Каталожница

Объявление

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Каталожница » Ароматерапия » Химические элементы в органической химии.


Химические элементы в органической химии.

Сообщений 1 страница 12 из 12

1

Я так думаю, что стоит по ним чуток пробежаться. Это не так сложно, но позволяет понимать структурные формулы, которые часто приводятся в описаниях.
Нашла очень хорошую ссылочку на примитивное объяснение терминов в химии.
Решила, что ей самое место в начале темы.

Нам нужно разобраться сначала в базовых элементах органической химии - углероде, водороде, кислороде.

Вообщем, начнем сначала - с таблици Менделеева:

http://www.point.ru/story_publications/5171/photos/tabliza.jpg?1173860420

Она представлена периодами ( горизонтальными) и группами ( вертикальными).
У каждого элемента есть номер, который примерно соответствует атомной массе.
В таблице только атомы представлены, не молекулы. Молекула может состоять из нескольких атомов.

Простейший - водород. Имеет один электрон - отрицательно заряженный. В целом атом нейтрален за счет того, что у него ядро положительное. В ядре содержатся и положительные - протоны и нейтральные частицы.

Итак, ядро - положительное, электрон отрицательный. По идее должен электрон прилипнуть к ядру. Нет, не прилипает, потому что движется с офигительное скоростью. Это тоже можно обосновать, разложить по силам и окончательно запудрить вам мозги, но не буду.
Как удается сохранить в атоме относительный покой и порядок?
Оказывается, электроны в ядре располагаются не как попало, а слоями - энергетическими уровнями. Эти уровни, как этажи в доме - первый, второй, третий и так далее. Это есть периоды  (горизонтальные).
Но вот количество атомов на каждом уровне ( периоде ) уже можно узнать по группе.
Вообщем, водород - простейший элемент стоит в первой групп, значит, у него только один электрон вращается. Дальше в том же периоде гелий. У него два электрона.
Все. Первый период закончился.
Дальше второй. Третий электрон у лития идет уже на следующий уровень.

Электронные облака - траектории имеют определенную форму.
Сферическую атомную орбиталь ученые договорились называть s-орбиталью. Она самая устойчивая и располагается довольно близко к ядру или спином http://www.alhimik.ru/teleclass/pictures/orbit01.gif
Их ( спина) по два на каждом уровне и они находятся в самом начале. У первых двух атомов в периоде на внешнем уровне начинают появляться именно спины.
Получается, что у водорода - один спин, у гелия два спина, которые движутся в разных направлениях, чтобы не столкнуться.
У лития два спина на первом уровне и один на втором, дальше у бериллия по два спина на двух уровнях.
А вот у бора появляется уже дргое электронное облако.

Чем больше энергия электрона в атоме, тем быстрее он вращается, тем сильнее вытягивается область его пребывания и наконец превращается в гантелеобразную p-орбиталь http://www.alhimik.ru/teleclass/pictures/orbit2.gif

Электронное облако такой формы может занимать в атоме три положения вдоль осей координат пространства x, y и z. Это легко объяснимо: ведь все электроны заряжены отрицательно, поэтому электронные облака взаимно отталкиваются и стремятся разместиться как можно дальше друг от друга.
http://www.alhimik.ru/teleclass/pictures/orbit3.gif

Вот дальше накопление электронов идет по этим орбиталям. Снаячала заполняются по одному каждая орбиталь, затем еще по одному - в противоположную сторону.
Итак три периода, просто на каждом свои уровни, а формы орбиталей электронов вот такие одинаковые,  в соответствии с группами.
Дальше появятся другие формы облаков, появляются еще предвнешние уровни, но оно нам не нужно. Это уже больше металлов касается.
А углерод, водород, кислород укладываются в эту информацию.

Пока хватит, потом продолжу. Кому интересно могут здесь почитать.

Вот так вот! А вы что думали! Игрушки что ли играть! Все в ликбез!

Отредактировано Левзея (16.01.2009 16:17:18)

2

Левзея написал(а):

Вот так вот!

:cool: ты рассказываешь гораздо интереснее, чем написано в учебнике! А главное - понятнее!

Отредактировано Virtuale (16.01.2009 11:15:09)

3

Как интересно! С удовольствием почитала
Левзея, спасибо!

