Химия – наука о веществах и способах их превращения. Строение атома, химическая связь и структура молекул

Химия – наука о веществах и способах их превращения.

          Все вещества до начала 19^го века делили по их происхождению на три группы: (а) минеральные,

(б) растительные и

(в) животные.

В 1807г Й. Берцеллиус предложил две группы веществ:

А) Н е о р г а н и ч е с к и е  (например: воздух, вода, песок, железо, золото, соль и др.).

Б) О р г а н и ч е с к и е   - от лат. Organismus – живое тело, живое существо (например: жиры, крахмал, древесина, сахар и др.)

Органические вещества резко отличаются по свойствам от неорганических, например:

А) Лед     0 ⁰С    Вода (ж)  100 ⁰С  Пар     1000 ⁰С   Раскаленный пар

При понижении температуры вновь получается неорганическое вещество в исходном состоянии.

Б) Масло (тв.)                Масло (ж)                  Дым,  гарь, -

т.е., после сравнительно небольшого температурного воздействия органическое вещество перестает быть таковым, - превращается в неорганическое.

“Обратной дороги” долго не знали. Первое открытие на этом пути совершил в 1828 г Ф. Вёлер:

            NH₄OCN_(p-p)       T._кип.              СО(NH₂)₂

   (соль; цианат аммония)             (мочевина)

были синтезированы и другие органические вещества:

-  уксусная кислота       – 1845 г,  А. Кольбе;

-  жир                             – 1854 г, М. Бертло;

-  сахаристое вещество – 1861 г, А.М. Бутлеров.

Стало ясно, что законы химии едины для всех веществ.

Органогенные элементы. Специфика углерода

В природе более 100 химических элементов,

150000 неорганических соединений и более 10 000 000  органических.

          Основу органических соединений составляют всего шесть органогенных (“рождающих органику”) элементов: C,H,O,N,P,S.

(1)  между собой они образуют прочные ковалентные связи и прочные каркасы молекул;

(2)  только эти элементы (кроме Н) способны образовывать кратные (двойные и тройные) связи;

(3)  у г л е р о д – главный органогенный элемент – обладает уникальным свойством: его атомы могут  соединяться друг с другом в неограниченных количествах, образуя кольца и цепи, составляющие углеродный скелет самых разнообразных органических соединений.

Органическая химия – химия углеводородов и их производных.

биогенными  (от греческого bios – жизнь, genes – род, - “рождающие жизнь“). Это металлы ( например, Fe в составе гемоглобина крови) и неметаллы (например, Se в сетчатке глаза).

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова

          1. В органических молекулах атомы соединяются в строго определенной последовательности в соответствии с их валентностью.

Углерод в органических соединениях всегда четырёхвалентен.

          2. Порядок связи атомов, характер их взаимного расположения в пространстве и вид химических связей между ними называется химическим строением или структурой молекулы.

          Понятие структура молекулы включает три аспекта:

(а) химическое строение – вид и порядок чередования атомов;

(б) электронное строение  - вид химических связей между атомами

((С – С), (С = С) или (С º С));

(в) пространственное строение – характер взаимного расположения атомов друг относительно друга в пространстве.

          3. Свойства органических соединений определяются не столько составом молекул, сколько их структурой.

          4. Различные атомы или группы атомов в молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга.

          5. Химическая структура молекулы может быть представлена единственной формулой, которая отражает все химические свойства данного вещества.

Способы записи органических формул

1. Молекулярные формулы (С₃Н₈; С₂Н₆О; С₇Н₅N₃О₆; С₄₇Н₉₄О₅N₂Р и т.д.) содержат очень мало информации для объяснения химических свойств органических соединений. Это первичная информация, которая используется, например, в количественных расчётах (см. гл.3).

2.Структурные формулы содержат основную информацию о химических свойствах органических веществ. Здесь элементы обозначаются их химическими символами, а связь между ними валентным штрихом

Кратные связи (двойные и тройные) показываются соответствующим количеством валентных штрихов. Способов записи структурных формул несколько:

   а) Полная (развёрнутая) формула  - показ всех  элементов и связей между ними в молекуле, - используется редко.

   б) Компактная запись. Здесь не показываются связи водорода с другими элементами, обозначается только количество атомов Н, связанных с каждым элементом, -  используется наиболее часто.

   в) Условная запись. Здесь атомы С и Н вообще не показывают. Структура изображается геометрической фигурой, где обозначаются типы связей между углеродами и фрагменты структуры с другими атомами.

В изломах и окончаниях линий – имеются в виду атомы углерода с соответствующим количеством атомов водорода. Условная запись используется обычно для изображения циклических структур (см. циклоалканы и арены) или структур многоуглеродных молекул (см. углеводы).

 Изомерия органических соединений

Изомерия – природное явление существования нескольких соединений одинакового состава с различными свойствами.

Изомеры – соединения одинакового состава, но различной структуры и, как следствие, с различными свойствами. (см. п.1.3.3. и табл.1).

          Изомерия – основной источник (причина) многообразия органических соединений.     

Различия в свойствах изомеров.           

 Классификация органических соединений

Классификация –прием (метод) научного познания, в котором большое количество изучаемых объектов делится на группы по общим признакам для каждой группы объектов.

В зависимости от вида группового признака органические соединения делятся на такие группы.

    1.  По составу:

(1)  Углеводороды, - содержат только атомы С и Н.

(2)  Гетеросоединения, - содержат кроме атомов С и Н другие элементы: O,N, галогены и др.

2.  По типам углеродных скелетов: