Дорогие читатели, в этой статье мы только начинаем погружение в органическую химию! Разберемся со строением молекул, формулами, основными элементами, а в частности, с углеродом.
Строение органических молекул
Идеи химического строения органических веществ изложил в своем докладе «О химическом строении вещества» Александр Михайлович Бутлеров 19 сентября 1861 года:
1. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентностям (количество связей, которые может образовать атом, оно равно количеству валентных электронов);
2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и сколько их входит в состав молекул, но и от порядка соединения атомов в молекулах;
3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства;
4. Атомы и группы атомов в молекулах веществ влияют друг на друга.
В рамках органической химии мы будем говорить про 4 элемента: углерод, водород, кислород и азот. Эти элементы называют органогенами.
Возвращаясь к первому пункту строения органических молекул, вспомним валентность каждого элемента: углерод во всех органических соединениях четырехвалентен, кислород двухвалентен азот трехвалентен, водород одновалентен, а также в состав веществ могут входить галогены (Cl, Br и др.), они одновалентны.
В органической химии мы можем изображать вещества различными способами:
1. Развернутая структурная формула: такая формула используется достаточно редко, но по ней отлично видно все связи;
2. Краткая структурная формула;
3. Скелетная формула: каждый атом углерода отображается точкой. Такие формулы нужно научиться читать, они могут встретиться в ЕГЭ.
Ключевую роль в строении всех веществ играет углерод. Разберемся с составом атома углерода: он имеет порядковый номер 6, значит в нем 6 электронов, 6 протонов и 6 нейтронов. При этом его электронная конфигурация «1s2 2s2 2p2». В основном состоянии углерод двухвалентен.
Возможно, после разбора электронной конфигурации углерода, у вас возник вопрос: «Почему выше вы сказали, что он четырехвалентный?». Дело в том, что углерод находится в возбужденном состоянии, в конфигурации «1s2 2s1 3p3». В таком состоянии все четыре электрона на внешнем уровне – неспаренные!
Но в этом состоянии мы не можем образовать четыре равных связи по энергии, поэтому происходит гибридизация (выравнивание энергии орбиталей) и образуется тетраэдральная молекула, которая выходит из одной плоскости. Это sp3-гибридизация, в неё вступают одна s-орбиталь и три p-орбитали. Такая гибридизация характерна, например, для алканов.
sp2-гибридизация – в неё вступают 1 s-орбиталь и 2 p-орбитали. Гибридные орбитали образуют угол 120 градусов, а негибридная р-орбиталь располагает перпендикулярно, образуя треугольную форму молекулы. Такой тип гибридизации характерен для алкенов и др.
sp-гибридизация – вступают 1s-орбиталь и 1p-орбиталь. Происходит выпрямление молекулы (угол 180 градусов). Данный тип характерен для алкинов и др.
Важно помнить, что двойная связь включает сигма- и пи-связь, а тройная – одну сигма- и две пи-связи.
Стань покорителем химии вместе с нами!
В этой статье мы начали покорение органической химии! Для сдачи ЕГЭ на высокие баллы необходимо научиться применять знания на заданиях формата экзамена. В онлайн школе Lomonosov.school вы сможете не только наработать свои знания для сдачи ЕГЭ, но и научитесь применять их для решения заданий на органическую химию. А совсем скоро начнется летняя школа, на которой мы полностью пройдем органическую химию!