Удивительный мир органических веществ

Строение органических веществ

Многообразие органических веществ на планете и разнообразие их строения можно объяснить характерными особенностями атомов углерода.

Вы помните, что атомы углерода способны образовывать очень прочные связи друг с другом, соединяясь в цепочки. В результате получаются устойчивые молекулы. То, как именно атомы углерода соединяются в цепь (располагаются зигзагом), является одной из ключевых особенностей ее строения. Углерод может объединяться как в открытые цепи, так и в замкнутые (циклические) цепочки.

Важно и то, что строение химических веществ прямо влияет на их химические свойства. Значительную роль играет и то, как атомы и группы атомов в молекуле влияют друг на друга

Благодаря особенностям строения, счет однотипным соединениям углерода идет на десятки и сотни. Для примера можно рассмотреть водородные соединения углерода: метан, этан, пропан, бутан и т.п.

Например, метан – СН₄. Такое соединение водорода с углеродом в нормальных условиях пребывает в газообразном агрегатном состоянии. Когда же в составе появляется кислород, образуется жидкость – метиловый спирт СН₃ОН.

Не только вещества с разным качественным составом (как в примере выше) проявляют разные свойства, но и вещества одинакового качественного состава тоже на такое способны. Примером могут служить различная способность метана СН₄ и этилена С₂Н₄ реагировать с бромом и хлором. Метан способен на такие реакции только при нагревании или под ультрафиолетом. А этилен реагирует даже без освещения и нагревания.

Рассмотрим и такой вариант: качественный состав химических соединений одинаков, количественный – отличается. Тогда и химические свойства соединений различны. Как в случае с ацетиленом С₂Н₂ и бензолом С₆Н₆.

Не последнюю роль в этом многообразии играют такие свойства органических веществ, «завязанные» на их строении, как изомерия и гомология.

Представьте, что у вас есть два на первый взгляд идентичных вещества – одинаковый состав и одна и та же молекулярная формула, чтобы описать их. Но строение этих веществ принципиально различно, откуда вытекает и различие химических и физических свойств. К примеру, молекулярной формулой С₄Н₁₀ можно записать два различных вещества: бутан и изобутан.

Речь идет об изомерах – соединениях, которые имеют одинаковый состав и молекулярную массу. Но атомы в их молекулах расположены в различном порядке (разветвленное и неразветвленное строение).

Что касается гомологии – это характеристика такой углеродной цепи, в которой каждый следующий член может быть получен прибавлением к предыдущему одной группы СН₂. Каждый гомологический ряд можно выразить одной общей формулой. А зная формулу, несложно определить состав любого из членов ряда. Например, гомологи метана описываются формулой C_nH_2n+2.

По мере прибавления «гомологической разницы» СН₂, усиливается связь между атомами вещества. Возьмем гомологический ряд метана: четыре первых его члена – газы (метан, этан, пропан, бутан), следующие шесть – жидкости (пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан), а дальше следуют вещества в твердом агрегатном состоянии (пентадекан, эйкозан и т.д.). И чем прочнее связь между атомами углерода, тем выше молекулярный вес, температуры кипения и плавления веществ.

Как правильно приготовить и применять органические удобрения своими руками?

Куриный помет

Чаще помёт используется в форме жидкого органического удобрения. Для приготовления подкормки разработано 3 основных способа.

Производство органических удобрений из куриного помёта:

сбраживание. Ранее методом пользовались только крупные владельцы птицеводств, а сейчас метод доступен всем, так как в продаже имеются вещества для ускорения процесса брожения. Идея довольно проста: под клетку устанавливается поддон, на котором будут скапливаться экскременты. В фекалии нужно иногда добавлять опилки, только их смачивают в препарате. На этапе очистки всё перемешивается и складывается на одну кучу. При достижении 1–1,5 м в высоту, добавляют ускоритель УФ или ЭМ;
настой. Отличается высокой концентрацией азота и простотой изготовления. Для приготовления нужно взять перепревший навоз и залить водой. Смесь оставляется на 2–3 суток с периодическим перемешиванием. Ожидается получение жидкости со светлым цветом. Если оттенок будет темнее, раствор дополнительно размешивается с водой перед использованием;
вымачивание. Такой метод производства органического удобрения способствует устранению излишней кислотности. Экскременты заливают жидкостью и настаивают 2 суток. После отстаивания вода сливается, и добавляют свежий помёт. Такая процедура проводится 2-3 раза. Используют вещество методом закапывания в бороздки между рядами или растениями.

