Органическая химия это химия соединений углерода: Органическая химия. Химия углерода и его соединений

Содержание

Органическая химия. Химия углерода и его соединений





    Современная химия достигла такого уровня развития, что существует целый ряд ее специальных разделов, являющихся самостоятельными науками. В зависимости от атомарной природы изучаемого вещества, типов химических связей между атомами различают неорганическую, органическую и элементоорганическую химии. Объектом неорганической химии являются все химические элементы и их соединения, другие вещества на их основе. Органическая химия изучает свойства обширного класса соединений, образованных посредством химических связей углерода с углеродом и другими органогенными элементами водородом, азотом, кислородом, серой, хлором, бромом и йодом. Элементоорганическая химия находится на стыке неорганической и органической химии. Эта третья химия относится к соединениям, включающим химические связи углерода с остальными элементами периодической системы, не являющимися органогенами. Молекулярная структура, степень агрегации (объединения) атомов в составе молекул и крупных молекул — макромолекул привносят свои характерные особенности в химическую форму движения материи. Поэтому существуют химия высокомолекулярных соединений, кристаллохимия, геохимия, биохимия и другие науки. Они изучают крупные объединения атомов и гигантские полимерные образования различной природы. Везде центральным вопросом для химии является вопрос о химических свойствах. Предметом изучения являются также физические, физико-химические и биохимические свойства веществ. Поэтому не только интенсивно разрабатываются собственные методы, но и привлекаются к изучению веществ другие науки. Так важными составными частями химии являются физическая химия и химическая физика, исследующие химические объекты, процессы и сопровождающие их явления с помощью расчетного аппарата физики и физических экспериментальных методов. Сегодня эти науки объединяют целый ряд других квантовая химия, химическая термодинамика (термохимия), химическая кинетика, электрохимия, фотохимия, химия высоких энергий, компьютерная химия и др. Только перечень фундаментальных наук химического направления уже говорит об исключительном разнообразии проявления химической формы движения материи и влиянии ее на пашу повседневную [c. 14]








    Органическая химия—химия соединений углерода. Свое название органические соединения получили в связи с тем, что первые описанные индивидуальные вещества имели растительное или животное происхождение. Со временем данное определение приобрело более широкий смысл, поскольку номенклатура соединений углерода не ограничивается только природными соединениями, а включает и вещества синтетического происхождения. Причиной многообразия органических [c.216]

    Органическая химия-это химия соединений углерода точнее, химия углеводородов и их производных. Органические соединения обязательно включают в себя атомы углерода и водорода и часто содержат также атомы кислорода, азота, галогенов и других элементов. Многообразие органических соединений, их свойства и превращения объясняет теория химического строения (А. М. Бутлеров, 1861-1864 гг.). [c.194]

    Электровалентность проявляется чаще всего в соединениях, содержащих элементы I, II, VI и VII групп, поскольку здесь для достижения заполненной оболочки необходимо отдать или принять не более двух электронов. Для отрыва от катиона (или присоединения к аниону) большего числа электронов требуется дополнительная затрата энергии, именно поэтому истинные частицы типа АР+ или встречаются крайне редко. Ковалентность, которая избегает образования таких высокозаряженных частиц, встречается главным образом в соединениях, содержащих элементы центральных групп (III—V) периодической системы. Получить при нормальных условиях ионы С + или С невозможно. Это приводит к принципиальному выводу органическая химия — это химия соединений углерода, являющихся практически всегда ковалентно построенными молекулами. [c.14]

    Органическая химия — химия соединений углерода — почти исключительно посвящена изучению ковалентно построенных молекул (разд. 1.2). Отсюда следует, что органические реакции сводятся к образованию и разрыву ковалентных связей, а также к перемещению связанных электронов. Для того чтобы понять причину протекания реакции в определенном направлении., необходимо изучить факторы, влияющие на вклад электронов в ковалентные связи, а также на их способность к образованию новых связей.[c.24]

    При таком определении органической химии возникает, однако, вопрос, почему же из всей сотни, известных элементов именно углерод имеет такое преимущественное положение Что это особое положение закономерно, ясно из сопоставления некоторых фактов из областей органической и неорганической химии. Прежде всего число известных в настоящее время соединений углерода примерно в 10—20 раз больше числа соединений всех остальных элементов, образованных без участия углерода. Но даже 1—2 миллиона изученных в настоящее время органических соединений никак не исчерпывают безграничных возможностей конструирования органических молекул. [c.12]

    Общей для всех органических соединений составной частью является углерод. Уже в середине прошлого столетия было сделано предложение называть органические соединения углеродистыми соединениями, а органическую химию — химией углеродистых соединений. Однако, исторически сложившийся терми органическая химия сохранился до сих пор и в настоящее время является синонимом термина химия углеродистых соединений .[c.9]

    Органическая химия Соединения углерода (за исключением оксидов углерода, угольной кислоты и ее солей, карбидов и некоторых других простых соединений углерода) [c.11]

    Органическая химия — это химия соединений углерода. Поэтому молекулы органических соединений всегда содержат по крайней мере один атом углерода. Свое название органические соединения получили потому, что они были впервые найдены в растительных и животных организмах. С течением времени это определение потеряло свой смысл, и теперь к органическим относят не только соединения, полученные из природного материала, т. е. из организмов или их частей (в этом случае говорят о природных продуктах), но и соединения, созданные искусственно с помощью синтеза в лабораториях или на заводах. [c.7]

    Органическая химия — это химия соединений углерода. Разделение описательной химии на неорганическую и органическую основано на том, что из всех химических элементов только углерод обладает способностью образовывать устойчивые соединения, содержащие длинные цепи одинаковых атомов. Вследствие этого число известных соединений углерода во много тысяч раз превосходит число веществ, образованных всеми другими элементами. [c.31]

    Название органические вещества утвердилось за соединениями углерода, которых насчитывается несколько миллионов. Органические соединения обладают рядом свойств, отличающих их от неорганических соединений и от некоторых производных углерода, рассматриваемых в курсе неорганической химии, например от солей угольной кислоты. Органические соединения чрезвычайно многообразны. Многообразие обусловлено исключительной способностью атомов углерода соединяться друг с другом в прямые, разветвленные и замкнутые (циклические) цепи. [c.369]








    Соединения углерода с неметаллами. Кроме рассмотренных кислородных, а также водородных соединений (изучаемых в курсе органической химии) углерод образует соединения с серой, азотом, металлами. [c.326]

    Органическая химия — это химия соединений углерода.[c.427]

    В настоящее время общепринятым считается определение органической химии как химии соединений углерода. [c.9]

    Органической химией называется химия соединений углерода. Исключениями из этого определения являются некоторые простейшие соединения углерода, а именно оксиды углерода и угольная кислота, а также ее соли. [c.290]

    Органическая химия-это химия соединений углерода. Лишь несколько простейших соединений углерода, а именно оксиды углерода, угольная кислота и ее соли, являются исключениями и относятся к неорганическим соединениям. Неорганическая химия изучает все остальные элементы и их соединения. [c.304]

    Органическая химия-это химия соединений. .., исключением являются оксиды углерода, угольная кислота и ее соли. [c.307]

    Широчайшую научную область, охватываемую химией, можно подразделить иначе. Важным представляется деление на органическую и неорганическую химию. Органическая химия —химия соединений углерода, в частности таких, которые входят в состав тканей растений и животных. Неорганическая химия —химия соединений всех остальных элементов, кроме углерода. Каждое из этих направлений химии является частично описательным, частично теоретическим. Многие другие разделы химии, которые в общем являются частями органической или неорганической химии, также получили свои названия таковы аналитическая химия, физическая химия, биохимия, ядерная химия, промышленная химия (химическая технология) и т. д. Их содержание ясно из самих названий. [c.11]

    Органически химия — это химия соединений углерода (органических соединений). [c.315]

    Органическая химия — химия соединений углерода. Это очень большая область химии в литературе описано уже более миллиона различных органических соединений. Многие из этих веществ выделены из живой материи, а еще большее число их синтезировано химиками в лабораториях. [c. 355]

    Немецкий химик Фридрих Август Кекуле фон Страдонитц (1829—1886) , которого обычно называют Кекуле, сделал верный вывод. В учебнике, опубликованном им в 1861 г., Кекуле определил органическую химию как химию соединений углерода. Развивая эту мысль, можно определить неорганическую химию как химию соединений, не содержащих углерод. Это определение получило широкое распространение. Правда, несколько соединений углерода, в том числе диоксид углерода и карбонат кальция, скорее следуем считать типичными неорганическими соединениями, чем типичными органическими. Такие соединения углерода обычно рассматриваются в трудах по неорганической химии. [c.73]

    Традиционно область органической химии связана в первую очередь с изучением соединений углерода, а неорганическая химия имеет дело с соединениями всех остальных элементов. Название органическая возникло в связи с тем, что в свое время предполагалось, будто соединения углерода могут быть получены только из живой материи. С тех пор многие соединения углерода были синтезированы из неорганических веществ, причем значительная часть этих соединений вообще не встречается в природе, но название органическая химия сохранилось, и мы еще коснемся ее в данной книге. Может показаться странным, что органическая химия посвящена в основном одному элементу и его соединениям, в то время как неорганическая химия имеет дело со всеми остальными элементами. Однако такое разделение химии на отдельные области основано на наличии у углерода ряда особых, исключительных свойств. Число соединений углерода, которое может быть синтезировано, практически ничем не ограничено, между тем как из большинства остальных элементов можно создать лишь относительно небольшое число соединений. [c.10]

    Название органическая химия возникло исторически на основании представлений, что органические соединения образуются лишь живущими организмами и могут быть получены только из них. Ранее считалось, что синтез некоторьгх веществ, например этилового спирта, уксусной кислоты, метана и бензола, невозможен без участия жизненной силы , которую нельзя воспроизвести в лабораторных условиях. Однако с 1828 г., когда Велер синтезировал мочевину (соединение, входящее в состав мочи животных) из неорганических веществ, термин органическая химия стал означать химию соединений углерода как природного, так и синтетического происхождения. В лабораторных условиях были синтезированы не только перечисленные выше соединения. [c.453]

    В этой главе мы рассмотрим только некоторые простые соединения углерода, так как изучение широкого класса его соединений составляет предмет органической химии. Углерод — уникальный элемент с точки зрения числа и многообразия его соединений, в основе структуры которых лежит скелет из одинаковых атомов С, непосредственно связанных между собой. Существуют также соединения, содержаш,ие в скелете связи С—N. С—О и С—N—О, в том числе циклические системы. Некоторые из них мы рассмотрим позже. Известны два больших класса органических соединений алифатические соединения, образованные тетраэдрическими атомами углерода, и ароматические соединения, содержащие гексагональные кольца Сб, в которых отдельные атомы углерода могут быть заменены атомами азота и т. п. Этим двум типам углеродного скелета в островных молекулах соответствуют две полиморфные модификации кристаллического углерода алмаз, в котором каждый атом С связан тетраэдрическими хр -связями с четырьмя соседними атомами, и графит, где каждый атом участвует в трех лежащих в одной плоскости зр -связях, вследствие чего атомы образуют слои. [c.5]

    Среди элементов Периодической системы Д. И. Менделеева углерод занимает особое место. Это связано с тем, что его атомы, обладая способностью образовывать между собой достаточно прочные связи, служат как бы кирпичиками , из которых могут быть построены так называемые углеродные скелеты — прямые и разветвленные цепи, различные циклы, объемные структуры-бесчисленного множества молекул. Валентности углерода, оставшиеся свободными в углеродном скелете, насыщаются за счет образования связей с водородом (при этом получаются молекулы углеводородов), а также с другими атомами и группами атомов (последние называются заместителями). Возможность варьировать число и взаимное расположение атомов в углеродном скелете, а также число, виды и взаимное расположение заместителей приводит к тому, что можно сконструировать сколь угодно большое число соединений углерода. Это явилось одной из причин, заставивших выделить химию последних в отдельную науку. Для этой науки характерен свой подход к систематизации материала, к разработке новых путей развития. Ее стали называть органической химией, поскольку первые соединения углерода были выделены из живых организмов или из продуктов их жизнедеятельности.  [c.13]

