|
La plej gravaj elementoj en la naturo estas karbono kaj silicio. La plejmulto de la karbono-kombinaĵoj troviĝas en biologiaj molekuloj, kiuj responsas pri la ekzisto de vivo sur la tero. Ĝis nun oni konas multajn milionojn da karbono-kombinaĵoj, kaj la nombro pligrandiĝas plu. Speciala eco de karbono estas, ke ĝi formigas fortajn ligojn kun si mem, tielmaniere konstruante karbono-ĉenojn. Ankaŭ kun aliaj nemetalaj elementoj kiel ekzemple hidrogeno, nitrogeno (azoto), oksigeno, sulfuro kaj halogenoj ĝi kapablas formigi fortajn ligojn. Ĉi kombinaĵojn oni nomas "derivaĵoj de la hidrokarbonidoj". Por la sube listigitaj grupoj da karbono-kombinaĵoj legeblas pluaj informoj.
Hidrokarbonidoj | Alkoholoj | Karboksilaj acidoj | Esteroj
1. HIDROKARBONIDOJ
En nia ĉiutaga vivo ni bone konas hidrokarbonidojn (hidrogenajn karbidojn). Ni trovas ilin en brulaĵoj kiel brul-oleo kaj -gaso, en nutraĵaj kaj kuirejaj grasoj kaj ankaŭ en kosmetikaĵoj kiel ekzemple ŝampuo.
Hidrokarbonidoj konsistas nur el karbono-atomoj kaj hidrogeno-atomoj. Eblas dividi ilin en jenaj tri subklasoj: alkanoj, alkenoj kaj alkinoj. Hidrokarbonidoj estas ne-polaraj molekuloj, ĉar karbono-atomoj kaj hidrogeno-atomoj havas preskaŭ la saman elektro-negativecon - el kio rezultas nur minimuma ŝarĝo-transŝovo. Tio signifas, ke la ŝarĝo estas homgene dispartigita en la tuta molekulo. Plue tio signifas, ke hidrokarbonidoj estas stabilaj molekuloj, kiuj ne facile reagas kun aliaj molekuloj. Krome ili estas preskaŭ malsolveblaj en polaraj solvenzoj (= substancoj kiuj dissolvas aliajn substancojn; solviloj), kiel ekzemple akvo. "Similaĵo similaĵon dissolvas" estas konata kemiista proverbo kaj signifas, ke polaraj solvenzoj bone dissolvas polarajn substancojn kaj ne-polaraj solvenzoj bone dissolvas ne-polarajn substancojn.
La fortoj, kuntenantaj la molekulojn de la hidrokarbonidoj nomiĝas "Van der Waals-fortoj". Ilia karakterizaĵo estas, ke elektronoj de unu atomo ligiĝas ankaŭ al la protonoj de alia atomo.
Sube troviĝas konciza klarigo por ĉiu el la tri subklasoj.
Alkanoj
La plej simpla alkano estas metano, CH4. Por krei alkanojn kun pli ol nur unu karbono-atomo, necesas anstataŭigi unu H-atomon per unu C-atomo. Ĉar karbono troviĝas en la kvara kolumno de la Perioda Tabelo (Sistemo) de la Elementoj, ĝi havas kvar eksterajn, t.n. "ligo-" elektronojn, kiuj kreas la ligojn. Se ĉiu el la kvar ligo-elektronoj partoprenas en ligo, la alkano estas stabila. En alkanoj nur simplaj ligoj ekzistas. Ili havas la ĝeneralan formulon CnH2n+2. Aparta grupo de la alkanoj estas tiu de la cikloalkanoj. Ili havas ringan (cirklan) formon kaj la plej simpla el ili konsistas el tri C-atomoj, ĝia nomo estas ciklopropano. Pro sia ringa formo kaj la 4 ligo-elektronoj po C-atomo, cikloalkanoj havas du H-atomojn malpli ol normalaj alkanoj.
