Страница 119 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Что является предметом изучения органической химии?

Что является предметом изучения органической химии?

Органическая химия — это раздел химии, который изучает соединения углерода, их структуру, свойства, методы синтеза и превращения. Эти соединения называют органическими.

Изначально, в период становления химии как науки, считалось, что органические вещества могут быть синтезированы только в живых организмах (растениях и животных) под действием некой «жизненной силы» (витализм). Однако в 1828 году немецкий химик Фридрих Вёлер, синтезировав мочевину (органическое вещество) из неорганического цианата аммония, опроверг теорию витализма. С этого момента органическую химию стали определять как химию соединений углерода.

Ключевая роль углерода в органической химии объясняется его уникальными свойствами. Во-первых, атомы углерода способны соединяться друг с другом в длинные и разветвленные цепи, а также замыкаться в циклы, образуя прочные ковалентные связи. Это явление называется катенацией. Во-вторых, углерод образует прочные связи не только с другими атомами углерода, но и с атомами многих других элементов, в первую очередь с водородом, кислородом, азотом, серой, фосфором и галогенами.

Благодаря этим свойствам существует огромное разнообразие органических соединений, которые являются основой жизни на Земле (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты), а также находят широкое применение в промышленности (пластмассы, каучуки, волокна, лекарства, красители, топливо и многое другое).

Стоит отметить, что некоторые простейшие соединения углерода, такие как оксиды углерода (CO, $CO_2$), угольная кислота и её соли (карбонаты), цианиды, карбиды, по исторически сложившейся традиции относят к неорганической химии из-за их свойств, более близких к неорганическим веществам.

Таким образом, предметом изучения органической химии является обширный класс соединений углерода (углеводороды и их производные), исследование их строения, физических и химических свойств, а также разработка способов их получения и практического использования.

Ответ: Предметом изучения органической химии являются соединения углерода (за исключением некоторых простейших, традиционно относимых к неорганическим), их строение, свойства, способы получения (синтеза) и практического применения.

2. Что такое химическое строение? Что обозначает валентный штрих в структурных формулах органических веществ?

Что такое химическое строение?

Решение

Химическое строение — это определённый порядок соединения атомов в молекуле и их пространственное расположение. Это понятие является ключевым в теории химического строения, которую сформулировал русский химик А. М. Бутлеров в 1861 году. Согласно этой теории, свойства вещества определяются не только его качественным и количественным составом (какие атомы и в каком количестве входят в состав молекулы), но и последовательностью, в которой эти атомы связаны между собой. Молекулы с одинаковым атомным составом, но разным химическим строением, называются изомерами и обладают различными физическими и химическими свойствами. Например, этиловый спирт ($C_2H_5OH$) и диметиловый эфир ($CH_3–O–CH_3$) имеют одинаковую молекулярную формулу $C_2H_6O$, но из-за разного порядка соединения атомов их свойства кардинально отличаются.

Ответ: Химическое строение — это последовательность соединения атомов в молекуле в соответствии с их валентностью, а также их расположение в пространстве.

Что обозначает валентный штрих в структурных формулах органических веществ?

Решение

Валентный штрих (черточка «–») в структурных формулах органических, а также неорганических веществ, является графическим изображением химической связи между двумя атомами. В подавляющем большинстве случаев для органических соединений валентный штрих обозначает ковалентную связь, которая образуется за счёт обобществления одной или нескольких пар электронов.
Количество штрихов между атомами указывает на кратность связи:
• один штрих (например, $C–H$, $C–C$) — это одинарная (простая) связь, образованная одной парой электронов;
• два штриха (например, $C=C$, $C=O$) — это двойная связь, образованная двумя парами электронов;
• три штриха (например, $C \equiv C$, $C \equiv N$) — это тройная связь, образованная тремя парами электронов.
Общее число валентных штрихов, отходящих от символа элемента в структурной формуле, соответствует его валентности в данном соединении. Например, углерод в органических соединениях почти всегда четырёхвалентен, поэтому от его символа «C» всегда отходит четыре штриха.

Ответ: Валентный штрих обозначает ковалентную химическую связь между атомами, образованную одной общей электронной парой.