    Весьма скоро химики убедились, что органические вещества подчиняются тем же закономерностям, что и неорганические. Но деление химии на неорганическую и органическую сохранилось. Критерием деления стал состав веществ. А. Кекуле в 1851 г. определил органическую химию как химию соединений углерода. Однако это определение не вполне последовательно. Есть группы соединений углерода, которые все-таки причисляют к неорганическим (оксид и диоксид углерода, карбонилы металлов, карбонаты, карбиды). В то же время все металлорганическне соединения могут быть причислены к органическим. Определение, данное Кекуле, упускает нз виду принципы образования органических соединений. [c.10]

    ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, химия углерода и его соединений. О. X.— наиболее крупный раздел хим. науки. Она обладает неограниченными возможносгя.ми синтеза и установления структуры орг. в-в, распределения в них электронной плотности, пространств, расположения атомов и установления механизма р-ций. Вместе с тем она определяет развитие и создание новых областей науки и техники. [c.413]

    Чтобы лучше понять свойства кремнийорганических соединений, следует прежде всего познакомиться с простейшими соединениями кремния с ковалентной связью, такими, как гидриды и галогениды, хотя по классической тeмaтккe они считаются неорганическими соединениями. Впрочем, согласно современным воззрениям, неправильно проводить резкую грань между органической и неорганической химией. Аналогично тому, как органическая химия охватывает все соединения углерода, кроме карбонатов и карбидов, можно считать, что химия кремнийорганических соединений охватывает все соединения кремния с ковалентной связью, кроме силикатов и силицидов [А10, АП], которые (согласно Воронкову) безусловно относятся к неорганическим соединениям кремния.[c.37]

    Как уже было выяснено, органическая химия — это химия соединений углерода, то есть обширная глава общей химии. Однако и в неорганической химии из общего обзора всех элементов не выпадает глава об углероде общее знакомство с этим элементом и целым рядом его соединений приобрет ается в общем курсе. Такие соединения, содержащие углерод, как например, сода, ничем не отличаются от массы других неорганических соединений, и естественно их не следует отделять от им подобных. [c.22]

    За этим быстро последовал синтез других органических веществ. Термин органическая химия постепенно приобрел значение химии соединений углерода, так что когда химикам XX в. понадобилось говорить конкретно о процессах, протекающих в живых организмах, им пришлось придумать новый термин-биохы.иия. Правильнее сказать, что химия жизни является подразделом химии соединений углерода, и стоит поразмыслить, почему это так. [c.264]

    Основным элементом, входящим в состав органических соединений, является углерод. Поэтому А. М. Бутлеров определил органическую химию как химию соединений углерода. Однако существуют простые вещества, содержащие углерод (СО, СО2, соли синильной кислоты, СЗа), которые относят к неорганическим соединениям и изучают их в курсе общей или неорганической химии. Учитывая это, более точно органическую химию следует определять как химию углеводородов и их производных (К. Шорлем-мер). [c.5]

    Эти открытия сыграли огромную роль в развитии науки вообще, а химии в особенности. Ученые-химики постепенно стали отходить от виталистических позиций и склоняться к тому, что и органические вещества человек может получать из химических элементов. Принцип противопоставления веществ органических и неорганических обнаружил свою несостоятельность. Органическая химия изучает соединения углерода — углеводороды и их производные, в состав молекул которых могут входить почти все элементы периодической системы. Выделение органической химии в самостоятельную науку вбусловлено большим числом и многообразием и особыми свойствами соединений углерода.[c.287]

    Органическая химия — это химия соединений углерода, за исключением оксидов углерода, угольный кислоты и ее солей. Она возникла в начале XIX века, хотя органические вещества были известны очень давно. Объекты изучения органической химии — углеводороды и их производные. Сейчас известно более 3 миллионов различных органических соединений, и их количество растет с каждым днем. Органические соединения имеют большое практическое значение. Они широко используются в топливной промышленности, в производстве красителей, искусственных волокон, синтетических каучуков, пластмасс, взрывчатых веществ, инсектицидов. Благодаря успехам химии синтезированы важнейшие лекарственные препараты сульфаниламиды,. некоторые алкаллоиды, антибиотики, витамины и др. Синтез высокомолекулярных органических соединений обеспечил бурное развитие хирургии протезирования. Пластмассы широко используются в ортопедии, травматологии и др. [c.86]

    В органической химии имеется множество соединений, молекулы которых содержат несколько хиральных атомов углерода. При этом, естественно, возрастает число пространственных изомеров одного строения. Если рассматривать взаимосвязи между такими стереоизомерами, то те два, молекулы которых являются зеркальными изображениями друг друга, представляют собой антиподы, а все остальные являются по отношению к ним диастереомерами. Энантиомерия и диастереомерия являются взаимоисключающими типами отношения между двумя стереоизомерами Число стереоизомеров с одинаковым строением определяется выражением 2″, где п — число хиральных атомов углерода. В качестве примера приведем 2,3,4-тригидроксибута-новую кислоту, строение которой выражается формулой [c.90]

    Органическая химия — наука, занимающаяся изучением органических веществ. Иначе ее можно определить как химию соединений углерода, поскольку в современной науке органическими ве-ществами (органическими соединениями) называют такие соединз-ния или вещества, в состав которых входит элемент углерод. [c.9]

    Идея о способности атомов углерода соединяться друг с другом с образованием цепочек сыграла выдающуюся роль в развитии органической химии. Изомерия и цепеобразпое сочетание атомов углерода объясняли возможность существования многочисленных органических соединений. Уже сам А. Кекуле объяснил смысл общей формулы гомологического ряда насыщенных углеводородов (СпНгп+г), выведенной Ш. Жераром, согласно которой п атомов углерода связывают 2га-Ь 2 атомов водорода или такое же число единиц сродства атомов кислорода, азота или других многовалентных элементов. [c.175]

    В самых общих словах можно сказать следующее Органическая химия-это химия соединений углерода, простых соединений углерода, а именно оксиды углерода и солями, являются исключением и относятся к неорганичес Соединения, образуемые всеми остальными элементам к области неорганической химии. [c.289]

    Химия жизпи, органическая химия, поначалу была совершен-ло отделена от неорганической. Она считалась надежной опорой витализма, до той поры, когда научились синтезировать органические соединения из веп(еств неживого происхождения (начало было положено синтезом мочевины O(Nh3)2, проведенным Вёлером Е 1828 г. . В дальне вхсм органическая химия перестала быть химией живого и превратилась в синтетическую химию соединений углерода — химию углеводородов и их производных. Почти независимо развивалась биохимия — наука о строении и свойствах биологических молекул, о течении химических реакций в живых организмах. Биохимия достигла грандиозных успехов в расшифровке сложных сетей метаболизма. Из биохимии в союзе -с физикой выросла молекулярная биология, занимающаяся физико-химическим, молекулярным истолкованием основных биологических явлений, прежде всего наследственности. Одновременно органическая химия вновь обратилась к живой природе на основе многолетнего опыта исследований органических соединений. Возникла биоорганическая химия, а затем и бионеорганическая химия, изучающая биологические молекулы, содержащие атомы металлов. Провести границы между перечисленными областями исследований химии жизни невозможно, да в этом и нет необходимости. [c.23]

    Органическая химия — это химия соединений углерода. Благодаря громадному многообразию органических соединений (число их превышает два миллиона) органическую химию рассматривают как обособленную область химии, тесно соприкасающуюся, с одной стороны, с неорганической химией (СО2, СО, карбонаты, карбиды), а с другой — с биохимией. Органическая химия дапно перестала быть собранием отдельных фактов, которые приходилось заучивать, прежде чем появлялась возможность установить между ними связи. [c.452]

    Органическая химия — химия соединений углерода. Как самостоятельная область химической науки О. х. сформировалась в XIX в. В настоящее время многие разделы О. х. развились столь интенсивио, что выделились в новые самостоятельные области науки — химия элементоорганических соединений, природных соединений, полимеров, антибиотиков, витаминов, гормонов, красителей, стереохимия и т. д. Однако все эти разделы основываются на общих законах О. х. Большую роль в развитии О. X. сыграла теория строения органических соединений А. М. Бутлерова (1861 г.). В настоящее время известно более 3 ООО ООО органических веществ. Органические кислоты — см. Карбоновые кислоты. [c.95]

    При таком определении органической химии возникает, однако, вопрос, почему же из всей сотни известных элементов именно углерод имеет такое преимущественное пoлoнieниe Что это особое положение закономерно, ясно из сопоставления некоторых фактов из областей органической и неорганической химии. Прежде всего число известных в настоящее время соединений углерода примерно в 10—20 раз больше числа соединений всех остальных элементов, образованных не углеродом. Но даже- [c.12]

    Не является корректным старое определение, что органическая химия — это химия соединений углерода. Это связано с тем, что, во-первых, значительная часть соединений углерода (карбонаты, карбиды и т. д.) изучается неорганической химией и, во-вторых, в состав органических молекул входят элементы всей периодической системы Д. И. Менделеева, которых в их составе бывает даже больше, чем атомов углерода (С2р4, ССЬСНО и т. д.). Поэтому приоритет атома углерода нередко отступает на второй план. [c.7]

    После того как было установлено, что органические соединения могут быть синтезированы и вне лживого организма, появилась иеобход -мость дать новое определение понятию органическая химия . В середине прошлого века Гмелии, Кольбе и Кекуле иод этим ионятисм подразумевали химию соединений углерода . Такое определение действительно и в настояи ее время, хотя надо иметь в виду, что сам углерод, карбиды, оксид углерода и карбонилы металлов, диоксид углерода и карбонаты, сероуглерод и циановая кислота, синильная кислота и роданистоводородная кислота, а таклнеорганическим соединениям. Понятие органическая химия включает следующий комплекс экспериментальных методов и теоретических представлений. [c.18]


ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ХИМИЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ – раздел химической науки, изучающий углеводороды – вещества, содержащие углерод и водород, а также различные производные этих соединений, включающие атомы кислорода, азота и галогенов. Все такие соединения называют органическими.

Органическая химия возникла в процессе изучения тех веществ, которые добывались из растительных и животных организмов, состоящих в основной своей массе из органических соединений. Именно это определило чисто историческое название таких соединений (организм – органический). Некоторые технологии органической химии возникли еще в глубокой древности, например, спиртовое и уксуснокислое брожение, использование органических красителей индиго и ализарина, процессы дубления кожи и др. В течение долгого времени химики умели лишь выделять и анализировать органические соединения, но не могли получать их искусственно, в результате чего возникло убеждение, что органические соединения могут быть получены только с помощью живых организмов.

Начиная со второй половины 19 в. методы органического синтеза стали интенсивно развиваться, что позволило постепенно преодолеть устоявшееся заблуждение. Впервые синтез органических соединений в лаборатории удалось осуществить Фридриху Велеру (в период 1824–1828), при гидролизе дициана он получил щавелевую кислоту, выделяемую до этого из растений, а при нагревании циановокислого аммония за счет перестройки молекулы (см. ИЗОМЕРИЯ) получил мочевину – продукт жизнедеятельности живых организмов (рис. 1. Первые синтезы органических соединений).

