- Định nghĩa hợp chất hữu cơ là gì?
- Đặc điểm cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ
- Cách viết công thức cấu tạo của một hợp chất hữu cơ
- Phân loại hợp chất hữu cơ
- Dựa vào thành phần các nguyên tố tạo nên hợp chất hữu cơ
- Dựa vào cấu trúc mạch cacbon
- Dựa vào nhóm chức
- Tính chất của hợp chất hữu cơ
- Tính chất vật lí
- Tính chất hóa học
- Ứng dụng của hợp chất hữu cơ
Định nghĩa hợp chất hữu cơ là gì?
Hợp chất hữu cơ là một lớp lớn các hợp chất hóa học mà các phân tử của chúng có chứa carbon. Hay dễ hiểu hơn, hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon (trừ CO, CO2, axit cacbonic (H2CO3), muối: cacbonat, cacbua, xianua…). Ví dụ: CH4, C2H2, C6H6, CH3COOH,... Các hợp chất hữu cơ có thể có nguồn gốc từ tự nhiên hoặc do các phản ứng nhân tạo.
Đặc điểm cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ
- Trong các hợp chất hữu cơ cacbon luôn có hóa trị IV, hiđro hóa trị I, oxi hóa trị II. Hóa trị của các nguyên tử trong hợp chất hữu cơ được biểu diễn bằng số liên kết của nguyên tử đó với các nguyên tử khác.
- Những nguyên tử cacbon trong phân tử hợp chất hữu cơ có thể liên kết trực tiếp với nhau tạo thành mạch cacbon. Có 3 loại mạch cacbon: mạch không phân nhánh (mạch thẳng), mạch nhánh và mạch vòng.
- Các phân tử CH4, C2H4, C2H2,... là các hiđrocacbon.
- Mỗi hợp chất hữu cơ có một trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.
- Các hợp chất có thêm các nguyên tố khác được gọi là dẫn xuất hiđrocacbon.
Cách viết công thức cấu tạo của một hợp chất hữu cơ
Công thức biểu diễn đầy đủ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử gọi là công thức cấu tạo. Công thức cấu tạo cho biết thành phần của phân tử và trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.
Công thức cấu tạo có thể được viết theo 3 cách: cách viết khai triển (viết tất cả các nguyên tử và các liên kết giữa chúng), cách viết thu gọn (viết gộp nguyên tử C và các nguyên tử khác liên kết với nó thành từng nhóm) và cách viết thu gọn nhất (chỉ viết các liên kết và nhóm chức, đầu mút của các liên kết chính là các nhóm CHx với x đảm bảo hóa trị IV của nguyên tử C).
Ví dụ:
Công thức cấu tạo của C4H10
- Đồng đẳng là những hợp chất có thành phần phân tử hơn kém nhau 1 hay nhiều nhóm CH2 nhưng có tính chất hóa học tương tự nhau.
- Những hợp chất có cùng công thức phân tử được gọi là đồng phân.
- Đồng phân cấu tạo là những hợp chất có cùng công thức phân tử nhưng cấu tạo hóa học khác nhau.
+ Đồng phân nhóm chức là những đồng phân khác nhau về bản chất nhóm chức
+ Đồng phân mạch carbon là những đồng phân khác nhau về sự phân nhánh của mạch carbon
+ Đồng phân vị trí nhóm chức là những đồng phân khác nhau về vị trí của các nhóm chức
+ Đồng phân vị trí liên kết bội là những đồng phân khác nhau về vị trí của các liên kết đôi hoặc liên kết ba
- Đồng phân lập thể là những đồng phân có cùng công thức cấu tạo nhưng khác nhau về cấu trúc không gian của phân tử.
Phân loại hợp chất hữu cơ
Dựa vào thành phần các nguyên tố tạo nên hợp chất hữu cơ
- Hidrocacbon: Hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chỉ có hai nguyên tố là cacbon (C) và hiđro (H).
- Dẫn xuất hidrocacbon: Hợp chất hữu cơ mà trong phân tử ngoài hai nguyên tố là cacbon và hiđro còn có các nguyên tố khác: oxi, nitơ, clo…
Dựa vào cấu trúc mạch cacbon
- Hợp chất hữu cơ mạch hở: Các nguyên tử cacbon trong phân tử được liên kết với nhau theo cấu trúc mạch không vòng.
- Hợp chất hữu cơ mạch vòng: Các nguyên tử cacbon trong phân tử được liên kết với nhau theo cấu trúc mạch vòng.
- Hợp chất hữu cơ mạch hỗn hợp: Các phân tử có cả cấu trúc mạch hở và mạch vòng.
