Szerves kémia - Alapvető bevezetés

A szerves kémia a szénatomot tartalmazó szerves vegyületekre összpontosít, amelyek általában négy kötést alkotnak. A hidrogén és a halogének egy kötést, az oxigén kettőt, a nitrogén hármat alkot. Ezek az ismeretek alapvetőek a Lewis-struktúrák rajzolásához, amelyek 8 elektront igényelnek a második sor elemei (szén, nitrogén, oxigén, fluor) körül a stabilitáshoz. A poláris kötések, mint a C-F, akkor jelentkeznek, ha az elektronegativitás különbség 0,5 vagy nagyobb, ami részleges töltéselválasztáshoz vezet. A C-H kötések nem polárisak, mivel az elektronegativitás különbség kevesebb, mint 0,5 (2,5 vs 2,1 = 0,4). Az ionos kötésekben az elektronok átkerülnek (pl. Na és Cl között), míg a kovalens kötésekben megosztottak (egyenlően osztozó nempoláris, egyenlőtlenebbül osztozó poláris, pl. hidrogénkötések).

A videó bemutatja az alkánok, alkének és alkinek Lewis-struktúráinak rajzolását, valamint a nevezéktanukat. Az alkánok telített vegyületek (egy kötés), az alkének kettős kötést, az alkinek hármas kötést tartalmaznak. Példák: etán (C2H6), etén (C2H4), etin (C2H2). Fontos, hogy a szénatomok négy kötést alkossanak. Megtudhatjuk, hogy az egykötések a leghosszabbak (154 pm), a hármas kötések a legrövidebbek (120 pm), de a hármas kötések a legerősebbek. Egy szigma kötés erősebb, mint egy pi kötés, viszont egy hármas kötés, ami egy szigma és két pi kötést tartalmaz, erősebb, mint egy egykötés (egy szigma). A kötésszerűség (bond order) egykötésnél 1, kettőskötésnél 2, hármaskötésnél 3.

A szénatomok hibridizációjának meghatározásához számolni kell a körülötte lévő csoportok számát: négy csoport esetén sp3, három csoport esetén sp2, kettő csoport esetén sp. Például egy C-H kötés hibridizációja sp3-s, ha a szén sp3 hibridizált, és a hidrogén s. Egy adott szerkezetben a szigma és pi kötések számának meghatározásához az egykötéseket szigma kötésnek, a kettős kötésekben lévő egyik kötést szigmának, a másikat pi-nek, a hármas kötésekben lévő egyik kötést szigmának, a másikat két pi-nek kell számolni. Például egy molekulában hat szigma és két pi kötés található.

A formális töltés kiszámítása segíti az elemek töltésének meghatározását. A képlet: vegyértékelektronok száma mínusz (kötések száma + pontok száma). Példák karbon atomokra: +1, ha 4 vegyértékelektronja van és 3 kötése, 0 (neutrális), ha 4 vegyértékelektronja van, 3 kötése és egy pontja, -1, ha 4 vegyértékelektronja van, 3 kötése és két pontja (egy nemkötő elektronpár). A pozitívan töltött szénatomokat karbokationoknak, a negatívan töltötteket karbanionoknak nevezik. Páratlan számú elektron esetén gyökökről beszélünk, amelyek általában semlegesek. A kötő és nemkötő elektronok számának meghatározása is fontos: minden kötés két kötő elektront, minden nemkötő elektronpár két nemkötő elektront jelent.

A funkcionális csoportok a szerves vegyületek kémiai tulajdonságait adó atomcsoportok. Az OH-csoport (hidroxilkötés) alkoholra (pl. etanol) utal, az utótag -ol. A CHO-csoport (karbonilcsoport egy hidrogénnel) aldehidre (pl. etanál, más néven acetaldehid) utal, az utótag -ál. A C-O-C kötés étert (pl. dimetil-éter) mutat. A C=O csoport középen ketonra (pl. propanon, más néven aceton) utal, az utótag -on. A C=O-O-C csoport észtert (pl. metil-etanoát), a C=O-OH csoport karbonsavat (pl. pentánsav) jelez.

A videó utolsó része a kondenzált szerkezeti képletek részletesebb, kibővített formába történő rajzolását mutatja be. Fontos tudni, hogy a metil-csoportok (CH3) általában a lánc végén helyezkednek el, a metilén-csoportok (CH2) a lánc közepén, míg a CH-csoportok elágazásokat vagy más speciális elemeket (pl. halogéneket, OH-csoportokat) hordozhatnak.