя основными критериями — строением углеродного скелета соединения и его функциональными группами. В соответствии с этими критериями построена классификация органических соединений.
Классификация органических веществ.
Алифатические соединения
Алифатические соединения — органические вещества, не содержащие в структуре ароматических систем.
Ароматические соединения
Ароматические соединения или арены — органические вещества, в структуру которых входит одна (или более) ароматическая циклическая система (см. Ароматизация)
Гетероциклические соединения
Гетероциклические соединения — вещества, в молекулярной структуре которых присутствует хотя бы один цикл с одним (или несколькими) гетероатомом
Полимеры
Полимеры представляют собой особый вид веществ, также известный как высокомолекулярные соединения. В их структуру обычно входят многочисленные сегменты меньшего размера. Эти сегменты могут быть идентичны, тогда речь идет о гомополимере. Полимеры относятся к макромолекулам, классу веществ, состоящих из молекул очень большого размера. Полимеры могут быть органическими (полиэтилен, полипропилен, плексиглас и т. д.) или неорганическими (силикон); синтетическими (поливинилхлорид), или природными (целлюлоза, крахмал).
Структурный анализ органических веществ
В настоящее время существует несколько методов характеристики органических соединений. Кристаллография (рентгеноструктурный анализ) — наиболее точный метод, требующий, однако, наличия высококачественного кристалла достаточного размера для получения высокого разрешения. Поэтому пока этот метод не используется слишком часто.
Элементный анализ — деструктивный метод, использующийся для количественного определения содержания элементов в молекуле вещества.
Инфракрасная спектроскопия (ИК): используется главным образом для доказательства наличия (или отсутствия) определенных функциональных групп.
Масс-спектрометрия: используется для определения молекулярных масс веществ и способов их фрагментации.
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса ЯМР.
Ультрафиолетовая спектроскопия (УФ): используется для определения степени сопряжения в системе
Про другие методы смотри в разделе Аналитическая химия.
Органические и неорганические вещества – что это и отличия
Органические и неорганические вещества – эти термины знакомы каждому человеку из школьной программы по биологии или химии. Также о них слышали садоводы. Что представляют собой и чем отличаются подобные вещества, способны объяснить не все. Для того чтобы лучше разобраться в особенностях и понять нюансы, рекомендуется сначала дать определение для каждого из рассматриваемых понятий, а затем провести сравнение по ключевым характеристикам.
Определение понятий
Органические вещества – соединения, которые имеют сложную химическую структуру (молекулярное строение). Они имеют невысокую температуру плавления, при воздействии высоких температур распадаются на несколько простых компонентов. Реакция протекает с выделением углекислого газа и воды. В молекулах присутствуют углерод и водород. Происхождение природное.
Неорганические вещества – химические соединения, имеющие простое молекулярное строение и небольшую массу. Температуры плавления высокие. Разложение происходит длительное время. Природа происхождения как биологическая, так и искусственная (промышленность).
Сравнение
Некоторые отличия между органикой и неорганическими веществами стала понятна из приведенных определений, но для более подробного разбора и выявления отличий, следует провести сравнение. Органика распадается за короткий промежуток времени на простые составные элементы – белки, углеводы, липиды. Разнообразие органики – результат наличия в ее молекулах углерода. Органические вещества способны к процессу изометрии. В результате образуются соединения, которые имеют одинаковый набор атомов в молекулах. Достичь разнообразия в этом случае позволяет различное положение атомов в молекулах образовавшихся веществ. Самыми распространенными являются такие соединения, как фруктоза и глюкоза. В них находится одинаковый набор атомов, но расположение отличается, поэтому свойства этих компонентов и их работа в химических реакциях различаются.
Неорганические вещества, самым распространенным из которых является вода, обладают небольшой молекулярной массой. Неорганики по современной классификации насчитывается всего около 100 тысяч, против органических соединений, которых представлено более 18 млн. Неорганические составляющие не способы к процессам изометрии. К неорганике также относятся различные металлы, соли, оксиды, различные смеси и простые вещества.
Выводы
Проведя сравнение, можно с уверенностью сказать, что различия между органическими и неорганическими веществами выражены в особенностях молекулярной структуры. Температура плавления и скорость разложения также являются факторами, указывающими на различия между рассматриваемыми понятиями. Наличие таких составляющих как водород и углерод характерны для органических соединений. Происхождение неорганики не всегда природное, многие компоненты являются плодом технических, производственных и научных изысканий. Общее количество неорганических веществ составляет по современной классификации 100 тысяч. Органика же превосходит числом, таких элементов в классификации представлено более чем в 10 раз больше. Органика имеет сложную структуру молекулярной сетки, неорганика — простую. Для того чтобы запустить процессы разложения в первом случае не требуется нагрева до высоких температур (например, мясо портиться при комнатной температуре, а для плавления металлов требуется длительный нагрев).
В состав молекул всех органических веществ входит углерод, но нужно учитывать и особенности этой группы компонентов. Так в карбидах или цианидах нет этого элемента. Уникальным свойством углерода является способность образовывать цепочки из атомов. Благодаря подобной способности соединений из одного и того же атомного набора может появляться очень много.
Органические и неорганические вещества
Органические и неорганические вещества или соединения.
