Karbon Kimyası: Basit Hidrokarbonlar, İzomerler ve Fonksiyonel Gruplar

    Biliyor muydunuz? 

    Organik kimyasalların bildiğimiz tüm yaşam formlarını oluşturduğunu biliyor muydunuz? Karbon-hidrojen bağı ile tanımlanan organik kimya, yaşamın temelinde yer alır. Karbon atomunun benzersiz özellikleri nedeniyle, diğer atomlarla birçok farklı şekilde bağlanabilir ve bu da milyonlarca farklı organik molekülle sonuçlanır.

    Bildiğimiz şekliyle hayatı anlamak için önce biraz organik kimyayı anlamalıyız. Organik moleküller hem karbon hem de hidrojen içerir. Birçok organik kimyasal başka elementler de içerse de, onları organik olarak tanımlayan karbon-hidrojen bağıdır. Organik kimya hayatı tanımlar. Bu gezegende milyonlarca farklı türde canlı organizma olduğu gibi, her biri farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip milyonlarca farklı organik molekül vardır. Saçınızı, cildinizi, tırnaklarınızı vb. oluşturan organik kimyasallar vardır. Organik kimyasalların çeşitliliği, karbon atomunun çok yönlülüğünden kaynaklanmaktadır. Karbon neden bu kadar özel bir elementtir? Kimyasına biraz daha detaylı bakalım.

Karbonun benzersizliği

    Karbon ( C ), periyodik tablonun ikinci satırında görünür ve değerlik kabuğunda dört bağ elektronuna sahiptir. Diğer metal olmayanlara benzer şekilde, karbonun değerlik kabuğunu tatmin etmek için sekiz elektrona ihtiyacı vardır. Bu nedenle karbon, diğer atomlarla dört bağ oluşturur ( her bağ, karbonun elektronlarından biri ve bağ atomunun elektronlarından birinden oluşur ). Her değerlik elektronu bağa katılır; Böylece, bir karbon atomunun bağları atomun yüzeyine eşit olarak dağıtılacaktır. Bu bağlar bir tetrahedron ( tepesinde sivri uçlu bir piramit ) oluşturur. Aşağıda gösterilmiştir:

Karbon 4 bağ oluşturur

    Organik kimyasallar, çeşitliliklerini karbonun diğer atomlara bağlanabileceği birçok farklı yoldan alır. Hidrokarbonlar olarak adlandırılan en basit organik kimyasallar sadece karbon ve hidrojen atomları içerir; En basit hidrokarbon ( metan olarak adlandırılır ), dört hidrojen atomuna bağlı tek bir karbon atomu içerir:

Metan - 4 hidrojen atomuna bağlı bir karbon atomu

    Ancak karbon, aşağıdaki etan molekülünde gösterildiği gibi, hidrojene ek olarak diğer karbon atomlarına da bağlanabilir:

Etan - bir karbon-karbon bağı

    Aslında, karbonun benzersizliği, kendisine birçok farklı şekilde bağlanabilmesi gerçeğinden gelir. Karbon atomları uzun zincirler oluşturabilir:

Hekzan - 6 karbonlu bir zincir

    Dallı zincirler:

İzoheksan - dallı bir karbon zinciri

    Yüzük:

Sikloheksan - halkalı bir hidrokarbon

    Farklı sayının neredeyse hiçbir sınırı yok gibi görünüyor. karbonun oluşturabileceği yapılar. Organik kimyanın karmaşıklığına katkıda bulunmak için, komşu karbon atomları, tek karbon-karbon bağlarına ek olarak ikili ve üçlü bağlar oluşturabilir:

Tek yapıştırma	Çift yapıştırma	Üçlü yapıştırma

    Her karbon atomunun dört bağ oluşturduğunu unutmayın. Gibi Herhangi iki karbon atomu arasındaki bağların sayısı artar, moleküldeki hidrojen atomlarının sayısı azalır ( yukarıdaki şekillerde görülebileceği gibi ).

Basit hidrokarbonlar

    En basit hidrokarbonlar, sadece karbon ve hidrojen içerenlerdir. Bu basit hidrokarbonlar, molekülde meydana gelen karbon-karbon bağlarının türüne bağlı olarak üç çeşittir.