Сейчас многие из соединений, присутствующих в живых организмах, можно получить в лаборатории, кроме того, химики постоянно получают органические соединения, не встречающиеся в живой природе.

Становление органической химии как самостоятельной науки произошло в середине 19 в., когда благодаря усилиям ученых-химиков, стали формироваться представления о строении органических соединений. Наиболее заметную роль сыграли работы Э.Франкланда (определил понятие валентности), Ф.Кекуле (установил четырехвалентность углерода и строение бензола), А. Купера (предложил используемый и поныне символ валентной черты, соединяющей атомы при изображении структурных формул), А.М.Бутлерова (создал теорию химического строения, в основе которой лежит положение, согласно которому свойства соединения определяются не только его составом, но и тем, в каком порядке соединены атомы).

Следующий важный этап в развитии органической химии связан с работами Я.Вант-Гоффа, который изменил сам способ мышления химиков, предложив перейти от плоского изображения структурных формул к пространственному расположению атомов в молекуле, в итоге химики стали рассматривать молекулы как объемные тела.

Представления о природе химической связи в органических соединениях впервые сформулировал Г.Льюис, предположивший, что атомы в молекуле связаны с помощью электронов: пара обобщенных электронов создает простую связь, а две или три пары образуют, соответственно, двойную и тройную связь. Рассматривая распределение электронной плотности в молекулах (например, ее смещение под влиянием электроотрицательных атомов O, Cl и др.) химики смогли объяснить реакционную способность многих соединений, т.е. возможность их участия в тех или иных реакциях.

Учет свойств электрона, определяемых квантовой механикой, привел к развитию квантовой химии, использующей представления о молекулярных орбиталях. Сейчас квантовая химия, показавшая на многих примерах свою предсказательную силу, успешно сотрудничает с экспериментальной органической химией.

Небольшую группу соединений углерода не относят к органическим: угольная кислота и ее соли (карбонаты), цианистоводородная кислота HCN и ее соли (цианиды), карбиды металлов и некоторые другие соединения углерода, которые изучает неорганическая химия.

Главная особенность органической химии – исключительное разнообразие соединений, которое возникло из-за способности атомов углерода соединяться друг с другом в практически неограниченном количестве, образуя молекулы в виде цепочек и циклов. Еще большее разнообразие достигается за счет включения между атомами углерода атомов кислорода, азота и др. Явление изомерии, благодаря которому молекулы, обладающие одинаковым составом, могут иметь различное строение, дополнительно увеличивает многообразие органических соединений. Сейчас известно свыше 10 млн. органических соединений, причем их количество ежегодно увеличивается на 200–300 тысяч.

Классификация органических соединений.

В качестве основы при классификации приняты углеводороды, их считают базовыми соединениями в органической химии. Все остальные органические соединения рассматривают как их производные.

При систематизации углеводородов принимают во внимание строение углеродного скелета и тип связей, соединяющих атомы углерода.

I. АЛИФАТИЧЕСКИЕ (aleiphatos. греч. масло) углеводороды представляют собой линейные или разветвленные цепочки и не содержат циклических фрагментов, они образуют две крупные группы.

1. Предельные или насыщенные углеводороды (названы так потому, что не способны что-либо присоединять) представляют собой цепочки атомов углерода, соединенных простыми связями и окруженных атомами водорода (рис. 1). В том случае, когда цепочка имеет разветвления, к названию добавляют приставку изо. Простейший насыщенный углеводород – метан, с него начинается ряд этих соединений.

Рис. 2. НАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Основные источники насыщенных углеводородов – нефть и природный газ. Реакционная способность насыщенных углеводородов очень низкая, они могут реагировать только с наиболее агрессивными веществами, например, с галогенами или с азотной кислотой. При нагревании насыщенных углеводородов выше 450 С° без доступа воздуха разрываются связи С-С и образуются соединения с укороченной углеродной цепью. Высокотемпературное воздействие в присутствии кислорода приводит к их полному сгоранию до СО2 и воды, что позволяет эффективно использовать их в качестве газообразного (метан – пропан) или жидкого моторного топлива (октан).

При замещении одного или нескольких атомов водорода какой-либо функциональной (т.е. способной к последующим превращениям) группой образуются соответствующие производные углеводородов. Соединения, содержащие группировку С-ОН, называют спиртами, НС=О – альдегидами, СООН – карбоновыми кислотами (слово «карбоновая» добавляют для того, чтобы отличить их от обычных минеральных кислот, например, соляной или серной). Соединение может содержать одновременно различные функциональные группы, например, СООН и NH2, такие соединения называют аминокислотами. Введение в состав углеводорода галогенов или нитрогрупп приводит соответственно к галоген- или нитропроизводным (рис. 3).

Рис. 4. ПРИМЕРЫ НАСЫЩЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ с функциональными группами

Все показанные производные углеводородов образуют крупные группы органических соединений: спирты, альдегиды, кислоты, галогенпроизводные и т.д. Поскольку углеводородная часть молекулы имеет очень низкую реакционную способность, химическое поведение таких соединений определяется химическими свойствами функциональных групп –ОН, -СООН, -Cl, -NO2 и др..

2. Ненасыщенные углеводороды имеют те же варианты строения основной цепи, что и насыщенные, но содержат двойные или тройные связи между атомами углерода (рис. 6). Простейший ненасыщенный углеводород – этилен.

Рис. 6. НЕНАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Наиболее характерно для ненасыщенных углеводородов присоединение по кратной связи (рис. 8), что позволяет синтезировать на их основе разнообразные органические соединения.

Рис. 8. ПРИСОЕДИНЕНИЕ РЕАГЕНТОВ к ненасыщенным соединениям по кратной связи

Другое важное свойство соединений с двойными связями — их способность полимеризоваться (рис. 9.), двойные связи при этом раскрываются, в результате образуются длинные углеводородные цепи.

Рис. 9. ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ЭТИЛЕНА

Введение в состав ненасыщенных углеводородов упомянутых ранее функциональных групп так же, как и в случае насыщенных углеводородов, приводит к соответствующим производным, которые также образуют крупные группы соответствующих органических соединений – ненасыщенные спирты, альдегиды и т.д. (рис. 10).

Рис. 10. НЕНАСЫЩЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ с функциональными группами

Для показанных соединений приведены упрощенные названия, точное положение в молекуле кратных связей и функциональных групп указывают в названии соединения, которое составляют по специально разработанным правилам.

Химическое поведение таких соединений определяется как свойствами кратных связей, так и свойствами функциональных групп.

II. КАРБОЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ содержат циклические фрагменты, образованные только атомами углерода. Они образуют две крупные группы.

1. Алициклические (т.е. и алифатические и циклические одновременно) углеводороды. В этих соединениях циклические фрагменты могут содержать как простые, так и кратные связи, кроме того, соединения могут содержать несколько циклических фрагментов, к названию этих соединений добавляют приставку «цикло», простейшее алициклическое соединение – циклопропан (рис. 12).

Рис. 12. АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ

Помимо показанных выше существуют иные варианты соединения циклических фрагментов, например, они могут иметь один общий атом, (так называемые, спироциклические соединения), либо соединяться таким образом, чтобы два или более атомов были общими для обоих циклов (бициклические соединения), при объединении трех и более циклов возможно также образование углеводородных каркасов (рис. 14).

Рис. 14. ВАРИАНТЫ СОЕДИНЕНИЯ ЦИКЛОВ в алициклических соединениях: спироциклы, бициклы и каркасы. В названии спиро- и бициклических соединений указывают тот алифатический углеводород, который содержит такое же общее число атомов углерода, например, в показанном на рисунке спироцикле содержится восемь атомов углерода, поэтому его название построено на основе слова «октан». В адамантане атомы расположены так же, как в кристаллической решетке алмаза, что определило его название (греч. adamantos – алмаз)

Многие моно- и бициклические алициклические углеводороды, а также производные адамантана входят в состав нефти, их обобщенное название – нафтены.

По химическим свойствам алициклические углеводороды близки соответствующим алифатическим соединениям, однако, у них появляется дополнительное свойство, связанное с их циклическим строением: небольшие циклы (3–6-членные) способны раскрываться, присоединяя некоторые реагенты (рис. 15).

Рис. 15. РЕАКЦИИ АЛИЦИКЛИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ, протекающие с раскрытием цикла

Введение в состав алициклических углеводородов различных функциональных групп приводит к соответствующим производным – спиртам, кетонам и т.п. (рис. 16).

Рис. 16. АЛИЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ с функциональными группами

2. Вторую крупную группу карбоциклических соединений образуют ароматические углеводороды бензольного типа, т.е содержащие в своем составе один или несколько бензольных циклов (существуют также ароматические соединения небензольного типа (см. АРОМАТИЧНОСТЬ). При этом они могут также содержать фрагменты насыщенных или ненасыщенных углеводородных цепей (рис. 18).

Рис. 18. АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ.

Существуют группа соединений, в которых бензольные кольца как бы спаяны между собой, это так называемые конденсированные ароматические соединения (Рис. 20).

Рис. 20. КОНДЕНСИРОВАННЫЕ АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

Многие ароматические соединения, в том числе и конденсированные (нафталин и его производные) входят в состав нефти, второй источник этих соединений – каменноугольная смола.

Для бензольных циклов не характерны реакции присоединения, которые проходят с большим трудом и в жестких условиях, наиболее типичны для них реакции замещения атомов водорода (рис.21).

Рис. 21. РЕАКЦИИ ЗАМЕЩЕНИЯ атомов водорода в ароматическом ядре.

Помимо функциональных групп (галогена, нитро- и ацетильной группы), присоединенных к бензольному ядру (рис. 21), можно также ввести иные группы, в результате получаются соответствующе производные ароматических соединений (рис. 22), образующие крупные классы органических соединений – фенолы, ароматические амины и др.

Рис. 22. АРОМАТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ с функциональными группами. Соединения, в которых neгруппа -ОН соединена с атомом углерода в ароматическом ядре, называют фенолами, в отличие от алифатических соединений, где такие соединения называют спиртами.

III. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ содержат в составе цикла (помимо атомов углерода) различные гетероатомы: O, N, S. Циклы могут быть различного размера, содержать как простые, так и кратные связи, а также присоединенные к гетероциклу углеводородные заместители. Существуют варианты, когда гетероцикл «спаян» с бензольным ядром (рис. 24).

Рис. 24. ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ. Их названия сложились исторически, например, фуран получил название от фуранового альдегида – фурфурола, получаемого из отрубей (лат. furfur – отруби). Для всех показанных соединений реакции присоединения затруднены, а реакции замещения проходят достаточно легко. Таким образом, это ароматические соединения небензольного типа.

Разнообразие соединений этого класса увеличивается дополнительно за счет того, что гетероцикл может содержать два и более гетероатомов в цикле (рис. 26).

Рис. 26. ГЕТЕРОЦИКЛЫ с двумя и более гетероатомами.

Точно так же, как и рассмотренные ранее алифатические, алициклические и ароматические углеводороды, гетероциклы могут содержать в своем составе различные функциональные группы (-ОН, -СООН, -NH2 и др.), причем гетероатом в цикле в некоторых случаях также можно рассматривать как функциональную группу, поскольку он способен принимать участие в соответствующих превращениях (рис. 27).

Рис. 27. ГЕТЕРОАТОМ N в роли функциональной группы. В названии последнего соединения буква «N» указывает, к какому атому присоединена метильная группа.

Реакции органической химии.