Dựa vào nhóm chức
- Hợp chất hữu cơ đơn chức: Các phân tử chỉ có một nhóm chức.
- Hợp chất hữu cơ đa chức: Các phân tử có nhiều nhóm chức cùng loại.
- Hợp chất hữu cơ tạp chức: Các phân tử có nhiều nhóm chức khác loại.
Tính chất của hợp chất hữu cơ
Tính chất vật lí
- Trạng thái vật lí: Hợp chất hữu cơ có thể ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí.
- Tính tan: Hợp chất hữu cơ có thể tan trong nước hoặc dung môi hữu cơ.
- Tính dẫn điện: Hợp chất hữu cơ thường không dẫn điện.
- Tính quang học: Một số hợp chất hữu cơ có tính quang học, nghĩa là chúng có thể quay mặt phẳng ánh sáng phân cực.
Tính chất hóa học
- Các hợp chất hữu cơ thường dễ cháy và kém bền với nhiệt. Khi cháy, các hợp chất hữu cơ tạo ra khí carbon dioxide và nước. Khi nung nóng ở nhiệt độ cao có thể bị phân hủy thành các sản phẩm đơn giản hơn như khí carbon dioxide, nước hoặc các hợp chất vô cơ khác.
- Phản ứng hóa học của các hợp chất hữu cơ thường xảy ra chậm và theo nhiều hướng khác nhau trong cùng một điều kiện, nên tạo ra hỗn hợp sản phẩm.
- Các hợp chất hữu cơ có thể bị oxi hóa bởi oxi trong không khí, tạo ra các sản phẩm như axit, anđehit, xeton,... Ví dụ: Ethanol (C2H5OH) là một hợp chất hữu cơ có thể bị oxi hóa bởi oxy trong không khí, tạo ra axit axetic (CH3COOH).
- Hợp chất hữu cơ có thể tham gia nhiều phản ứng hóa học khác nhau, chẳng hạn như phản ứng thế, phản ứng cộng, phản ứng oxi hóa - khử,...
+ Phản ứng cháy: Các hợp chất hữu cơ khi cháy sẽ tạo ra khí carbon dioxide và nước.
+ Phản ứng oxi hóa: Các hợp chất hữu cơ có thể bị oxi hóa bởi oxy trong không khí, tạo ra các sản phẩm như axit, anđehit, xeton,...
+ Phản ứng thế: một nguyên tử hay nhóm nguyên tử trong phân tử hợp chất hữu cơ bị thay thế bằng một nguyên tử hay nhóm nguyên tử khác.
+ Phản ứng cộng: một nguyên tử hay nhóm nguyên tử được thêm vào phân tử hợp chất hữu cơ.
+ Phản ứng trùng hợp: nhiều phân tử hợp chất hữu cơ nhỏ kết hợp với nhau tạo thành một phân tử hợp chất hữu cơ lớn hơn.
+ Phản ứng trùng ngưng: hai hay nhiều phân tử hợp chất hữu cơ nhỏ kết hợp với nhau tạo thành một phân tử hợp chất hữu cơ lớn hơn, đồng thời giải phóng một phân tử nhỏ như nước, axit,...
- Phần lớn các hợp chất hữu cơ không tan hoặc ít tan trong nước, nhưng tan nhiều trong các dung môi hữu cơ như benzen, ete,...
Ứng dụng của hợp chất hữu cơ
- Trong đời sống: Hợp chất hữu cơ được sử dụng trong nhiều sản phẩm hàng ngày, chẳng hạn như thực phẩm, đồ uống, mỹ phẩm, dược phẩm,... Ví dụ: Hợp chất hữu cơ được sử dụng để sản xuất vải, sợi, và các chất phụ gia cho quần áo phổ biến như polyester, nylon, acrylic,... Hợp chất hữu cơ được sử dụng để sản xuất nhựa, cao su, thủy tinh,... các loại đồ dùng gia dụng khác nhau, từ bát đĩa, đồ dùng nhà bếp cho đến đồ chơi,...
- Trong công nghiệp:
+ Hợp chất hữu cơ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như công nghiệp hóa chất, công nghiệp sản xuất nhựa, công nghiệp sản xuất dược phẩm,...
+ Hợp chất hữu cơ được sử dụng để sản xuất nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí đốt tự nhiên,...
+ Hợp chất hữu cơ được sử dụng để sản xuất sơn, xi măng, bê tông,... Chúng được sử dụng trong nhiều công trình xây dựng khác nhau, từ nhà cửa, cầu cống cho đến các tòa nhà cao tầng.
- Trong nông nghiệp: Hợp chất hữu cơ được sử dụng trong nông nghiệp để cải tạo đất, sản xuất phân bón, thuốc bảo vệ thực vật,...