Die Unterscheidung zwischen organischer und anorganischer Chemie ist nicht trivial. Studiengänge an Universitäten auf der ganzen Welt sind nach dieser Auszeichnung strukturiert. Und selbst unter denen ohne formale Ausbildung in Chemie spürt man den Unterschied etwas intuitiv. Zucker, Stärke und Öle bestehen aus organischen Molekülen. Wasser, Batteriesäure und Kochsalz sind anorganisch. (Verwechseln Sie dies nicht mit der Definition von Bio-Lebensmitteln; das ist eine andere Sache, die eher eine landwirtschaftliche und politische Unterscheidung beinhaltet.)
Kohlenstoff
•••xerviar/iStock/Getty Images
Das Kennzeichen organischer Moleküle ist, dass sie Kohlenstoff enthalten. Eine frühe Vorstellung von organischen Molekülen im Vergleich zu anorganischen war, dass organische Moleküle strikt von Lebewesen abgeleitet wurden. Es stellt sich heraus, dass es organische Moleküle gibt, die aus anderen Quellen als aus lebenden Prozessen stammen. Es wird also wirklich, dass das Hauptmerkmal für organische Moleküle das Vorhandensein von Kohlenstoff ist. Es ist jedoch immer noch so, dass vielleicht die meisten bekannten organischen Moleküle aus lebenden Prozessen resultieren.
Kohlenwasserstoffe
•••Luca Francesco Giovanni Bertolli/iStock/Getty Images
Kohlenstoffatome gehen leicht chemische Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen ein. Sie bilden auch leicht chemische Bindungen mit Wasserstoffatomen. Ein Molekül, das aus Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen besteht, an denen keine anderen Elemente beteiligt sind, wird als Kohlenwasserstoff bezeichnet. Kohlenwasserstoffe sind sehr verbreitete und bekannte organische Verbindungen. Benzin ist ein Kohlenwasserstoff; ebenso Methan, Ethan, Propan und Butan.
Funktionelle Gruppen
•••Dino Ablakovic/iStock/Getty Images
Eine Eigenschaft des Kohlenstoffatoms ist, dass es Bindungen zu anderen Kohlenstoffatomen eingeht, oft in einer Ketten- oder Ringbildung. In dieser Konfiguration wird sich Kohlenstoff auch chemisch mit Atomen anderer Elemente verbinden.
Es gibt sechs Elemente, für die Kohlenstoff eine besondere Assoziation hat. Dazu gehören Kohlenstoff selbst sowie 1. Wasserstoff; 2. Sauerstoff; 3. Stickstoff; 4. Phosphor; und 5. Schwefel.
Verschiedene Kombinationen dieser Elemente bilden so genannte funktionelle Gruppen in der organischen Chemie. In organischen Verbindungen gibt es sieben dieser funktionellen Gruppen. (Beachten Sie, dass fünf der Elemente selbst anorganisch sind, aber wenn sie mit Kohlenstoff kombiniert werden, werden sie Teil eines organischen Moleküls.)
Funktionelle Gruppen verleihen einigen sehr bekannten organischen Substanzen charakteristische Eigenschaften. Einer davon ist der Alkohol, den wir Ethanol nennen. Ethanol ist ein relativ einfaches organisches Molekül, das aus zwei Kohlenstoffatomen, sechs Wasserstoffatomen und einer sogenannten funktionellen Hydroxygruppe besteht. Auch die funktionelle Hydroxylgruppe ist selbst relativ einfach. Es ist nur ein Sauerstoffatom und ein Wasserstoffatom. Wie in der gesamten Chemie – organisch oder anorganisch – kann die Addition oder Subtraktion nur eines Atoms die Eigenschaften eines Moleküls dramatisch verändern. Das Ethanolmolekül ohne die funktionelle Hydroxylgruppe, aber mit nur einem Wasserstoffatom an seiner Stelle, ist kein Ethanol, sondern die organische Verbindung Ethan. Ethan ist unter normalen Bedingungen ein Dampf, keine Flüssigkeit und dient als Kältemittel.
Andere funktionelle Gruppen umfassen die sogenannte Carboxylgruppe, bestehend aus einem Kohlenstoffatom, zwei Sauerstoffatomen und einem Wasserstoffatom. Das einfache organische Molekül mit einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen ist die organische Verbindung Methan oder Erdgas. Wird eines der Wasserstoffatome im Methanmolekül durch eine Carboxylgruppe ersetzt, entsteht die organische Verbindung Essigsäure. Essigsäure verleiht Essig seinen vertrauten Geruch und Geschmack.
Polarität
•••FU/amanaimagesRF/amana images/Getty Images
Das Wassermolekül – ein anorganisches Molekül – ist ein Molekül, das Polarität (eine magnetische Ladung) aufweist. Dies liegt daran, dass das Sauerstoffatom im Wassermolekül dazu neigt, eine negative Ladung zu haben. Die Wasserstoffatome neigen dazu, eine positive Ladung zu haben. Es sind diese Gegensätze, die das Wassermolekül als Einheit zusammenhalten. Es sind auch diese Ladungen, die das Wassermolekül zu einem sogenannten polaren Molekül machen. Auf der Sauerstoffseite des Wassermoleküls befindet sich eine negative Teilladung; an jedem der Wasserstoffteile des Moleküls befinden sich positive Teilladungen.
Organische Moleküle, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen (wieder Kohlenwasserstoffe genannt), sind in Abwesenheit funktioneller Gruppen im Wesentlichen unpolar. Die bekannte Beobachtung, dass sich Öl und Wasser nicht vermischen, ist genau auf diese Ungleichheit zurückzuführen. Wasser ist ein polares Molekül und würde sich mit anderen polaren Molekülen vermischen und/oder auflösen. Aber Öle sind chemisch unpolar und es gibt eine Abstoßung, die dem Mischen und Auflösen widersteht.
Beispiele
•••AaronAmat/iStock/Getty Images
Eine Möglichkeit, ein Gefühl für organische im Vergleich zu anorganischen Molekülen zu bekommen, sind einige gängige Beispiele. Wasser und Tafel sind anorganische Verbindungen. Speisesalz ist ein Beispiel für eine sogenannte ionische Verbindung. Natrium bildet ein positiv geladenes Ion (ein Kation) und Chlor bildet ein negativ geladenes Ion (ein Anion). Diese elektrischen Ladungen halten das Natriumchlorid-Molekül zusammen. Natriumchlorid kann eine wichtige Verbindung für Lebewesen sein, aber da es nicht wirklich von Lebewesen produziert wird und keinen Kohlenstoff enthält, ist es ein gutes Beispiel für ein anorganisches Molekül. Wasser ist ein weiteres Beispiel für eine Verbindung, die für Lebewesen wichtig – eigentlich essentiell – ist, aber selbst aus anorganischen Molekülen besteht. Es wird von Lebewesen verwendet, aber nicht von ihnen hergestellt und enthält keinen Kohlenstoff.