Удивительный мир органической химии - [4]
Так началось великое вторжение химиков в мир органической химии. Уже никто не решался утверждать, что в получении органических веществ должна участвовать таинственная «сила». С каждым годом химики Германии, России, Франции, Англии наносили сокрушительные удары по виталистической теории, и в конце концов она была отброшена как ненаучная и мешающая их работе.
Успехи в органической химии были обязаны в немалой степени аналитическим методам, которые постоянно совершенствовались и уже позволяли установить с достаточной точностью простейшие — эмпирические (т. е. установленные экспериментально) формулы органических веществ. Эти формулы показывали число атомов каждого элемента, входящего в состав молекулы. И тут нельзя не отметить работы по органическому анализу немецкого химика Юстуса фон Либиха (1803-1873), который значительно (по сравнению с А. Лавуазье) усовершенствовал аналитические методы для количественного определения углерода и водорода в органических веществах. Уже в 1831 г. Ю. Либих смог получить точные эмпирические формулы многих органических веществ. Он также разработал метод определения азота. Два года спустя французский химик Жан Батист Дюма (1800-1884) сделал этот метод еще более точным, и в таком виде он применяется в настоящее время. Со временем менялось только его инструментальное оформление.
Особый вклад в развитие органической химии сделан русским химиком А. М. Бутлеровым. В 1861 г. он сформулировал основные положения своей теории строения органических соединений. Эта теория позволила впервые взглянуть на органическую молекулу как на систему, имеющую строгий порядок связи между атомами. Но об этом мы расскажем подробнее несколько позже.
1.3. Свыше десяти миллионов!
Углерод — обязательный элемент всех органических соединений. Поэтому органическую химию часто называют химией соединений углерода. Кроме углерода, в состав органических веществ почти всегда входит водород, часто встречается кислород, несколько реже — азот, галогены, сера, фосфор. Как видите, органическая химия имеет дело с соединениями, содержащими не так уж много элементов. Действительно, из ста с лишним известных элементов требуется всего 10-12, чтобы образовать несметное количество разнообразных органических веществ. Остальные же элементы встречаются в соединениях неорганических. На первый взгляд может показаться, что органических веществ должно быть гораздо меньше, чем неорганических. Но это не так. Подсчитано, что органических соединений в настоящее время свыше десяти миллионов! И число это постоянно растет. Пока вы читаете эти строки, в лабораториях мира уже получены новые органические вещества. Но самое удивительное, что такому росту числа органических соединений не будет конца. Посмотрите, как росли темпы получения новых веществ: в 1880 г. их было всего 12 тыс., в 1910 г. — 150 тыс., в 1920 г. — 200 тыс., в 1940 г. — 500 тыс., в 1950 г. — 1 млн, в 1960 г. — 2 млн. А за последующие сорок лет их стало на 8 млн больше.
Вот еще интересный факт. В 1906 г. в США было основано периодическое издание журнала «Chemical abstracts», в котором регулярно публикуются сведения о новых веществах (в том числе и органических). Так вот, оказалось, что для публикации 1 млн записей о веществах потребовался 31 год, для второго миллиона — 18 лет, третьего — 7 лет, а для четвертого — всего 4 года. Вот какими темпами работают химики!
И все же, почему органических соединений так много?
Атом углерода, который является основой всех органических веществ, — особый элемент в природе. Он способен образовывать химические связи не только с другими элементами, но, что очень важно, и с другими углеродными атомами, образуя при этом разные по длине прямые и разветвленные цепи:
При этом образуются молекулы, содержащие от нескольких углеродных атомов до десятков, сотен и более. Углеродные атомы могут образовывать и замкнутые цепи — циклы. Например, циклогексан:
Вот почему ни один элемент в природе не может дать такого разнообразия веществ, как углерод. Довольно скромно рядом с ним выглядит кремний. Самая длинная цепочка, которую в состоянии образовать атомы кремния, содержит всего 55 атомов. Но даже для образования такой молекулы необходимы специальные условия!
Если же углеродную цепь разнообразить включением в нее других элементов, то число различных перестановок в молекуле окажется огромным. А ведь в органических соединениях содержатся не только простые связи, но и двойные и тройные. Это тоже увеличивает разнообразие органических веществ. Правда, нам могут возразить. Скажут, если неорганическая химия изучает практически все известные нам элементы, то возможность различных перестановок в неорганических веществах будет гораздо большей. И такая возможность, казалось бы, будет возрастать с ростом различных атомов. Однако это не так. Дело в том, что неорганические вещества будут прочными только в том случае, если в состав их молекул будут входить два, три, но не более десятка различных атомов. По мере присоединения все новых и новых элементов молекула становится непрочной и склонной к разрушению.
