Θέματα Οργανικής Χημείας για Αρχάριους

Η ζωή στο μικρό μας μπλε μάρμαρο βασίζεται σε ένα πράγμα πάνω από όλα - την παρουσία άνθρακα. Όλα όσα ζουν στον πλανήτη μας αποτελούνται από άνθρακα με τη μια ή την άλλη μορφή, από τα κύτταρα του σώματός σας μέχρι το γρασίδι στην αυλή σας μέχρι τα δέντρα απέναντι. Η οργανική χημεία είναι η μελέτη των έμβιων όντων — ή μάλλον, τι συνθέτει τα ζωντανά πράγματα — και πώς εφαρμόζεται στη ζωή στη Γη.

Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν ένα τρομακτικό θέμα για να το συζητήσετε, γι' αυτό συγκεντρώσαμε μερικά εύκολα θέματα οργανικής χημείας για αρχάριους για να σας βάλουμε στο σωστό δρόμο.

Τι είναι η Οργανική Χημεία;

Αυτός ο κλάδος της επιστήμης μελετά τον άνθρακα και τη χημεία της ζωής. Δεν είναι όλα αυτά τα είδη αντιδράσεων οργανικά, επομένως αυτός ο τύπος χημείας εξετάζει ειδικά τον δεσμό άνθρακα-υδρογόνου και τα αποτελέσματα που δημιουργούν ζωντανούς οργανισμούς. Πολλές διαφορετικές σταδιοδρομίες, από την κτηνιατρική έως την οδοντιατρική έως τη φαρμακολογία, βασίζονται όλες στην οργανική χημεία.

Οι οργανικοί χημικοί χρειάζονται συνήθως πτυχίο στον κλάδο τους, αλλά πολλά άλλα επαγγέλματα απαιτούν κάποια εμπειρία για να αποκτήσουν πτυχίο ή πιστοποιητικό. Ας ρίξουμε μια ματιά σε ορισμένα θέματα οργανικής χημείας για αρχάριους που θα σας βοηθήσουν να κατανοήσετε αυτήν την προηγμένη επιστήμη.

Η σημασία του δεσμού

Γνωρίζουμε ότι τα πάντα στον πλανήτη αποτελούνται από άτομα και μόρια, αλλά τι συγκρατεί όλα αυτά τα συστατικά κομμάτια μαζί — μετατρέποντάς τα σε εσάς, σε εμένα και σε κάθε άλλο ζωντανό ον στη Γη;

Η απάντηση είναι δέσιμο. Τα άτομα προσπαθούν εγγενώς να φτάσουν στη χαμηλότερη δυνατή ενεργειακή κατάσταση και τα περισσότερα γίνονται σταθερά όταν το κέλυφος σθένους τους - το τμήμα του ατόμου που συγκρατεί τα ηλεκτρόνια - γεμίσει. Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι δεσμών:ιονικοί και ομοιοπολικοί.

Οι ιοντικοί δεσμοί συμβαίνουν όταν ένα άτομο αποκτά ή χάνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια. Αυτοί οι δεσμοί είναι πιο συνηθισμένοι σε ανόργανα υλικά, επομένως θα περάσουμε από αυτό το θέμα προς το παρόν.

Οι ομοιοπολικοί δεσμοί συμβαίνουν όταν τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια αντί να τα κερδίζουν ή να τα χάνουν. Αυτοί οι δεσμοί είναι η βάση του μορίου που συνθέτει τη ζωή σε αυτόν τον πλανήτη. Αυτά έρχονται σε δύο γεύσεις:πολική και μη πολική. Στους πολικούς ομοιοπολικούς δεσμούς, τα ηλεκτρόνια μοιράζονται άνισα και θα μετακινούνται εμπρός και πίσω μεταξύ των προσβεβλημένων ατόμων εντός του μορίου. Τα μόρια με μη πολικούς δεσμούς μοιράζονται τα ηλεκτρόνια τους εξίσου.

Αυτή η τάση των ατόμων να συνδέονται μεταξύ τους συνθέτει τα πάντα σε αυτόν τον πλανήτη. Ο υπολογιστής στον οποίο διαβάζετε αυτό πιθανότατα συγκρατείται με ιοντικούς δεσμούς, ενώ τα κύτταρα στο σώμα σας βασίζονται σε ομοιοπολικούς δεσμούς για την ίδια εργασία.

Ο ρόλος των ηλεκτρονίων

Έχουμε ήδη μιλήσει για ηλεκτρόνια όσον αφορά την οργανική χημεία και τους χημικούς δεσμούς, αλλά γιατί είναι τόσο σημαντικά αυτά τα μικρά υποατομικά σωματίδια;

Με λίγα λόγια, είναι επειδή η ίδια η ζωή δεν θα ήταν δυνατή χωρίς την κίνηση των ηλεκτρονίων.

Το κέλυφος σθένους ενός ατόμου είναι σαν το κέλυφος καραμέλας σε ένα M&M. Η αγαπημένη σας καραμέλα θα ήταν αρκετά ακατάστατη χωρίς το σκληρό εξωτερικό της κέλυφος, σωστά; Τα άτομα είναι αρκετά ακατάστατα χωρίς κέλυφος πλήρους σθένους, γι' αυτό πάντα αναζητούν άλλα στοιχεία για να συνδεθούν για να γεμίσουν αυτό το εξωτερικό κέλυφος.