Коровий навоз — одно из самых известных и самых применяемых органических удобрений

Коровий навоз

Производство органического удобрения из коровьего навоза довольно просто:

На дно выстилают солому.
Сверху укладываются экскременты.
По мере увеличения кучи проводится слоение, между слоями укладывается органика, торф или грунт.
После достижения высоты около 1,5 м куча накрывается клеёнкой.
Для полноценного перегнивания нужно периодически поливать кучу, можно снимать пленку на время дождя.
Период разложения составляет от 6 до 12 месяцев.

Теперь можно просто разбрасывать коровяк по огороду из соотношения 4–5 кг на 1 м2. Альтернативный вариант использования – раствор, он подготавливается исходя из пропорции 1 к 10. Для настаивания нужно ожидать 1 сутки, затем добавить золу. Смесь используется для внекорневой подкормки. После процедуры нужно обильно залить участок.

Конский навоз

Чаще всего применяют как перегной. При правильном хранении в конском навозе будет содержаться много полезных веществ, количество в 2–3 раза больше, чем в сыром виде. Удобрение можно вносить в количестве до 5 вёдер под дерево и до 3 под куст. Можно просто покрывать землю толщиной в 10 см.

Конский навоз является ценным высококонцентрированным органическим удобрением

Очень эффективно показал себя настой навоза и крапивы. Для приготовления нужно:

Залить водой ёмкость с крапивой.
Настаивать смесь на протяжении 3 суток.
В жидкость вносится конский навоз, пропорция 1 к 10.
Оставить смесь ещё на 2 дня.

После приготовления можно проводить опрыскивание или полив растений.

Примечания

Виды органических удобрений

Сегодня существуют разнообразные виды органических удобрений, каждый тип имеет собственные свойства, которые можно использовать в целях повышения плодородия грунта.

Виды органики и их характеристика:

навоз – это самое распространённое удобрение, в основе которого множество полезных веществ. Его следует вносить в средней концентрации около 5 кг на 1 м2. Способы внесения: осенью перед пахотой (чаще), весной перед перекопкой (реже), в лунки в процессе посадки (крайне редко). Навоз снижает кислотность грунта, создавая нейтральный pH показатель, увеличивает рыхлость, стимулирует качественную транспортировку полезных компонентов, улучшает попадание воздуха и воды, насыщает почву. Приблизительный состав калий 60%, фосфор 40% и азот 25%;
перегной является подкормкой, в основе которой используется перепревший навоз, листва и остальная органика. Польза от перегноя заключается в большом количестве азота. Рыхлость и лёгкость почвы улучшает ее плодородные качества и помогает лучше транспортировать минералы к корневищу, хотя содержится невысокое количество этих веществ в составе перегноя. Для повышения уровня минералов используется зола, ил, глина или песок. Может использоваться для всех культур, но лучше всего реагируют помидоры, морковь и лук;
торф разделяется на 2 вида: низинный и верховой. В верховых видах высокий уровень кислотности, низкое содержание минералов, особенно острый дефицит калия. Чаще торф входит в состав компоста, но перед приготовлением его просушивают и проветривают. Низинные разновидности отлично подходят для удобрения, в них небольшая кислотность и обилие азота с золой. Чаще применяется в качестве мульчи или в составе компоста;

Каждое из органических удобрений обогащено абсолютно различным составом

помёт домашних птиц отличается высокой концентрацией полезных веществ, находящихся в легкоусвояемой форме. Его можно использовать для всех растений, но нужно предварительно разводить, ведь есть риск получения ожогов. В свежем виде содержит: кальций 24%, азот 16%, фосфор 15%, калий 8,5%, марганец 7,4%, азот 4,5%. Для приготовления нужно смешивать с водой в соответствующей пропорции (отличается в зависимости от целей и способа использования);
компост из растений – это общедоступный способ удобрения. На каждом участке за сезон скапливается много растительных отходов, которые складываются на кучу для перегнивания. В основе лежат: ботва, растения, опавшие листья, пищевые отходы и зола. Изначально подготавливается основа из соломы, на которую слоями укладывается сырьё, а между ним грунт или торф, все слои увлажняются. Можно улучшить качество с добавлением суперфосфата или жижи из навоза.

Виды удобрений и их базовая характеристика позволяют подобрать наиболее экономически выгодное решение для каждого хозяйства.

Мнение эксперта об органических удобрениях:

Неотъемлемой частью работ по улучшению качества грунта, является внесение органических видов удобрений. Это простой, доступный всем способ повысить урожайность выращиваемых культур, улучшить качество почвы, стимулировать активное наращивание вегетативной массы. При внесении органики необходимо четко соблюдать концентрацию готового раствора, во избежание ожогов корневой системы растений.

