Почему их так много? Органические вещества.

Почему их так много? Органические вещества.

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).

Но одно это свойство не могло бы обеспечить все многообразие органических веществ, если бы не способность углерода соединяться... с са­мим собой и создавать таким образом цепи атомов. Эти цепи могут быть короткими — из двух, трех, четырех атомов, но могут быть и очень длинными — 100 000 атомов и больше. Например, молекулы некоторых видов полиэти­лена содержат в среднем в цепи около 150 000 атомов углерода. Вещества с очень длинными цепями атомов называются полимерами (см. ст. «Полимеры»).

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.

Эти кратные связи могут быть расположены в различных местах цепей или колец. В неко­торых случаях при этом образуются особенно прочные группы атомов, как например в бензоле, где шесть атомов углерода связаны 18 валентностями, образуя шесть так называе­мых ароматических связей (название «ароматический» сложилось исторически, так как некоторые представители этого класса сое­динений обладают приятным ароматом). Осталь­ные шесть валентностей атомов углерода сое­динены с водородом. Часто (но неточно) бензол изображают с тремя простыми и тремя двойны­ми связями между атомами углерода.

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?