В отличие от реакций неорганической химии, где с высокой скоростью (иногда мгновенно) взаимодействуют ионы, в реакциях органических соединений обычно участвуют молекулы, содержащие ковалентные связи. В результате все взаимодействия протекают гораздо медленнее, чем в случае ионных соединений (иногда десятки часов), часто при повышенной температуре и в присутствии ускоряющих процесс веществ – катализаторов. Многие реакции протекают через промежуточные стадии или в нескольких параллельных направлениях, что приводит к заметному снижению выхода нужного соединения. Поэтому при описании реакций вместо уравнений с числовыми коэффициентами (что традиционно принято в неорганической химии) часто используют схемы реакций без указания стехиометрических соотношений.

Название крупных классов органических реакций часто связывают с химической природой действующего реагента или с типом вводимой в соединение органической группы:

а) галогенирование – введение атома галогена (рис. 8, первая схема реакции),

б) гидрохлорирование, т.е. воздействие HCl (рис. 8, вторая схема реакции)

в) нитрование – введение нитрогруппы NO2 (рис. 21, второе направление реакции)

г) металлирование – введение атома металла (рис. 27, первая стадия)

а) алкилирование – введение алкильной группы (рис. 27, вторая стадия)

б) ацилирование – введение ацильной группы RC(O)- (рис. 27, вторая стадия)

Иногда название реакции указывает на особенности перестройки молекулы, например, циклизация – образование цикла, дециклизация – раскрытие цикла (рис.15).

Крупный класс образуют реакции конденсации (лат. condensatio – уплотнение, сгущение), при которых происходит формирование новых связей С-С с одновременным образованием легко удаляемых неорганических или органических соединений. Конденсацию, сопровождаемую выделением воды, называют дегидратацией. Конденсационные процессы могут также проходить внутримолекулярно, то есть, в пределах одной молекулы (рис. 28).

Рис. 28. РЕАКЦИИ КОНДЕНСАЦИИ

В конденсации бензола (рис. 28) роль функциональных групп выполняют фрагменты С-Н.

Классификация органических реакций не имеет строгого характера, например, показанную на рис. 28 внутримолекулярную конденсацию малеиновой кислоты можно также отнести к реакциям циклизации, а конденсацию бензола – к дегидрированию.

Существуют внутримолекулярные реакции, несколько отличающиеся от конденсационных процессов, когда фрагмент (молекула) отщепляется в виде легко удаляемого соединения без очевидного участия функциональных групп. Такие реакции называют элиминированием (лат. eliminare – изгонять), при этом образуются новые связи (рис. 29).

Рис. 29. РЕАКЦИИ ЭЛИМИНИРОВАНИЯ

Возможны варианты, когда совместно реализуются несколько типов превращений, что показано далее на примере соединения, в котором при нагревании протекают разнотипные процессы. При термической конденсации слизевой кислоты (рис. 30) проходит внутримолекулярная дегидратация и последующее элиминирование СО2.

Рис. 30. ПРЕВРАЩЕНИЕ СЛИЗЕВОЙ КИСЛОТЫ (получаемой из желудевого сиропа) в пирослизевую кислоту, названную так потому, что получают ее нагреванием слизевой. Пирослизевая кислота представляет собой гетероциклическое соединение – фуран с присоединенной функциональной (карбоксильной) группой. В процессе реакции разрываются связи С-О, С-Н и образуются новые связи С-Н и С-С.

Существуют реакции, при которых происходит перестраивание молекулы без изменения состава (см. ИЗОМЕРИЗАЦИЯ).

Методы исследования в органической химии.

Современная органическая химия помимо элементного анализа использует многие физические методы исследования. Сложнейшие смеси веществ разделяют на составляющие компоненты с помощью хроматографии, основанной на перемещении растворов или паров веществ через слой сорбента. Инфракрасная спектроскопия – пропускание инфракрасных (тепловых) лучей через раствор или сквозь тонкий слой вещества – позволяет установить наличие в веществе определенных фрагментов молекулы, например, групп С6Н5, С=О, NH2 и др.

Ультрафиолетовая спектроскопия, называемая также электронной, несет информацию об электронном состоянии молекулы, она чувствительна к присутствию в веществе кратных связей и ароматических фрагментов. Анализ кристаллических веществ с помощью лучей рентгеновского диапазона (рентгеноструктурный анализ) дает объемную картину расположения атомов в молекуле, подобную тем, что показаны на приведенных выше анимированных рисунках, иными словами, позволяет как бы увидеть строение молекулы своими глазами.

Спектральный метод – ядерный магнитный резонанс, основанный на резонансном взаимодействии магнитных моментов ядер с внешним магнитным полем, дает возможность различить атомы одного элемента, например, водорода, расположенные в различных фрагментах молекулы (в углеводородном скелете, в гидроксильной, карбоксильной или аминогруппе), а также определить их количественное соотношение. Подобный анализ возможен также для ядер С, N, F и др. Все эти современные физические методы привели к интенсивным исследованиям в органической химии – стало возможным быстро решать те задачи, на которые ранее уходили долгие годы.

Некоторые разделы органической химии выделились в крупные самостоятельные области, например, химия природных веществ, лекарственных препаратов, красителей, химия полимеров. В середине 20 в. химия элементоорганических соединений стала развиваться как самостоятельная дисциплина, которая изучает вещества, содержащие связь С-Э, где символ Э обозначает любой элемент(кроме углерода, водорода, кислорода, азота и галогенов). Велики успехи биохимии, изучающей синтез и превращения органических веществ, происходящие в живых организмах. Развитие всех этих областей основано на общих законах органической химии.

Современный промышленный органический синтез включат в себя широкий набор различных процессов – это, прежде всего, крупнотоннажные производства – переработка нефти, газа и получение моторных топлив, растворителей, теплоносителей, смазочных масел, кроме того, синтез полимеров, синтетических волокон, разнообразных смол для покрытий, клеев и эмалей. К малотоннажным производствам относят получение лекарственных препаратов, витаминов, красителей, пищевых добавок и душистых веществ.

Михаил Левицкий

Углеводороды — Что такое Углеводороды?

Углеводороды – это органические соединения, состоящие из углерода и водорода.
Углеводороды служат фундаментальной основой органической химии: молекулы любых других органических соединений рассматривают как их производные.

Соотношения между углеродом и водородом в углеводородах колеблются в широких пределах (10-90 %).

Соединения углеводородов отличаются друг от друга количеством атомов углерода и водорода, строением углеродного скелета и типом связей между атомами.

Большинство углеводородов в природе встречаются в сырой нефти.

Кроме того, основными источниками углеводородов являются природный газ, сланцевый газ, попутный нефтяной газ, горючие сланцы, уголь, торф.

Классификация углеводородов

Алканы (парафины) – углеводороды общей формулы CnH2n+2, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой σ-связью, а остальные их валентности предельно насыщены атомами водорода.

Отсюда другое название алканов – предельные углеводороды.

Первым представителем данного гомологического ряда является метан СН4.

Алкены (олефины) относятся к непредельным углеводородам общей формулы CnH2n.

В молекуле алкена кроме σ-связей содержится одна π-связь.

Первый представитель гомологического ряда – этилен С2Н4, поэтому алкены называют также «этиленовыми углеводородами».

Диеновые углеводороды содержат в молекуле 2 двойные связи.

Общая формула СnН2n-2.

Первым представителем ряда является бутадиен СН2=СН–СН=СН2.

Алкинами называются углеводороды общей формулы CnH2n-2, молекулы которых содержат тройную связь.

Первый представитель гомологического ряда – ацетилен С2Н2, поэтому алкины называют также «ацетиленовыми углеводородами».

Молекулы циклоалканов содержат циклы разной величины, атомы углерода в которых связаны между собой только σ-связью.

Общая формула СnH2n.

Циклоалкены содержат одну двойную связь и имеют общую формулу СnН2n-2.

Углеводороды, имеющие кратные связи, легко вступают в реакции присоединения по месту разрыва π-связей.

Ароматические углеводороды (арены) – углеводороды общей формулы CnH2n-6.

Первые представители ароматических углеводородов были выделены из природных источников и обладали своеобразным запахом, поэтому и получили название «ароматические».

Важнейшим представителем ароматических углеводородов является бензол С6Н6.

В молекуле бензола 6 атомов углерода, соединяясь σ-связями, образуют правильный шестиугольник.

В результате сопряжения 6 свободных р-электронов образуется единое π-электронное облако над и под плоскостью кольца.

Природные источники углеводородов

Каменный уголь – плотная осадочная порода черного, иногда сepo-черного цвета, дающая на фарфоровой пластинке черную черту.

Каменный уголь представляет собой продукт глубокого разложения остатков растений, погибших миллионы лет назад (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений).

В органическом веществе угля содержится 75-92 % углерода, 2,5-5,7 % водорода, 1,5-15 % кислорода.

Международное название элемента углерода происходит от лат. carbō («уголь»).

Природный газ – полезное ископаемое, основным компонентом которого является метан СН4 (75-98 %).

В природном газе содержатся также его ближайшие гомологи: этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10 и следовые количества более тяжелых легкокипящих углеводородов.

Существует следующая закономерность: чем выше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его количество в природном газе.

Содержание сероводорода и его органических производных (тиолов) в природном газе в сумме может достигать 5-25 %.

Попутные нефтяные газы – газы, которые находятся в природе над нефтью или растворены в ней под давлением.

Их состав может быть выражен примерным соотношением компонентов: метан – 31 %, этан – 7,5 %, пропан – 21,5 %,

бутан – 20 %, пентан и гексан (легкокипящие жидкости) – 20 %.

С каждой тонной добытой нефти выделяется около 50 м3 газов, которые вплоть до середины 20го в. сжигали в факелах, причиняя двойной ущерб – теряли ценное сырье и загрязняли атмосферу.

Первым предприятием в России, на котором стали использовать попутные нефтяные газы, стала Сургутская ГРЭС.

6 основных энергоблоков, работающих на попутном газе, были введены в строй в 1985-1988 гг.

В настоящее время попутные нефтяные газы улавливают и используют как топливо (в том числе и автомобильное) и ценное химическое сырье.

Нефть – смесь углеводородов от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом.

Нефть намного легче воды и в ней не растворяется.

В зависимости от происхождения нефть может содержать большое количество алифатических, циклических или ароматических углеводородов.

Так, например, бакинская нефть богата циклоалканами и содержит сравнительно небольшое количество алифатических предельных углеводородов.

Значительно больше алканов в грозненской, ферганской, а также нефти штата Пенсильвания (США).

Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

В небольших количествах в состав нефти могут входить также кислородсодержащие соединения, как, например, альдегиды, кетоны, эфиры и карбоновые кислоты.

Урок «Органическая химия — химия соединений углерода»

Поурочный план Дата ___3.09.2017

Класс _11

Урок 1

Учитель Утеева М.В.

Тема урока: Органическая химия — химия органических соединений углерода. Особенности строения атома углерода, гибридизация, электронная природа химических связей в органических соединениях. Первичный инструктаж.

Тип урока: Изучение нового материала

Вид урока

Цель урока

Образовательная:

знать какие вещества относятся к органическим соединениям, особенность их состава, строения и свойства в сравнении с неорганическими веществами.

понимать причины многообразия органических веществ, сформировать понятия о гибридизации.

уметь использовать полученные понятия для составления структурных формул

Воспитательная:

Показать роль органической химии в жизни современного общества. Формирование научной картины мира. Формирование мировоззренческих понятий: о материальном единстве веществ, причинно-следственной зависимости между строением и свойствами органических веществ.

Развивающая:

Развивать умения учащихся сравнивать, обобщать, проводить аналогию между неорганическими и органическими веществами.

Способствовать развитию коммуникативных способностей.

Оборудование: шаростержневые модели молекул метана, этана, этена, этина, пропана, аммиака, воды, уксусной кислоты;

демонстрационные образцы: коллекции органических веществ, материалов и изделий из них;

презентация, мультимедийное оборудование.

