1. Визначення поняття В«Органічна хіміяВ»
З усього різноманіття хімічних сполук велика частина(Понад чотири мільйони) містить вуглець. Майже всі вони відносяться доорганічним речовинам. Органічні сполуки зустрічаються в природі, наприкладвуглеводи, білки, вітаміни, вони відіграють важливу роль у життєдіяльності тварині рослин. Багато органічні речовини та їх суміші (пластмаси, каучук, нафту,природний газ та інші) мають велике значення для розвитку народного господарствакраїни.
Хімія сполук вуглецю називається органічною хімією.Так визначив предмет органічної хімії великий російський хімік-органік А.М.Бутлеров. Однак не всі сполуки вуглецю прийнято відносити до органічних.Такі найпростіші речовини, як оксид вуглецю (II) СО, діоксид вуглецю СО2,вугільна кислота Н2СО3 і її солі, наприклад, СаСО3, К2СО3, відносять донеорганічним сполукам. До складу органічних речовин крім вуглецю можутьвходити й інші елементи. Найбільш часто - це водень, галогени, кисень,азот, сірка і фосфор. Існують також органічні, речовини, що містять іншіелементи, в тому числі метали.
2. Будова атома вуглецю (С), структура йогоелектронної оболонки
2.1 Значення атома вуглецю (С) в хімічному будову органічнихз'єднань
ВУГЛЕЦЬ (лат. Carboneum), С, хімічний елемент підгрупиIVa періодичної системи, атомний номер 6, атомна маса 12,0107, відноситься донеметаллам. Природний вуглець складається з двох стабільних нук лідів - 12С(98,892% по масі) і 13С (1,108%) і одного нестабільного - С з періодомнапіврозпаду 5730 років.
Поширеність у природі. На частку вуглецю припадає0,48% від маси земної кори, в якій він за змістом займає серед іншихелементів 17-е місце. Основні вуглець-вміщуючі породи - природні карбонати(Вапняки і доломіт); кількість вуглецю в них складає близько 9,610 т.
У вільному стані вуглець зустрічається в природі у виглядігорючих копалин, а також у вигляді мінералів - алмазу і графіту. Близько 1013 твуглецю зосереджено в таких горючих копалин, як кам'яне і буре вугілля,торф, сланці, бітуми, що утворюють потужні скупчення в надрах Землі, а також уприродних горючих газах. Алмази надзвичайно рідкісні. Навіть алмазоносних породи(Кімберліту) містять не більше 9-10% алмазів масою, як правило, не більше 0,4м. Знайденим великим алмазам зазвичай привласнюють особливу назву. Найбільшийалмаз В«КуллінанВ» вагою 621,2 г (3106 карат) був знайдений у Південній Африці(Трансвааль) в 1905 р., а найбільший російський алмаз В«ОрлівВ» вагою 37,92 г(190 карат)-в Сибіру в середині 17 ст.
Чорно-сірий непрозорий жирний на дотик з металевимблиском графіт являє собою скупчення плоских полімерних молекул затомів вуглецю, неміцно нашарованих один на одного. При цьому атоми всередині шарупов'язані між собою сильніше, ніж атоми між шарами.
Інша справа алмаз. У його безбарвному, прозорому і сильнозаломлюють світло кристалі кожен атом вуглецю пов'язаний хімічними зв'язками зчотирма такими ж атомами, розташованими у вершинах тетраедра. Все зв'язкуоднакові по довжині і дуже міцні. Вони утворюють в просторі безперервнийтривимірний каркас. Весь кристал алмазу являє собою як би однугігантську полімерну молекулу, яка не має В«слабкихВ» місць, тому міцність всіхзв'язків однакова.
Щільність алмазу при 20 В° Сдорівнює 3,51 г/см 3 , графіту - 2,26 г/см 3 . Фізичнівластивості алмазу (твердість, електропровідність, коефіцієнт термічногорозширення) практично однакові в усіх напрямках; він є самимтвердим з усіх знайдених в природі речовин. У графіті ж ці властивості порізними напрямками - перпендикулярно або паралельно верствам атомів вуглецю- Сильно різняться: при невеликих бічних зусиллях паралельні шари графітузсуваються один щодо одного і він розшаровується на окремі лусочки,залишають слід на папері. По електричних властивостях алмаз - діелектрик,графіт ж проводить електричний струм.
