Номер 3, страница 241 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

3. Объясните, почему органических соединений так много.

Огромное разнообразие органических соединений, насчитывающее десятки миллионов, объясняется несколькими уникальными свойствами углерода, который является основой всех этих молекул.

1. Уникальное строение и валентность атома углерода

Атом углерода (C) имеет на внешней электронной оболочке четыре валентных электрона. Для достижения стабильной восьмиэлектронной конфигурации (октета) он образует четыре ковалентные связи. Это позволяет углероду выступать в роли "каркаса" для построения сложных и разнообразных молекулярных структур. Энергия этих связей достаточно велика, что обеспечивает стабильность органических молекул.

2. Способность атомов углерода к катенации

Это ключевая причина многообразия. Катенация — это способность атомов одного и того же химического элемента соединяться друг с другом, образуя прочные и устойчивые цепи. Атомы углерода могут формировать, например, прямые (линейные) цепи, как в бутане $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$; разветвленные цепи, как в изобутане $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$; и замкнутые цепи (циклы), как в циклогексане ($C_6H_{12}$). Длина углеродных цепей может достигать тысяч атомов, как, например, в полимерах (полиэтилен, каучук). Никакой другой элемент не проявляет способности к катенации в такой степени.

3. Образование кратных (двойных и тройных) связей

Помимо одинарных связей ($C-C$), атомы углерода могут образовывать между собой двойные ($C=C$) и тройные ($C \equiv C$) связи. Это приводит к появлению различных классов соединений с разными химическими свойствами: алканов (только одинарные связи), алкенов (содержат двойные связи) и алкинов (содержат тройные связи). Также углерод образует кратные связи и с другими элементами (например, $C=O$ в альдегидах и кетонах, $C \equiv N$ в нитрилах).

4. Явление изомерии

Изомерия — это существование соединений, имеющих одинаковый качественный и количественный состав (одну и ту же молекулярную формулу), но разное строение и, следовательно, разные свойства. Это явление значительно умножает число возможных соединений. Различают структурную изомерию (разный порядок соединения атомов, например, н-бутан и изобутан для формулы $C_4H_{10}$ или этанол $CH_3CH_2OH$ и диметиловый эфир $CH_3OCH_3$ для формулы $C_2H_6O$) и пространственную изомерию (одинаковый порядок соединения атомов, но разное их расположение в пространстве, например, цис- и транс-изомеры). Число изомеров растет в геометрической прогрессии с увеличением числа атомов углерода в молекуле.

5. Способность образовывать прочные связи с другими элементами

Углерод образует прочные ковалентные связи не только с самим собой, но и с атомами многих других элементов-неметаллов, в первую очередь с водородом (H), кислородом (O), азотом (N), серой (S), фосфором (P) и галогенами (F, Cl, Br, I). Сочетания этих атомов с углеродным скелетом создают огромное разнообразие функциональных групп (например, $-OH$, $-CHO$, $-COOH$, $-NH_2$), которые определяют принадлежность соединения к тому или иному классу (спирты, кислоты, амины и т.д.) и его химическую активность.

Ответ:

Многообразие органических соединений обусловлено уникальной способностью атомов углерода образовывать четыре прочные ковалентные связи, соединяться друг с другом в длинные и разветвленные цепи и циклы (катенация), формировать одинарные, двойные и тройные связи, а также широким распространением явления изомерии и способностью углерода прочно связываться с атомами других элементов.