Základy organiky
Pohled do historie: Vitalistická teorie
V minulosti lidé věřili v tzv. vitalistickou teorii, podle které organické látky mohou vznikat pouze v živich organismech působením tajemné životni sily" (vis vitalis).
Zlom nastal v roce 1828, kdy německý chemik Friedrich Wöhler jako první připravil v laboratoři z anorganické látky (kyanatanu amonného) organickou sloučeninu močovinu. Tím dokázal, že organické látky lze vyrobit i uměle bez pomoci živé přírody.
Proč je uhlík základem organiky?
Výjimečnost organické chemie spočívá v unikátních vlastnostech atomu uhlíku (C):
- čtyřváznost: Uhlík je v organických sloučeninách vždy čtyřvazný, což znamená, že z něj vždy vycházejí 4 vazby.
- Schopnost řetězení: Atomy uhlíku se mohou spojovat do neomezeně dlouhých řetězců, které mohou být otevřené (lineární nebo rozvětvené) nebo uzavřené (cyklické - do kruhu).
- Typy vazeb: Mezi atomy uhliku mohou být vazby jednoduché, dvojné i trojné
Kromě uhlíku tvoří organické sloučeniny především biogenní prvky: vodík (H), kyslík (O), dusík (N) a v menši míře také síra (S), fosfor (P) nebo halogeny.
Vlastnosti organických látek
Většina organických látek se od těch anorganických (jako je sůl nebo voda) liší těmito vlastnostmi:
- mají poměrně nízké teploty tání a varu
- jsou většinou těkavé a hořlavé
- zpravidla nevedou elektrický proud a jsou ve vodě špatně rozpustné
- jejich chemické reakce probíhají obvykle pomaleji než u anorganických látek
- citlivé na světlo a teplo (papír časem žloutne, léčiva degradují)
Rozdělení a význam
Organické sloučeniny dělíme na dvě základní skupiny:
- uhlovodíky: obsahují pouze atomy uhlíku a vodiku (např. methan, benzen)
- deriváty uhlovodíků: vznikají nahrazením atomu vodiku jiným prvkem či skupinou (např. alkoholy, organické kyseliny, halogeny)
Organická chemie je základem moderního života. Setkáváme se s ní při výrobě léků, plastů, barviv, paliv, mydel, výbušnin a umělých vláken. Je také podstatou samotného života - tvoří našli DNA, bílkoviny. cukry i tuky.
I když je organická chemie definována jako chamie sloučenin uhlíku, vědci stanovili jasnou hranici, podle staré se oxid uhličný (CO₂) a několik dalších látek do této skupiny neřadí.
Tady jsou hlavní důvody, proč CO₂, považujeme za energenickou látku
- Přílišná jednoduchost: Základním znakam organických látek je schopnost uhlíku vytvářet dlouhé řetězce (otevřené i uzavřené) a složité struktury. Oxid uhličitý je oproti tomu velmi jednoduchá molekula, kde se jeden storm uhtiku pouze váže se dvěma atomy kystiku dvojnou vazbou (O=C=0) a nemá schopnost se dále řetězit.
- Historické dělení a výskyt: Anorganická chemie se tradičně zabývá látkami, která tvoří neživou přírodu. Jelikož se CO₂, běžně vyskytuje v atmosféře nebo vzniká hořením, byl historicky zařazen k látkám neústrojným (anorganickým), zatímco organická chemie se soustředila na látky, které jsou podstatou živé hmoty.
- Chemické chování: Vlastnosti CO₂, a jeho reakce odpovídají spíše jiným oxidům prvků (jako je např. oxid siřičitý), než složitým organickým molekulám, jako jsou cukry, tuky nebo bílkoviny
Do organické chemie tedy nepatří tyto výjimky: Kromě axidu uhličitého (CO₂) se mezi organické látky neřadí ani oxid uhelnatý (CO), kyselina uhličitá (H₂CO₃), kyanovodik (HCN) nebo uhličitany. Tyto látky se studují v anorganické chemií, i když v sobě atom uhlíku mají.
Organické sloučeniny jsou tvořeny především několika klíčovými biogenními prvky, z nichž naprosto zásadní postavení má uhlík.
Mezi hlavní biogenní prvky tvořicí organické látky patři:
- uhlík (C): je základnim stavebním kamenem vilech organických molekul
- vodík (H): společně s úhlíkem tvoří základní kostru většiny organických sloučenin
- kyslík (O): vyskytuje se například v cukrech, tucích nebo organických kyselínách
- dusík (N): je důležitou součástí bílkovin a aminokyselin
Dále se v organických sloučeninách často vyskytuji:
- síra (S)
- fosfor (P)
V menším množství nebo ve specifických skupinách látek (například v derivátech uhlovodíků) se mohou nacházet také:
- halogeny (fluor, chlor, brom, jód)
- hořčík (Mg)
- vápník (Ca)
- sodík (Na)
- draslík (K)
- železo (Fe)
Zdroje organických sloučenin
- ze surovin organického původu
- neobnovitelné - uhlí, ropa, zemní plyn
- obnovitelné - živočišný a rostlinný odpad (+ záměrné pěstováné rostliny) biomasa (pěstovaná, zbytková)
- příklady
- celulóza - ze stromu
- cukr - cukrová třtina a řepa
- škrob - kukuřice, brambory
- tuky a oleje - řepka olejná, olivy, slunečnice
- sportovní dres - ropa
- výroba organických látek přímo z přirodních surovin
- zdlouhavá, složitá, s malými výtěžky
- často se látky vyrábí synteticky - syntéza organických látek
Typy vzorců v organické chemii
Strukturální
- přesně znázonuje polohu atomů a vazeb
Zdroj: Tobiso
Racionální
- znázorňuje, jak jsou v molekule vázány skupiny atomů
- racionální vzorec propanu
CH₃ - CH₂ - CH₃
Sumární
- znázorňuje počty jednotlivých atomů v molekule
- sumární vzorec propanu
C₃H₈