4

Углерод

Итак, согласно таблице Менделеева, у углерода шесть электронов. Они по идее должны двигаться по таким орбитам: два спина на первом уровне, два спина на втором уровне и две гантели на втором уровне, но здесь происходит перекраивание электронны облаков, так называемая sp-гибритизация.

При этом все облака на внешнем - втором электронном уровне принимают общую форму, деформируются вот в такую форму:
http://www.krugosvet.ru/articles/113/1011313/thumb/1313_205.jpg

Это происходит в том случае, когда  атом   углерода  участвует в  образовании  соединений с другими элементами. Вся конструкция оказывается как бы вписанной в правильный тетраэдр – призма, собранная из правильных треугольников.  При  этом орбитали-гибриды располагаются вдоль осей такого тетраэдра, угол между любыми двумя осями – 109°. Четыре валентных электрона  углерода  располагаются на этих гибридных орбиталях:
http://www.krugosvet.ru/articles/113/1011313/thumb/1313_215.jpg или вот так лучше видно:http://www.krugosvet.ru/articles/113/1011313/thumb/1313_209.jpg

Из-за вот этой способности гибритизироваться электронным облакам углерод и занял главенствующее место в органике.

Углерод  выделяется среди всех элементов тем, что его атомы могут связываться друг с другом в длинные цепи или циклы. Именно это свойство позволяет  углероду  образовывать миллионы соединений, изучению которых посвящена целая область —  органическая   химия .

Это пока может быть непонятно, потом расшифрую в типах связей.

Несколько причин обусловили проявление  углеродом  выше отмеченных свойств. Доказано, что энергия связи (прочность связи) С—С сопоставима с прочностью связей С—О.  Углерод  обладает возможностью проявлять не одну, а целых три разновидности гибридизации орбиталей: в случае sр3-гибридизации образуются четыре гибридных орбитали, имеющие тетраэдрическую ориентацию; с их помощью образуются простые ковалентные связи; в случае связи; в случае sp2-гибридизации образуются три гибридные орбитали, ориентированные в одной плоскости, и с их помощью образуются двойные кратные связи; наконец, с помощью двух sp-гибридизованных орбиталей, имеющих линейную ориентацию, между атомами  углерода  возникают тройные кратные связи. Сейчас хорошо известно, что атомы  углерода  способны образовывать простые, двойные и тройные связи не только друг с другом, но также и с другими элементами.

Отредактировано Левзея (16.01.2009 11:55:20)

5

Virtuale написал(а):

ты рассказываешь гораздо интереснее, чем написано в учебнике! А главное - понятнее!

Очень хорошо, что понятно. Спасибо за комплимент. Но ведь это уже на дитенке отработано. Мы вот так маленькими шажками осваивали все эти премудрости.

6

Кислород. Водород

Ну про водород уже все понятно, у него  атом только с одним электроном, который движется по траектории электронного облака в форме спина.

Кислород имеет в своем арсенале 8 электронов.
Два из них, как договорились, находятся на первом уровне - это спины, которые движутся по одной и той же орбите, но в разных направлениях.
Два других находятся на втором уровне и еще имеется 4 гантелеобразных р- электрона.
Заполняются они так. Снаяала три электрона занимают свои места в трех орбиталях, а четвертый "пристраивается к одному из них.
Тогда получается, что 2 неспаренных р- электрона и один спаренный.
Вот эти неспаренные р- эелектроны и создают возможность обоазовывать связи атома кислорода с другими атомами.

Нашла только такую картинку, где можно увидеть, но это молекула воды:
http://nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000051/pic/000010.jpg.

Видите, два спина водородных электронных атомов "прилепились" к неспаренным электронным облакам кислорода.

Отредактировано Левзея (16.01.2009 12:19:15)

7

Типы связей.

Вообще-то все элементы - атомы стремятся заполнить свой электронный уровень до отказа. В первом периоде до двух электронов. Во втором и третьем периодах до восьми, и т.д.

Как они это делают?
Одни отдают свои электроны, другие принимаю "чужие" электроны или делятся пополам. На этом постороены все связи и вообще существует возможность образования молекул.