Анатолий Байков

Преимущества и недостатки

Популярность натуральной продукции обусловлена ее полезными свойствами. К ключевым преимуществам таких средств стоит отнести следующее:

Отсутствие токсических свойств. Благодаря этому натуральные составы не провоцируют появления опасных патологий.
Высокая эффективность. Это обусловлено наличием ингредиентов, которые легко усваиваются клетками эпителия.
Применение экологически чистых материалов для упаковки. Их делают из вторично переработанного сырья. Чаще всего натуральные средства имеют достаточно скромную упаковку. Для ее изготовления не применяют пластик и стекло.

Хотя натуральная косметика обладает весьма существенными преимуществами, она имеет и определенные недостатки. У некоторых людей подобные средства провоцируют аллергию. В составе такой продукции присутствуют натуральные растительные экстракты, которые способны провоцировать индивидуальную непереносимость. Потому при выборе конкретного продукта стоит учитывать его состав.

Еще одним минусом считается непродолжительный срок годности. В составе натуральных средств отсутствуют консерванты. Потому продукт нужно использовать сразу после вскрытия упаковки. Даже есть срок годности не истек, состав может изменить свой запах. Это обусловлено наличием эфирных масел.

Также обязательно стоит учитывать риск появления острых реакций при попадании вещества на слизистые покровы и поврежденные участки кожи. Поскольку в натуральных продуктах присутствуют природные экстракты, высока вероятность появления сильного жжения.

Номенклатура

Органическая номенклатура — это система классификации и наименований органических веществ.
В настоящее время распространена номенклатура ИЮПАК.

Классификация органических соединений построена на важном принципе, согласно которому физические и химические свойства органического соединения в первом приближении определяются двумя основными критериями — строением углеродного скелета соединения и его функциональными группами.

В зависимости от природы углеродного скелета органические соединения можно разделить на ациклические и циклические. Среди ациклических соединений различают предельные и непредельные. Циклические соединения разделяются на карбоциклические (алициклические и ароматические) и гетероциклические.

Органические соединения
- Углеводороды
  - Ациклические соединения
    - Предельные углеводороды (алканы)
    - Непредельные углеводороды
      - Алкены
      - Алкины
      - Алкадиены (диеновые углеводороды)
  - Циклические углеводороды
    - Карбоциклические соединения
      - Алициклические соединения
      - Ароматические соединения
    - Гетероциклические соединения
- Функциональные производные углеводородов:
  - Спирты, Фенолы
  - Простые эфиры
  - Альдегиды, Кетоны
  - Карбоновые кислоты
  - Сложные эфиры
  - Жиры
  - Углеводы
    - Моносахариды
    - Олигосахариды
    - Полисахариды
    - Мукополисахариды
  - Амины
  - Аминокислоты
  - Белки
  - Нуклеиновые кислоты

Алифатические соединения

Алифатические соединения — органические вещества, не содержащие в структуре ароматических систем.

Углеводороды — Алканы — Алкены — Диены или Алкадиены — Алкины — Галогенуглеводороды — Спирты — Меркаптаны — Простые эфиры — Альдегиды — Кетоны — Карбоновые кислоты — Сложные эфиры — Углеводы или сахара — Нафтены — Амиды — Амины — Липиды — Нитрилы

Ароматические соединения

Ароматические соединения, или арены, — органические вещества, в структуру которых входит одна (или более) ароматическая циклическая система (см. Ароматизация).

Бензол-Толуол-Ксилол-Анилин-Фенол-Ацетофенон-Бензонитрил-
Галогенарены-Нафталин-Антрацен-Фенантрен-Бензпирен-Коронен-Азулен-Бифенил-Ионол.

Гетероциклические соединения

Гетероциклические соединения — вещества, в молекулярной структуре которых присутствует хотя бы один цикл с одним (или несколькими) гетероатомом.

Пиррол-Тиофен-Фуран-Пиридин

Полимеры

Полимеры представляют собой особый вид веществ, также известный как высокомолекулярные соединения. В их структуру обычно входят многочисленные сегменты (соединения) меньшего размера. Эти сегменты могут быть идентичны, и тогда речь идёт о гомополимере. Полимеры относятся к макромолекулам — классу веществ, состоящих из молекул очень большого размера и массы.
Полимеры могут быть органическими (полиэтилен, полипропилен, плексиглас и т. д.) или неорганическими (силикон); синтетическими (поливинилхлорид) или природными (целлюлоза, крахмал).