Органические и неорганические вещества или соединения – это две большие химические группы, которые в основном отличаются наличием или отсутствием углеводородов и их производных.
Органические вещества:
Органические вещества включают в себя химические соединения с содержанием углерода и водорода. По составу их можно разделить на: углеводороды, кислородосодержащие и азотосодержащие вещества.
Органические вещества характеризуются в основном своей легкой плавкостью, ковалентной связью, соединениями (у которых похожий состав и молекулярная масса, но при этом разные физико-механические свойства), горючестью и явлением гомологии.
Органические соединения между собой отличаются строением углеродной цепи, и могут быть построены, как с открытой цепью атомов, так и с замкнутой. Те, что имеют строение с замкнутой цепью, относят к циклическим соединениям, которое подразделяются на предельные и непредельные, другие – к ациклическим, которые в свою очередь могут быть карбоциклическими и гетероциклическими.
Циклические соединения характеризуются кольцеобразной формой, при связи трех или более атомов. Ациклические соединения отличаются от циклических тем, что атомы углерода в них выстроены в прямые или разветвленные цепи.
Для того чтобы понять, к какому классу отнести то или иное органическое соединение, ориентируются на старшую функциональную группу – структурный фрагмент органической молекулы, который способствует определению химического состава данной молекулы.
В зависимости от типа функциональной группы они подразделяются на классы соединений: углеводороды, галогеноводороды, спирты, фенолы, простые эфиры, амины, нитросоединения, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, сложные эфиры, амиды карбоновых кислот, тиолы и сульфоновые кислоты.
Неорганические вещества:
Неорганические вещества в основном в своем составе не имеют углеродного строения, как органические, но исключением являются вещества, содержащие углерод, которые традиционно относят к неорганическим: карбиды, карбонаты, некоторые оксиды углерода, цианиды и другие.
Неорганические вещества в большей своей массе характеризуются высокими температурами плавления, ионной связью, сложным разложением, отсутствием углеродного скелета и небольшой молекулярной массой.
Неорганические соединения делятся на простые вещества, которые в своем составе имеют атомы одного элемента и сложные вещества, состоящие из атомов двух или более элементов.
К группе простых веществ относятся: металлы, неметаллы, аморфные простые вещества и благородные газы. Кстати, периодическая таблица Менделеева позволяет быстро сориентироваться по веществам, относящимся к металлам и неметаллам.
Группа сложных веществ включает в себя: оксиды, гидроксиды, соли и бинарные соединения. Они в свою очередь имеют подразделение:
Химическая промышленность:
Отрасли химической промышленности могут в себя включать обработку, как органических, так и неорганических химических соединений.
Химическая промышленность в целом подразделяется на: горно-химическую промышленность, основную химию, химию органического синтеза, химико-фармацевтическую промышленность и бытовую химию.
Органические вещества
Разделение природы на живую и неживую знакомо каждому еще с детского сада. На самом деле это фундаментальное различие между растениями-животными и минералами определено на глубоком химическом уровне.
Органические вещества – это практически все углеродосодержащие соединения, которых в природе больше прочих.
Исключения составляет всего небольшая группа веществ:
Важность органических веществ и углеводородных соединений
Органические вещества стали самыми распространенными соединениями на планете именно в силу особенной возможности углерода к созданию стабильных и устойчивых цепочек из самого себя.
Также этот элемент имеет валентность IV, а значит, без труда вступает в одинарные и кратные связи с другими веществами. Еще одна особенность углерода – умение создавать двух и трехмерные структуры. Более четвертой части массы тела человека – органические вещества.
Органические вещества содержатся в каждой клетке:
Органические вещества встречаются в виде изомеров. Этот термин применяется для соединений, в которые включено равное количество атомов одних и тех же веществ, но само строение связи отличается.
Кроме того, органические вещества, а точнее цепочку из углеродов можно охарактеризовать как гомологическую, в том случае если ее объединенные составляющие отличаются друг от друга только группой СН2 (на одну больше или меньше). Прибавление разницы является показателем усиления связи.
На примере метана можно увидеть, что вещества с минимумом добавок относятся к газам от этана до бутана, далее трансформируются в жидкости пентан-дексан и после превращаются в твердые элементы, например, эйкозан.
С наращиванием новых связей повышаются и основные физические характеристики: молекулярный вес, температура кипения и плавления.
Классификация органических веществ
Кроме биологических органических веществ, в эту же категорию относятся и другие виды соединений:
Во всех вышеперечисленных случаях речь идет только о различных видах связей между углеродом и водородом, но органическая химия изучает и соединения с другими веществами, которые дают в итоге существенное количество:
Учитывая важность органических углеводородных соединений в человеческом организме, в частности, и в природе вообще, неудивительно, что с каждым годом узкоспециализированные исследования в различных областях касаются именно работы с компонентами органической химии.
Микробиология, генетика, медицина, военные разработки и многое другое сегодня развивается благодаря исследованию клеточного состава.
Найти высокотехнологическое оборудование от мировых производителей, требующееся для исследований, и узнать новые тенденции и вектор развития отрасли можно, став участником выставки «Химия», которую организует ЦВК «Экспоцентр».