La distinction entre chimie organique et chimie inorganique n'est pas anodine. Les programmes d'études dans les universités du monde entier sont structurés en fonction de la distinction. Et même parmi ceux qui n'ont pas de formation formelle en chimie, il y a un sens quelque peu intuitif de la différence. Les sucres, les amidons et les huiles sont composés de molécules organiques. L'eau, l'acide de batterie et le sel de table sont inorganiques. (Ne pas confondre avec la définition des aliments biologiques; c'est une question différente qui implique davantage une distinction agricole et politique.)
Carbone
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La caractéristique des molécules organiques est qu'elles contiennent du carbone. Une première notion de molécules organiques contre inorganiques était que les molécules organiques étaient strictement dérivées d'êtres vivants. Il s'avère qu'il existe des molécules organiques qui proviennent de sources autres que des processus vivants. Il devient donc vraiment que la caractéristique clé des molécules organiques est la présence de carbone. Il n'en reste pas moins que la majorité des molécules organiques connues résulte peut-être de processus vivants.
Hydrocarbures
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Les atomes de carbone forment facilement des liaisons chimiques avec d'autres atomes de carbone. Ils forment également facilement des liaisons chimiques avec les atomes d'hydrogène. Une molécule composée d'atomes de carbone et d'atomes d'hydrogène sans aucun autre élément impliqué s'appelle un hydrocarbure. Les hydrocarbures sont des composés organiques très courants et familiers. L'essence est un hydrocarbure; il en va de même pour le méthane, l'éthane, le propane et le butane.
Groupes fonctionnels
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Une caractéristique de l'atome de carbone est qu'il formera des liaisons avec d'autres atomes de carbone, souvent dans une chaîne ou une formation de cycle. Une fois dans cette configuration, le carbone se lie également chimiquement aux atomes d'autres éléments.
Il y a six éléments pour lesquels le carbone a une association particulière. Ceux-ci incluent le carbone lui-même ainsi que 1. hydrogène; 2. oxygène; 3. azote; 4. phosphore; et 5. soufre.
Diverses combinaisons de ces éléments forment ce que l'on appelle en chimie organique des groupes fonctionnels. Il y a sept de ces groupes fonctionnels dans les composés organiques. (Notez que cinq des éléments sont eux-mêmes inorganiques, mais lorsqu'ils sont combinés avec du carbone, ils font partie d'une molécule organique.)
Les groupes fonctionnels confèrent des propriétés caractéristiques à certaines substances organiques très familières. L'un d'eux est l'alcool que nous appelons l'éthanol. L'éthanol est une molécule organique relativement simple composée de deux atomes de carbone, six atomes d'hydrogène et un groupe fonctionnel dit hydroxyle. La fonction hydroxyle est elle aussi relativement simple. C'est juste un atome d'oxygène et un atome d'hydrogène. Comme pour toute la chimie, organique ou inorganique, l'addition ou la soustraction d'un seul atome peut changer radicalement les propriétés d'une molécule. La molécule d'éthanol sans le groupe fonctionnel hydroxyle mais avec juste un atome d'hydrogène à sa place n'est pas de l'éthanol mais est le composé organique éthane. L'éthane est une vapeur, pas un liquide, dans des conditions normales et sert de réfrigérant.
D'autres groupes fonctionnels comprennent le groupe dit carboxyle, constitué d'un atome de carbone, de deux atomes d'oxygène et d'un atome d'hydrogène. La molécule organique simple comportant un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène est le composé organique méthane ou gaz naturel. Le remplacement de l'un des atomes d'hydrogène dans la molécule de méthane par un groupe carboxyle forme le composé organique acide acétique. L'acide acétique est ce qui donne au vinaigre son odeur et son goût familiers.
Polarité
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La molécule d'eau - une molécule inorganique - est une molécule qui présente une polarité (une charge magnétique). C'est parce que l'atome d'oxygène dans la molécule d'eau a tendance à avoir une charge négative qui lui est associée. Les atomes d'hydrogène ont tendance à avoir une charge positive. Ce sont ces opposés qui maintiennent la molécule d'eau ensemble en tant qu'unité. Ce sont aussi ces charges qui font de la molécule d'eau ce qu'on appelle une molécule polaire. Du côté de l'oxygène de la molécule d'eau, il y a une charge négative partielle; sur chacune des parties hydrogène de la molécule, il y a des charges positives partielles.
Les molécules organiques composées uniquement de carbone et d'hydrogène (à nouveau appelées hydrocarbures), en l'absence de groupes fonctionnels, sont essentiellement non polaires. L'observation familière selon laquelle l'huile et l'eau ne se mélangent pas est précisément due à cette disparité. L'eau est une molécule polaire et se mélangerait avec et/ou dissoudrait d'autres molécules polaires. Mais les huiles sont chimiquement non polaires et il y a une répulsion qui résiste au mélange et à la dissolution.
Exemples
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Une façon d'avoir une idée des molécules organiques par rapport aux molécules inorganiques consiste à utiliser quelques exemples courants. L'eau et la table sont des composés inorganiques. Le sel de table est un exemple de ce qu'on appelle un composé ionique. Le sodium forme un ion chargé positivement (un cation) et le chlore forme un ion chargé négativement (un anion). Ces charges électriques maintiennent la molécule de chlorure de sodium ensemble. Le chlorure de sodium peut être un composé important pour les êtres vivants, mais comme il n'est pas vraiment produit par les êtres vivants et qu'il ne contient pas de carbone, c'est un bon exemple de molécule inorganique. L'eau est un autre exemple de composé qui est important, en fait essentiel, pour les êtres vivants, mais qui est lui-même composé de molécules inorganiques. Il est utilisé mais non fabriqué par des êtres vivants et ne contient pas de carbone.