Алмаз при нагріванні без доступу повітря вище 1000 В° Сперетворюється на графіт. Графіт при постійному нагріванні в тих же умовах незмінюється аж до 3000 В° С, коли він переганяється без плавлення. Прямий перехідграфіту в алмаз відбувається тільки при температурі вище 3000 В° С і величезномутиску - близько 12 ГПа.
Третя алотропна модифікація вуглецю-карбін - отриманаштучно. Це дрібнокристалічний чорний порошок; в його структурі довгіланцюжка атомів вуглецю розташовані паралельно один одному. Кожна ланцюжок маєбудову (-С = С) Л або (= С = С =) Л . Щільність карбін середняміж графітом і алмазом -2,68-3,30 г/см 3 . Одна з найважливішихособливостей карбін - його сумісність з тканинами людського організму, щодозволяє застосовувати його, наприклад, при виготовленні не-відторгнених організмомштучних кровоносних судин (рис. 1).
Рис. 1
Назву свою фулерени отримали не в честь хіміка, а поімені американського архітектора Р. Фуллера, який запропонував будувати ангари іінші споруди у вигляді куполів, поверхня яких утворюють п'яти-ішестикутники (такий купол побудований, наприклад, московському парку В«СокольникиВ»).
Для карбону характерне також стан з неврегульованоюструктурою - це т. зв. аморфний вуглець (сажа, кокс, деревне вугілля) рис. 2.Отримання вуглецю (С):
Рис. 2
2.2 Значення атома вуглецю (С) вхімічному будову органічних сполук
Більшість оточуючих нас речовин - органічніз'єднання. Це тканини тварин і рослин, наша їжа, ліки, одяг(Бавовняні, вовняні та синтетичні волокна), паливо (нафта іприродний газ), гума та пластмаси, миючі засоби. В даний часвідомо більше 10 мільйонів таких речовин, і число їх щороку значнозростає завдяки тому, що вчені виділяють невідомі речовини зприродних об'єктів і створюють нові, не існуючі в природі сполуки.
Таке різноманіття органічних сполук пов'язане зунікальною особливістю атомів вуглецю утворювати міцні ковалентні зв'язки,як між собою, так і з іншими атомами. Атоми вуглецю, з'єднуючись один зодним як простими, так і кратними зв'язками, можуть утворювати ланцюжкипрактично будь-якої довжини і цикли. Велика розмаїтість органічних сполукпов'язано також з існуванням явища ізомерії.
Майже всі органічні сполуки містять також водень,часто до їх складу входять атоми кисню, азоту, рідше - сірки, фосфору,галогенів. Сполуки, що містять атоми будь-яких елементів (за винятком О, N, S і галогенів), безпосередньопов'язані з вуглецем, об'єднані під назвою елементоорганіческіез'єднання; основну групу таких з'єднань складають металоорганічніз'єднання (рис. 3).
Рис. 3
Величезне число органічних сполук вимагає їх чіткоїкласифікації. Основу органічної сполуки становить скелет молекули.Скелет може мати відкриту (незамкнутую) структуру, тоді з'єднання називаютьациклічним (аліфатичних; аліфатичні сполуки називають також сполукамижирного ряду, тому вони вперше були виділені з жирів), і замкнуту структуру,тоді його називають циклічним. Скелет може бути вуглецевим (складатися тількиз атомів вуглецю) або містити інші, відмінні від вуглецю атоми - т. зв.гетероатоми, найчастіше кисень, азот і сірку. Циклічні сполукипідрозділяють на карбоцікліче-ські (вуглецеві), які можуть бутиароматичними та аліциклічні (містять один або кілька циклів), ігетероциклічні.
Атоми водню і галогенів в скелет не входять, а гетероатомивходять в скелет лише в тому випадку, якщо вони мають, щонайменше, дві зв'язку звуглецем. Так, в етиловому спирті СН3СН2ОН атом кисню не включений в скелетмолекули, а в диметиловому ефірі СН3ОСН3 включений в нього.
Крім того, ациклічний скелет може бути нерозгалуженим(Всі атоми розташовані в один ряд) і розгалуженим. Іноді нерозгалужений скелетназивають лінійним, однак слід пам'ятати, що структурні формули, якими минайчастіше користуємося, передають лише порядок зв'язку, а не реальне розташуванняатомів. Так, В«лінійнаВ» вуглецева ланцюг має зигзагоподібну форму і можезакручуватися в п...
