Почему органических веществ так много кратко

Обновлено: 05.07.2024

Веществ существует очень много. Если химических элементов более ста, то веществ — более 10000000! Чтобы облегчить изучение и использование веществ, их разделяют на группы (классифицируют).

Какие вещества относятся к простым?

Вещества разделяют на простые и сложные. Рассмотрим примеры таких веществ: углерод, железо, кислород. Углерод образован атомами углерода. Из него изготавливают графитовые стержни карандашей. Железо, из которого сделано гвоздь, состоит из атомов железа. Эти тела, а следовательно, и вещества, из которых они образованы, вы видели не раз. Кислород мы не видим, но его недостаток чувствуем сразу. Это вещество состоит из молекул кислорода, образованных атомами кислорода.

Каждое из рассмотренных веществ образовано атомами одного химического элемента. Графит образуют атомы углерода, железо — атомы железа, кислород — атомы кислорода. Такие вещества называют простыми.

Молекулы некоторых простых веществ состоят из нескольких атомов. Например, молекула водорода состоит из двух атомов водорода, молекула кислорода — из двух атомов кислорода. Но несмотря на это, они остаются простыми веществами, так как их молекулы образовали атомы одного химического элемента.

Сложные вещества

Почему сложных веществ больше, чем простых?

Ученые доказали, что атомы различных химических элементов способны соединяться друг с другом в разном количестве и последовательности. Подобно тому, как в языке сочетанием букв образуется разнообразие слов, сочетанием различных атомов и в разном количестве образовалось более 10000000 веществ. Так что неудивительно, что сложных веществ существует гораздо больше, чем простых.

Органические и неорганические вещества

Вещества разделяют также на органические и неорганические. В состав всех органических веществ входят атомы углерода и, чаще всего, водорода. Так, из них образованы природный газ, вещества в составе нефти. В составе многих органических веществ содержатся еще и атомы кислорода. Это жиры, крахмал, сахар, уксус и другие. В состав важных для живых существ белков, кроме упомянутых элементов, обязательно входит азот.

Откуда такое название — органические вещества? Все очень просто. Первые из этих веществ ученые обнаружили в организмах — телах живой природы.

Есть и исключения. Некоторые вещества, содержащие атомы углерода, относят к неорганическим. Примерами являются углекислый газ, сода и еще несколько веществ.

Все тела природы, за исключением горных пород, воздуха и воды, состоят из органических веществ. Среди них больше всего углеводов (например, глюкозы и сахарозы), жиров (например, масла), белков (например, белок куриного яйца).

Многие органические вещества человек создал сам, например пластмассы, резину, полиэтилен. Они широко используются в машино- и самолетостроении, при сооружении зданий и мостов, а также в быту.

Без атомов углерода не существует никакой органического вещества. Так, атомы углерода вместе с атомами водорода и кислорода входят в состав органического вещества сахара, или сахарозы. Причем 1 молекула сахарозы состоит из 45 атомов. Среди них 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода. В том, что в составе сахара содержатся атомы углерода, убеждает черный цвет при сгорания кусочка сахара. Картофель или мясо, под действием высоких температур также обугливаются, приобретая черный цвет. Это является доказательством наличия углерода в составе органических веществ продуктов питания.

Заключение

Вещества разделяют на простые и сложные. Простые вещества образуются из атомов одного химического элемента. Сложные вещества образуются из атомов различных химических элементов.

Одной из классификаций веществ является разделение их на органические и неорганические. Органические вещества обязательно содержат атомы углерода.

Белки, жиры, углеводы — жизненно необходимые человеку органические вещества.

Одна из причин многообразия орг. соединений, - это способность атома углерода соединятся с самим собой, образовывая прямые, разветвленные и циклические углеродные цепи. Второе, - в молекулах органических
соединений углерод может соединяться с любым элементом периодической системы (кроме инертных газов), в то время как ни один другой элемент не обладает такой способностью. И третье, - среди органических соединений постоянно приходится встречаться с явлением изомерии. Изомеры - это вещества с одинаковым составом
(эмпирической формулой), но разным химическим и пространственным строением, а потому с различными свойствами.

