Transcript: Chimia carbonului – chimia organică

Cu toții suntem experți în chimia organică, doar că nu ne dăm seama întotdeauna.
De exemplu, știm foarte bine că pentru a supraviețui, trebuie să mâncăm fructe, legume sau carne,
dar nu ne-ar ajuta cu nimic dacă am avea plastic sau pământ sau metal în dieta noastră zilnică.
Și la fel, știm foarte bine că putem face un foc folosind lemne, însă n-ar avea niciun rol să ne chinuim să dăm foc pietrelor.
Mai devreme, când ne-am ajuta pe scaun pentru a sta la birou sau la masă, în mușchii noștri au avut loc reacții chimice bazate pe zaharul
și astfel am primit energia necesară pentru a face mișcarea respectivă.
Și chiar în timp ce încercăm să înțelegem aceste lucruri, niște molecule organicii simple, numite neurotransmițători,
formează punți între celulele noastre nervoase și astfel impulsurile nervoase se plimbă prin cleier,
permițându-ne să gândim, să înțelegem și să învățăm.
Și toate aceste lucruri, plus multe, multe altele care implică compușii organici, se întâmplă fără ca noi să ne gândim conștient la ele.
Ca toate științele, chimia ocupa un loc unic în înțelegerea noastră asupra vieții și a universului.
Este știința moleculelor.
Însă chimia organică e mai mult de atât.
Bineînțeles că e nevoie să studiem moleculele din natură pentru că sunt interesante și mai ales pentru că funcțiile lor sunt importante pentru viețile noastre.
Adesea, chimia organică studiază viața prin crearea unor noi molecule.
Aceste noi molecule ne oferă informații pe care nu le putem obține din moleculele organice care se află în organismele vii.
Ba mai mult, crearea unor molecule noi ne-a adus nenumărate beneficii despre care vom vorbi imediat.
Însă la început, chimiștii considerau chimia organică ca fiind strict chimia vieții.
Pe la începutul secolului XVIII, chimistul suedezi Iacob Berzerius era sigur că a înțeles în sfârșit diferența dintre cele două mari categorii de materiale existente.
El este cel care le-a și denumit.
Se considera că acei compuși derivați din organismele vii conțină o nemăsurată forță vitală, adică esența vieții.
În 1807, Berzerius a denumit acești compuși ca fiind compuși organici.
Compușii derivați din minerale, adică cei care ale lipsește forța vitală, au fost denumiți anorganici.
Pentru că, la acea vreme, chimiștii nu puteau crea viața în laborator, au presupus că nu puteau crea nici compuși cu forță vitală.
Ei bine, atunci e ușor să ne dăm seama cât de surprins a fost chimiștii când, în 1828, Friedrich Weller, un chimist german,
a produs urea în laborator prin încălzirea cianatului de amoniu, un compus anorganic.
Urea era în test studiată în acea perioadă și se știa că este un compus eliminat de mamifere prin urină.
Deci, pentru prima dată, un compus organic fusese obținut din altceva decât un organism viu și cu siguranță fără ajutorul vreunei forțe vitale.
Chimiștilor le devenise foarte clar că aveau nevoie de o altă definiție pentru compuși organici.
Acum, compuși organici sunt definiți drept compuși care conțin carbon.
Bun, și de ce este o întreagă ramură a chimiei dedicată exclusiv studiului compușilor cu carbon?
Cred că ați înțeles motivele încă din introducere.
Carbonul este conținut de absolut toate moleculele care fac viața posibilă, adică îl găsim în proteine, lipide, enzime, vitamine, carbohidrat și acizi nucleici.
În consecință, reacțiile chimice care au loc în organismele vii, inclusiv în organismele noastre, sunt reacții organice.
Majoritatea compușilor din natură, cei de care depindem pentru hrană, medicamente, îmbrăcăminte și energie, sunt tot compuși care conțin carbon.
Deci carbonul este supranumit, pe bună dreptate, elementul vieții.
De aceea, atunci când explorăm alte planete, primul lucru pe care îl căutăm sunt compușii cu carbon, care ne-ar indica prezența vreunei forme de viață pe acea planetă.
Însă, așa cum a observat Friedrich Böhler în 1828, compușii organici importanti nu sunt limitați numai la cei pe care îi găsim în natură.
Chimiștii au învățat să sintetizeze milioane de compuși organici care nu există nicăieri în natură și probabil nicăieri altundeva în univers.
Aproape toate reacțiile despre care am discutat până acum în cadrul chimiei generale sunt reacții în care nu prea există niciun fel de finețea interactivă.
E ca și cum am descărcat un camion de cărămizi și ne-am așteptat ca în cădere cărămizile să construiască singure odita mai în clădirea.
Reacțiile chimiei organice sunt cu mult mai rafinate.
