Rozróżnienie między chemią organiczną i nieorganiczną nie jest trywialne. Kursy studiów na uniwersytetach na całym świecie są zorganizowane w oparciu o rozróżnienie. I nawet wśród tych, którzy nie mają formalnego wykształcenia w chemii, istnieje nieco intuicyjne wyczucie różnicy. Cukry, skrobie i oleje składają się z cząsteczek organicznych. Woda, kwas akumulatorowy i sól kuchenna są nieorganiczne. (Nie myl tego z definicją żywności ekologicznej; to inna sprawa, która zawiera więcej rozróżnienia rolniczego i politycznego.)
Węgiel
•••xerviar/iStock/Getty Images
Cechą charakterystyczną cząsteczek organicznych jest to, że zawierają węgiel. Wczesne pojęcie cząsteczek organicznych w porównaniu z nieorganicznymi polegało na tym, że cząsteczki organiczne wywodzą się ściśle od żywych istot. Okazuje się, że istnieją cząsteczki organiczne, które pochodzą ze źródeł innych niż procesy żywe. Tak więc naprawdę okazuje się, że kluczową cechą cząsteczek organicznych jest obecność węgla. Nadal jednak jest tak, że być może większość znanych cząsteczek organicznych powstaje w wyniku procesów życiowych.
Węglowodory
•••Luca Francesco Giovanni Bertolli/iStock/Getty Images
Atomy węgla łatwo tworzą wiązania chemiczne z innymi atomami węgla. Z łatwością tworzą również wiązania chemiczne z atomami wodoru. Cząsteczka składająca się z atomów węgla i wodoru bez innych pierwiastków nazywana jest węglowodorem. Węglowodory są bardzo powszechnymi i znanymi związkami organicznymi. Benzyna jest węglowodorem; podobnie jak metan, etan, propan i butan.
Grupy funkcjonalne
•••Dino Ablakovic/iStock/Getty Images
Cechą charakterystyczną atomu węgla jest to, że tworzy on wiązania z innymi atomami węgla, często w postaci łańcucha lub pierścienia. W tej konfiguracji węgiel będzie również wiązał się chemicznie z atomami innych pierwiastków.
Istnieje sześć pierwiastków, z którymi węgiel ma szczególny związek. Należą do nich sam węgiel, a także 1. wodór; 2. tlen; 3. azot; 4. fosfor; i 5. siarka.
Różne kombinacje tych pierwiastków tworzą tak zwane w chemii organicznej grupy funkcyjne. W związkach organicznych występuje siedem takich grup funkcyjnych. (Zauważ, że pięć z tych pierwiastków jest same w sobie nieorganiczne, ale po połączeniu z węglem stają się częścią cząsteczki organicznej.)
Grupy funkcyjne nadają charakterystyczne właściwości niektórym bardzo dobrze znanym substancjom organicznym. Jednym z nich jest alkohol, który nazywamy etanolem. Etanol jest stosunkowo prostą cząsteczką organiczną złożoną z dwóch atomów węgla, sześciu atomów wodoru i jednej tak zwanej hydroksylowej grupy funkcyjnej. Sama hydroksylowa grupa funkcyjna jest również stosunkowo prosta. To tylko atom tlenu i atom wodoru. Podobnie jak w przypadku całej chemii – organicznej lub nieorganicznej – dodanie lub odjęcie tylko jednego atomu może radykalnie zmienić właściwości cząsteczki. Cząsteczka etanolu bez hydroksylowej grupy funkcyjnej, ale tylko z atomem wodoru w jej miejscu, nie jest etanolem, ale organicznym związkiem etanem. W normalnych warunkach etan jest parą, a nie cieczą i służy jako czynnik chłodniczy.
Inne grupy funkcyjne obejmują tak zwaną grupę karboksylową, składającą się z atomu węgla, dwóch atomów tlenu i atomu wodoru. Prosta cząsteczka organiczna zawierająca jeden atom węgla i cztery atomy wodoru to związek organiczny metan lub gaz ziemny. Zastąpienie jednego z atomów wodoru w cząsteczce metanu grupą karboksylową tworzy związek organiczny kwas octowy. Kwas octowy nadaje octowi znajomy zapach i smak.
Biegunowość
•••FU/amanaimagesRF/amana images/Getty Images
Cząsteczka wody – cząsteczka nieorganiczna – jest cząsteczką, która wykazuje polarność (ładunek magnetyczny). Dzieje się tak, ponieważ atom tlenu w cząsteczce wody ma zwykle ładunek ujemny. Atomy wodoru mają tendencję do posiadania ładunku dodatniego. To właśnie te przeciwieństwa utrzymują cząsteczkę wody razem jako całość. To również te ładunki tworzą cząsteczkę wody tak zwaną cząsteczkę polarną. Po stronie tlenu cząsteczki wody znajduje się częściowy ładunek ujemny; na każdej z wodorowych części cząsteczki znajdują się częściowe ładunki dodatnie.
Cząsteczki organiczne składające się tylko z węgla i wodoru (znowu znane jako węglowodory), przy braku grup funkcyjnych, są zasadniczo niepolarne. Znana obserwacja, że olej i woda nie mieszają się, wynika właśnie z tej różnicy. Woda jest cząsteczką polarną i mieszałaby się z innymi cząsteczkami polarnymi i/lub rozpuszczała je. Ale oleje są chemicznie niepolarne i istnieje odpychanie, które jest odporne na mieszanie i rozpuszczanie.
Przykłady
•••AaronAmat/iStock/Getty Images
Jednym ze sposobów na zorientowanie się między cząsteczkami organicznymi a nieorganicznymi jest kilka popularnych przykładów. Woda i stół to związki nieorganiczne. Sól kuchenna jest przykładem tak zwanego związku jonowego. Sód tworzy dodatnio naładowany jon (kation), a chlor tworzy ujemnie naładowany jon (anion). Te ładunki elektryczne utrzymują razem cząsteczkę chlorku sodu. Chlorek sodu może być ważnym związkiem dla żywych organizmów, ale ponieważ tak naprawdę nie jest wytwarzany przez żywe organizmy i nie zawiera węgla, jest dobrym przykładem cząsteczki nieorganicznej. Woda to kolejny przykład związku, który jest ważny – właściwie niezbędny – dla żywych organizmów, ale sam składa się z cząsteczek nieorganicznych. Jest używany, ale nie wytwarzany przez żywe istoty i nie zawiera węgla.
