Страница 4 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Какой элемент лежит в основе всех органических соединений?

В основе всех без исключения органических соединений лежит химический элемент углерод (химический символ $C$). Именно уникальные свойства атома углерода обуславливают огромное многообразие и сложность органических молекул, которые являются структурной основой всех живых организмов на Земле.

Ключевые свойства углерода, которые делают его центральным элементом органической химии:

• Тетравалентность. Атом углерода находится в IV группе периодической системы и имеет четыре валентных электрона. Это позволяет ему образовывать четыре прочные ковалентные (неионные) связи с другими атомами. Пространственное расположение этих связей (чаще всего тетраэдрическое) определяет трехмерную геометрию органических молекул.
• Способность к катенации. Это уникальная способность атомов углерода соединяться друг с другом в длинные и прочные цепи и циклы. Связи "углерод-углерод" ($C-C$) очень стабильны, что позволяет создавать сложные "скелеты" молекул, которые могут быть линейными, разветвленными или циклическими.
• Образование кратных связей. Атомы углерода могут формировать не только одинарные ($C-C$), но и двойные ($C=C$) и тройные ($C \equiv C$) связи. Наличие кратных связей значительно увеличивает разнообразие структур и химических свойств органических веществ.
• Стабильные связи с другими элементами. Углерод образует прочные ковалентные связи со многими другими элементами, прежде всего с водородом ($H$), кислородом ($O$), азотом ($N$), фосфором ($P$), серой ($S$) и галогенами. Эти элементы, входя в состав органических молекул, образуют различные функциональные группы, которые и определяют принадлежность соединения к тому или иному классу (спирты, кислоты, амины и т.д.) и его характерные свойства.

Совокупность этих свойств позволяет углероду формировать миллионы различных соединений — от простейшего метана ($CH_4$) до сложнейших биополимеров, таких как белки и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), обеспечивая всё многообразие жизни.

Ответ: Углерод ($C$).

Какие классы органических соединений вам известны?

Решение

Органическая химия изучает огромное разнообразие соединений, основу которых составляет углеродный скелет. Классификация этих соединений помогает систематизировать их свойства и реакции. Основные классы органических соединений можно выделить на основе их состава и наличия определённых функциональных групп.

Углеводороды

Это простейший класс органических соединений, состоящий исключительно из атомов углерода (C) и водорода (H). Они, в свою очередь, делятся на несколько групп:

• Алканы — насыщенные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода соединены только одинарными связями. Общая формула гомологического ряда: $C_nH_{2n+2}$. Примеры: метан ($CH_4$), пропан ($C_3H_8$).
• Алкены — ненасыщенные углеводороды, содержащие одну двойную связь между атомами углерода ($C=C$). Общая формула: $C_nH_{2n}$. Пример: этен (этилен, $C_2H_4$).
• Алкины — ненасыщенные углеводороды, содержащие одну тройную связь между атомами углерода ($C \equiv C$). Общая формула: $C_nH_{2n-2}$. Пример: этин (ацетилен, $C_2H_2$).
• Циклоалканы — насыщенные углеводороды с замкнутой цепью атомов углерода. Общая формула: $C_nH_{2n}$. Пример: циклогексан ($C_6H_{12}$).
• Арены (ароматические углеводороды) — углеводороды, содержащие одно или несколько бензольных колец. Пример: бензол ($C_6H_6$).

Ответ: Классы углеводородов: алканы, алкены, алкины, циклоалканы, арены.

Кислородсодержащие органические соединения

Молекулы этих соединений содержат, помимо углерода и водорода, атомы кислорода, образующие различные функциональные группы.

• Спирты и фенолы — содержат гидроксогруппу ($-OH$). В спиртах она связана с алифатическим радикалом ($R-OH$), в фенолах — непосредственно с бензольным кольцом ($Ar-OH$). Примеры: этанол ($C_2H_5OH$), фенол ($C_6H_5OH$).
• Простые эфиры — содержат два радикала, связанные через атом кислорода ($R_1-O-R_2$). Пример: диэтиловый эфир ($C_2H_5-O-C_2H_5$).
• Альдегиды и кетоны — содержат карбонильную группу ($>C=O$). В альдегидах она связана с атомом водорода и радикалом (группа $-CHO$), в кетонах — с двумя углеводородными радикалами. Примеры: формальдегид ($HCHO$), ацетон ($CH_3-CO-CH_3$).
• Карбоновые кислоты — содержат карбоксильную группу ($-COOH$). Примеры: уксусная кислота ($CH_3COOH$), бензойная кислота ($C_6H_5COOH$).
• Сложные эфиры — производные карбоновых кислот и спиртов, содержат сложноэфирную группу $-COO-$. Примеры: этилацетат ($CH_3COOC_2H_5$).