ХОД УРОКА

Подготовка к ВОУД, ЕНТ

Задания на развитие функциональной грамотности

Индивидуально-коррекционная работа

1

1.

2.

3.

4.

5.

2

Орг. момент.

Тренинг «Величественное имя»

На протяжении всей жизни человека ведут некие силы, которые заложены в первом звуке его имени. Эти силы помогают преодолевать трудности и распознавать источники радости, вдохновения, мудрости. Эти силы — двигатель человеческого роста.

Но в то же время имя может быть и источником опасности, ибо в первом звуке имени сокрыты и те силы, которые при неумелом обращении с ними, а порой и невнимании к ним, могут разрушить созидательное начало. Однако принятие этих сил, особое внимание к ним позволяют приобрести особенную силу.

Например, одного восточного принца звали Джумбер. Стремясь познать скрытый смысл своего имени, он размышлял над значением первого звука — «Д», и понял, что его ведут по жизни Доброта и Доблесть, Дерзание и Долг. А особого внимания и внутренней работы требуют Дерзость, Драчливость и Дурь.

Дорогие друзья, — продолжает ведущий, — давайте поразмышляем над скрытым смыслом наших величественных имен, откроем тайну первого звука нашего имени. Что ведет нас по жизни? И что требует нашего особого внимания? Например: «Я — Михаил, и мне приходят на помощь Мудрость и Мужество. А помнить я должен о том, что частенько бываю Мелочными Мягкотелым». Или: «Я — Игорь. Мне помогают такие силы, как Искренность и Ироничность. Зачастую мне мешает Инертность и Импульсивность». Пожалуйста, у вас есть время, чтобы понять смысл, скрытый в первой букве вашего имени.(1 мин)

Первичный инструктаж по ТБ (выполнение заданий на формирование функциональной грамотности по ТБ)

Требования к ведению тетрадей.

Вызов.

Актуализация субъектного опыта обучающихся.

Прием критического мышления Логические цепочки «Верно — неверно»

1. Органическая химия – это химия соединений углерода.

2. В состав всех органических веществ

входит химический элемент углерод.

3. Органические вещества имеют молекулярное строение, в связи с этим их температуры кипения и плавления очень высокие.

4. Продукты, получаемые переработкой газа, нефти и каменного угля, относятся к неорганическим веществам.

5. Углекислый газ, угольная кислота и ее соли относятся к органическим веществам, т.к. имеют в своем составе атом углерода.

6.Многочисленность органических соединений связана с особенными свойствами атома углерода.

Цель урока « Выяснить

причины многообразия органических веществ.

Знать какие вещества относятся к органическим соединениям, особенность их состава, строения и свойства в сравнении с неорганическими веществами.

Знать какие виды химической связи характерны для органических соединений.

Знать виды гибридизации и способы образования одинарной, двойной и тройной химической связи.

Осмысление.

Изучение нового материала.

Работа в группах

Задания:

1 группа (немотивированные обучающиеся)

1. Охарактеризуйте особенности свойств органических веществ по сравнению с неорганическими.

2. Приведите примеры органических веществ, которыми вы пользуетесь ежедневно.

2 группа

Охарактеризуйте химическую связь, образуемую атомами углерода в состоянии sр3-гибридизации.

1. Электронное строение атома углерода.

2. Основное и возбужденное состояние атома углерода.

3. Гибридизация.

4. Гибридные орбитали (sр3)

5. Пространственная формула молекулы, валентный угол, длина, энергия связи.

3группа

Охарактеризуйте химическую связь, образуемую атомами углерода в состоянии sр2-гибридизации.

1. Электронное строение атома углерода.

2. Основное и возбужденное состояние атома углерода.

3. Гибридизация.

4. Гибридные орбитали (sр2)

5. Пространственная формула молекулы, валентный угол, длина, энергия связи.

4 группа

Охарактеризуйте химическую связь, образуемую атомами углерода в состоянии sр-гибридизации.

1. Электронное строение атома углерода.

2. Основное и возбужденное состояние атома углерода.

3. Гибридизация.

4. Гибридные орбитали (sр)

5. Пространственная формула молекулы, валентный угол, длина, энергия связи.

Составление и защита постеров.

Формативное оценивание групп и взаимооценивание.

Выводы

Рефлексия. Осмысление и закрепление нового материала.

Выполнение тестовых заданий (взаимооценивание)

Суммативное оценивание по оценочным листам группы.

Две звезды, одно пожелание

Задание на дом. Параграф 1, введение

Творческое задание: написать мини- сочинение на тему «Что произойдет на Земле, если исчезнут органические вещества»

3

ОИ,

ЧП,

П, И.

4

Индивидуальная

Фронтальная

групповая

5

+

6

+

7

Задания облегченные 1 группе(немотивированные обучающиеся) работа с учебником (кластер)

Приложение 1. (предполагаемый ответ) к Д/з

А теперь представьте, что будет, если исчезнут органические вещества.

Не станет больше деревянных предметов, не будет шариковой ручки, сумки для книг, самих книг и тетрадей, сделанных из органического вещества – целлюлозы. В классе не будет линолеума, от парт останутся лишь металлические ножки. По улице не будут ездить машины – нет бензина, а от самих машин останутся лишь металлические части. Исчезнут корпуса компьютеров и телевизоров. В аптеках не будет большинства лекарств, и нечего будет есть (вся пища тоже состоит из органических соединений). Нечем будет помыть руки и нечего надеть на себя, ведь и мыло и хлопчатобумажные, шерстяные, синтетические волокна, кожа и кожезаменители, красители для тканей – все это производные углеводородов. Да и смотреть на этот мир будет некому – от нас останется лишь соленая вода да скелет, ведь организмы всех живых существ состоят из органических соединений.

Теперь вы понимаете какова роль органических соединений в природе и нашей жизни.

Оценочный лист группы _________________, лидер группы_____________________

 

качество

защита

 

Тесты по ТБ

Работа по созданию «Постера», активность участия, защита

Итоговый тест

Суммативное оценивание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Предмет органической химии». 9-й класс

Цели:

  • Сформировать понятие о предмете органической химии, рассмотреть особенности органических веществ.
  • Ознакомить ребят с понятием валентности.
  • Раскрыть основные положения теории химического строения органических соединений А.М.Бутлерова. начать формировать навыки составления структурных формул.
  • Раскрыть значение органической химии.
  • Активизировать познавательную активность учащихся.
  • Развивать самостоятельность учащихся в подготовке материала, используя дополнительную литературу; развивать речь.
  • Воспитывать ответственность, уважение друг к другу, взаимопонимание, взаимоподдержку, уверенность в себе.

Оборудование: Демонстрация: разнообразные органические вещества.

Форма учебного процесса: классный урок.

Тип урока: урок получения новых знаний.

Методы и приемы: беседа, экспресс-опрос, рассказ (сообщения учащихся), презентация.

Метод обучения: проблемный.

Вид деятельности: исследовательская работа учащихся при изучении нового материала.

Принципы урока:

  • принцип научности;
  • принцип наглядности;
  • взаимосвязь изученного материала и личного опыта учащихся;
  • системный подход к изучению материала.

Технология урока: личностно ориентированная, дифференцированного обучения.

Методы:

  • проблемно-поисковый (подготовка сообщений).
  • репродуктивный (воспроизведение сообщений).
  • исследовательский (анализ прослушанных сообщений).

Ход урока

I.

Добрый день.
Долгожданный дан звонок –
Начинаем наш урок.
Не позволяй душе лениться,
Чтоб воду в ступе не толочь.
Душа обязана трудиться
И день, и ночь, и день, и ночь.

Мы начинаем изучать органические вещества, общая численность которых в настоящее время составляет более 10 млн. веществ, причём каждый год их число увеличивается на 200-300 тысяч новых соединений. Общее число неорганических соединений не превышает 700 тысяч.

Таким образом, число органических соединений превышает в десятки раз число неорганических веществ. Чем обусловлено такое многообразие органических веществ? В чём их особенность? Ответы на эти вопросы вы получите, изучая новый для вас раздел химии – органическую химию.

II. Предмет органической химии.

1. Что такое органическая химия? История возникновения этой науки. (Сообщения учащихся)

Органическая химия – это химия соединений углерода.

С давних времён возникло естественное разделение всех веществ на неорганические (минеральные, не живые) и органические, т.е получаемые из живых организмов – растений, животных. Позже это понятие расширилось, и в настоящее время к органическим веществам относят и такие, которые не имеют никакого отношения к живым организмам, например, полимеры, пластмассы. Синтезированы вещества, которых нет вообще в природе, они получены искусственно. Но главный критерий всегда остаётся – наличие в соединении хотя бы одного углеродного атома.

Угольная кислота, оксиды углерода, карбонаты, карбиды – это неорганические соединения, у них нет свойств органических веществ.

2. Что такое органические вещества? Где они встречаются? (Сообщения учащихся)

Органические вещества отличаются от неорганических тем, что в их состав обязательно входит углерод.

Основные элементы, входящие в большинство органических веществ: C, H, O, S, N, Hal.

Основные элементы в органических соединениях – углерод и водород. Поэтому при их горении всегда образуются углекислый газ и вода.

Дем-но: образцы органических веществ.

Значение и роль органической химии в современной жизни

Трудно представить жизнь современного человека без её достижений. Человек окружён органическими веществами на протяжении  всей своей жизни, начиная с продуктов питания, одежды, обуви, синтетических материалов, полимеров, энергоносителей, лекарственных препаратов, синтетических моющих средств, различных красок, лаков, красителей и т.п.

3. А.М.Бутлеров. Факты его биографии. (Сообщения учащихся)

4. Теория А.М.Бутлерова. Положения. Значение. (Сообщения учащихся)

— Атомы, входящие в состав молекул органических веществ, не находятся  в беспорядочном состоянии, а соединены друг с другом в определённой последовательности химическими связями, согласно их валентности.

— Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав молекулы, но и от того, в  какой последовательности они соединены межлу собой в молекуле, т.е. от их химического строения.

5. Химическое строение. Привести примеры. (Сообщения учащихся)

Химическое строение вещества – определённый порядок, последовательность соединения атомов в молекулы.

6. Валентность элементов в органических соединениях. (Сообщения учащихся)

Атомы в молекулы соединяются согласно их валентности.

Валентность – способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей, которые образует данный атом с другими атомами в молекуле.

H–Cl.  В молекуле хлороводорода 1 ковалентная полярная связь. Водород соединён 1 связью с хлором, поэтому он одновалентен. Водород всегда одновалентен. Хлор, в данном случае, также соединён 1 химической связью с водородом, поэтому он одновалентен. Но хлор может проявлять и переменную валентность. Одна связь – это пара электронов.

Чтобы определить валентность элемента в структурной формуле  нужно сосчитать число чёрточек (связей), исходящих от каждого элемента. Углерод всегда четырёхвалентен.

Численные значения степени окисления и валентности не всегда совпадают.

H+12O-12

Степень окисления кислорода равна -1, а по структурной формуле валентность кислорода равна 2: H – O – O — H

? Каким видом химической связи соединены атомы в молекуле H2O2? (Атомы водорода и кислорода соединены ковалентной полярной связью, атомы кислорода соединены между собой ковалентной неполярной связью)

Постоянные значения валентности: H – одновалентен, O – двухвалентен, C – четырёхвалентен.

7. Структурная формула. (Сообщения учащихся)

Углеродные атомы обладают способностью соединяться друг с другом в разнообразные цепи: прямые, замкнутые, разветвлённые

8. Классификация органических веществ. (Сообщения учащихся)

9. Что такое углеводороды? Привести примеры. Где они используются? (Сообщения учащихся)

Углеводороды – вещества, состоящие из углерода и водорода.