La Internacia Unuiĝo pri Pura kaj Aplikata Kemio (IUPAC = International Union of Pure kaj Applied Chemistry), aperigis regularon por sisteme nomi hidrokarbonidojn kaj iliajn derivaĵojn. La prefikso de la nomo rilatas al la nombro de la C-atomoj de unu ĝis dek (met-, et-, prop-, but-, pent-, hex-, hept-, oct-, non-, dec-). La sufikso povas esti -an, -en aŭ -in, kaj ĝi indikas, ĉu la substanco estas alkano, alkeno aŭ alkino. Buteno estas ekzemplo de kvar-atoma alkeno.
Alkenoj
La karakterizaĵo de la alkenoj estas, ke ili havas minimume unu duoblan ligon. En duobla ligo du C-atomoj estas ligitaj per du elektrono-paroj. Tio distingas ĝin de la simpla ligo, havanta nur unu elektrono-paron. Pro la regulo pri la ligo-elektronoj po unu duobla ligo devas malaperi du H-atomoj. Pro tio alkenoj havas la ĝeneralan formulon CnH2n.
En duoblaj ligoj la najbaraj atomoj kunestas pli proksime. Tial la C-atomoj, partoprenantaj en duobla ligo mapli facile kapablas rotacii kompare kun la C-atomoj en simpla ligo. El tio sekvas, ke alkenoj aperas en du strukturaj izomeroj - nomitaj "cis" kaj "trans". Izomeroj estas molekuloj kiuj konsistas el la samaj atomoj (en la sama kvanto), sed ili estas ligitaj en geometrie alia maniero. En la cis-alkenoj la per "R" reprezentataj (priskribataj) restoj (C-atomoj, C-grupetoj aŭ aliaj) troviĝas je la sama flanko de la duobla ligo. En trans-alkenoj ili troviĝas kontraŭflanke. (rigardu bildon 1.1).
Eksterordinare stabila formo de hidrokarbonidoj, apartenantaj al la alkenoj, estas la aromataj hidrokarbonidoj. Ĉi substancoj enhavas specialan nombron da C-atomoj, ringo-similan (cirklan) formon kaj ĉiu dua ligo estas duobla ligo. La kaŭzo por la eksterodinara stabileco estas la t.n. "struktur-resonanco" (angle: "resonance"; germane: "Mesomerie"). En ĝi ekzistas vagantaj elektronoj. partoprenantaj en pli ol unu ligo. Estas ne plu ekzakte distingebla, kiu ligo estas duobla kaj kiu simpla. (rigardu bildon 1.2).
Alkinoj
Alkinoj havas minimume unu trioblan ligon. En triobla ligo du C-atomoj estas ligataj per tri elektrono-paroj, kaj ilia ĝenerala formulo estas: CnH2n-2. Pro la triobla ligo la alkinoj estas pli stabilaj sed ankaŭ pli rigidaj (alivorte: malpli flekseblaj) ol aliaj molekuloj. Ĉiuj trioblaj ligoj estas plataj kaj la angulo inter ambaŭ C-atomoj egalas 180°.
2. Alkoholoj
Karakterizaĵo por alkoholoj estas, ke ili havas OH-grupon, la t.n. hidroksilan grupon. La plej simpla el la alkoholoj estas metanolo, CH3OH. Oni nomas alkoholojn laŭ la sama regulo, jam aplikata por la hidrokarbonidoj - akordante kun la nombro de C-atomoj en la carbono-ĉeno. Sed por distingi ilin de la aliaj klasoj, ili ricevas la finaĵon "-ol". Ĉar la OH-grupo estas polara, alkoholoj estas pli stabilaj ol hidrokarbonidoj. Per la OH-grupoj ili kapablas krei hidrogeno-ligojn, analogaj al tiuj en akvo.
Ĝenerale alkoholoj estas uzataj por dissolvi organikajn substancojn. Kvankam ekzistas multaj gravaj alkoholoj, la du plej simplaj el ili (metanolo kaj etanolo) estas la plej utilaj.