Ответ: Классы кислородсодержащих соединений: спирты, фенолы, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, сложные эфиры.

Азотсодержащие органические соединения

Молекулы этих соединений содержат атомы азота.

• Амины — органические производные аммиака ($NH_3$), в которых один, два или все три атома водорода замещены на углеводородные радикалы. Пример: метиламин ($CH_3NH_2$).
• Аминокислоты — органические соединения, содержащие одновременно аминогруппу ($-NH_2$) и карбоксильную группу ($-COOH$). Являются строительными блоками для белков. Пример: глицин ($NH_2-CH_2-COOH$).
• Амиды — производные карбоновых кислот, в которых гидроксильная группа заменена на аминогруппу. Содержат пептидную (амидную) связь ($-CONH-$). Пример: ацетамид ($CH_3CONH_2$).
• Нитросоединения — содержат нитрогруппу ($-NO_2$). Пример: нитрометан ($CH_3NO_2$).

Ответ: Классы азотсодержащих соединений: амины, аминокислоты, амиды, нитросоединения.

Биологически важные соединения (биополимеры)

Это сложные органические молекулы, которые лежат в основе строения и жизнедеятельности организмов.

• Белки — высокомолекулярные полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.
• Углеводы (сахариды) — включают моно-, ди- и полисахариды. Общая формула многих из них $C_n(H_2O)_m$. Примеры: глюкоза, сахароза, крахмал, целлюлоза.
• Липиды — жиры и жироподобные вещества, нерастворимые в воде. Жиры являются сложными эфирами глицерина и высших карбоновых кислот.
• Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) — полимеры, состоящие из нуклеотидов, отвечающие за хранение и передачу генетической информации.

Ответ: Основные классы биологически важных соединений: белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты.

С какими органическими соединениями вы сталкиваетесь в быту?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с огромным количеством органических соединений. Они являются основой пищи, которую мы едим, материалов, из которых сделаны наши вещи, топлива, которое мы используем, и многого другого. Вот основные группы органических соединений и их примеры в быту:

Продукты питания

• Углеводы: Сахар, который мы добавляем в чай, — это сахароза ($C_{12}H_{22}O_{11}$). В хлебе, картофеле и крупах содержится крахмал. Фрукты богаты глюкозой и фруктозой. Овощи и злаки содержат клетчатку (целлюлозу).
• Белки: Основные компоненты мяса, рыбы, яиц, творога. Это сложные органические полимеры, состоящие из аминокислот.
• Жиры: Растительные масла (подсолнечное, оливковое) и животные жиры (сливочное масло, сало).
• Органические кислоты: Уксус — это водный раствор уксусной кислоты ($CH_3COOH$). В лимонах содержится лимонная кислота, а в кисломолочных продуктах — молочная.
• Витамины: Большинство витаминов (например, витамин C — аскорбиновая кислота) являются органическими соединениями.

Топливо и горючие материалы

• Природный газ: Используемый в газовых плитах, состоит в основном из метана ($CH_4$).
• Бензин и дизельное топливо: Смеси жидких углеводородов для заправки автомобилей.
• Древесина и уголь: Используются для отопления и приготовления пищи на мангале.

Материалы

• Пластмассы: Полиэтилен (пакеты, бутылки), полипропилен (контейнеры для еды), ПВХ (оконные рамы), полистирол (упаковка, одноразовая посуда).
• Ткани: Натуральные волокна, такие как хлопок и лен (состоят из целлюлозы), шерсть и шелк (из белков). Синтетические волокна, такие как полиэстер (лавсан) и нейлон.
• Древесина: Мебель, бумага, строительные материалы состоят из целлюлозы и лигнина.
• Каучук: Автомобильные шины, подошвы обуви, ластики сделаны из натурального или синтетического каучука.

Бытовая химия и косметика

• Мыло: Является натриевыми или калиевыми солями высших карбоновых кислот (например, пальмитат натрия $C_{15}H_{31}COONa$).
• Синтетические моющие средства (СМС): Стиральные порошки и гели для душа содержат органические поверхностно-активные вещества (ПАВ).
• Спирты: Этанол ($C_2H_5OH$) используется как антисептик, в парфюмерии и как растворитель. Изопропиловый спирт — в средствах для чистки стекол. Глицерин — в кремах для рук.
• Растворители: Ацетон ($CH_3COCH_3$) в жидкости для снятия лака.

Лекарственные средства

• Многие лекарства являются органическими соединениями, например, аспирин (ацетилсалициловая кислота), парацетамол, ибупрофен.

Ответ: В быту человек постоянно сталкивается с разнообразными органическими соединениями, включая углеводы, белки и жиры в пище; метан и пропан в качестве топлива; полиэтилен, целлюлозу и белки в материалах; спирты, кислоты и соли жирных кислот в моющих средствах, косметике и лекарствах.