Најважније из лекције
Органска хемија: Хемија једињења угљеника. Изузеци који спадају у неорганска једињења: \(\text{CO}\), \(\text{CO}_2\), \(\text{H}_2\text{CO}_3\) и њени карбонати/хидрогенкарбонати.
Историјска прекретница: Фридрих Велер (1828) синтезом урее из неорганских супстанци обара виталистичку теорију (*vis vitalis*).
Валенца угљеника: У свим органским једињењима угљеник је увек четворовалентан (IV).
Разлози многобројности: Једноструке, двоструке и троструке везе међу \(\text{C}\)-атомима; отворени (неразгранати/разгранати) и циклични ланци.
Доказивање: Излагањем пламена органске материје хладној површини издваја се црна чађ (елементарни угљеник).
Историјска прекретница: Фридрих Велер (1828) синтезом урее из неорганских супстанци обара виталистичку теорију (*vis vitalis*).
Валенца угљеника: У свим органским једињењима угљеник је увек четворовалентан (IV).
Разлози многобројности: Једноструке, двоструке и троструке везе међу \(\text{C}\)-атомима; отворени (неразгранати/разгранати) и циклични ланци.
Доказивање: Излагањем пламена органске материје хладној површини издваја се црна чађ (елементарни угљеник).
Органска хемија је грана хемије која проучава једињења угљеника и њихове реакције.
Органска једињења су једињења која као основни елемент садрже угљеник. Највећи број супстанци које изграђују жива бића спада у органска једињења.
Поједина једноставна једињења угљеника традиционално се сврставају у неорганска једињења:
- Оксиди угљеника: угљеник(II)-оксид (\(\text{CO}\)) и угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\))
- Угљена киселина (\(\text{H}_2\text{CO}_3\))
- Соли угљене киселине: карбонати (нпр. \(\text{CaCO}_3\)) и хидрогенкарбонати (нпр. \(\text{NaHCO}_3\))
Виталистичка теорија и њено оповргавање: До почетка 19. века веровало се да органска једињења могу настати искључиво у живим организмима под утицајем „животне силе” (лат. vis vitalis). Ову теорију је 1828. године оповргао немачки хемичар Фридрих Велер, који је у лабораторији из неорганских супстанци синтетисао органско једињење уреу (\(\text{CO(NH}_2)_2\)).
Данас је познато више десетина милиона органских једињења, а њихов број се свакодневно увећава синтезом у лабораторијама. Органска једињења су знатно бројнија од неорганских.
У свим органским једињењима валенца угљеника је увек IV (четири). То значи да сваки атом угљеника у структури органског молекула остварује тачно четири ковалентне везе (приказане са четири цртице).
Угљеник (14. група ПСЕ) има четири валентна електрона. Изузетна бројност органских једињења последица је специфичних особина атома угљеника:
- Стварање различитих типова ковалентних веза: Атоми угљеника се међусобно могу повезивати:
- једноструком ковалентном везом (\(\text{C}-\text{C}\))
- двоструком ковалентном везом (\(\text{C}=\text{C}\))
- троструком ковалентном везом (\(\text{C}\equiv\text{C}\))
- Грађење различитих облика угљениковог низа (скелета):
- Отворени (ациклични) низови: могу бити неразгранати (прави ланци) или разгранати.
- Затворени (циклични) низови: атоми угљеника граде прстенове.
- Повезивање са другим неметалима: Поред међусобног повезивања, атоми угљеника лако граде стабилне везе са атомима водоника (\(\text{H}\)), кисеоника (\(\text{O}\)), азота (\(\text{N}\)), сумпора (\(\text{S}\)), халогених елемената и других.
Да ли структурна формула у којој један атом угљеника гради једну двоструку и две једноструке везе одговара правилу о валенци угљеника?
Да. Двострука веза представља 2 заједничка електронска пара (2 везе), а две једноструке везе по 1 везу: \(2 + 1 + 1 = 4\). Атом угљеника је четворовалентан.
Изнад пламена супстанце органског порекла (нпр. парафинске свеће) постави се чисто сахатно стакло или порцеланска љуска и држи неколико секунди.
На стаклу се образује црни талог – чађ.
Чађ је аморфни облик елементарног угљеника, настао непотпуним сагоревањем органских једињења из парафина. Овим огледом се потврђује да је угљеник саставни део испитиване органске материје.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Која од наведених једињења спадају у неорганска једињења угљеника?
а) угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\))
б) метан (\(\text{CH}_4\))
в) калцијум-карбонат (\(\text{CaCO}_3\))
г) угљена киселина (\(\text{H}_2\text{CO}_3\))
д) глукоза (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\))
а) угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\))
б) метан (\(\text{CH}_4\))
в) калцијум-карбонат (\(\text{CaCO}_3\))
г) угљена киселина (\(\text{H}_2\text{CO}_3\))
д) глукоза (\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6\))
Неорганска једињења угљеника су:
а) угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\))
в) калцијум-карбонат (\(\text{CaCO}_3\))
г) угљена киселина (\(\text{H}_2\text{CO}_3\))
(Метан и глукоза су органска једињења.)
а) угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\))
в) калцијум-карбонат (\(\text{CaCO}_3\))
г) угљена киселина (\(\text{H}_2\text{CO}_3\))
(Метан и глукоза су органска једињења.)
Задатак 2 (средњи): Колико једноструких ковалентних веза са атомима водоника може да образује један атом угљеника ако је са суседним атомом угљеника већ повезан:
а) једноструком везом;
б) двоструком везом;
в) троструком везом?
а) једноструком везом;
б) двоструком везом;
в) троструком везом?
Угљеник у органским једињењима увек има валенцу IV (гради укупно 4 везе):
а) \(4 - 1 = 3\) везе са водоником (\(-\text{CH}_3\))
б) \(4 - 2 = 2\) везе са водоником (\(=\text{CH}_2\))
в) \(4 - 3 = 1\) веза са водоником (\(\equiv\text{CH}\))
а) \(4 - 1 = 3\) везе са водоником (\(-\text{CH}_3\))
б) \(4 - 2 = 2\) везе са водоником (\(=\text{CH}_2\))
в) \(4 - 3 = 1\) веза са водоником (\(\equiv\text{CH}\))
Задатак 3 (средњи): Објасните значај експеримента Фридриха Велера из 1828. године за развој хемије.
Фридрих Велер је 1828. године синтетисао уреу (органско једињење које се налази у урину) полазећи од неорганских супстанци у лабораторији. Тиме је оповргао виталистичку теорију, према којој органска једињења могу настати искључиво у живим бићима деловањем „животне силе”. Овај оглед означио је почетак модерне органске синтезе.
Задатак 4 (тежак): Наведите три главна структурна разлога због којих постоји више од десет милиона органских једињења, док је неорганских једињења знатно мање.
Главни разлози многобројности органских једињења су:
- Четворовалентност угљеника: Атом угљеника увек гради четири ковалентне везе.
- Разноврсност веза: Атоми угљеника могу се међусобно повезивати једноструким (\(\text{C}-\text{C}\)), двоструким (\(\text{C}=\text{C}\)) и троструким (\(\text{C}\equiv\text{C}\)) везама.
- Разноврсност угљеникових низова: Могу градити отворене низове (неразгранате или разгранате) и затворене цикличне структуре (прстенове) различитих величина, као и стабилне везе са бројним другим елементима (\(\text{H, O, N, S}\), халогени).