Кому что легче сделать. Кислороду всего лишь нужно присоединить пару электронов. Он их и забирает обычно у , допустим, металлов. У того же натрия, калия и т.д. Те отдают. Это называют донорно-акцепторной связью.
В этом случае процесс называется еще окислением. Кислород - окислитель, окисляет металл. Причем, это относится ко всем элементам, которые таким образом так поступают.
Но сама молекула кислорода ведь состоит из равноправных атомов. Вот в этом случае они делят два неспаренных облака между собой. Неспаренные электроны обоих атомов как бы начинают двигаться по общим орбитам.
Это называют ковалентной связью. В этом случае облака как бы перекрываются между собой.

http://www.chem.asu.ru/org/ochem_bio/TOOX/pisv.jpg

Ну чтобы еще совсем правильнее было, то следует уточнить, поскольку вопрос не совсем простой, ведь оболочка каждого из соединяемых в молекулу атомов состоит из электронов, заряженных одинаково по знаку, поэтому при попытке сблизить электронные облака неизбежно будет возникать сильное отталкивание.
Но атомы все-таки соединяются! Причем - с помощью тех самых электронов, которые, казалось бы, только противодействуют соединению.

Каждый электрон, помимо электрического заряда, обладает магнитным моментом и ведет себя, как микроскопический магнит. Два электрона с разнонаправленными стрелками - это два таких микромагнита с противоположно ориентированными полюсами. Вот они и притягиваются друг к другу:
http://www.alhimik.ru/teleclass/pictures/magn.gif

Это чтобы было понятно, почему происходит притяжение.

Ну и еще чуть-чуть про гибритизацию.

Существует еще sp2-гибридизация (плоскостно-тригональная). В отличии от тетраидной, где все электронные облака одинаковой формы.

У sp2-гибридизации одна s- и две p-орбитали смешиваются, и образуются три равноценные sp2-гибридные орбитали, расположенные в одной плоскости под углом 120° (выделены синим цветом). Они могут образовывать три σ-связи. Третья р-орбиталь остается негибридизованной и ориентируется перпендикулярно плоскости расположения гибридных орбиталей.
Вот что получается:
http://www.chemistry.ssu.samara.ru/chem1/anim/anim4_3_2_1a.gif

Вообщем, тут, наверное про σ-связи и π-связи нужно рассказывать - не буду. Это для наших целей можно опустить. Если понадобится, можно будет дополнить.

Просто такой тип гибритизации позволяет одновременно связываться атомам углерода между собой и еще дополнительно цеплять другие атомы.

Вот что примерно образуется:
http://www.chemistry.ssu.samara.ru/chem1/pic/pic4_3_23.gif
Вот так можно сделать многоуглеродную цепочку 20-40-60 углеродов.
http://sc.karelia.ru/dlrstore/6/65df1d82-c603-78b5-be44-222feceebe07/1995_303.gif
Кроме того, на вот эти рожки цепляться может не только водоро, но и кислород, и другие элементы. Но это уже будет переводить обычные углеводороды в другой класс - сложнее.

Структурная формула - это изображение последовательности
связи атомов в молекуле.

Например, вот такое:

http://repetitors.info/txt/chim/olimp/mosk_gor_reg_2008/region10_2008/region10_2008_1.jpg

Везде и всегда от углерода будет идти 4 палочки, от водорода одна, от кислорода две.
Хотя формы могут быть самые разнообразные.
Могут быть такие:
http://im6-tub.yandex.net/i?id=52821227&tov=6

Или такие:

http://kontren.narod.ru/blk-2.gif

Здесь, кстати, азот задействован - естественно, это же формула белка. Так вот у него три палки. Вообщем, наличие палок соответствует валентности, количеству связей. У базовых элементов количество палок всегда постоянно. если палки не хватает, значит, обрывок - радикал.

Отредактировано Левзея (16.01.2009 21:25:41)

8

Здесь будет информация об азоте.

9

Здесь будет информация о фосфоре.

10

Здесь будет информация о сере.

11

Здесь будет информация о гомологических рядах, о различных группах органических веществ,  о всевозможных гидроксильных, гидрофобных группах и др. функциональных группах.
Функциональные группы, содержащие атом кислорода:
гидроксильная–ОН-В органической химии носит также название спиртогруппы. Атом кислорода обуславливает поляризацию молекулы спиртов. Относительная подвижность атома водорода приводит к тому, что низшие спирты вступают в реакции замещения со щёлочными металлами. В неорганической химии входят в состав оснований, в том числе щелочей.
http://i062.radikal.ru/0901/ff/9119953bcf72t.jpg