Множество орг соед. обуславливается налчием переменной валентности у углерода, двойной валентности и 4 валентности. А так же способностью углерода иметь связь с атомами водорода, кислорода, азота, фосфора, серы, галогенов одновременно,

Органические вещества — это разнообразные соединения углерода с другими элементами, и прежде всего с водородом, кислородом, азотом, фосфором. Многообразие органических веществ — следствие особых свойств углерода, что и выделяет его среди всех других элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Углерод находится в четвертой группе периодической системы; во внешней электронной оболочке атома углерода четыре электрона, поэтому углерод четырехвалентен и легко образует прочные химические соединения как с элементами, легко отдающими свои валентные электроны (водород), так и с элементами, легко принимающими электроны в свою внешнюю валентную сферу (кислород или хлор).

Цепи атомов углерода могут быть линейными (нормальными), в которых все атомы, соединенные в цепочку, расположены подряд, но могут быть и разветвленными; они могут образовывать кольца, сетки, разнообразные пространственные фигуры. Цепи могут составляться не только из атомов углерода, но в них могут включаться в разных местах атомы других элементов — кислорода, азота, серы. Разнообразие цепей, которое можно составить из атомов углерода и других элементов, поистине безгранично.

Однако это еще не все! Мы говорили только о цепях из атомов углерода, пусть с включением атомов других элементов. Но ведь при образовании цепи атом углерода использует только две свои валентности, а их у него четыре (лишь в местах разветвления цепей углерод использует три или даже все четыре валентности). В линейной цепи у каждого атома углерода остаются еще две валентности, а у атомов, расположенных с краю цепи, даже три валентности, которые могут быть использованы для соединения с атомами других элементов, прежде всего с атомами водорода. Тогда получаются разнообразные углеводороды.

Вместо атомов водорода в различных местах цепей могут быть также атомы кислорода, азота, серы. Получаются разнообразные кислородные, азотистые, сернистые производные углеводородов. Таким образом, великое разнообразие цепей углеводородов, т. е. цепей из атомов углерода, обрамленных атомами водорода, еще умножается на великое разнообразие производных, которые различаются характером атомов, замещающих водород, и их расположением в цепи.

И это еще не все причины разнообразия органических веществ! Атомы углерода могут соединяться друг с другом не одной, а двумя или тремя валентностями. Тогда между ними возникают двойные и тройные связи.

Наконец, разнообразие органических веществ увеличивается еще и оттого, что они могут различаться пространственным расположением атомов, как например двукольчатые углеводороды, так называемые цис-декалин и транс-декалин. Два шестичленных кольца в этих веществах соединены друг с другом по-разному, и пространственно эти молекулы сильно отличаются одна от другой.

Количество органических веществ безгранично. Одних только разных углеводородов состава С₂₀Н₄₂ может быть 366319, и ясно, что те два миллиона органических соединений, которые нам известны сегодня,— это ничтожная часть возможных, даже простых, органических соединений.

Вот мы ответили на вопрос, почему известно так много органических веществ. Ответ получился неожиданный. Известных нам органических веществ совсем немного, а возможное число их бесконечно. И надолго еще хватит работы химикам-органикам всего мира по созданию новых органических веществ.

Для чего же нужны органические вещества? Какую роль они играют в природе и зачем человечество неустанно умножает число известных органических веществ?

Органическое вещество – это химическое соединение, в составе которого присутствует углерод. Исключения составляют только угольная кислота, карбиды, карбонаты, цианиды и оксиды углерода.

История

Это смешное для современной науки утверждение господствовало очень долго, пока в 1828 году Фридрих Велер опытным путем его не опроверг. Он смог из неорганического цианата аммония получить органическую мочевину. Это подтолкнуло химию вперед. Однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось и в настоящем времени. Оно лежит в основе классификации. Известно почти 27 миллионов органических соединений.

Почему так много органических соединений?

Органическое вещество – это, за некоторым исключением, углеродное соединение. В действительности это очень любопытный элемент. Углерод способен образовывать из своих атомов цепочки. При этом очень важно, что связь между ними стабильна.

Кроме того, углерод в органических веществах проявляет валентность – IV. Из этого следует, что этот элемент способен образовывать с другими веществами связи не только одинарные, но и двойные и тройные. По мере возрастания их кратности, цепочка, состоящая из атомов, станет короче. При этом стабильность связи только увеличивается.

