If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Въглерод и въглеводороди

Елементът въглерод и защо е жизненоважен за живота такъв, какъвто го познаваме. Свойства и модели на връзките на въглеродните атоми.

Въведение

Въглеродът е елемент, който не е трудно да забележиш в ежедневието си. Ако използваш молив, виждаш въглерод във формата на графит. Подобно, въглищата на барбекюто ти са изградени от въглерод и дори диамантите в един пръстен или верижка са вид въглерод (в този случай, такъв, който е бил изложен на висока температура и налягане). Но може да не осъзнаваш, че около 18% от тялото ти (като тегло) също е изградено от въглерод. Всъщност въглеродните атоми изграждат гръбнака на много важни молекули в тялото ти, включително ДНК, РНК, захари и мазнини.
Тези комплексни биологични молекули често се наричат макромолекули; те също са класифицирани като органични молекули, което означава, че съдържат въглеродни атоми. (Но има няколко изключения от това правило. Например въглеродният диоксид и въглеродният оксид съдържат въглерод, но по принцип не се смятат за органични.)

Свързващите свойства на въглерода

Защо въглеродът е толкова популярен за изграждането на гръбнаците на молекулите? Защо вместо това за същата цел не използваме кислород, например? Е, една от причините е, че връзките въглерод-въглерод са необичайно здрави, така че въглеродът може да образува стабилен, здрав гръбнак за една голяма молекула. Понеже един С атом може да образува ковалентни връзки с цели четири други атома, той е доста подходящ за образуване на основния скелет, или "гръбнак", на една макромолекула.
Като аналогия, представи си, че си играеш с комплект Tinker Toy® и имаш свързващи колелца с две или четири дупки. Ако избереш свързващо колело с четири дупки, ще успееш да направиш повече връзки и да изградиш една сложна структура по-лесно, отколкото ако избереш колелото с две дупки. Един въглероден атом може да се свърже с четири други атома и е като колелото с четири дупки, докато един кислороден атом, който може да се свърже само с две, е като колелото с две дупки.
Способността на въглерода да образува връзки с четири други атома е свързана с атомния му номер и конфигурацията му от електрони. Въглеродът има атомен номер шест (което означава шест протона и, в неутрален атом, шест електрона), така че първите два електрона запълват вътрешния слой и останалите четири остават във втория слой, който е валентният (най-външен) слой. За да постигне стабилност, въглеродът трябва да намери още четири електрона, за да запълни най-външния си слой, за да достигне общо осем и да изпълни октетното правило. Въглеродните атоми следователно могат да образуват връзки с цели четири други атоми. Например в метана (CH4) въглеродът образува ковалентни връзки с четири водородни атома. Всяка връзка съответства на една двойка споделени електрони (един от въглерода и един от водорода), като дава на въглерода осемте електрона, които са му нужни за пълен външен слой.

Въглеводороди

Въглеводородите са органични молекули, които се състоят изцяло от въглерод и водород. В ежедневието си често използваме въглеводороди: например пропанът в един газов грил и бутанът в една запалка са въглеводороди. Те са добри горива, понеже ковалентните им връзки съхраняват голямо количество енергия, която се освобождава, когато молекулите изгарят (т.е. реагират с кислород, за да образуват въглероден диоксид и вода).
Изображение: ОупънСтакс Биология.
Метанът (CH4) е най-простата въглеводородна молекула, която се състои от централен въглероден атом, свързан с четири водородни атома. Въглеродният и четирите водородни атома образуват върховете на една триизмерна фигура, позната като тетраедър, която има четири триъгълни стени; поради това се казва, че метанът има тетраедрична геометрия. По-общо казано, когато един въглероден атом е свързан с четири други атома, молекулата (или част от една молекула) ще приеме тетраедрична форма, подобна на тази на метана. Това се случва, понеже електронните двойки, които създават връзките, се отблъскват взаимно и формата, която максимизира разстоянието им една от друга, е тетраедър.
Повечето макромолекули не са класифицирани като въглеводороди, понеже съдържат и други атоми освен водород и въглерод, например азот, кислород и фосфор. Но въглеродните вериги с прикрепени водородни атоми са ключов структурен компонент на повечето макромолекули (дори ако са размесени с други атоми), така че разбирането на свойствата на въглеводородите е важно за разбиране на поведението на макромолекулите.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.