Сидераты (зеленые удобрения)

сидераты

Перед каждым посевом сидераты прикапывают. За один сезон можно на одно и то же место сеять их несколько раз.

После достижения растениями необходимой высоты их скашивают, землю пашут и снова сеют семена. Срезанную траву можно заложить для созревания в компостную кучу.

Некоторые огородники предпочитают скосить их осенью и в таком виде на зимний период, а не прикапывать. В принципе тоже верно, трава зимой будет сдерживать снежные наметы, весной будет больше влаги.

Самая лучшая биологическая подкормка – это крапива. После внесения крапивного настоя в растениях активизируется процесс образования хлорофилла, оздоравливается грунт, и даже можно избавиться от крестоцветной блошки, которая досаждает редису или пекинской капусте.

Правила использования органических удобрений

Внесение органических удобрений в почву может выполняться различными путями, выделяют 4 основных способа:

предпосевное. Может применяться как в осеннее время, так и весной. Иногда требуется внесение вначале зимы. Способ довольно простой, нужно разбрасывать органику по участку, а после процедуры проводится пахота или перекопка. Удобный и универсальный способ – это весной обустраивать тёплые грядки с навозом для получения скорейшего урожая, а к весне разбрасывать перегной;

Органические удобрения положительно влияют на физико-химические свойства плодородного слоя земли

послепосевное. К такому методу относятся все удобрения, которые добавляются после выкидывания третьего листа. Способ подкормки дополнительно разделяется на:
- корневая. Подразумевается обработка грунта в прикорневом круге растения. Требуется предварительно приготовлять жидкую смесь;
- некорневая. Сюда относится замачивание семян до высадки и обработка зелёной массы с помощью распрыскивателя.
фергитация. Удобрение вносится в воду, которой проводится полив;
гидропоника. Для выращивания растений вовсе не используется почва, а рост осуществляется за счёт «высадки» в жидкость. Сложность методики и большие риски потери урожая не позволяют часто использовать её. Дополнительным недостатком является ухудшение вкуса урожая.

Внесение органических удобрений в почву позволяет получить лучшие результаты только при правильном определении потребностей грунта и соответствующего подбора удобрения.

Существует 2 основных параметра грунта, которые стоит рассматривать при посадке и подкормке:

состав – точно определить можно только в лаборатории, но можно приблизительно понять состояние почвы, используя старые методы:с помощью лопаты делается яма
Важно обратить внимание на процесс перекопки, если проходит легко, то в грунте много песка;
в руку берётся горсть из почвы, нужно довольно сильно сжать её. При сохранении формы можно делать вывод о глинистой почве, а если вода сочится сквозь пальцы – песчаная.

кислотность
Лучший показатель на уровне 6,5–7, нужно корректировать кислотность для получения такой отметки

Определить можно с помощью специальной индикаторной полоски или просто по цвету почвы.

Несмотря на положительные полезные характеристики органических удобрений, несоблюдение норм и правил их внесения может привести к нанесению вреда почве и растениям

Органика для песчаных почв

Органические и минеральные удобрения помогут из любой почвы сделать плодородный участок. Для улучшения свойств песчаного грунта стоит добавлять верховой тип торфа. Его основная задача – это способность скапливать воду, которая затем забирается корнями растений.

Ключевая задача при работе с песчаными почвами – добиться улучшения их структуры. Идеальной ситуацией является максимально продолжительное удержание влаги. Другая важная особенность такого грунта заключается в недостатке питательных веществ, в почву стоит вносить навоз, компост и удобрения для улучшения состава.

Основные признаки

Продукция такого типа содержит в себе более 90% естественных натуральных компонентов, добытые естественным путем. Кроме этого она полностью лишена следующих веществ:

парабенов (вещества эфирной природы с выраженными противомикробными и противогрибковыми свойствами, часто используются в качестве консервантов для продления срока годности косметических средств);
нефтепродуктов и их производных;
составляющих, созданных путем генной модификации;
соединений алюминия (при попадания внутрь организма вызывает токсическое влияние на нервную систему, угнетает функцию мозга, может вызывать рак);
слишком сильных очищающих компонентов;
полимеров акриловых соединений;
мощных консервантов.

За все время жизни человек может нанести на свое тело десятки килограммов косметических средств. Несмотря на то, что кожа человека старается ничего лишнего не пропускать внутрь организма, при длительном использовании химических средств можно нанести себе непоправимый урон. Например, часто используемый лаурилсульфат натрия, добавляемый в шампуни, отлично очищает волосы, но при этом может вызывать их выпадение.

