17 Элементы органической химии. Полимеры

17.1 Особенности, теория химического строения и классификация органических соединений

Соединения углерода (кроме наиболее простых) получили название органических. Это либо природные, либо искусственно полученные вещества. Изучением свойств и превращений органических соединений занимается органическая химия. В настоящей главе рассматривается лишь небольшая часть органических соединений, имеющих важное значение в технике.

17.1.1 Особенности органических соединений

Органические соединения очень многочисленны и разнообразны, их число превышает 4 млн. Разнообразие органических соединений в значительной мере обусловлено способностью атомов углерода образовывать ковалентные связи друг с другом. Вследствие высокой прочности связей углерод - углерод образуются цепи, состоящие из большого числа углеродных атомов. Цепи могут быть как открытыми, так и замкнутыми (циклы). Углерод взаимодействует со многими другими атомами. С водородом углерод образует соединения, называемые углеводородами. Разнообразие органических соединений также обусловлено явлением изомерии, которое заключается в существование веществ одинаковых по составу и молекулярной массе, но различных по структуре и пространственному расположению атомов.

К особенностям органических соединений можно также отнести существование гомологических рядов, у которых каждый последующий член может быть произведён от предыдущего добавлением одной определённой для данного ряда группы атомов. Например, в гомологическом ряду предельных углеводородов такой группой является CH2. Гомологический ряд характеризуется общей формулой, например, CnH2n+2 для предельных углеводородов. В то же время происходит закономерное изменение физических свойств элементов по мере увеличения числа групп.

Для большинства органических соединений характерна относительно невысокая скорость химических взаимодействий при обычных условиях. Это обусловлено высокой прочностью ковалентной связи углерод – углерод и углерода с другими атомами и относительно малой разностью энергии связи углерода с различными атомами:

Связь ……………………………………….. С-Н С-С С-Сl C-N C-S

Энергия связи, кДж ………………………. 415 356 327 293 259

Разность электроотрицательностей ……… 0,4 0,0 0,5 0,5 0,0

В ряду значений электроотрицательности углерод занимает промежуточное положение между типичными окислителями и восстановителями, поэтому разность электроотрицательностей углерода с многими другими атомами относительно невелика. В силу этого химические связи в органических соединениях, как правило, малополярны. Большинство органических соединений не способно к электролитической диссоциации.

Температура плавления большинства органических соединений относительна невысокая (до 100 - 200).При высокой температуре они сгорают на воздухе в основном до оксида углерода и паров воды.

17.1.2 Теория химического строения органических соединений А.М.Бутлерова В 1861 году А.М.Бутлеров сформулировал основные положения теории химического строения.

1. Атомы в органической молекуле соединяются между собой в определенном порядке в соответствии с их валентностью, что и обуславливает химическое строение молекул.

2. Молекулы с одинаковым составом могут иметь разное химическое строение и соответственно обладать различными свойствами. Такие молекулы называют изомерами. Для данной эмпирической формулы можно вывести определенное число теоретически возможных изомеров.

3. Атомы в молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга, т.е. свойства атома могут изменяться в зависимости от природы других атомов соединения. Следует отметить, что взаимное влияние испытывают не только связанные атомы, но и непосредственно не связанные друг с другом.

4. Каждое органическое соединение имеет лишь одну химическую формулу.

Таким образом, свойства любого вещества могут быть описаны, если известны его химический состав, химическое строение и взаимное влияние атомов. Теория А.М.Бутлерова позволила объяснить особенности свойств органических соединений, в частности явления изомерии.