Также углерод имеет способность образовывать плоские, линейные и объемные структуры. Именно поэтому в природе так много разнообразных органических веществ.

Состав

Как было сказано выше, органическое вещество – это соединения углерода. И это очень важно. Органические соединения возникают при его связи практически с любым элементом периодической таблицы. В природе чаще всего в их состав (помимо углерода) входят кислород, водород, сера, азот и фосфор. Остальные элементы встречаются намного реже.

Свойства

Итак, органическим веществом является углеродное соединение. При этом существуют несколько важных критериев, которым оно должно соответствовать. Все вещества органического происхождения обладают общими свойствами:

1. Существующая между атомами различная типология связей непременно приводит к появлению изомеров. Прежде всего они образуются при соединении молекул углерода. Изомеры - это различные вещества, имеющие одну молекулярную массу и состав, но разные химико-физические свойства. Это явление называется изомерией.

2. Еще один критерий – явление гомологии. Это ряды органических соединений, в них формула соседних веществ отличается от предыдущих на одну группу СН₂. Это важное свойство применяется в материаловедении.

Какие существуют классы органических веществ?

К органическим соединениям относят несколько классов. Они известны всем. Это белки, липиды и углеводы. Эти группы можно назвать биологическими полимерами. Они участвуют в метаболизме на клеточном уровне в любом организме. Также в эту группу включают нуклеиновые кислоты. Так что можно сказать, что органическое вещество – это то, что мы ежедневно потребляем в пищу, то, из чего состоим.

Белки

Белки состоят из структурных компонентов - аминокислот. Это их мономеры. Белки также называют протеинами. Известно около 200 видов аминокислот. Все они встречаются в живых организмах. Но лишь двадцать из них являются составляющими белков. Их называют основными. Но в литературе также можно встретить и менее популярные термины - протеиногенные и белокобразующие аминокислоты. Формула органического вещества этого класса содержит аминные (-NH₂) и карбоксильные (-СООН) составляющие. Между собой они связанны все теми же углеродными связями.

Функции белков

Белки в организме растений и животных выполняют множество важных функций. Но главная из них – структурная. Белки являются основными компонентами клеточной мембраны и матрикса органелл в клетках. В нашем организме все стенки артерий, вен и капилляров, сухожилий и хрящей, ногтей и волос состоят преимущественно из разных белков.

Следующая функция – ферментативная. Белки выступают в качестве ферментов. Они катализируют протекание в организме химических реакций. Именно они отвечают за распад питательных компонентов в пищеварительном тракте. У растений ферменты фиксируют положение углерода во время фотосинтеза.

Некоторые виды белков переносят в организме различные вещества, например, кислород. Органическое вещество также способно присоединяться к ним. Так осуществляется транспортная функция. Белки разносят по кровеносным сосудам ионы металлов, жирные кислоты, гормоны и, конечно же, углекислый газ и гемоглобин. Транспорт происходит и на межклеточном уровне.

Белковые соединения – иммуноглобулины – отвечают за выполнение защитной функции. Это антитела крови. Например, тромбин и фибриноген активно участвуют в процессе свертываемости. Таким образом, они предотвращают большую кровопотерю.

Белки отвечают и за выполнение сократительной функции. Благодаря тому, что миозиновые и актиновые протофибриллы постоянно выполняют скользящие движения относительно друг друга, происходит сокращение мышечных волокон. Но и у одноклеточных организмов происходят подобные процессы. Движение жгутиков бактерий также напрямую связано со скольжением микротрубочек, которые имеют белковую природу.

Окисление органических веществ высвобождает большое количество энергии. Но, как правило, белки расходуются на энергетические нужды очень редко. Это происходит, когда исчерпаны все запасы. Лучше всего для этого подходят липиды и углеводы. Поэтому белки могут выполнять энергетическую функцию, но только при определенных условиях.

Липиды

Органическим веществом является и жироподобное соединение. Липиды принадлежат к простейшим биологическим молекулам. Они нерастворимы в воде, но при этом распадаются в неполярных растворах, таких как бензин, эфир и хлороформ. Они входят в состав всех живых клеток. В химическом отношении липиды – это сложные эфиры спиртов и карбоновых кислот. Самые известные из них – жиры. В организме животных и растений эти вещества выполняют множество важных функций. Многие липиды используются в медицине и промышленности.

