Organisch versus Anorganische moleculen

Het onderscheid tussen organische en anorganische chemie is niet triviaal. Studierichtingen aan universiteiten over de hele wereld zijn gestructureerd op basis van het onderscheid. En zelfs onder degenen zonder formele opleiding in scheikunde is er een enigszins intuïtief gevoel voor het verschil. Suikers, zetmeel en oliën zijn samengesteld uit organische moleculen. Water, accuzuur en keukenzout zijn anorganisch. (Verwar dit niet met de definitie van biologisch voedsel; dat is een andere zaak die meer een agrarisch en politiek onderscheid met zich meebrengt.)

•••xerviar/iStock/Getty Images

Het kenmerk van organische moleculen is dat ze koolstof bevatten. Een vroeg idee van organische moleculen versus anorganische was dat organische moleculen strikt werden afgeleid van levende wezens. Het blijkt dat er organische moleculen zijn die afkomstig zijn van andere bronnen dan levende processen. Het wordt dus echt dat het belangrijkste kenmerk van organische moleculen de aanwezigheid van koolstof is. Het is echter nog steeds zo dat misschien de meeste bekende organische moleculen het resultaat zijn van levende processen.

•••Luca Francesco Giovanni Bertolli/iStock/Getty Images

Koolstofatomen vormen gemakkelijk chemische bindingen met andere koolstofatomen. Ze vormen ook gemakkelijk chemische bindingen met waterstofatomen. Een molecuul dat bestaat uit koolstofatomen en waterstofatomen zonder dat er andere elementen bij betrokken zijn, wordt een koolwaterstof genoemd. Koolwaterstoffen zijn veel voorkomende en bekende organische verbindingen. Benzine is een koolwaterstof; dat geldt ook voor methaan, ethaan, propaan en butaan.

•••Dino Ablakovic/iStock/Getty Images

Een kenmerk van het koolstofatoom is dat het bindingen aangaat met andere koolstofatomen, vaak in een keten- of ringformatie. Eenmaal in deze configuratie zal koolstof zich ook chemisch binden met atomen van andere elementen.

Er zijn zes elementen waarvoor koolstof een bijzondere associatie heeft. Deze omvatten koolstof zelf evenals 1. waterstof; 2. zuurstof; 3. stikstof; 4. fosfor; en 5. zwavel.

Verschillende combinaties van deze elementen vormen wat in de organische chemie bekend staat als functionele groepen. Er zijn zeven van deze functionele groepen in organische verbindingen. (Merk op dat vijf van de elementen zelf anorganisch zijn, maar in combinatie met koolstof worden ze onderdeel van een organisch molecuul.)

Functionele groepen verlenen karakteristieke eigenschappen aan enkele zeer bekende organische stoffen. Een daarvan is de alcohol die we ethanol noemen. Ethanol is een relatief eenvoudig organisch molecuul dat bestaat uit twee koolstofatomen, zes waterstofatomen en één zogenaamde hydroxyl-functionele groep. De functionele hydroxylgroep is zelf ook relatief eenvoudig. Het is gewoon een zuurstofatoom en een waterstofatoom. Zoals met alle chemie - organisch of anorganisch - kan het optellen of aftrekken van slechts één atoom de eigenschappen van een molecuul drastisch veranderen. Het ethanolmolecuul zonder de functionele hydroxylgroep, maar met alleen een waterstofatoom op zijn plaats, is geen ethanol, maar de organische verbinding ethaan. Ethaan is onder normale omstandigheden een damp, geen vloeistof en dient als koelmiddel.

Andere functionele groepen zijn de zogenaamde carboxylgroep, bestaande uit een koolstofatoom, twee zuurstofatomen en een waterstofatoom. Het eenvoudige organische molecuul met één koolstofatoom en vier waterstofatomen is de organische verbinding methaan of aardgas. Vervanging van een van de waterstofatomen in het methaanmolecuul door een carboxylgroep vormt de organische verbinding azijnzuur. Azijnzuur geeft azijn zijn vertrouwde geur en smaak.

•••FU/amanaimagesRF/amana-afbeeldingen/Getty Images

Het watermolecuul - een anorganisch molecuul - is een molecuul dat polariteit vertoont (een magnetische lading). Dit komt omdat het zuurstofatoom in het watermolecuul de neiging heeft om een ​​negatieve lading te hebben. De waterstofatomen hebben de neiging om een ​​positieve lading te hebben. Het zijn deze tegenstellingen die het watermolecuul als een eenheid bij elkaar houden. Het zijn ook deze ladingen die het watermolecuul maken tot wat een polair molecuul wordt genoemd. Aan de zuurstofkant van het watermolecuul is er een gedeeltelijke negatieve lading; op elk van de waterstofdelen van het molecuul zijn er gedeeltelijke positieve ladingen.

Organische moleculen die alleen uit koolstof en waterstof bestaan ​​(ook wel koolwaterstoffen genoemd), bij afwezigheid van functionele groepen, zijn in wezen niet-polair. De bekende constatering dat olie en water niet vermengen, komt precies door deze ongelijkheid. Water is een polair molecuul en zou zich vermengen met en/of andere polaire moleculen oplossen. Maar oliën zijn chemisch niet-polair en er is een afstoting die bestand is tegen mengen en oplossen.

•••AaronAmat/iStock/Getty Images

Een manier om een ​​idee te krijgen van organische versus anorganische moleculen is met enkele veelvoorkomende voorbeelden. Water en tafel zijn anorganische verbindingen. Tafelzout is een voorbeeld van wat een ionische verbinding wordt genoemd. Natrium vormt een positief geladen ion (een kation) en chloor vormt een negatief geladen ion (een anion). Deze elektrische ladingen houden het natriumchloridemolecuul bij elkaar. Natriumchloride kan een belangrijke verbinding zijn voor levende wezens, maar aangezien het niet echt door levende wezens wordt geproduceerd en het geen koolstof bevat, is het een goed voorbeeld van een anorganisch molecuul. Water is een ander voorbeeld van een verbinding die belangrijk is - eigenlijk essentieel - voor levende wezens, maar zelf is samengesteld uit anorganische moleculen. Het wordt gebruikt door maar niet vervaardigd door levende wezens en bevat geen koolstof.