Удивительный мир органической химии

А теперь поступим иначе. Внесем в пламя любое неорганическое вещество, например хлорид натрия. Вы увидите, что соль ведет себя совсем иначе, чем палочка и кусочек сахара. Соль выдерживает даже очень высокую температуру. Она вначале растрескивается на мелкие кусочки, а потом, если бы удалось повысить температуру до 800 °С, начинает плавиться. При 1440 °С расплавленная соль закипает. Но стоит расплавленную соль охладить, как получается тот же продукт, что был вначале. Эта соль опять пригодна для приготовления пищи!

Есть еще одно отличие между органическими и неорганическими веществами. Известно, что большинство неорганических веществ хорошо растворимо в воде. В то же время органических веществ, которые растворяются в воде, не так уж и много. Почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть, как связаны между собой атомы в молекулах неорганических и органических веществ.

Известно, что любой атом состоит из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся масса атома, и отрицательно заряженных электронов, окружающих это ядро. Электроны располагаются от ядра на различных расстояниях. Группы электронов, удаленные на одинаковое расстояние от ядра и обладающие одинаковой энергией, образуют слои (оболочки). Чем дальше от ядра расположены эти слои, тем большей энергией обладают их электроны. Поскольку атом — нейтральная частица, то это означает полную компенсацию положительного заряда ядра отрицательным зарядом всех электронов, входящих в атом. Но иногда такой компенсации не происходит. Это связано с тем, что число электронов в атоме может изменяться: при определенных условиях атом способен присоединять или отдавать несколько электронов. Если атом принимает электроны, то возникает избыточный отрицательный заряд и нейтральный атом превращается в отрицательную частицу — анион. Если же атом отдает электроны, то преобладает положительный заряд ядра и образуется положительно заряженный ион — катион. Поясним это на примере образования молекулы хлорида натрия. Атом натрия при взаимодействии с атомом хлора отдает ему единственный электрон, который расположен на внешнем электронном слое. В результате у атома натрия остаются 10 электронов (всего же было 11 электронов), а у атома хлора их будет уже 18 (было 17) (рис. 1). Так как терять и приобретать электроны могут только внешние электронные слои атомов, то на этих слоях у атомов натрия и хлора остается по восемь электронов, как у инертных газов (неона, аргона и др.). Следовательно, эти слои приобретают устойчивую электронную конфигурацию. Итак, вместо нейтрального атома натрия образовался катион, а атом хлора превратился в противоположную частицу — анион. Поскольку разноименные заряды, как известно, притягиваются, то из ионов образуется молекула хлорида натрия. Связь между катионом и анионом хлора называется ионной. Молекулы, имеющие ионную связь, всегда полярны, так как в них в одной области группируются положительные заряды, а в другой — отрицательные. Теперь посмотрим, что же происходит при растворении полярной молекулы хлорида натрия в воде.

Сразу же напомним, что в молекуле воды также преобладает ионная связь. Когда же полярные молекулы воды приближаются к полярным молекулам хлорида натрия, то происходит ориентация этих молекул друг относительно друга. Они располагаются так, что к катиону натрия и аниону хлора подходят молекулы воды с противоположным знаком. В результате между молекулами воды и хлорида натрия возникает притяжение. Затем молекулы воды внедряются между ионами хлорида натрия, ослабляют связь между ними и «растаскивают» ионы натрия и хлора в разные стороны. Вот так происходит процесс растворения неорганических веществ.

Совсем по-другому протекает растворение органических соединений. Это и неудивительно. Ведь химическая связь между атомами в органических соединениях совсем другая, чем в неорганических. Если ионная связь образуется между атомами, которые способны отдавать и присоединять электроны (как в случае атомов натрия и хлора), то химическая связь в органических веществах соединяет такие атомы, которые такой способностью не обладают. Тогда как же соединяются эти атомы?

В этом случае все происходит гораздо проще. Атомы, вступающие в химическую связь, не теряют и не присоединяют электроны, они их... «обобществляют», т. е. делают общими для двух атомов. Например, в случае образования молекул хлора или водорода такой процесс можно изобразить так:

На этих схемах точками изображены электроны наружных слоев. Две точки между атомами в молекуле обозначают электронные пары, состоящие из «обобществленных» электронов. Эти электроны в одинаковой мере принадлежат сразу обоим атомам. Химическая связь, осуществляемая электронными парами, называется ковалентной связью. Такая связь является основной химической связью для органических соединений.