În aceste reacții, chimiștii trebuie să convindă fiecare atom în parte să se atașeze de un altul, iar procesul este comparabil cu o construcție,
când se așează cu grijă cărămidă peste cărămidă până când se obține o clădire decorată cu multă precizie exact cu ornamentele pe care le dorește constructorul sau chimistul în cazul nostru.
În acest fel s-au obținut noi materiale, precum plasticul, fibrele sintetice sau cauciucul sintetic sau ni s-au pus la dispoziție noi parfumuri, culori, vopsele și medicamente.
Mulți dintre acești compuși sintetici previn deficitul unor compuși naturali, deficit care ar crea mari probleme pentru societate.
De exemplu, s-a estimat că în cazul populației actuale a planetei, dacă nu ar fi fost disponibile materialele sintetice pentru îmbrăcăminte,
tot terenul arabil din Statele Unite ale Americii ar trebui să fie folosit pentru producția de bumbac sau de lână doar pentru a producem de ajuns de mult material ca noi să avem cu ce să ne îmbrăcăm.
Dacă în 1880 se cunoșteau în jur de 12.000 de compuși organic, în 1950 în jur de 500.000, iar în 1960 în jur de 1.750.000, astăzi se cunosc peste 12.000.000 de compuși organic,
baunele surse vorbesc chiar despre 16.000.000. Și astfel apare întrebările, de ce are carbonul posibilitatea de a forma milioane și milioane de compuși diferiți?
Ce îl face atât de special? Răspunsul stă în poziția carbonului în tabelul periodic. Carbonul se află în centrule celor două perioade a tabelului periodic, în grupa 14, și la fel ca toate elementele grupe 14, carbonul are 4 electroni de valență.
Atomii din stânga carbonului preferă să cedeze electron pentru a ajunge la configurații stabile, în timp ce atomii din dreapta carbonului preferă să accepte electron. Aflându-se la mijloc, carbonul nu prea e dispus nici să cedeze, nici să accepte electron.
În schimb, el preferă să își împarte electronii. Carbonul poate să își împarte electronii cu tipuri diferite de atom și, de asemenea, poate să își împarte electronii și cu alții atomi de carbon. Deci, carbonul își poate folosi cei 4 electroni de valență pentru a se lega de alții atomi într-un număr imens de configurații diferite, reușind astfel să formeze toate acele milioane de compuși stabili.
Chimia organică studiază compușii organici, mai precis studiază proprietățile fizice și chimice ale compușilor organici, stabilirea structurii acestora, sinteza lor, cât și lucidarea mecanismelor prin care se produc reacțiile chimice la care participă compuși organici.
Deci, pentru a începe studiul chimiei organice, trebuie mai întâi să înțelegem structura atomilor, cât electronii are un anume atom și unde sunt aceștia localizați și mai trebuie să înțelegem și ce este o legătură chimică, ce înseamnă legătura covalentă și cum se formează aceasta, plus alte noțiuni de chimie generală pe care vi le puteți aminti urmărind mai întâi lecțiile de la clasa a noua.
Moleculele substanțelor organice sunt formate din lanțuri de atom de carbon pe care se leagă și atomii ai altor elemente.
De fapt, existența substanțelor organice se bazează pe proprietatea unică a atomilor de carbon de a se uni între ei în număr mare, lucrul ce duce la formarea catenelor.
Deci, catenele sunt lanțuri de atom de carbon.
Cele mai simple molecule organice sunt hidrocarburile pure, care conțin numai atom de carbon și hidrogen.
Vedem și denumirea hidrocarburi.
Există și substanțe organice de a căror catene de carbon se leagă și atomii altor elemente.
Acești atomi sunt hidrogenul, oxigenul, azotul, sulful, fosforul, halogenii, adică florul, clorul, bromul și iodul, iar în unele cazuri chiar atom și ion metalic.
Toate aceste elemente se numesc elemente organogene, adică elemente care formează compusii organici.
Cu câteva excepții, hidrogenul intră în compoziția tuturor substanțelor organice.
Chiar și substanțele organice care nu sunt hidrocarburi pot fi considerate ca derivând din hidrocarburi.
Aceasta pentru că moleculele lor sunt formate tot din lanțuri de atom de carbon, de care se leagă pe lângă atomii de hidrogen și atomii altor elemente organogene.
Fiecare atom sau fiecare grupă de atom formate din aceste elemente imprimă substanțelor care le conțin anumite proprietăți specifice.
De aceea, fiecare grupă de atom e considerată o grupă funcțională, iar substanțele care conțin grupe funcționale se numesc compuși organici cu funcțiuni.
De exemplu, gruparea hidroxil este o grupă funcțională.
Toți compușii care conțin această grupă și care au proprietăți comune alcăduiesc clasa alcoolilor.
Deci, alcoolii formează o clasă de compuși organici cu funcțiuni.
Înainte să începem studiul diferitor clase de compuși organici, va trebui să înțelegem mai bine ce se întâmplă atunci când carbonul formează legături covalente.
Deci, lecția viitoare vom vorbi despre legături covalente în compușii organici.