§ 35. Возникновение и развитие органической химии — химии соединений углерода

Определения и обозначения

Органическая химия — химия соединений углерода. Такое определение шире, чем изучение веществ только живых организмов, потому что многие органические соединения получают искусственно. Наука рассматривает их состав, строение, свойства и превращения независимо от места получения.

Органическое вещество — соединение углерода, которое относят к органическим. Однако углерод входит и в состав веществ, считающихся неорганическими, например оксидов углерода и карбонатов. Поэтому одного присутствия атомов углерода недостаточно для классификации.

Витализм — учение о «жизненной силе», якобы необходимой для образования органических веществ. Виталисты считали, что живой организм обладает особым началом, которого нет у неживой природы. Этот термин нужен, чтобы понять, почему ранние химики сомневались в возможности лабораторного синтеза.

Синтез — получение вещества из других веществ. Синтез мочевины стал важным событием, потому что Вёлер получил её вне организма из неорганического исходного вещества. Так возникло убедительное свидетельство, что органические соединения можно создавать лабораторным путём.

Как это устроено

Раннее разделение веществ на органические и неорганические было связано с их происхождением. Органические вещества чаще всего выделяли из растений, животных и продуктов их жизнедеятельности, а неорганические находили в минералах. Поэтому учёным казалось естественным связывать органические соединения именно с живой природой.

Такое различие поддерживалось ограниченными возможностями химии того времени. Если вещество удавалось получить только из организма, его происхождение принимали за важное свойство. Недостаток методов синтеза создавал впечатление, будто лаборатория не может воспроизвести процессы живого организма.

Витализм объяснял эту трудность действием особой «жизненной силы». Согласно такому взгляду, неорганические вещества сами по себе не могли превратиться в органическое соединение. Поэтому витализм не просто описывал различие веществ, а ограничивал представления о возможностях химического эксперимента.

Фридрих Вёлер получил мочевину из неорганического вещества вне живого организма. Мочевина была известна как продукт жизнедеятельности, поэтому её лабораторное получение напрямую затронуло спор о «жизненной силе». Результат показал, что происхождение соединения не доказывает наличия в нём особого жизненного начала.

После этого развивались методы синтеза и изучения строения соединений углерода. Химики стали искать объяснение свойств веществ в составе и расположении атомов, а не в их происхождении. Границы органической химии остаются условными: CO₂ и карбонаты обычно относят к неорганическим, хотя в их составе есть углерод.

Этапы становления органической химии

Читайте таблицу слева направо: сначала указан исторический этап, затем представление о происхождении веществ и его научный результат. Она показывает не одну внезапную перемену, а постепенный переход от классификации по источнику к классификации по составу и строению. Отдельно запомните, что современное определение имеет исключения.

Разбор задач

Задача 1. Почему первоначально органические вещества связывали с живыми организмами?

Нужно объяснить историческую причину, а не просто повторить определение органической химии. Важно учитывать, откуда химики реально получали известные им вещества. Также следует связать ответ с уровнем развития лабораторных методов.

1. Установим источник веществ: органические соединения чаще выделяли из растений, животных и продуктов их жизнедеятельности.
2. Сравним возможности науки: надёжных способов искусственного получения таких веществ ещё было мало.
3. Сделаем вывод: происхождение из организма приняли за характерный признак самих веществ.

Ответ: органические вещества первоначально связывали с живыми организмами, потому что их преимущественно получали из живого сырья. Недостаток методов синтеза создавал впечатление, что такие вещества возникают только в организме. Позже лабораторные опыты показали ошибочность этого вывода.

Задача 2. Как синтез мочевины Ф. Вёлером опроверг представление о необходимости «жизненной силы»?

Нужно определить, какое вещество получил Вёлер и где проходило превращение. Затем следует сравнить условия опыта с утверждением витализма. Нельзя делать более широкий вывод, будто один опыт решил все вопросы органической химии.

1. Назовём исходное условие: мочевину получили из неорганического вещества.
2. Учтём место реакции: превращение произошло в лаборатории, а не внутри организма.
3. Сопоставим результат с витализмом: «жизненная сила» не была нужна для получения мочевины.

Ответ: опыт Вёлера показал, что органическое вещество можно получить вне живого организма из неорганического исходного вещества. Поэтому необходимость особой «жизненной силы» была опровергнута. Это не означает, что были синтезированы все органические вещества.

Задача 3. Распределите вещества CO₂, CaCO₃ и мочевину на органические и неорганические и объясните критерий.

Сначала определим, какие соединения обычно относят к исключениям из общего правила. Затем проверим оставшееся вещество по его принадлежности к органическим соединениям. Наличие углерода само по себе не будет достаточным основанием.

1. CO₂ — оксид углерода, поэтому его относят к неорганическим соединениям.
2. CaCO₃ — карбонат кальция, а карбонаты также обычно относят к неорганическим.
3. Мочевина — органическое соединение, которое может быть получено синтетически.

Ответ: CO₂ и CaCO₃ — неорганические вещества, мочевина — органическое. Критерий учитывает принятую классификацию соединений углерода, а не только наличие атомов углерода. Способ получения мочевины не мешает считать её органической.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать, что органические вещества образуются только в организмах. Так думают из-за исторического происхождения названия, но синтез мочевины это опровергает. Проверьте себя вопросом: возможно ли лабораторное получение вещества?

Ошибка 2. Отождествлять органическую химию с химией живой природы. Такое смешение возникает из-за ранних представлений, хотя современное определение связано с соединениями углерода. Сверяйте ответ с предметом науки, а не с источником вещества.

Ошибка 3. Объявлять любое соединение углерода органическим. Ученик может забыть об исключениях и механически использовать правило. Проверьте, не является ли вещество оксидом углерода или карбонатом.

Ошибка 4. Считать опыт Вёлера доказательством синтеза всех органических веществ. Один эксперимент показал возможность получения мочевины и опроверг витализм, но не завершил развитие химии. Формулируйте вывод только в пределах конкретного опыта.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно различать органические и неорганические вещества и понимать, что химия исследует их состав, строение и превращения. Параграф подготавливает изучение состава, строения, свойств и способов получения органических соединений. История синтеза мочевины связывает тему с общим понятием химической реакции и лабораторного получения веществ.

Что запомнить

• Органическая химия изучает соединения углерода.
• Исторически органические вещества связывали с организмами.
• Витализм предполагал существование особой «жизненной силы».
• Ф. Вёлер получил мочевину вне организма.
• Синтез мочевины стал важным свидетельством возможности лабораторного получения органических веществ.
• Не все соединения углерода относят к органическим.