Wprowadzenie do świata chemii organicznej
Początki chemii organicznej
Historia chemii organicznej sięga połowy XVIII w., bowiem w 1770 r. szwedzki chemik Torbern Bergman zauważył różnice między substancjami otrzymywanymi z minerałów i substancjami pochodzącymi z organizmów żywych. Związki powstałe z organizmów żywych były trudne do wydzielenia, a także oczyszczenia. Bardzo szybko dochodziło także do ich rozpadu.
W tamtym czasie wielu chemików było zwolennikami teorii witalistycznej. Przyczyną różnic między substancjami nieorganicznymi a organicznymi uważano niematerialne indywidua zwane „siłami życiowymi”. Dlatego twierdzono, że związków organicznych nie można syntezować w laboratorium. Jednak w 1828 r. teoria witalistyczna została podważona przez Friedricha Wöhlera. Odkrył on, że możliwe jest przekształcenie cyjanianu amonu (nieorganicznej soli) w mocznik (związek organiczny). W ten sposób obalony został pogląd, że związki organiczne mogą być wytwarzane wyłącznie przez organizmy żywe dzięki ich sile witalnej (łac. vis vitalis). Stosowany często podział chemii, na nieorganiczną i organiczną, ma zatem podłoże historyczne. Obecnie, pomiędzy tymi dwoma dziedzinami nie istnieje wyraźna i ostra granica. Podział ten stosowany jest jednak po dzień dzisiejszy.
Uproszczony podział wiedzy chemicznej na poszczególne jej dziedziny przedstawiono na poniższym wykresie.
- Nazwa kategorii: CHEMIA
- Nazwa kategorii: NIEORGANICZNA
- Nazwa kategorii: tlenki
- Nazwa kategorii: wodorotlenki
- Nazwa kategorii: kwasy
- Nazwa kategorii: sole
- Nazwa kategorii: wodorki
- Nazwa kategorii: inne (np. nadtlenki, azotki, węgliki) Koniec elementów należących do kategorii NIEORGANICZNA
- Nazwa kategorii: ORGANICZNA
- Nazwa kategorii: węglowodory
- Nazwa kategorii: nasycone
- Nazwa kategorii: alkany Koniec elementów należących do kategorii nasycone
- Nazwa kategorii: nienasycone
- Nazwa kategorii: alkeny
- Nazwa kategorii: alkiny Koniec elementów należących do kategorii nienasycone
- Nazwa kategorii: pochodne węglowodorów
- Nazwa kategorii: jednofunkcyjne
- Nazwa kategorii: alkohole
- Nazwa kategorii: aminy
- Nazwa kategorii: kwasy karboksylowe
- Nazwa kategorii: estry (w tym tłuszcze)
- Nazwa kategorii: inne (np. aldehydy, ketony) Koniec elementów należących do kategorii pochodne węglowodorów
- Nazwa kategorii: wielofunkcyjne
- Nazwa kategorii: aminokwasy
- Nazwa kategorii: cukry
- Nazwa kategorii: białka
- Nazwa kategorii: inne (np. hydroksykwasy) Koniec elementów należących do kategorii wielofunkcyjne
- Elementy należące do kategorii CHEMIA
- Elementy należące do kategorii NIEORGANICZNA
- Elementy należące do kategorii ORGANICZNA
- Elementy należące do kategorii węglowodory
- Elementy należące do kategorii nasycone
- Elementy należące do kategorii nienasycone
- Elementy należące do kategorii pochodne węglowodorów
- Elementy należące do kategorii wielofunkcyjne
Na mapie myśli ukazano podział wiedzy z zakresu chemii organicznej i nieorganicznej. W skład chemii organicznej wchodzą węglowodory, pochodne węglowodorów oraz wielofunkcyjne. Węglowodory dzieli się na nasycone (alkany) oraz nienasycone (alkeny i alkiny). Pochodne węglowodorów to aminy, alkohole, kwasy karboksylowe, estry (w tym tłuszcze), jednofunkcyjne oraz inne, np. aldehydy i ketony. Wielofunkcyjne to cukry, aminokwasy, białka i inne np. hydroksykwasy. W skład chemii nieorganicznej wchodzą wodorotlenki, kwasy, sole, wodorki, tlenki oraz inne, np. nadtlenki, azotki i węgliki.
Dzisiejsza chemia organiczna jest nauką o ściśle określonych regułach. Związki organiczne wyróżniają się tym, że każdy z nich zawiera atom węgla, ale mogą zawierać także atomy innych pierwiastków: wodoru, azotu, tlenu, fosforu, chloru, siarki itd.
Związki organiczne
Termin „związki organiczne” obejmuje prawie wszystkie związki węgla, oprócz tlenków oraz związków zawierających aniony węglanowe lub cyjankowe które zalicza się do związków nieorganicznych. Związki organiczne są wyróżniane ze względu na ich znaczną liczbę, wielokrotnie przekraczającą liczbę związków nieorganicznych, a także z powodu ich charakterystycznych cech budowy i właściwości.
Sprawdź z jakich atomów zbudowane są substancje pochodzenia organicznego. W tym celu wykonaj doświadczenie. Wybierz hipotezę, napisz obserwacje oraz sformułuj odpowiedni wniosek.
Czy wiesz, w jaki sposób można sprawdzić z jakich atomów zbudowane są substancje pochodzenia organicznego? W tym celu wykonano doświadczenie.
Problem badawczy: Jaki jest skład chemiczny substancji organicznych?
Hipoteza: Substancje pochodzenia organicznego są zbudowane m.in. z węgla, wodoru i tlenu.
Co było potrzebne:
probówka;
statyw;
łapa;
palnik;
ziarna ryżu;
kawałek chleba;
pokrojony ziemniak lub inne warzywo.
Przebieg doświadczenia:
Do suchej probówki, zamocowanej do statywu łapą, włożono jeden z wybranych produktów spożywczych: kilka ziarenek ryżu, kawałek chleba, ziemniaka lub innego warzywa. Zawartość probówki ogrzewano w płomieniu palnika.
Obserwacje: Badany materiał zmienił zabarwienie na czarne, a na ściankach probówki pojawiły się krople bezbarwnej cieczy.
Wniosek: Badany materiał uległ zwęgleniu – w wyniku ogrzewania powstał pierwiastkowy węgiel. Bezbarwna ciecz to woda, czyli tlenek wodoru. Na podstawie tych obserwacji można stwierdzić, że badane substancje pochodzenia organicznego są zbudowane głównie z atomów węgla, tlenu i wodoru.
Napisz, jakich zasad BHP należy przestrzegać podczas wykonywania takiego doświadczenia?
Atomy węgla posiadają unikalną łączenia się ze sobą i tworzenia łańcuchów oraz pierścieni o praktycznie nieograniczonym stopniu komplikacji i liczbie atomów węgla. W związkach chemicznych atomy węgla są czterowiązalne (tworzą cztery wiązania chemiczne – cztery wspólne pary elektronowe z innymi atomami). Trwałe związki organiczne nie posiadają wolnych par elektronowych na atomach węgla.