3. Какие органические вещества называют углеводородами? На какие группы их подразделяют?

Какие органические вещества называют углеводородами?

Углеводородами называют обширный класс органических соединений, которые состоят исключительно из атомов двух элементов — углерода ($C$) и водорода ($H$). Само название «углеводород» отражает их состав. Атомы углерода способны соединяться друг с другом, образуя разнообразные по строению и длине цепи и циклы, которые составляют «скелет» молекулы. К этому углеродному скелету присоединяются атомы водорода, насыщая валентности атомов углерода. Простейшим представителем углеводородов является метан с химической формулой $CH_4$.

На какие группы их подразделяют?

Классификация углеводородов основана на двух главных признаках: строении углеродного скелета и наличии/отсутствии кратных (двойных, тройных) связей между атомами углерода. Всю совокупность углеводородов делят на следующие основные группы:

• Ациклические (алифатические) углеводороды. Это соединения с открытой (незамкнутой) углеродной цепью, которая может быть линейной или разветвленной. Они делятся на:
  • Предельные (насыщенные) углеводороды (алканы). Содержат только одинарные ($C-C$) связи. Общая формула $C_nH_{2n+2}$ (где $n \ge 1$). Пример: пропан ($C_3H_8$).
  • Непредельные (ненасыщенные) углеводороды. Содержат в цепи кратные связи:
    • Алкены: с одной двойной связью ($C=C$). Общая формула $C_nH_{2n}$ (где $n \ge 2$). Пример: этен ($C_2H_4$).
    • Алкины: с одной тройной связью ($C \equiv C$). Общая формула $C_nH_{2n-2}$ (где $n \ge 2$). Пример: этин ($C_2H_2$).
    • Алкадиены (диены): с двумя двойными связями. Общая формула $C_nH_{2n-2}$ (где $n \ge 3$). Пример: бутадиен-1,3 ($C_4H_6$).
• Циклические (карбоциклические) углеводороды. Это соединения, в которых углеродные атомы образуют замкнутую цепь — цикл. Они делятся на:
  • Алициклические углеводороды. По свойствам напоминают ациклические аналоги.
    • Циклоалканы: насыщенные циклические углеводороды. Общая формула $C_nH_{2n}$ (где $n \ge 3$). Пример: циклопентан ($C_5H_{10}$).
    • Циклоалкены и циклоалкины: ненасыщенные, с кратными связями в цикле. Пример: циклогексен ($C_6H_{10}$).
  • Ароматические углеводороды (арены). Особая группа циклических соединений, содержащих в молекуле бензольное кольцо — устойчивую структуру из 6 атомов углерода с сопряженной системой $\pi$-электронов. Простейший представитель — бензол ($C_6H_6$).

Ответ: Углеводороды — это органические соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода. Их подразделяют на ациклические (алканы, алкены, алкины и др.) и циклические, которые в свою очередь делятся на алициклические (циклоалканы, циклоалкены) и ароматические (арены).

4. Дайте сравнительную характеристику метана и этана. Найдите черты сходства и различия в их строении.

Метан ($CH_4$) и этан ($C_2H_6$) являются первыми двумя представителями гомологического ряда алканов (предельных, или насыщенных, углеводородов). Их сравнительная характеристика позволяет выявить общие черты, присущие всему классу соединений, и различия, обусловленные увеличением углеродной цепи.

Черты сходства

• Оба вещества принадлежат к одному классу органических соединений — алканам, и описываются общей формулой $C_nH_{2n+2}$. Метан — простейший представитель ($n=1$), этан — его ближайший гомолог ($n=2$), отличающийся на гомологическую разность $-CH_2-$.
• Атомы углерода в молекулах метана и этана находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это определяет их пространственное строение.
• В молекулах обоих веществ присутствуют только одинарные ковалентные $\sigma$-связи (сигма-связи). Связи C–H являются слабополярными, но сами молекулы неполярны благодаря симметричному строению.
• Пространственная форма молекулы метана и каждого углеродного атома в этане — тетраэдр. Валентные углы (H–C–H и H–C–C) близки к тетраэдрическому значению 109°28′.