10. Предельные углеводороды. Общая формула. Основные формулы. Применение. (Сообщения учащихся)

Предельные углеводороды – углеводороды, в которых имеются только простые связи между атомами углерода и которые соединены с максимально возможным числом атомов водорода, т.е. насыщены ими до предела.

Предельные углеводородынасыщенные, парафины, алканы.

11. Что называется изомерами? Привести примеры. (Сообщения учащихся)

Изомеры – вещества, имеющие одинаковый количественный и качественный состав, но отличающиеся по своему строению и свойствам.

Изомерия – явление существования изомеров.

В углеводородах – изомерия углеродного скелета. Она зависит от порядка соединения между собой атомов углерода в углеродной цепи.
Для пентана C5H12  существует только 3 изомера, а для декана  C10H22 уже 75!

12. Что называется гомологами? Привести примеры. (Сообщения учащихся)

Гомологи – органические вещества, сходные по строению и свойствам, но отличающиеся друг от друга на одну или несколько групп – CH2.

Гомологический ряд – ряд органических веществ, расположенных в порядке возрастания относительных атомных масс, сходных по строению и свойствам и отличающихся друг от друга на одну или несколько групп – CH2.

13. Непредельные углеводороды. Общая формула. Основные формулы. Применение. (Сообщения учащихся)

Непредельные углеводороды содержат 1 двойную связь и называются этиленовыми, олефинами, алкенами. Непредельные, т.к. валентности углерода не насыщены до предела атомами водорода.

14. Основные типы реакций, в которые вступают углеводороды. (Сообщения учащихся)

Для алканов характерны реакции:
— горения;
— замещения;
— термического разложения;
— дегидрирования.

Для алкенов характерны реакции:
— горения;
— полимеризации;
— присоединения:

  • воды (реакция гидратации),
  • бромной воды;

— окисления (раствором перманганата калия)

III. Физпауза.

— Как живёшь?

— Как идёшь?

— Как бежишь?

— Как плывешь?

— Как летишь?

— Как шалишь?

— Как молчишь?

— Как сидишь?

IV. Экспресс-опрос. Продолжите фразу: «Органическая химия – это…»

V. Дома: § 32–34, готовиться к тесту.

VI. Итог урока.

Презентация на тему: ОРГАНИЧЕСКАЯ

ХИМИЯ

Алов Евгений Михайлович д.х.н., профессор

1

Рекомендуемая литература

1.Травень, В.Ф. Органическая химия: Учебник для вузов в 2-х томах. – М.: Академкнига, 2004. — Т. 1. – 727 с., Т.2. – 582 с.

2.Шабаров, Ю.С. Органическая химия: Учебник для вузов в 2-х кн. – М.: Химия, 1996. – Т. 1. – 496 с., Т.2. – 352 с.

3. Нейланд, О.Я. Органическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1990. – 751 с.

2

Перечень пособий, методических указаний к проведению учебных занятий и самостоятельной работы студентов

1.Углеводороды. Галогенпроизводные углеводородов. Учебное пособие/ И.С. Колпащикова, Е.Р. Кофанов, Е.М. Алов. Яросл. гос. тех. ун-т. — Ярославль, 2007. — 247 с.

2.Решение задач по органической химии/ А.В. Колобов, В.В. Плахтинский, В.В. Соснина. Яросл. гос. тех. ун-т. — Ярославль, 2013. — 79 с.

3.Методические указания к лабораторному практикуму по органической химии для студентов химико-технологического факультета. Ч. I . Учебное пособие/ Басаев Р.М., Колпащикова И.С., Кофанов Е.Р., Обухова Т.А.. — Яросл. политехн. ин-т, Ярославль.: 1999. — 32 с.

4.Методические указания к лабораторному практикуму по органической химии Ч.2. Учебное пособие/ Басаев Р.М., Колпащикова И.С., Кофанов Е.Р., Обухова Т.А. — Яросл. гос. тех. ун-т. — Ярославль, 1997. — 23 с.

5.Номенклатура органических соединений : учеб. пособие/ М.С. Белышева, И. С. Колпащикова, В. В. Плахтинский ; Яросл. гос. техн. ун-т. — Ярославль, 2009. — 76 с.

6.Сборник задач по органической химии : учеб. пособие / И. С. Колпащикова, А.

Ф. Бетнев, Е. М. Алов ; Яросл. гос. техн. ун-т. — Ярославль, 2010. — 206 с.

3

Дополнительная литература

1.Органикум (практикум по органической химии) т.1 и т.2 «Мир»,1980 г.

2.А.А.Терней, Современная органическая химия, т. 1,2, «Мир», Москва, 1981 г.

3.Р.Моррисон, Р.Бойд, Органическая химия, «Мир», Москва, 1974 г.

4.Дж.Робертс, М.Кассерио, Основы органической химии, «Мир», Москва, 1978 г.

5.Справочно-информационная система «Химический ускоритель»,

http://www.reakor.ru/leos/index.php

6. On-Line Learning Center for «Organic Chemistry» (Francis A. Carey), http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/carey5e/

7. Химический навигатор-поиск по химии, http://chemnavigator.hotbox.ru

4

СТРУКТУРА КУРСА

2 семестр

 

Лекции

26 ч

Лабораторные занятия

58 ч

Самостоятельная работа

96

Контрольная работа

5

Расчетно-графическое задание

1

Экзамен

+

5

Цель курса

На основе знаний о состоянии и достижений современной органической химии научить обучающегося:

1. Применять полученные теоретические знания для решения конкретных практических задач;

2. Предвидеть физические и химические свойства органических соединений на основе их структуры, предсказывать превращения органических веществ в окружающей среде и прогнозировать последствия этих превращений;

3. Привить практические навыки по синтезу, выделению, очистке и идентификации органических

веществ;

 

4. Научить грамотно обрабатывать, анализировать и

 

оформлять результаты эксперимента.

6

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Термин «органический» сохранился с давних пор, когда вещества делили на неорганические (полученные из минералов) и органические соединения растительного и животного происхождения.

t OC

Nh5NCO h3NCONh3

изоцианат мочевина аммония

Соединения, полученные из живых организмов, объединяло то что все они содержали углерод.

Фридрих Вёлер

7

Основные этапы развития химии

1.Предалхимический период: до III в. н.э.

2.Алхимический период: III – XVII вв.

3.Период становления (объединения): XVII – XVIII вв.

4.Период количественных законов (атомно-молекулярной теории): 1789 – 1860 гг.

5.Период классической химии: 1860 г. – конец XIX в.

6. Современный период: с начала XX века по настоящее время.

9

ОСНОВЫ ТЕОРИИ СТРОЕНИЯ

Основой современной органической химии является ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, созданная на базе теории химического строения А.М. Бутлерова и электронных (квантовохимических) представлений о строении атома и природе химической связи.

Современная теория строения позволяет предсказывать основные химические и физические свойства органических соединений, исходя из их химического, пространственного и электронного строения.

Теория строения играет ключевую роль в изучении и систематизации огромного фактического материала органической химии и открывает широкие возможности для получения веществ с заданными свойствами.

10

Строение органических веществ — урок. Химия, 8–9 класс.

Атомы углерода отличаются от атомов других элементов тем, что способны образовывать устойчивые химические связи друг с другом. Они могут связываться в цепи разной длины. Цепи бывают линейные и разветвлённые. Атомы углерода соединяются также в циклы разной величины.

       

 

Между атомами углерода могут образовываться одинарныедвойные и тройные связи.

 

  

Молекулы органических веществ состоят обычно из атомов неметаллов, поэтому в них присутствуют ковалентные связи. Число ковалентных связей, которые образует атом, определяет его валентность.

 

В основе органической химии лежит теория химического строения органических веществ А. М. Бутлерова. Её основные положения:

Атомы в молекулах органических веществ соединены в определённом порядке в соответствии с их валентностью.

 

Углерод в органических соединениях всегда четырёхвалентен, кислород — двухвалентен, а водород и галогены — одновалентны.

   

В молекуле метилового спирта атом углерода соединён ковалентными связями с четырьмя другими атомами, атом кислорода — с двумя, а каждый атом водорода образует одну ковалентную связь.

Свойства веществ зависят не только от состава молекул, но и от порядка соединения атомов в них,

т. е. от химического строения.

Рассмотрим второе положение на примере вещества, имеющего состав: C2h5Cl2.

 

   

Состав веществ одинаковый, а порядок соединения атомов в них разный. В молекуле первого вещества атомы хлора соединены с разными атомами углерода, а в молекуле второго — с одним. Свойства веществ отличаются. Так, температура кипения первого вещества — \(–96,7\) °С, а второго — \(–42,0\) °С.

При составлении структурных формул органических веществ сначала записывают символы углерода, связывая их между собой; затем с учётом четырёхвалентности атома углерода записывают символы других элементов.

Структурная формула углеводорода, состоящего из трёх атомов углерода и восьми атомов водорода, строится следующим образом:

 

Органическая химия, или химия соединений углерода

Нельзя найти более яркой иллюстрации развития органической химии, чем рост этого популярного в Германии трактата. Появившись около 1880 г. как дополнение к скромному учебнику по неорганической химии в октаво, он быстро приобрел популярность и выдержал множество изданий. Поскольку содержание увеличивалось с каждым последующим изданием, возникла необходимость сначала разделить книгу на две части и, наконец, изменить формат.Как и многие немецкие научные книги, он вскоре нашел американского переводчика и издателя и вышел в свое третье американское издание. Следует отметить, что настоящий том представляет собой первое издание на английском языке , термин, который, как мы полагаем, относится к национальности издателя, а не к большей чистоте разговорного языка последнего переводчика. Как бы то ни было, органическая химия Рихтера ушла из региона, из учебников. Теоретическая часть сведена к сравнительно небольшому количеству страниц в начале тома и носит настолько схематичный и поверхностный характер, что не представляет большой ценности для учащегося.Тем не менее, эта тема, особенно с физической стороны в связи со структурными проблемами, вызывает растущий интерес и важность. Это кардинальный недостаток. С другой стороны, книга настолько переполнена фактами, что представляет собой нечто вроде сокращенного «Байльштейна». Он разделен на главы, содержащие названия большого числа родственных соединений, описание способа их получения и описание их наиболее важных физических и химических свойств. Иногда к соединению или процессу присоединяется собственное имя, а иногда и ссылка.Редко можно встретить английское имя или даже имя какой-либо другой национальности, кроме немецкой. Нет никаких ссылок на современный метод получения кремнийалкильных соединений или на его автора; нет упоминания об открывателе оксалилхлорида, кетена и многочисленных азоимидов, или о механизме образования муравьиной кислоты из глицерина и щавелевой кислоты, хотя процесс приводится, или о ненормальном добавлении брома к малеиновой кислоте, которое неправильно описан. Английские имена, как явствует из предисловия, намеренно опущены по той замечательной причине, что «ссылки на немецкую литературу были сохранены с целью сохранить для студента преимущества происхождения книги; в противном случае он легко сможет получить ссылки на английском языке.Если не указаны ссылки или даже имена авторов этих фундаментальных открытий, трудно понять, как они будут «легко доступны». Несомненно, есть преимущества в том, что источник книги постоянно навязывается одному как стимул для британского химика; но следует надеяться, что скоро появится учебник — настоящий учебник для студентов — органической химии, который даст | ему ясный, критический и наводящий на размышления обзор больших проблем органической химии, с которыми связаны имена многих выдающихся английских химиков.То, что английский химик-органик исследовал экспериментальную часть предмета с целью прояснения теоретических, а не практических проблем, легко объясняется тем фактом, что его деятельность в промышленной сфере была неизбежно ограничена, и у него было мало стимулов вплоть до присутствует, чтобы заняться открытием новых классов коммерчески полезных продуктов.