Функции липидов

В организме человека и животных жиры могут выполнять и защитную функцию. Они откладываются в подкожной клетчатке и вокруг таких органов, как почки и кишечник. Таким образом, они служат хорошей защитой от механических повреждений, то есть ударов.

Кроме этого, жиры обладают низким уровнем теплопроводности, что помогает сохранить тепло. Это очень важно, особенно в условиях холодного климата. У морских животных подкожный жировой слой еще и способствует хорошей плавучести. А вот у птиц липиды выполняют еще и водоотталкивающую и смазывающую функции. Воск покрывает их перья и делает их более эластичными. Такой же налет имеют на листьях некоторые виды растений.

Углеводы

Формула органического вещества C_n (H₂O)_m указывает на принадлежность соединения к классу углеводов. Название этих молекул указывает на тот факт, что в них присутствует кислород и водород в том же количестве, что и вода. Кроме этих химических элементов, в соединениях может присутствовать, например, азот.

Углеводы в клетке являются основной группой органических соединений. Это первичные продукты процесса фотосинтеза. Они представляют собой и исходные продукты синтеза в растениях других веществ, например, спиртов, органических кислот и аминокислот. Также углеводы входят в состав клеток животных и грибов. Обнаруживаются они и среди основных компонентов бактерий и простейших. Так, в животной клетке их от 1 до 2 %, а в растительной их количество может достигать 90 %.

На сегодняшний день выделяют всего три группы углеводов:

- простые сахара (моносахариды);

- олигосахариды, состоящие из нескольких молекул последовательно соединенных простых сахаров;

- полисахариды, в их состав входит более 10 молекул моносахаридов и их производных.

Функции углеводов

Все органические вещества в клетке выполняют определенные функции. Так, например, глюкоза – это основной энергетический источник. Она расщепляется в клетках всех живых организмов. Это происходит во время клеточного дыхания. Гликоген и крахмал составляют основной запас энергии, причем первое вещество у животных, а второе – у растений.

Углеводы выполняют и структурную функцию. Целлюлоза является основным компонентом клеточной стенки растений. А у членистоногих эту же функцию выполняет хитин. Также он обнаруживается в клетках высших грибов. Если брать в пример олигосахариды, то они входят в состав цитоплазматической мембраны - в виде гликолипидов и гликопротеинов. Также в клетках нередко выявляется гликокаликс. В синтезе нуклеиновых кислот участвуют пентозы. При этом дезоксирибоза включена в состав ДНК, а рибоза - в РНК. Также эти компоненты обнаруживаются и в коферментах, например, в ФАД, НАДФ и НАД.

Углеводы также способны выполнять в организме и защитную функцию. У животных вещество гепарин активно препятствует быстрому свертыванию крови. Он образуется во время повреждения ткани и блокирует образование тромбов в сосудах. Гепарин в большом количестве обнаруживается в тучных клетках в гранулах.

Нуклеиновые кислоты

Всего в природе обнаружено два вида нуклеокислот - рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). Различие понятно из названия. В состав ДНК входит дезоксирибоза – пятиуглеродный сахар. А в молекуле РНК обнаруживается рибоза.

Изучением нуклеиновых кислот занимается органическая химия. Темы для исследования диктует также медицина. В кодах ДНК скрывается множество генетических болезней, обнаружить которые ученым еще только предстоит.

В большом количестве и разнообразных химических свойствах элементов. Но главной причиной разнообразия является способность одного из элементов - углерода - образовывать прочные цепи и кольца, каркас которых состоит из его атомов. Органических веществ в природе гораздо больше, чем неорганических

Общее число известных органических веществ превышает 10 миллионов, в то время как неорганических – около 100 тысяч. Такое многообразие органических соединений связано со способностью атомов углерода соединяться в цепи различной длины. Связи между атомами углерода могут быть одинарными и кратными: двойными, тройными. При этом вещества могут иметь одинаковую молекулярную формулу, но разное строение и свойства (это явление получило название изомери́и).

Читайте также: