Органические вещества и их свойства¶

Органические вещества — класс химических соединений, в состав которых, как правило, входит углерод, связанный с водородом, кислородом, азотом, серой, фосфором и другими элементами. К ним относят углеводороды и их производные — спирты, кислоты, эфиры, амины, белки, жиры, углеводы и множество других групп. Насчитывается несколько десятков миллионов известных органических соединений, что многократно превышает число неорганических.

¶Отличительные признаки

Основой органических молекул служит углерод, способный образовывать устойчивые цепи и кольца практически неограниченной длины. Именно это свойство — способность атомов углерода соединяться друг с другом — объясняет многообразие органических веществ. Характерные особенности:

• обязательное присутствие углерода (за исключением простейших соединений — оксидов углерода, карбонатов, цианидов, которые традиционно относят к неорганическим);
• преимущественно ковалентные связи между атомами;
• сравнительно невысокие температуры плавления и кипения;
• горючесть и разложение при нагревании;
• способность к образованию изомеров — веществ одинакового состава, но разного строения.

¶История изучения

Долгое время считалось, что органические вещества образуются только в живых организмах под действием «жизненной силы». Это учение — витализм — господствовало до XIX века. В 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер синтезировал мочевину из неорганического цианата аммония, что нанесло удар по витализму. Позднее были получены уксусная кислота, жиры и сахара из неорганических исходных веществ. К концу XIX века стало ясно, что деление на органические и неорганические вещества условно и отражает прежде всего химию соединений углерода.

Существенный вклад в изучение органических веществ внесли российские учёные. Александр Бутлеров создал теорию химического строения, объяснившую свойства веществ их структурой. Николай Зелинский разработал методы получения углеводородов и изучения белков, а Владимир Марковников установил закономерности реакций присоединения.

¶Классификация

Органические вещества классифицируют по строению углеродного скелета и по функциональным группам.

¶По строению скелета

• Ациклические (алифатические) — с открытой цепью углеродных атомов: метан, этан, жирные кислоты.
• Циклические — с замкнутыми циклами. Среди них выделяют карбоциклические (бензол, нафталин) и гетероциклические, содержащие в кольце атомы других элементов (пиридин, фуран).

¶По функциональным группам

Отдельно выделяют высокомолекулярные соединения — полимеры, к которым относятся белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, синтетические каучуки и пластмассы.

¶Значение для живых организмов

Органические вещества составляют основу всех живых систем. Белки выполняют каталитическую, структурную и транспортную функции, нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию, углеводы служат источником энергии, липиды образуют мембраны и запасают энергию. Обмен органических веществ — метаболизм — лежит в основе жизнедеятельности.

¶Применение

Органические соединения широко используются в промышленности и быту:

• топливо — нефть, природный газ, бензин, дизельное топливо;
• полимеры — пластмассы, волокна, резины;
• лекарственные препараты и витамины;
• пищевые добавки, красители, ароматизаторы;
• удобрения и средства защиты растений;
• растворители, лаки, клеи.

Нефтехимическая и химическая промышленность России выпускает широкий спектр органических продуктов — от моторных топлив до синтетических смол и волокон.

¶Круговорот в природе

Органические вещества постоянно участвуют в круговороте. Растения синтезируют их из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза. Животные и грибы потребляют готовые органические соединения, разлагая их в ходе дыхания и пищеварения. Редуценты — бактерии и грибы — возвращают углерод в атмосферу, замыкая цикл.

¶Методы исследования

Для изучения строения органических веществ применяют спектроскопию (инфракрасную, ядерного магнитного резонанса), масс-спектрометрию, хроматографию и рентгеноструктурный анализ. Эти методы позволяют установить состав, строение и свойства соединений без их разрушения.

¶Интересные факты

• Число известных органических соединений превышает 200 миллионов и продолжает расти.
• Углерод образует больше соединений, чем все остальные элементы вместе взятые.
• Некоторые органические вещества, например бензол и формальдегид, токсичны и канцерогенны, что требует осторожного обращения.
• Органический синтез позволяет получать вещества, не встречающиеся в природе, — антибиотики, пластмассы, синтетические волокна.

Источники: учебники органической химии, энциклопедические словари по химии, материалы по истории химической науки.