Неорганические и органические вещества

С древности все вещества разделялись на минеральные – принадлежащие царству минералов – и органические, которые относятся к царствам животных и растений. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила», присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление опроверг немецкий химик Ф. Вёлер, который в 1828 году из «минерального» цианата аммония синтезировал «органическую» мочевину, но деление веществ на органические и неорганические в химии сохранилось. Анализ химического состава вещества подразделяют на качественный и количественный. Первым устанавливают, из каких компонентов состоит вещество (атомов, ионов, молекул, функциональных и структурных групп и др.), а вторым – их количественное содержание в веществе.

По химическим свойствам все вещества делят на две группы – неорганические и органические. Неорганические соединения – простые и сложные вещества, которые не содержат углерода (за исключением карбидов, угольной кислоты и ее солей, карбонатов, оксидов углерода и цианидов). Известно более 100 тыс. видов неорганических веществ, которые делят на несколько групп: простые (металлы и неметаллы), бинарные соединения, состоящие из двух элементов, например, карбиды (SiC – карбид кремния), оксиды (Na₂O – оксид натрия) и пр., неорганические кислоты (борная H₃BO₃, фторсульфоновая HSO₃F), основания (щелочи и гидроксиды), соли (такие как, хлорид калия KCl, гидрат сульфата натрия Na₂SO₄·10H₂O), интерметаллические соединения (в частности, сплавы) и кристаллогидраты.

Органические вещества – класс соединений, в состав молекул которых обязательно входит углерод (кроме неорганических соединений углерода). Органические соединения – самый обширный класс химических веществ. К настоящему времени количество известных органических соединений превышает 10 миллионов! Такое многообразие связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов углерода, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью, а также кратностью углерод-углеродной связи. Поэтому органические молекулы могут образовывать структуры разной формы (линейные, плоские, объёмные). Существует несколько важных свойств (изомерия, гомология), которые выделяют органические соединения в отдельный, ни на что не похожий класс химических соединений.

Разделение органических веществ осуществляют на основе особенностей строения углеродного скелета соединения и функциональных групп. На основе этого проводят следующую классификацию органических веществ от простых к более сложным (в скобках примеры веществ):

1. Углеводороды: предельные (метан CH₄, парафин C₃₅H₇₂), непредельные (этилен C₂H₄, ацетилен C₂H₂), ароматические (бензол C₆H₆, нафталин C₁₀H₈).

2. Органические галогениды (соединения углерода с I, F, Br, Cl – хлороформ CHCl₃, фреоны).

3. Спирты, есть молекулярная группа OH (метанол C₂H₃OH, глицерин C₃H₅(OH)₃).

4. Фенолы, или ароматические спирты (фенол C₆H₅OH, гидрохинон C₆H₄(OH)₂).

5. Карбоновые кислоты с группой COOH (уксусная кислота CH₃COOH, салициловая кислота C₆H₄(OH)COOH).

6. Альдегиды с группой CHO (формальдегид HCOH, ванилин C₈H₈O₃, ацетон CH₃-C(O)-CH₃).

7. Эфиры (диэтиловый эфир C₄H₁₀O, эфирные масла, изоамилизовалерат (CH₃)₂CHCH₂COOCH₂CH₂CH(CH₃)₂ – запах яблока).

8. Углеводы (сахариды), органическиесоединения, которые часто содержат молекулы воды (глюкоза C₆H₁₂O₆, лактоза С₁₂Н₂₂О₁₁, целлюлоза [С₆Н₇О₂(OH)₃]_n).

9. Амины, производные аммиака (фениламин C₆H₅NH₂, этилендиамин C₂Н₈N₂, адреналин C₉H₁₃NO₃).

10. Аминокислоты – производные карбоновых кислот и аминов (первая - аспаргин HO₂CCH(NH₂)CH₂CONH₂, выделена в 1806 г.) Всего известно 300 аминокислот, из них 20 – являются незаменимыми для обмена веществ в живых организмах (треонин HO₂CCH(NH₂)CH(OH)CH₃, глутамин C₅H₁₀N₂O₃).

11. Белки (полипептиды) – вещества, молекулы которых представляют цепочки из 20 стандартных аминокислот, так первый открытый белок – инсулин – состоит из двух цепей, в которых 21 и 30 аминокислотных остатков. Образуют огромное разнообразие веществ необходимых для функционирования живых существ (ферменты, глобулины, гормоны).

12. Нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) представляют собой биополимеры, мономерами которых являются пять фосфорных эфиров – нуклеотидов (аденин, гуанин, тимин, урацил и цитозин).