карбон | Факты, использование и свойства

Свойства и использование

По весу углерод занимает 19-е место по содержанию элементов в земной коре, и, по оценкам, их 3.В 5 раз больше атомов углерода, чем атомов кремния во Вселенной. Только водород, гелий, кислород, неон и азот атомно более распространены в космосе, чем углерода. Углерод — это космический продукт «горения» гелия, в котором три ядра гелия с атомным весом 4 сливаются с образованием ядра углерода с атомным весом 12.

В земной коре элементарный углерод является второстепенным компонентом. Однако соединения углерода (т.е. карбонаты магния и кальция) образуют обычные минералы (например, магнезит, доломит, мрамор или известняк).Кораллы и раковины устриц и моллюсков состоят в основном из карбоната кальция. Углерод широко распространен в виде угля и органических соединений, которые составляют нефть, природный газ и все ткани растений и животных. Естественная последовательность химических реакций, называемых углеродным циклом, включающая преобразование атмосферного углекислого газа в углеводы путем фотосинтеза в растениях, потребление этих углеводов животными и их окисление в процессе метаболизма с образованием углекислого газа и других продуктов, а также возврат углерода. диоксид в атмосферу — один из важнейших биологических процессов.

Углерод как элемент был обнаружен первым человеком, обработавшим древесный уголь из огня. Таким образом, вместе с серой, железом, оловом, свинцом, медью, ртутью, серебром и золотом углерод был одним из небольшой группы элементов, хорошо известных в древнем мире. Современная химия углерода берет свое начало с разработки углей, нефти и природного газа в качестве топлива и с объяснения синтетической органической химии, которые в значительной степени развивались с 1800-х годов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Элементарный углерод существует в нескольких формах, каждая из которых имеет свои физические характеристики. Две из его четко определенных форм, алмаз и графит, имеют кристаллическую структуру, но они различаются по физическим свойствам, потому что расположение атомов в их структурах отличается. Третья форма, называемая фуллереном, состоит из множества молекул, полностью состоящих из углерода. Сфероидальные фуллерены с закрытой клеткой называются бакерминстерфуллеренами или «бакиболами», а цилиндрические фуллерены — нанотрубками.Четвертая форма, называемая Q-углеродом, является кристаллической и магнитной. Еще одна форма, называемая аморфным углеродом, не имеет кристаллической структуры. Другие формы, такие как технический углерод, древесный уголь, сажа, уголь и кокс, иногда называют аморфными, но рентгеновское исследование показало, что эти вещества действительно обладают низкой степенью кристалличности. Алмаз и графит встречаются на Земле в естественных условиях, и их также можно производить синтетическим путем; они химически инертны, но соединяются с кислородом при высоких температурах, как и аморфный углерод.Фуллерен был случайно обнаружен в 1985 году как синтетический продукт в ходе лабораторных экспериментов по моделированию химического состава атмосферы гигантских звезд. Позже было обнаружено, что он встречается в природе в крошечных количествах на Земле и в метеоритах. Q-углерод также является синтетическим, но ученые предполагают, что он может образовываться в горячей среде некоторых ядер планет.

фуллерен

Две структуры фуллерена: удлиненная углеродная нанотрубка и сферический бакминстерфуллерен, или «бакиболл.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Слово углерод , вероятно, происходит от латинского carb , что по-разному означает «уголь», «древесный уголь», «тлеющий уголь». Термин алмаз , искаженное греческое слово adamas , «непобедимый», точно описывает постоянство этой кристаллизованной формы углерода, точно так же, как графит , название другой кристаллической формы углерода, полученной из греческий глагол graphein , «писать», отражает его свойство оставлять темный след при трении о поверхность.До открытия в 1779 году того, что графит при горении на воздухе образует двуокись углерода, графит путали как с металлическим свинцом, так и с похожим на поверхность веществом, минералом молибденитом.

Чистый алмаз — это самое твердое из известных природных веществ, которое плохо проводит электричество. С другой стороны, графит — это мягкое скользкое твердое вещество, которое хорошо проводит как тепло, так и электричество. Углерод как алмаз является самым дорогим и блестящим из всех природных драгоценных камней и самым твердым из абразивов природного происхождения.Графит используется как смазка. В микрокристаллической и почти аморфной форме он используется как черный пигмент, как адсорбент, как топливо, как наполнитель для резины и, смешанный с глиной, как «грифель» карандашей. Поскольку он проводит электричество, но не плавится, графит также используется для изготовления электродов в электрических печах и сухих элементах, а также для изготовления тиглей, в которых плавятся металлы. Молекулы фуллерена являются многообещающими для множества применений, включая материалы с высокой прочностью на разрыв, уникальные электронные устройства и устройства хранения энергии, а также безопасную герметизацию горючих газов, таких как водород.Q-углерод, который создается путем быстрого охлаждения образца элементарного углерода, температура которого повышена до 4000 K (3727 ° C [6740 ° F]), тверже, чем алмаз, и его можно использовать для изготовления алмазных структур (таких как в виде алмазных пленок и микроигл) внутри своей матрицы. Элементарный углерод нетоксичен.

Каждая из «аморфных» форм углерода имеет свой специфический характер и, следовательно, у каждой есть свои особенности применения. Все они являются продуктами окисления и других форм разложения органических соединений.Например, уголь и кокс широко используются в качестве топлива. Древесный уголь используется в качестве абсорбирующего и фильтрующего агента, а также в качестве топлива и когда-то широко использовался в качестве ингредиента в порохе. (Уголь — это элементарный углерод, смешанный с различными количествами углеродных соединений. Кокс и древесный уголь — это почти чистый углерод.) В дополнение к его использованию в производстве чернил и красок, сажа добавляется в резину, используемую в шинах, для улучшения ее износостойкости. Костный черный или животный уголь может адсорбировать газы и красящие вещества из многих других материалов.

Углерод, элементарный или комбинированный, обычно определяется количественно путем превращения в газообразный диоксид углерода, который затем может поглощаться другими химическими веществами с получением взвешиваемого продукта или раствора с кислотными свойствами, который можно титровать.

Производство элементарного углерода

До 1955 года все алмазы добывались из природных месторождений, наиболее значительных в южной части Африки, но также встречающихся в Бразилии, Венесуэле, Гайане и Сибири. Единственный известный источник в Соединенных Штатах, в Арканзасе, не имеет коммерческого значения; Индия, когда-то являвшаяся источником прекрасных алмазов, не является важным поставщиком в настоящее время.Основным источником алмазов является мягкая голубоватая перидотическая порода, называемая кимберлитом (по названию известного месторождения в Кимберли, Южная Африка), обнаруженная в вулканических структурах, называемых трубками, но многие алмазы встречаются в аллювиальных отложениях, предположительно в результате выветривания первичных источников. Единичные находки по всему миру в регионах, где не указаны источники, не были редкостью.

Природные отложения обрабатываются дроблением, гравитационным и флотационным разделением, а также удалением алмазов путем их прилипания к слою смазки на подходящем столе.В результате получаются следующие продукты: (1) собственно алмаз — искаженные кубические кристаллические камни ювелирного качества от бесцветных до красных, розовых, голубых, зеленых или желтых; (2) борт — мелкие темные кристаллы абразивного, но не ювелирного качества; 3) баллас — хаотически ориентированные кристаллы абразивного качества; (4) маклес — треугольные кристаллы в форме подушечек, которые используются в промышленности; 5) карбонадо — смешанные алмазно-графитовые кристаллиты, содержащие другие примеси.

Успешная лабораторная переработка графита в алмаз была произведена в 1955 году.Процедура включала одновременное использование чрезвычайно высокого давления и температуры с железом в качестве растворителя или катализатора. Впоследствии железо заменили хромом, марганцем, кобальтом, никелем и танталом. Синтетические алмазы в настоящее время производятся в нескольких странах и все чаще используются вместо природных материалов в качестве промышленных абразивов.

Графит естественным образом встречается во многих областях, при этом наиболее важные месторождения находятся в Китае, Индии, Бразилии, Турции, Мексике, Канаде, России и на Мадагаскаре.Используются как открытая, так и глубокая добыча полезных ископаемых с последующей флотацией, но основная часть товарного графита производится путем нагревания нефтяного кокса в электрической печи. Лучше кристаллизованная форма, известная как пиролитический графит, получается при разложении низкомолекулярных углеводородов под действием тепла. Графитовые волокна со значительной прочностью на разрыв получают путем карбонизации натуральных и синтетических органических волокон.

Углеродные продукты получают путем нагревания угля (для получения кокса), природного газа (для получения сажи) или углеродистых материалов растительного или животного происхождения, таких как дерево или кость (для получения древесного угля), при повышенных температурах в присутствии недостаточное количество кислорода для горения.Летучие побочные продукты рекуперируются и используются отдельно.

11.S: Organic Chemistry (Summary) — Chemistry LibreTexts

Чтобы убедиться, что вы понимаете материал этой главы, вам следует проанализировать значения следующих жирным шрифтом терминов в резюме и спросить себя, как они относятся к темам в главе.

Органическая химия — химия соединений углерода, а — неорганическая химия — химия всех других элементов.Атомы углерода могут образовывать стабильные ковалентные связи с другими атомами углерода и с атомами других элементов, и это свойство позволяет образовывать десятки миллионов органических соединений. Углеводороды содержат только атомы водорода и углерода.

Углеводороды, в которых каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами, называются алканами или насыщенными углеводородами . Они имеют общую формулу C n H 2 n + 2 .Любой данный алкан отличается от следующего в ряду единицей CH 2 . Любое семейство соединений, в котором соседние члены отличаются друг от друга определенным фактором, называется гомологической серией .

Атомы углерода в алканах могут образовывать прямые или разветвленные цепи. Два или более соединений, имеющих одинаковую молекулярную формулу, но разные структурные формулы, являются изомерами друг друга. У трех мельчайших алканов нет изомерных форм; начиная с C 4 H 10 , все другие алканы имеют изомерные формы.

Структурная формула показывает все атомы углерода и водорода и то, как они связаны друг с другом. Сводная структурная формула показывает атомы водорода рядом с атомами углерода, к которым они присоединены. Формула линейного угла — это формула, в которой атомы углерода подразумеваются в углах и на концах линий. Подразумевается, что каждый атом углерода присоединен к достаточному количеству атомов водорода, чтобы дать каждому атому углерода четыре связи.

Циклоалканы представляют собой насыщенные углеводороды, молекулы которых представляют собой замкнутые кольца, а не прямые или разветвленные цепи.Кольца ограничивают вращение, поэтому, если есть два неводородных заместителя на разных атомах углерода циклогексана, могут существовать два цис-транс изомеров (или геометрических изомеров) .

Любой углеводород, содержащий двойную или тройную связь, является ненасыщенным углеводородом . Алкены имеют двойную связь углерод-углерод. Общая формула для алкенов с одной двойной связью: C n H 2 n .Двойные связи не могут вращаться, поэтому, если есть один неводородный заместитель на каждом из атомов углерода с двойной связью, могут существовать два цис-транс-изомера. Алкины имеют тройную связь углерод-углерод. Общая формула для алкинов: C n H 2 n -2 .

Физические свойства углеводородов отражают тот факт, что молекулы неполярны. Углеводороды нерастворимы в воде и менее плотны, чем вода. Размер и присутствие полярных функциональных групп могут влиять на растворимость в воде, температуру плавления и температуру кипения органических соединений.Система номенклатуры IUPAC содержит правила наименования органических соединений. Алкильная группа представляет собой единицу, образованную удалением одного атома водорода из алкана.