На рисунке как раз изображена молекула фенола, к которой прилеплена гидроксильная группа. Красненький шарик - кислород. беленький - водород. В структурных формулах это выглядит примерно так:http://www.comodity.ru/nonsoftalco/12-199.jpghttp://science-bsea.narod.ru/2001/les_2001/karachkina_vedernikov.files/image001.gifhttp://home-edu.ru/user/f/00000608/MIOO_2007/005/001.gif

карбонильная >С=O -функциональная группа С=O органических соединений.
Карбонильная группа может входить в состав других функциональных групп, например, амидной или карбоксильной; соединения, в состав которых входит карбонильная группа называют карбонильными соединениями.
http://www.internet-school.ru/iSchool/_attach_/test_66313.gif- здесь изображение в структурном виде карбонильной группы.
http://www.internet-school.ru/iSchool/_attach_/59366_53761.gif - здесь она прицепляется к последнему атому в углеродном скелете.
http://www.internet-school.ru/iSchool/_attach_/59367_53762.gif- здесь в середине углеродного скелета.

карбоксильная –COOH -функциональная одновалентная группировка, входящая в состав карбоновых кислот и определяющая их кислотные свойства.
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы — карбонил =CO и гидроксил -OH, взаимно влияющие друг на друга.

Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением электронной плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризации связи О-Н.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

R-COOH = R-COO- + H+

http://i044.radikal.ru/0901/a7/cf4bfc4de3a0t.jpg
На рисунке видно, R - это основной углеводородный скелет молекулы. Красненький шарик - это кислород с двумя связями - карбонильная группа и с другой шарик красненький одной связью прилепляется к радикалу, другой к беленькому шарику - водороду.
Как всегда сохраняется постоянство. Черный шарик углерод - четыре палки, красный шарик - кислород - две палки, водород - одна.

12

Углеводы.

Углеводы принято делить на три основных группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды.
Моносахариды подразделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д. (3, 4, 5, 6 и т. д. атомов углерода в цепи); природные моносахариды с углеродной цепью, содержащей более 9 атомов углерода, не обнаружены
Характерная особенность моносахаридов — способность существовать в открытой (ациклической) и циклической формах и давать производные каждой из форм; содержащие 5-членный цикл, называются фуранозами, 6-членный — пиранозами.
http://slovari.yandex.ru/illustrations/bse/pictures/02840/228750.jpg http://slovari.yandex.ru/illustrations/bse/pictures/02481/404420.jpg http://slovari.yandex.ru/illustrations/bse/pictures/02044/619430.jpg

Моносахариды входят в состав сложных углеводов (гликозиды, олигосахариды, полисахариды) и смешанных углеводсодержащих биополимеров (гликопротеиды, гликолипиды и др.). При этом моносахариды связаны друг с другом и с неуглеводной частью молекулы гликозидными связями.


Олигосахариды.

Олигосахариды - углеводы, молекулы которых содержат от 2 до 8—10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями; в соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т.д. В свободном состоянии многие олигосахариды встречаются в растениях, которые являются важным источником их получения (например, сахарозу получают из свёклы или сахарного тростника). Коровье молоко содержит дисахарид лактозу, а женское молоко, кроме того, ещё и ряд олигосахариды, вплоть до гексасахаридов углеводы, молекулы которых содержат от 2 до 8—10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями; в соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т.д. В свободном состоянии многие олигосахариды встречаются в растениях, которые являются важным источником их получения (например, сахарозу получают из свёклы или сахарного тростника). Коровье молоко содержит дисахарид лактозу, а женское молоко, кроме того, ещё и ряд олигосахариды, вплоть до гексасахаридов.

Полисахариды.

Полисахариды - высокомолекулярные соединения из класса углеводов; состоят из остатков моносахаридов , связанных гликозидными связями. Молекулярные массы полисахаридов лежат в пределах от нескольких тыс. (ламинарин, инулин) до нескольких млн. (гиалуроновая кислота, гликоген) и могут быть определены лишь ориентировочно, т.к. индивидуальные полисахаридов обычно являются смесями компонентов, различающихся степенью полимеризации. Химическая классификация полисахаридов основана на строении составляющих их моносахарида — гексоз (глюкоза, галактоза, манноза), пентоз (арабиноза, ксилоза), а также аминосахаров (глюкозамин, галактозамин), дезоксисахаров (рамноза, фукоза), уроновых кислот и др. К гидроксильным (—ОН) и аминогруппам (—NH2;) моносахаридов в молекулах


Вы здесь » Каталожница » Ароматерапия » Химические элементы в органической химии.