Вещества неорганические и органические. Состав органических веществ, особенности их свойств

При изучении неорганических веществ было установлено их многообразие. Действительно, все элементы периодической системы способны к взаимному соединению в самых различных сочетаниях. При этом образуются как простые, так и сложные вещества. Для многих простых веществ известны их аллотропные формы существования: углерод — в форме графита и алмаза и т.д. В настоящее время известно около 400 аллотропных видоизменений простых веществ. Многообразие сложных веществ обусловлено их различным качественным и количественным составом. Например, известно для азота пять форм оксидов: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5; для водорода две формы: Н2О и Н2О2 и др. С точки зрения теории строения атома количественный состав неорганических соединений определяется количеством электронов в электронной оболочке атома и количеством протонов и нейтронов в атомном ядре. Так, установлено существование разновидностей атомов химических элементов, ядра которых при одном и том же заряде обладают различной массой. Такие разновидности атомов названы изотопами. Например, для атомов калия известны три изотопные разновидности: 3919K; 4019K; 4119K. Итак, явления аллотропии и изотопии служат формами проявления многообразия неорганических соединений. Органических веществ в настоящее время описано около двух миллионов, и ежегодно ученые-химики всего мира синтезируют около 30000 новых веществ, в то время как неорганических веществ насчитывается несколько сотен тысяч. В этой связи возникает вопрос: как объяснить такое многообразие органических веществ?

Объясняется это следующим. Так как в состав молекул органических веществ в качестве обязательного элемента входит углерод, то, очевидно, он и определяет многообразие, свойства и особенности органических веществ. Углерод в периодической системе занимает положение между типичными металлами и неметаллами. Как по отношению к кислороду, так и к водороду он одинаково четырехвалентен. Его атомы способны соединяться с атомами большого числа других химических элементов. Кроме того, атомы углерода способны к взаимному соединению с образованием линейных, разветвленных и кольчатых цепочек, например:   При этом углеродные атомы связываются друг с другом с помощью простых (одинарных), двойных и тройных химических связей, например:   Химические связи в молекулах органических соединений преимущественно ковалентные. В состав молекул органических соединений входит водород, связь которого с атомом углерода ковалентна, а также кислород, азот, сера и другие элементы. Атомы водорода, непосредственно связанные с атомом углерода С—Н, менее реакционноспособны, чем связанные с кислородом или азотом: О—Н, N—Н и др. Поэтому химические превращения органических соединений в сравнении с неорганическими протекают значительно медленнее. Углеродистые соединения обильно распространены в окружающей нас природе. Они входят в состав растительного и животного мира, а значит, обеспечивают одежду, обувь, топливо, лекарство, пищу, красители и др. Повседневный опыт показывает, что почти все органические вещества, например растительные масла, животные жиры, ткани, древесина, бумага, природные газы и др., не выдерживают повышенных температур и относительно легко разлагаются или горят, в то время как большинство неорганических веществ не горят, выдерживают высокие температуры без разложения. Таким образом, органические вещества менее прочны, чем неорганические. Однако, несмотря на различие в свойствах органических и неорганических соединений, резкой грани между ними не существует. Ярким примером является первый в истории органической химии синтез органических веществ из неорганических. В 1828 году немецкому химику Ф. Вёлеру удалось искусственно получить мочевину. Исходным веществом при этом была неорганическая соль — цианид калия, при окислении которого образуется цианат калия: KCN+О=KOCN Обменным разложением KOCN с сульфатом аммония получается цианат аммония, который при нагревании превращается в мочевину:   В 1842 г. русский ученый Н. Н. Зинин синтезировал анилин, который получали раньше только из природного красителя. В 1854 г. французский ученый Бертло получил вещество, сходное с жирами, а в 1861 г. выдающийся русский химик А. М. Бутлеров — сахаристое вещество.

Билет№13

Подавляющее большинство (93 из 117) известных в настоящее время химических элементов относится к металлам. Атомы различных металлов имеют много общего в строении, а образуемые ими простые и сложные вещества имеют схожие свойства (физические и химические).

Положение в периодической системе и строение атомов металлов.

В периодической системе металлы располагаются левее и ниже условной ломаной линии, проходящей от бора к астату (см. таблицу ниже). К металлам относятся почти все s-элементы (за исключением Н, Не), примерно половина р-элементов, все d- и f-элементы (лантаниды и актиниды).

У большинства атомов металлов на внешнем энергетическом уровне содержится небольшое число (до 3) электронов, только у некоторых атомов р-элементов (Sn, Pb, Bi, Ро) их больше (от четырех до шести). Валентные электроны атомов металлов слабо (по сравнению с атомами неметаллов) связаны с ядром. Поэтому атомы металлов относительно легко отдают эти электроны другим атомам, выступая в химических реакциях только в качестве восстановителей и превращаясь при этом в положительно заряженные катионы:

Me — пе^– = Меⁿ⁺.

В отличие от неметаллов для атомов металлов характерны только положительные степени окисления от +1 до +8.

Легкость, с которой атомы металла отдают свои валентные электроны другим атомам, характеризует восстановительную активность данного металла. Чем легче атом металла отдает свои электроны, тем он более сильный восстановитель. Если расположить в ряд металлы в порядке уменьшения их восстановительной способности в водных растворах, мы получим известный нам вытеснительный ряд металлов, который называется также электрохимическим рядом напряжений (илирядом активности) металлов (см. таблицу ниже).

Распространенность металлов в природе.

В первую тройку наиболее распространенных в земной коре (это поверхностный слой нашей планеты толщиной примерно 16 км) металлов входят алюминий, железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.

железо и кальций. Менее распространены натрий, калий, магний. В таблице ниже приведены массовые доли некоторых металлов в земной коре.