Metanolo troviĝas inter alie en fibroj kaj plastoj, kaj en kreskanta amplekso ĝi estas uzata kiel fuelo por motoroj. Metanolo estas danĝera substanco. Ĝi kauzas ebriecon kaj estas venenega (tre toksa). Krome ĝi povas blindigi kaj, ekstremokaze, eĉ mortigi pro tokseco. Aliflanke diluita (malkoncentrita) etanolo ekzistas en certa nombro da trinkaĵoj kiel ekzemple biero, vino kaj viskio. Estas la etanolo pri kiu temas, se ni en nia ĉiutaga lingvo parolas pri alkoholo. Etanolon oni produktas, fermentante glukozon, kiu ekzistas en grenoj, vinberoj kaj aliaj fruktoj. Dum ĉi tiu procezo, la glukozo fermentiĝas sen oksigeno, produktante CO2 gason kaj etanolon.
3. KARBOKSILAJ ACIDOJ
Se oni oksidigas alkoholon, la -CH2-OH grupo iĝas al -COOH grupo, karakteriza funkcia grupo de la karboksilaj acidoj. Solvata en akvo ĉi substancoj funkcias kiel malfortaj acidoj, ĉar la COOH-grupo fordonas H+ -jonon. Por distingi ilin, oni aldonas la vorton "acido" je la fino de la nomo, ekzemple metana acido kaj etana acido. Ĉi sistemajn nomojn oni nur malofte uzas. Pli ŝatataj en la ĉiutaga lingvo estas la facile memorteneblaj ordinaraj nomoj, formitaj laŭ la substanca koloro, gusto aŭ laŭ la nomo de ties malkovrinto. La ordinaraj nomoj de metana kaj etana acido ekzemple estas formika respektive aceta acido. Vinagro, uzata en kuirejo, estas diluita aceta acido kun spicaĵoj. En la naturo formika acido ekzistas en formikoj, urtikaj folioj kaj en ŝvito. Ĝi unuflanke forte atakas (korodas) la haŭton kaj la mukozajn membranojn, aliflanke ĝi havas antisepsan (kontraŭputran) efikon. Pro la lastnomita kaŭzo ĝi utilas kiel konservenzo en fruktsukoj kaj en furaĝo (kruda bestnutraĵo). Diluita formika acido estas vaste uzata en la nutraĵo-industrio.
Multajn karboksilajn acidojn oni povas sintezi el alkoholoj per fortaj oksidenzoj.
Etanolo, ekzemple , povas esti oksidigita al aceta (etana) acido pere de kalia
4. ESTEROJ
De la karboksilaj acidoj riceveblas kelkaj aliaj organikaj kombinaĵojoj, kiuj similas al ili.
Esteroj estas unu el tiuj grupoj. Ili estiĝas per la reakcio de karboksila acido aŭ de neorganika acido kun alkoholo, kiu krome liveras akvon.
Esteroj havas la sufikson "-oato" aŭ "-tato" kaj unu ekzemplero estas la metila etanoato.
Esteroj ampleksas kvanton da importaj substancoj. Kelkfoje ili malagrable, eĉ putre odoras, sed ofte ilia odoro similas al floroj aŭ fruktoj. La odoro de bananoj ekzemple venas de n-amila acetato.
Diversaj grasoj ankaŭ apartenas al la esteraj grupoj. Nitroglicerino (ordinara nomo), estas grava ekzemplo de graso-speco (-tipo). Oni ricevas ĝin el neorganika acido kaj glicerino (glicerolo) kaj uzas ĝin kaj por medicinaj celoj kaj kiel eksplodaĵo. Estas facile, diserigi esterojn. Ekzemple estas la klasika metodo por produkti sapon, dissolvi grasojn per alkalo, tiel ricevante sapon kaj glicerinon.
|