Ответ: Сходство строения метана и этана заключается в их принадлежности к классу алканов, одинаковом типе гибридизации атомов углерода ($sp^3$), наличии только одинарных $\sigma$-связей и тетраэдрической геометрии расположения связей вокруг атомов углерода.

Черты различия

• Количественный состав. Молекула метана имеет формулу $CH_4$ и состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода. Молекула этана ($C_2H_6$) содержит два атома углерода и шесть атомов водорода.
• Наличие углерод-углеродной связи. Это ключевое структурное различие. В молекуле этана присутствует одна одинарная связь С–С, соединяющая два углеродных атома. В метане, имеющем лишь один атом углерода, такая связь невозможна.
• Молекулярная масса. Как следствие разного состава, вещества имеют разную относительную молекулярную массу: $Mr(CH_4) = 16$, в то время как $Mr(C_2H_6) = 30$. Это различие обуславливает разницу в их физических свойствах (например, у этана выше температура кипения).
• Структурная формула. Различие в строении отражается в структурных формулах: метан — $CH_4$, этан — $CH_3-CH_3$.

Ответ: Различия в строении метана и этана состоят в разном количественном составе молекул, наличии в этане углерод-углеродной связи (которая отсутствует в метане), и, как следствие, в различных структурных формулах и молекулярных массах.

5. Дайте сравнительную характеристику этана, этилена и ацетилена. Найдите черты сходства и различия в их строении и составе.

Этан, этилен (этен) и ацетилен (этин) — это углеводороды, содержащие по два атома углерода. Они являются простейшими представителями трех важнейших классов органических соединений: алканов, алкенов и алкинов. Сравнительная характеристика позволяет выявить как общие черты, так и ключевые различия, определяющие их свойства.

Решение

Черты сходства в строении и составе

Несмотря на принадлежность к разным классам, у этих трех соединений есть общие фундаментальные характеристики:

• Качественный состав: Все три вещества являются углеводородами, то есть их молекулы состоят только из атомов двух химических элементов — углерода ($C$) и водорода ($H$).

• Строение углеродного скелета: В молекуле каждого из этих соединений содержится по два атома углерода, соединенных непосредственно друг с другом, образуя основу молекулы.

Ответ: Сходство этана, этилена и ацетилена заключается в их качественном составе (состоят из атомов углерода и водорода) и в наличии в их молекулах углеродного скелета из двух атомов углерода.

Черты различия в строении и составе

Различия между этаном, этиленом и ацетиленом обусловлены разной кратностью связи между атомами углерода. Эти различия можно систематизировать в виде таблицы.

Таким образом, увеличение кратности связи в ряду этан → этилен → ацетилен приводит к уменьшению числа атомов водорода, укорочению и упрочнению связи C-C, изменению геометрии молекулы от объемной к линейной и, что наиболее важно, к появлению способности вступать в реакции присоединения из-за наличия непрочных $\pi$-связей.

Ответ: Различия между этаном, этиленом и ацетиленом заключаются в их количественном составе (формулы $C_2H_6$, $C_2H_4$, $C_2H_2$ соответственно), типе и кратности связи между атомами углерода (одинарная, двойная, тройная), типе гибридизации углеродных атомов ($sp^3$, $sp^2$, $sp$), пространственном строении молекул (тетраэдрическое, плоское, линейное), а также в их химических свойствах (этан вступает в реакции замещения, а этилен и ацетилен — в реакции присоединения).

6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: $C \rightarrow Be_2C \rightarrow CH_4 \rightarrow CO_2 \rightarrow CaCO_3$.

C → Be₂C

Для получения карбида бериллия необходимо провести реакцию между металлическим бериллием и углеродом (в виде графита или сажи) при сильном нагревании (обычно выше 900°C). Это реакция соединения.

Уравнение реакции:

$2Be + C \xrightarrow{t^{\circ}} Be_2C$

Ответ: $2Be + C \xrightarrow{t^{\circ}} Be_2C$

Be₂C → CH₄

Карбид бериллия, как и карбид алюминия, относится к классу метанидов. Метаниды при взаимодействии с водой (гидролизе) или разбавленными кислотами образуют метан. В данном случае проведем гидролиз карбида бериллия, в результате которого образуется газообразный метан и нерастворимый в воде гидроксид бериллия.