Δεν θα βρουν όλα τα άτομα αυτό το τέλειο ζεύγος. Το χλώριο, για παράδειγμα, έχει φυσικά επτά ηλεκτρόνια σθένους, επομένως θα υπάρχει πάντα ένα περιττό ηλεκτρόνιο όταν συνδυάζεται με κάτι σαν νάτριο για να παραχθεί επιτραπέζιο αλάτι (χλωριούχο νάτριο). Η οργανική χημεία εστιάζει στους δεσμούς μεταξύ αυτών των στοιχείων και στο πώς συνδυάζονται για να δημιουργήσουν κάτι τόσο περίπλοκο όσο το ανθρώπινο σώμα.

Ο μέσος άνθρωπος 154 λιβρών αποτελείται από 7 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια άτομα - και όχι, αυτό δεν είναι τυπογραφικό λάθος. Παρόλα αυτά, το σώμα μας είναι ως επί το πλείστον διαστημικό. Δεν φαίνεται έτσι όταν βλέπεις την ανθρώπινη ανατομία, με όργανα στριμωγμένα τόσο σφιχτά που δεν φαίνεται ότι υπάρχει χώρος για οτιδήποτε άλλο. Αν αφαιρούσαμε όλο τον χώρο, το ανθρώπινο σώμα θα χωρούσε σε ένα κουτί στο μέγεθος ενός κύβου ζάχαρης.

Αλκάνια, Αλκένια και Αλκίνια — Ποια είναι η διαφορά;

Έχουμε μιλήσει για την οργανική χημεία και τον δεσμό άνθρακα/υδρογόνου που αποτελεί όλη τη ζωή, αλλά υπάρχουν πολλά περισσότερα από αυτό. Οι ενώσεις που περιλαμβάνουν άνθρακα και υδρογόνο είναι γνωστές ως υδρογονάνθρακες και ανήκουν σε τρεις κατηγορίες - αλκάνια, αλκένια και αλκίνια. Ενώ και τα τρία αποτελούνται από υδρογόνο και άνθρακα, το καθένα έχει διαφορετική φυσική δομή και επομένως έχει διάφορες χημικές ιδιότητες.

Τα αλκάνια είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες με έναν μόνο δεσμό μεταξύ των ατόμων υδρογόνου και άνθρακα. Αυτά είναι εύλογα σταθερά μόρια και οι δεσμοί τους δεν σπάνε εύκολα. Το απλούστερο αλκάνιο αντιπροσωπεύεται ως CH4 και δεν περιέχει λειτουργικές ομάδες.

Τα αλκένια είναι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες και διαθέτουν έναν ή περισσότερους διπλούς ή τριπλούς δεσμούς μεταξύ του υδρογόνου και του άνθρακα. Αυτές οι ενώσεις μπορεί να έχουν λειτουργικές ομάδες, αλλά δεν έχουν πάντα. Αν και είναι πιο σταθεροί από τα αλκίνια, αυτοί οι υδρογονάνθρακες είναι πιο δραστικοί από τα αλκάνια.

Τα αλκίνια είναι επίσης ακόρεστοι υδρογονάνθρακες και έχουν αποκλειστικά έναν ή περισσότερους τριπλούς δεσμούς μεταξύ των μορίων. Είναι επίσης οι λιγότερο σταθεροί υδρογονάνθρακες και είναι πιο πιθανό να αντιδράσουν με το περιβάλλον τους από τα αλκάνια ή τα αλκένια.

Λειτουργικές ομάδες

Αναφέραμε τις λειτουργικές ομάδες όταν μιλάμε για τους διάφορους τύπους υδρογονανθράκων, αλλά τι σημαίνει αυτός ο όρος;

Οι λειτουργικές ομάδες ορίζονται ως «ειδικές ομαδοποιήσεις ατόμων εντός μορίων που έχουν τις χαρακτηριστικές τους ιδιότητες, ανεξάρτητα από τα άλλα άτομα που υπάρχουν στα μόρια». Υπάρχουν 14 από αυτές τις λειτουργικές ομάδες που θεωρούνται βασικές, καθώς και άλλες που κάνουν την εμφάνισή τους περιστασιακά. Πιθανότατα έχετε ακούσει για μερικά από αυτά, όπως το αλκοόλ και οι κετόνες. Οι κετόνες είναι ένα κομβικό σημείο της δίαιτας κετο που αυξάνεται σε δημοτικότητα.

Το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να θυμάστε είναι ότι εάν μία ή περισσότερες από αυτές τις λειτουργικές ομάδες υπάρχουν σε έναν υδρογονάνθρακα, δεν αλλάζουν — ακόμα κι αν αλλάζουν τα μόρια γύρω τους.

Μελέτη Οργανικής Χημείας

Εάν κάποιο από αυτά τα θέματα οργανικής χημείας για αρχάριους έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον σας, ίσως αναρωτιέστε πώς να μπείτε σε αυτό το πεδίο. Το καλύτερο που μπορείτε να κάνετε είναι να εστιάσετε στα μαθηματικά, τις επιστήμες, τη βιολογία και τη χημεία όταν είστε στο γυμνάσιο. Βαθμολογήστε υψηλούς βαθμούς και επιλέξτε ένα κολέγιο που εστιάζει στις επιστήμες. Υπάρχουν πολλές συμβουλές για την επιβίωση της οργανικής χημείας — απλά πρέπει να φτάσετε εκεί πρώτα.