Alkanlar

    Alkanlar, basit hidrokarbonların birinci sınıfıdır ve sadece karbon-karbon tekli bağları içerir. Alkanlar, moleküldeki karbon atomlarının sayısını tanımlayan bir önekin "ane" kök sonu ile birleştirilmesiyle adlandırılır. İlk on alkan için isimler ve önekler aşağıdaki tabloda verilmiştir.

    Herhangi bir alkanın kimyasal formülü C, n, H, 2n + 2 ifadesi ile verilir. Tablodaki ilk beş alkan için gösterilen yapısal formül, her bir karbon atomunu ve ona bağlı elementleri gösterir. Bu yapısal formül, daha karmaşık hidrokarbonları tartışmaya başladığımızda önemlidir. Basit alkanlar birçok ortak özelliği paylaşır. Hepsi karbondioksit ve su buharı üretmek için oksijenle yanma reaksiyonlarına girer. Başka bir deyişle, birçok alkan yanıcıdır. Bu onları iyi yakıtlar yapar. Örneğin, metan, doğal gazın ana bileşenidir ve bütan, yaygın olarak kullanılan daha hafif bir sıvıdır.

Alkenler

    İkinci sınıf basit hidrokarbonlar olan alkenler, en az bir çift bağlı karbon çifti içeren moleküllerden oluşur. Alkenler, alkanlar için kullanılan aynı adlandırma kuralını takip eder. Bir önek ( karbon atomlarının sayısını tanımlamak için ), bir alkeni belirtmek için "ene" ile birleştirilir. Örneğin eten, bir çift bağ içeren iki karbonlu moleküldür. Basit alkenlerin kimyasal formülü C_nH_2n ifadesini takip eder. Karbon çiftlerinden biri çift bağlı olduğundan, basit alkenler, alkanlardan iki daha az hidrojen atomuna sahiptir.

Eten

Alkinler

    Alkinler, basit hidrokarbonların üçüncü sınıfıdır ve en az bir üçlü bağlı karbon çifti içeren moleküllerdir. Alkanlar ve alkenler gibi, alkinler de üçlü bağı belirtmek için bir önek ile "yne" bitişinin birleştirilmesiyle adlandırılır. Basit alkinlerin kimyasal formülü C_nH_2n-2 ifadesini takip eder.

Etin

İzomerler

    Karbon pek çok farklı şekilde bağlanabildiğinden, tek bir molekül farklı bağlanma konfigürasyonlarına sahip olabilir. Burada gösterilen iki molekülü düşünün:

C6H14	CH3CH2CH2CH2CH2CH3
C6H14
	CH3
	I
	CH3CH2CHCH2CH3

    Her iki molekül de aynı kimyasal formüllere sahiptir ( sol sütunda gösterilmiştir ); Bununla birlikte, yapısal formülleri ( ve dolayısıyla bazı kimyasal özellikleri ) farklıdır. Bu iki moleküle izomer denir. İzomerler, aynı kimyasal formüle ancak farklı yapısal formüllere sahip moleküllerdir.

İşlevsel gruplar

    Hidrokarbonlar, karbon ve hidrojene ek olarak başka elementler de içerebilir. Aslında, organik moleküller içinde birçok ortak atom grubu oluşabilir, bu atom gruplarına fonksiyonel gruplar denir. İyi bir örnek, hidroksil fonksiyonel grubudur. Hidroksil grubu, tek bir hidrojen atomuna ( -OH ) bağlı tek bir oksijen atomundan oluşur. Bir hidroksil fonksiyonel grubu içeren hidrokarbon grubuna alkoller denir. Alkoller, basit hidrokarbonlara benzer şekilde adlandırılır, alkolü belirten bir kök ucuna ( bu durumda "anol" ) bir önek eklenir. Fonksiyonel grubun varlığı, molekülün kimyasal özelliklerini tamamen değiştirir. İki karbonlu alkan olan etan, oda sıcaklığında bir gazdır; İki karbonlu alkol olan etanol bir sıvıdır.

Etanol

    Yaygın içme alkolü olan etanol, bira ve şarap gibi "alkollü" içeceklerin aktif bileşenidir.