Генно-модифицированные компоненты могут непредсказуемым образом сказаться на общем состоянии человеческого организма. Добавки животного происхождения могут привести к заражению болезнями.

Учитывая все вышеперечисленное, каждый человек будет стараться пользоваться натуральной косметикой, желая предотвратить неприятные последствия ее использования.

Определение структуры органических соединений

За все время существования органической химии как науки важной задачей было определить структуру органических соединений. Это значит узнать, какие атомы входят в состав соединения, в каком порядке эти атомы связаны между собой и как расположены в пространстве.. Существует несколько методов решения этих задач

Существует несколько методов решения этих задач

Элементный анализ. Заключается в том, что вещество разлагается на более простые молекулы, по количеству которых можно определить количество атомов, входящее в состав соединения. С помощью этого метода невозможно установить порядок связей между атомами. Часто используется лишь для подтверждения предположенной структуры.

Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния (ИК-спектроскопия и КР-спектроскопия). Вещество взаимодействует с электромагнитным излучением (светом) инфракрасного диапазона (в ИК-спектроскопии наблюдают поглощение, в КР-спектроскопии — рассеяние излучения). Этот свет при поглощении возбуждает колебательные и вращательные уровни молекул. Опорными данными являются число, частота и интенсивность колебаний молекулы, связанных с изменением дипольного момента (ИК-спектроскопия) или поляризуемости (КР-спектроскопия). Методы позволяют установить наличие определённых функциональных групп в молекуле. Часто используются и для того чтобы подтвердить идентичность исследуемого вещества с некоторым уже известным веществом путём сравнения спектров.

Масс-спектроскопия. Вещество при определённых условиях (электронный удар, химическая ионизация и др.) превращают в ионы без потери атомов (молекулярные ионы) и с потерей (осколочные). Позволяет определить молекулярный вес и иногда позволяет установить наличие различных функциональных групп.

Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Основан на взаимодействии ядер, обладающих собственным магнитным моментом (спином) и помещённых во внешнее постоянное магнитное поле, с электромагнитным излучением радиочастотного диапазона. Один из главных методов, который может быть использован для определения химической структуры. Метод используют также для изучения пространственного строения молекул, динамики молекул. В зависимости от ядер, взаимодействующих с излучением различают, например:

- Метод протонного магнитного резонанса (ПМР). Позволяет определить положение атомов водорода 1H в молекуле.
- Метод ЯМР 19F. Позволяет определить наличие и положение атомов фтора в молекуле.
- Метод ЯМР 31P. Позволяет определить наличие, положение и валентное состояние атомов фосфора в молекуле.
- Метод ЯМР 13С. Позволяет определить число и типы атомов углерода в молекуле. Используется для исследования формы углеродного скелета молекулы.

В отличие от первых трёх в последнем методе используется неосновной изотоп элемента, поскольку ядро основного изотопа углерода — 12С имеет нулевой спин и не может наблюдаться методом ядерного магнитного резонанса, так же как и ядро 16O — самого распространенного в природе изотопа кислорода.

Метод ультрафиолетовой спектроскопии (УФ-спектроскопия) или Спектроскопия электронных переходов. Метод основан на поглощении электромагнитного излучения ультрафиолетовой и видимой области спектра при переходе электронов в молекуле с верхних заполненных уровней на вакантные уровни (возбуждение молекулы). Чаще всего используется для определения наличия и характеристик конъюгированных π-систем.

Методы аналитической химии. Позволяют определить наличие некоторых функциональных групп по специфическим химическим реакциям, факт протекания которых можно фиксировать визуально или с помощью других методов.

Рентгеноструктурный анализ.

Заключение

Мир органических веществ по-настоящему удивительный. Достаточно углубиться в его изучение лишь немного, чтобы у вас захватило дух от ощущения родства со всем живым на Земле. Две ноги, четыре или корни вместо ног – всех нас объединяет волшебство химической лаборатории матушки-природы. Оно заставляет атомы углерода объединяться в цепочки, вступать в реакции и создавать тысячи таких разнообразных химических соединений.

Теперь у вас есть краткий путеводитель по органической химии. Конечно, здесь представлена далеко не вся возможная информация. Какие-то моменты вам, быть может, придется уточнить самостоятельно. Но вы всегда можете использовать намеченный нами маршрут для своих самостоятельных изысканий.

Вы также можете использовать приведенное в статье определение органического вещества, классификацию и общие формулы органических соединений и общие сведения о них, чтобы подготовиться к урокам химии в школе.

Пожалуйста, сообщите, если обнаружите в статье какую-то неточность или ошибку. Все мы люди и все мы иногда ошибаемся.