Почему их так много?

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 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 составляются не только из атомов углерода, 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 связи могут быть расположены в различных местах цепей или колец. В некоторых случаях 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 имеют приятный запах). 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-декалия и транс-декалин. Два шестичлен-ных 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 366 319, и ясно, что те три 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?

перейти к началу страницы