Уравнение реакции:

$Be_2C + 4H_2O \rightarrow 2Be(OH)_2 \downarrow + CH_4 \uparrow$

Ответ: $Be_2C + 4H_2O \rightarrow 2Be(OH)_2 \downarrow + CH_4 \uparrow$

CH₄ → CO₂

Для превращения метана в углекислый газ необходимо провести реакцию полного сгорания. Метан сжигают в избытке кислорода. Продуктами этой экзотермической реакции являются углекислый газ и вода.

Уравнение реакции:

$CH_4 + 2O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} CO_2 + 2H_2O$

Ответ: $CH_4 + 2O_2 \xrightarrow{t^{\circ}} CO_2 + 2H_2O$

CO₂ → CaCO₃

Углекислый газ ($CO_2$) является кислотным оксидом и может быть превращен в соль (карбонат) при реакции с основанием или основным оксидом. Качественной реакцией на углекислый газ является его пропускание через раствор гидроксида кальция (известковую воду), что приводит к помутнению раствора из-за образования нерастворимого карбоната кальция.

Уравнение реакции:

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

Ответ: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

7. Рассчитайте степени окисления атомов углерода в метане, этане, этилене и ацетилене.

Для расчета степени окисления (С.О.) атомов в молекулах будем использовать следующие правила:

• Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.
• Степень окисления водорода (H) в соединениях с неметаллами, в том числе с углеродом, равна $+1$.
• Степень окисления атомов одного и того же элемента, связанных друг с другом (например, связь C-C), условно принимается равной нулю при расчете С.О. каждого из этих атомов. В симметричных молекулах, таких как этан, этилен и ацетилен, все атомы углерода имеют одинаковую среднюю степень окисления.

Метан

Дано:

Молекула метана: $CH_4$.

Найти:

Степень окисления атома углерода (C).

Решение:

Обозначим степень окисления углерода как $x$. Степень окисления каждого из четырех атомов водорода равна $+1$. Молекула в целом электронейтральна, поэтому сумма всех степеней окисления равна нулю.

Составим уравнение:

$x + 4 \cdot (+1) = 0$

$x + 4 = 0$

$x = -4$

Ответ: степень окисления атома углерода в метане равна -4.

Этан

Дано:

Молекула этана: $C_2H_6$.

Найти:

Степень окисления атомов углерода (C).

Решение:

В молекуле этана два атома углерода и шесть атомов водорода. Атомы углерода в этане эквивалентны, поэтому их степени окисления одинаковы. Обозначим степень окисления каждого атома углерода как $x$.

Составим уравнение, учитывая, что сумма степеней окисления равна нулю:

$2 \cdot x + 6 \cdot (+1) = 0$

$2x + 6 = 0$

$2x = -6$

$x = -3$

Ответ: степень окисления каждого атома углерода в этане равна -3.

Этилен

Дано:

Молекула этилена (этена): $C_2H_4$.

Найти:

Степень окисления атомов углерода (C).

Решение:

Молекула этилена содержит два эквивалентных атома углерода и четыре атома водорода. Обозначим степень окисления каждого атома углерода как $x$.

Составим уравнение для электронейтральной молекулы:

$2 \cdot x + 4 \cdot (+1) = 0$

$2x + 4 = 0$

$2x = -4$

$x = -2$

Ответ: степень окисления каждого атома углерода в этилене равна -2.

Ацетилен

Дано:

Молекула ацетилена (этина): $C_2H_2$.

Найти:

Степень окисления атомов углерода (C).

Решение:

В молекуле ацетилена два эквивалентных атома углерода и два атома водорода. Обозначим степень окисления каждого атома углерода как $x$.

Составим уравнение для электронейтральной молекулы:

$2 \cdot x + 2 \cdot (+1) = 0$

$2x + 2 = 0$

$2x = -2$

$x = -1$

Ответ: степень окисления каждого атома углерода в ацетилене равна -1.

8. При обработке 41,7 г технического карбида кальция избытком соляной кислоты выделилось 13,44 л ацетилена (н. у.). Рассчитайте массовую долю карбида кальция в техническом образце.

