Особый вклад в развитие органической химии сделан русским химиком А. М. Бутлеровым. В 1861 г. он сформулировал основные положения своей теории строения органических соединений. Эта теория позволила впервые взглянуть на органическую молекулу как на систему, имеющую строгий порядок связи между атомами. Но об этом мы расскажем подробнее несколько позже.
1.3. Свыше десяти миллионов!
Углерод — обязательный элемент всех органических соединений. Поэтому органическую химию часто называют химией соединений углерода. Кроме углерода, в состав органических веществ почти всегда входит водород, часто встречается кислород, несколько реже — азот, галогены, сера, фосфор. Как видите, органическая химия имеет дело с соединениями, содержащими не так уж много элементов. Действительно, из ста с лишним известных элементов требуется всего 10-12, чтобы образовать несметное количество разнообразных органических веществ. Остальные же элементы встречаются в соединениях неорганических. На первый взгляд может показаться, что органических веществ должно быть гораздо меньше, чем неорганических. Но это не так. Подсчитано, что органических соединений в настоящее время свыше десяти миллионов! И число это постоянно растет. Пока вы читаете эти строки, в лабораториях мира уже получены новые органические вещества. Но самое удивительное, что такому росту числа органических соединений не будет конца. Посмотрите, как росли темпы получения новых веществ: в 1880 г. их было всего 12 тыс., в 1910 г. — 150 тыс., в 1920 г. — 200 тыс., в 1940 г. — 500 тыс., в 1950 г. — 1 млн, в 1960 г. — 2 млн. А за последующие сорок лет их стало на 8 млн больше.
Вот еще интересный факт. В 1906 г. в США было основано периодическое издание журнала «Chemical abstracts», в котором регулярно публикуются сведения о новых веществах (в том числе и органических). Так вот, оказалось, что для публикации 1 млн записей о веществах потребовался 31 год, для второго миллиона — 18 лет, третьего — 7 лет, а для четвертого — всего 4 года. Вот какими темпами работают химики!
И все же, почему органических соединений так много?
Атом углерода, который является основой всех органических веществ, — особый элемент в природе. Он способен образовывать химические связи не только с другими элементами, но, что очень важно, и с другими углеродными атомами, образуя при этом разные по длине прямые и разветвленные цепи:
При этом образуются молекулы, содержащие от нескольких углеродных атомов до десятков, сотен и более. Углеродные атомы могут образовывать и замкнутые цепи — циклы. Например, циклогексан:
Вот почему ни один элемент в природе не может дать такого разнообразия веществ, как углерод. Довольно скромно рядом с ним выглядит кремний. Самая длинная цепочка, которую в состоянии образовать атомы кремния, содержит всего 55 атомов. Но даже для образования такой молекулы необходимы специальные условия!
Если же углеродную цепь разнообразить включением в нее других элементов, то число различных перестановок в молекуле окажется огромным. А ведь в органических соединениях содержатся не только простые связи, но и двойные и тройные. Это тоже увеличивает разнообразие органических веществ. Правда, нам могут возразить. Скажут, если неорганическая химия изучает практически все известные нам элементы, то возможность различных перестановок в неорганических веществах будет гораздо большей. И такая возможность, казалось бы, будет возрастать с ростом различных атомов. Однако это не так. Дело в том, что неорганические вещества будут прочными только в том случае, если в состав их молекул будут входить два, три, но не более десятка различных атомов. По мере присоединения все новых и новых элементов молекула становится непрочной и склонной к разрушению.
1.4. Непохожие друг на друга
Чем же отличаются органические вещества от неорганических?
Чтобы ответить на этот вопрос, проделаем очень простой опыт. Нагреем несколько кристаллов органического вещества. Даже при сравнительно невысокой температуре они начинают плавиться и переходят в жидкое состояние. Если температуру еще повысить, то эта жидкость начинает пениться (кипеть), а потом разлагаться, сгорать или обугливаться. Например, если сухую деревянную палочку внести в огонь, то она, постепенно обугливаясь, сгорает и переходит в тлеющие угли. Проделаем еще такой опыт. Возьмем пинцетом кусочек сахара и внесем его в пламя горелки. Вначале из сахара выделяются газы, затем он обугливается и сгорает.