A функциональная группа представляет собой любой атом или группу атомов, которые придают характерные свойства семейству соединений. Алканы обычно не реагируют с лабораторными кислотами, основаниями, окислителями и восстановителями; они действительно горят в кислороде (претерпевают реакции горения ).Алкены и алкины более реакционноспособны, например, к присоединению галогенами или водой. Карбоксильные функциональные группы представляют собой слабые кислоты, а функциональные группы амина являются слабыми основаниями.

Углерод — Химический состав углерода — органический, химический, живой и соединения

Углерод уникален среди элементов, потому что его атомы могут образовывать бесконечное множество молекул с бесконечным разнообразием размеров, форм и химических свойств.Ни один другой элемент не может сделать это в такой степени, как углерод. В ходе эволюции жизни на Земле Природа всегда была способна «найти» из миллионов доступных углеродных соединений именно то, что могло бы служить практически любой необходимой функции в сложной химии живых существ.

Углеродосодержащие соединения называются органическими соединениями, а изучение их свойств и реакций — органической химией. Название «органические» изначально получили те вещества, которые содержатся в живых организмах — растениях и животных.Как мы теперь знаем, почти все химические вещества в живых существах являются соединениями углерода (очевидными исключениями являются вода и минералов, ), и название органическое в конечном итоге было применено к химии всех углеродных соединений, независимо от того, откуда они пришли. .

До начала девятнадцатого века считалось, что органические вещества содержат сверхъестественную жизненную силу, делающую их особенными, и что они не поддаются химическим экспериментам. Но в 1828 году немецкий химик Фридрих Велер (1800–1882), по-видимому, разрушил таинственный барьер между живыми и неживыми существами.Просто нагревая неорганическое, неживое химическое вещество, называемое цианатом аммония (NH 4 OCN), он преобразовал его в химическое вещество под названием мочевина (H 2 N-CO-NH 2 ), который, как было известно, был продуктом жизнедеятельности с мочой млекопитающих и, следовательно, являлся «органическим» веществом. По словам Велера, он был поражен тем, что смог создать органическое вещество «без пользы для почек, мочевого пузыря или собаки». В эксперименте Велера произошло то, что восемь атомов в молекуле цианата аммония — два атомов азота, , четыре атома водорода, один атом кислорода и один атом углерода — просто перестроились в молекулу, имеющую другую геометрию .На химическом языке две молекулы являются изомерами друг друга.

После Велера химики смело синтезировали (создали искусственно) многие химические соединения, которые раньше наблюдались только у живых существ. Сегодня биохимия — живая химия — является одним из наиболее активных и продуктивных направлений научных исследований. Он научил нас большему, чем можно было вообразить, о процессах жизни.

Химия углерода

Углеродная химия настолько важна, что ей целиком посвящена целая отрасль химии — органическая химия.Количество соединений, содержащих углерод, значительно превосходит все остальные соединения вместе взятые. Этот курс исследует, как рассказать об особой природе углерода, некоторых важных классах соединений, которые он образует, и их наиболее важных реакциях. Это поможет вам помочь вашим ученикам понять, как сложность этих соединений приводит к вариациям в молекулярных структурах и пространственном расположении атомов — теме изомерии — и как мы можем использовать различные методы, чтобы узнать больше об этих структурах.Темы, которые учащиеся традиционно считают сложными, например механизмы реакции, не выбираются в деталях, а ресурсы анализируются, чтобы дать конкретные подходы к помощи учащимся в классе.

После прохождения этого курса вы сможете:

  • уверенно рассказывать о ключевых аспектах химии углерода.
  • помочь студентам понять и представить структуры соединений углерода;
  • уверенно обучает студентов функциональным группам, их основным специфическим реакциям и принципам, которые управляют реакциями с участием углеродных соединений;
  • помочь студентам объяснить факторы, которые приводят к изменению физических свойств углеродных соединений;
  • уверенно обучает органическому синтезу и методам определения структур углеродных соединений.

Загрузите план развития курса, чтобы вести учет вашего обучения и развития.

Бесплатный курс для вошедших в систему пользователей

Этот курс требует, чтобы вы вошли в систему со своим RSC ID для полного доступа.

Органическая химия и исследование форм жизни в виде соединений углерода — видео и стенограмма урока

Почему карбон?

Итак, вы можете спросить: «Почему углерод является таким важным элементом? Почему не неон? Или хлор? Я не хочу отказываться от других элементов — я имею в виду, что неон и хлор — мои друзья, но они не могут делать то, что могу делать я! Во-первых, я могу связать или прикрепить одновременно с четырьмя другими элементами.

Это потому, что у меня четыре валентных электрона , или крайние электроны, наиболее удаленные от центра или ядра атома.

Для достижения стабильности атомам нравится иметь восемь валентных электронов, поэтому я склонен делить четыре других электрона с другим атомом, что дает мне восемь электронов. Итак, я связываю или присоединяюсь к другим атомам посредством ковалентных связей , или связи, образующейся, когда атомы разделяют электроны. Каждый валентный электрон участвует в связывании, поэтому я могу присоединиться к четырем другим атомам одновременно!

Но это еще не все! Помимо связывания с четырьмя разными атомами одновременно, я также довольно особенный из-за того, как я могу связываться.Например, я могу образовывать простые связи и делать что-то вроде метана: присоединяться к четырем атомам водорода. Или я могу сделать более сложную молекулу, связавшись с другими атомами углерода и образуя цепочку.

Я могу образовывать разветвленную цепь, я могу делать двойные и кольцевые, и я даже могу образовывать двойные или тройные связи с другими атомами! Я уверен, что талантлив!

Итак, вы, вероятно, поняли, что я могу связываться со многими различными элементами разными способами, и поэтому я могу создавать миллионы различных органических молекул или молекул, содержащих углерод.

Многие из этих органических молекул важны для вас, даже если вы этого не знаете. Я не только составляю 18% вашего тела, но я также являюсь строительным блоком для множества вещей внутри вас. Я создаю сахар, который дает вам энергию, белок, который делает ваши мышцы, ферменты, которые помогают химическим реакциям протекать быстрее в вашем теле, ДНК внутри ваших клеток, жиры, которые смягчают ваши органы … хорошо, хорошо, Я знаю! Я не могу перестать говорить о себе! Поскольку я являюсь элементом, из которого состоят многие важные части человеческого тела, вы можете начать называть себя углеродной формой жизни.

Отрасли органической химии

Без углерода не было бы жизни на земле, так что да, я — довольно крупная фигура. Но, кроме создания вашего тела, бутылки с водой и бензина для вашей машины, каким еще целям я служу? Что ж, есть несколько областей, в которых используется органическая химия, поэтому давайте быстро рассмотрим некоторые из них, начиная с биотехнологии. Это раздел органической химии, который модифицирует живые организмы для других целей. Например, около 80% папайи, выращиваемых на Гавайях, были генетически модифицированы, чтобы быть устойчивыми к определенному вирусу.Еще есть фармацевтическая отрасль, целью которой является разработка лекарств для лечения и лечения болезней.

До сих пор мы говорили в основном об органической химии и живых организмах, верно? Наверное, я вкратце упомянул бензин и пластик, но это все. Что, если бы я сказал вам, что органическая химия очень важна для многих областей, не связанных с живыми в настоящее время организмами? Например, хотя сырая нефть состоит из крошечных организмов, которые когда-то жили, они определенно не сейчас, что приводит нас к нефтяному полю, где люди пытаются найти, добыть и очистить нефть.Или химическая область, где сырье, такое как нефть, сырая нефть и металлы, превращается в 70 000 продуктов, включая каучуки, пластмассы и текстиль. Видишь, я действительно везде!

Краткое содержание урока

К настоящему времени вы должны знать, что Калли Карбон — это не просто красивое лицо! Я настолько важен, что получил свой собственный раздел химии под названием органическая химия. Давайте рассмотрим некоторые важные термины и идеи.

  • Органическая химия изучает углеродсодержащие молекулы и соединения, которые они образуют.
  • Химики-органики изучают реакции, структуру и состав, свойства и способы получения органических молекул.
  • Углерод является особенным, потому что он может присоединяться к четырем другим атомам, и он может делать это множеством различных способов, от колец до цепочек, двойных или даже тройных связей. Это приводит к появлению множества различных типов органических молекул.
  • Эти органические молекулы составляют строительные блоки для живых существ, поэтому и — это форма жизни на основе углерода.
  • Есть много областей, которые требуют твердого понимания органической химии, от фармацевтики до поиска и добычи нефти.

Так что не забывай меня. Я имею в виду, я повсюду вокруг тебя, и без меня тебя бы не было.

Результаты обучения

Тщательно изученный, этот урок разработан, чтобы подготовить вас к:

  • Запомните определение органической химии
  • Изложите то, что изучали химики-органики
  • Объясните, почему углерод так уникален и важен для жизни
  • Перечислите некоторые области, в которых используется органическая химия.

I — Химия углерода, 1 биотических и абиотических соединений углерода | Изучение органических сред Солнечной системы

  • Несбалансированность наблюдаемых энтантиомеров; и

  • Истощение или обогащение определенных изотопов по отношению к обычно ожидаемому соотношению изотопов.

Однако некоторые абиотические процессы могут имитировать биотические и наоборот, и выводы обязательно будут основаны на нескольких индикаторах и, конечно же, будут вероятностными.

ПРИМЕЧАНИЯ

1. B.R.T. Симонейт и Дж. К. Фетцер, «Полициклические ароматические углеводороды с высокой молекулярной массой в гидротермальных нефтях Калифорнийского залива и северо-востока Тихого океана», Organic Geochemistry 24: 1065-1077, 1996.

2. А.И. Рушди и Б.Р.Т. Симонейт, «Абиотический конденсационный синтез глицеридных липидов и восковых эфиров в смоделированных гидротермальных условиях», Origins of Life and Evolution of Biospheres 36: 93-108, 2006.

3. См., Например, B.R.T. Симонейт, «Биомаркеры (молекулярные окаменелости) как геохимические индикаторы жизни», Advances in Space Research 33: 1255-1261, 2004.

4. А.И. Рушди и Б.Р.Т. Симонейт, «Образование липидов с помощью синтеза типа Фишера-Тропша в воде в диапазоне температур 100–400 ° C», Происхождение жизни и эволюция биосферы, 31: 103–118, 2001.

5. А.И. Рушди и Б.Р.Т. Симонейт, «Реакции конденсации и образование амидов, сложных эфиров и нитрилов в гидротермальных условиях», Astrobiology 4: 211-224, 2004.

6. А.И. Рушди и Б.Р.Т. Симонейт, «Абиотический конденсационный синтез глицеридных липидов и восковых эфиров в смоделированных гидротермальных условиях», Origins of Life and Evolution of Biospheres 36: 93-108, 2006.

7. B.R.T. Симонейт, «Биомаркеры (молекулярные окаменелости) как геохимические индикаторы жизни», Advances in Space Research 33: 1255-1261, 2004.

8. См., Например, B.R.T. Симонейт, «Биомаркеры (молекулярные окаменелости) как геохимические индикаторы жизни», Advances in Space Research 33: 1255-1261, 2004.

9. Роджер Саммонс, Департамент наук о Земле, атмосфере и планетах, Массачусетский технологический институт, «Молекулярные биосигнатуры: реальные и потенциальные биомаркеры, аналитические инновации, метеориты и Марс», презентация для Комитета по происхождению и эволюции жизни , 25 января 2006 г., Центр Бекмана, Ирвин, Калифорния.

10. Summons, «Молекулярные биосигнатуры», презентация 25 января 2006 г.

11. См., Например, B.R.T. Симонейт, «Биомаркеры (молекулярные окаменелости) как геохимические индикаторы жизни», Advances in Space Research 33: 1255-1261, 2004.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.