Дано:

$m_{техн.} = 41,7 \text{ г}$

$V(C_2H_2) = 13,44 \text{ л}$ (н. у.)

Соляная кислота ($HCl$) в избытке

Найти:

$\omega(CaC_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия карбида кальция с соляной кислотой. Технический образец содержит чистый карбид кальция ($CaC_2$) и примеси, которые не реагируют с кислотой с выделением ацетилена. Так как соляная кислота находится в избытке, весь карбид кальция в образце вступает в реакцию.

$CaC_2 + 2HCl \rightarrow C_2H_2\uparrow + CaCl_2$

2. Рассчитаем количество вещества (число моль) выделившегося ацетилена ($C_2H_2$). Поскольку объем газа дан при нормальных условиях (н. у.), для расчетов используем молярный объем газа $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$.

$n(C_2H_2) = \frac{V(C_2H_2)}{V_m} = \frac{13,44 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,6 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим количество вещества чистого карбида кальция ($CaC_2$), которое прореагировало. Из уравнения видно, что стехиометрическое соотношение между карбидом кальция и ацетиленом составляет 1:1.

$\frac{n(CaC_2)}{1} = \frac{n(C_2H_2)}{1}$

Следовательно, $n(CaC_2) = n(C_2H_2) = 0,6 \text{ моль}$.

4. Вычислим молярную массу карбида кальция ($CaC_2$), используя атомные массы элементов из периодической таблицы (Ca = 40 г/моль, C = 12 г/моль).

$M(CaC_2) = M(Ca) + 2 \cdot M(C) = 40 \text{ г/моль} + 2 \cdot 12 \text{ г/моль} = 64 \text{ г/моль}$

5. Теперь найдем массу чистого карбида кальция, содержавшегося в техническом образце.

$m(CaC_2) = n(CaC_2) \cdot M(CaC_2) = 0,6 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 38,4 \text{ г}$

6. Наконец, рассчитаем массовую долю ($\omega$) карбида кальция в исходном техническом образце. Массовая доля равна отношению массы чистого вещества к общей массе образца, выраженному в процентах.

$\omega(CaC_2) = \frac{m(CaC_2)}{m_{техн.}} \cdot 100\% = \frac{38,4 \text{ г}}{41,7 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 92,086\%$

Округляя результат до десятых, получаем:

$\omega(CaC_2) \approx 92,1\%$

Ответ: массовая доля карбида кальция в техническом образце составляет 92,1%.

9. Подготовьте сообщение о жизни и деятельности великого русского химика Александра Михайловича Бутлерова.

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886) — выдающийся русский химик, создатель теории химического строения органических веществ, глава крупнейшей школы русских химиков-органиков.

Ранние годы и образование

Александр Бутлеров родился 15 сентября 1828 года в городе Чистополе Казанской губернии в семье помещика, офицера в отставке. Рано потеряв мать, он воспитывался сначала в частном пансионе, а затем в Первой Казанской гимназии. С юности он проявлял большой интерес к естественным наукам, особенно к ботанике и зоологии.

В 1844 году он поступил в Казанский университет на разряд естественных наук физико-математического факультета. Изначально он планировал посвятить себя зоологии, но лекции знаменитых химиков Н. Н. Зинина и К. К. Клауса пробудили в нем глубокий интерес к химии. Под их влиянием Бутлеров решил посвятить себя этой науке. В 1849 году он блестяще окончил университет и был оставлен при нем для подготовки к профессорскому званию.

Научная деятельность и создание теории химического строения

Научная карьера Бутлерова развивалась стремительно. В 1851 году он защитил магистерскую, а в 1854 году — докторскую диссертацию и стал профессором химии Казанского университета. Однако ключевым моментом в его научной биографии стала заграничная командировка в 1857–1858 годах, во время которой он познакомился с ведущими европейскими химиками: Ф. А. Кекуле, А. Вюрцем и другими. Этот опыт, а также участие в Международном конгрессе химиков в Карлсруэ в 1860 году, где утверждались понятия атома, молекулы и валентности, подтолкнули Бутлерова к обобщению накопленных фактов в органической химии.

В 1861 году на съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере А. М. Бутлеров выступил с докладом «О химическом строении веществ», в котором изложил основные положения своей теории. Эта дата считается днем рождения теории химического строения. Основные постулаты теории:

1. Атомы в молекулах веществ соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентности. Порядок межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением.
2. Свойства вещества определяются не только его качественным и количественным элементным составом, но и его химическим строением. Это объясняло явление изомерии — существование веществ с одинаковым составом, но разными свойствами.
3. Атомы или группы атомов в молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга, что отражается на химических свойствах всего соединения.
4. Химическое строение вещества можно установить, изучая его химические превращения. В свою очередь, зная строение, можно предсказать свойства вещества.

Практическое подтверждение теории и другие научные достижения

Теория Бутлерова была не просто умозрительной концепцией, а мощным инструментом для предсказания и синтеза новых веществ. Ученый блестяще подтвердил это на практике.

• Он впервые предсказал, а затем и синтезировал изомеры бутана: н-бутан $CH_3CH_2CH_2CH_3$ и изобутан (2-метилпропан) $CH(CH_3)_3$.
• В 1861 году он осуществил первую в истории реакцию полимеризации формальдегида $CH_2O$ в присутствии гидроксида кальция, получив сахаристое вещество («метиленитан»). Эта работа заложила основы для понимания синтеза углеводов в природе.
• В 1863 году, действуя цинкметилом на ацетилхлорид, он впервые синтезировал третичный спирт — триметилкарбинол (трет-бутиловый спирт, $(CH_3)_3COH$), существование которого он предсказал теоретически. Этот синтез стал решающим доказательством его теории.
• В 1859 году он открыл способ получения уротропина $(CH_2)_6N_4$ взаимодействием формальдегида с аммиаком $NH_3$.

Последние годы и наследие

В 1868 году Бутлеров переехал в Санкт-Петербург, где возглавил кафедру химии в Петербургском университете и был избран академиком Петербургской академии наук. Здесь он создал знаменитую «бутлеровскую школу» химиков, из которой вышли такие всемирно известные ученые, как В. В. Марковников, А. М. Зайцев, А. Е. Фаворский и многие другие. Бутлеров также активно занимался общественной деятельностью, был поборником высшего женского образования, увлекался пчеловодством и садоводством.

Скончался великий ученый 17 августа 1886 года в своем имении Бутлеровка. Его теория химического строения стала краеугольным камнем всей органической химии и до сих пор лежит в основе наших представлений о строении и свойствах органических соединений.

Ответ:

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886) — великий русский химик, основной вклад которого заключается в создании фундаментальной теории химического строения органических веществ. Он впервые постулировал, что атомы в молекулах соединены в определенной последовательности (химическое строение), которая и определяет свойства вещества. Эта теория объяснила явление изомерии и позволила предсказывать свойства соединений и пути их синтеза. Бутлеров экспериментально подтвердил свою теорию, впервые синтезировав изомеры бутана и третичный бутиловый спирт, существование которых предсказал теоретически. Он также осуществил синтез сахаристого вещества из формальдегида. А. М. Бутлеров основал крупнейшую научную школу русских химиков-органиков, которая внесла огромный вклад в развитие мировой науки. Его теория и по сей день является основой современной органической химии.

Кроме углерода и водорода, многие органические соединения содержат в составе своих молекул и атомы кислорода. Эти многочисленные соединения объединены в классы. Что представляют собой эти классы и каковы их важнейшие представители?

Органические соединения, содержащие в своих молекулах помимо атомов углерода и водорода еще и атомы кислорода, называются кислородсодержащими. В зависимости от строения функциональной группы, в которую входит атом кислорода, эти соединения делятся на несколько основных классов.

Спирты и фенолы

Это класс соединений, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп ($-OH$), соединенных с углеводородным радикалом. Если гидроксогруппа связана с насыщенным атомом углерода, соединение относится к спиртам. Если гидроксогруппа связана непосредственно с атомом углерода ароматического кольца, соединение является фенолом.

Важнейшие представители:

• Этанол (этиловый спирт), формула $C_2H_5OH$. Широко используется в медицине, пищевой промышленности и как топливо.
• Глицерин (пропантриол-1,2,3), формула $C_3H_5(OH)_3$. Многоатомный спирт, используется в косметике, пищевой промышленности, для производства некоторых других веществ.
• Фенол, формула $C_6H_5OH$. Используется в производстве пластмасс, лекарств, антисептиков.

Ответ: Спирты и фенолы — это соединения с гидроксогруппой $-OH$. Важнейшие представители: этанол, глицерин, фенол.

Простые эфиры

Простые эфиры — это органические соединения, в которых два углеводородных радикала (одинаковых или разных) соединены через атом кислорода ($R-O-R'$).

Важнейший представитель:

• Диэтиловый эфир, $C_2H_5-O-C_2H_5$. Известен также как "эфир", использовался ранее в качестве анестетика, сейчас применяется как растворитель.

Ответ: Простые эфиры — это соединения со структурой $R-O-R'$. Важнейший представитель: диэтиловый эфир.

Альдегиды и кетоны

Эти классы объединяет наличие в молекуле карбонильной группы (>C=O). В альдегидах карбонильная группа связана с атомом водорода и углеводородным радикалом (или двумя атомами водорода в случае формальдегида). Общая формула альдегидов $R-CHO$. В кетонах карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Общая формула кетонов $R-CO-R'$.

Важнейшие представители:

• Формальдегид (метаналь), формула $HCHO$. Используется для производства полимеров (например, фенолформальдегидных смол), для консервации биологических материалов.
• Ацетальдегид (этаналь), формула $CH_3CHO$. Сырье для производства уксусной кислоты и других органических веществ.
• Ацетон (пропанон), формула $CH_3COCH_3$. Широко известный растворитель.

Ответ: Альдегиды и кетоны содержат карбонильную группу $>C=O$. Представители: формальдегид (альдегид), ацетон (кетон).

Карбоновые кислоты

Это органические соединения, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп ($-COOH$). Карбоксильная группа состоит из карбонильной (>C=O) и гидроксильной ($-OH$) групп, связанных с одним и тем же атомом углерода.

Важнейшие представители:

• Муравьиная кислота (метановая кислота), формула $HCOOH$. Содержится в выделениях муравьев и в крапиве, используется как консервирующий и антибактериальный агент.
• Уксусная кислота (этановая кислота), формула $CH_3COOH$. Основной компонент столового уксуса, используется в пищевой промышленности и химическом синтезе.

Ответ: Карбоновые кислоты — это соединения с карбоксильной группой $-COOH$. Представители: муравьиная и уксусная кислоты.

Сложные эфиры

Сложные эфиры являются производными карбоновых кислот, в которых атом водорода карбоксильной группы замещен на углеводородный радикал ($R-COO-R'$). Их часто получают реакцией этерификации между кислотой и спиртом. Многие сложные эфиры обладают приятными фруктовыми или цветочными запахами.

Важнейшие представители:

• Этилацетат, $CH_3COOC_2H_5$. Обладает запахом, напоминающим грушу, используется как растворитель и в пищевой промышленности.
• Жиры (триглицериды). Это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Выполняют важнейшие биологические функции, являясь источником энергии и строительным материалом для клеток.

Ответ: Сложные эфиры — это соединения с группой $R-COO-R'$, часто имеющие приятные запахи. Важнейшие представители: этилацетат и жиры.

Углеводы

Углеводы — это обширный класс органических соединений, которые являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами. Их общая формула часто может быть записана как $C_n(H_2O)_m$. Они играют ключевую роль в живой природе как источник энергии и структурный материал.

Важнейшие представители:

• Глюкоза, $C_6H_{12}O_6$. Моносахарид, основной источник энергии для клеток.
• Сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$. Дисахарид, обычный столовый сахар.
• Крахмал и Целлюлоза, общая формула $(C_6H_{10}O_5)_n$. Полисахариды. Крахмал является запасным веществом у растений, а целлюлоза — основным структурным компонентом их клеточных стенок.

Ответ: Углеводы — это полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны, важнейшие биомолекулы. Представители: глюкоза, сахароза, крахмал, целлюлоза.