Organisk kjemi

Organisk kjemi eller karbonkjemi er den delen av kjemien som tek for seg karbonsambindingar og eigenskapane deira. Dei fleste kjende kjemiske sambindingar er organiske. Desse kan delast inn i grupper etter struktur og kva andre grunnstoff enn karbon dei inneheld. Hydrogen, oksygen, nitrogen, svovel, fosfor og klor er mellom dei vanlegaste, men organiske molekyl kan og innehalda andre grunnstoff. Ein skil òg mellom alifatiske (t.d. etan) og aromatiske (t.d benzen) sambindingar.

Dei to hovudgreinene i kjemi

Vitskapsfolk deler faget kjemi inn i to hovudgreiner:

Karbonkjemi eller organisk kjemi: Kjemi som omhandlar stoff som er bygd opp av karbon-atom bunde til andre karbon-atom og til atom av andre grunnstoff.
uorganisk kjemi: Kjemi som omhandlar alle andre grunnstoff enn karbon.

Grunnstoffet karbon står i ei særstilling blant grunnstoffa. Karbon dannar villig kjemiske sammanbindingar med både seg sjølv og atom av andre grunnstoff. Det er mogleg å binde saman lange kjeder eller ringar av karbon-atom til kompliserte og store molekyl i mange variantar. Store karbonkjemi-molekyl som DNA eller cellulose er molekyl sette saman av kjeder på fleire tusen karbonatom etter kvarandre.

I uorganisk kjemi er det få moglegheiter når det gjeld å kombinere atom til molekyl ...

Slik er det ikkje med andre grunnstoff, som til dømes oksygen eller hydrogen åleine. Dei mest kompliserte molekyla naturen kan lage med hydrogen og oksygen åleine er:

H₂O (vatn)

Enkel modell av eit vassmolekyl

og

H₂O₂ (hydrogenperoksid).

Ein enkel modell av eit hydrogenperoksidmolekyl

... men i karbonkjemi er moglegheitene uendelege.

Av karbon, saman med andre grunnstoff, som til dømes hydrogen og oksygen, kan naturen lage millionar av kjemiske samanbindingar. Her er få nokre døme:

CH₄ (metan)

Ein enkel modell av eit metanmolekyl

C₂H₆ (etan)

Ein enkel modell av eit etanmolekyl

CH₃CH₂OH (etanol - vanleg alkohol som er i øl og vin)

Ein enkel modell av eit etanolmolekyl

CH₃CH₂CH₂OH (propanol)

Ein enkel modell av eit propanolmolekyl

C₆H₁₂O₆ (druesukker)

C₂H₃COOH (eddiksyre)

Ein enkel modell av eit eddiksyremolekyl

Karbon, hydrogen og oksygen dei vanlegaste grunnstoffa i organiske samanbindingar. Andre grunnstoff, som nitrogen kan også inngå:

C₈H₁₀N₄O₂ (koffein)

HO₂CCH₂NH₂ (aminosyra glycin)

Innanfor karbonkjemi finst det hundretusenvis av ulike kjemiske samanbindingar, mange fleir enn det finst av kjemiske samanbindingar med alle dei andre 90 naturlege grunnstoffa til saman, utan karbon. Over 95% av alle kjemiske stoff som vi kjenner til, er karbonkjemiske samanbindingar.

Kva er det med karbon som gjer at det er slik?

Forklaringa på kvifor karbon så lett inngår i eit utal av forskjellige kjemiske samanbindingar, til skilnad frå andre grunnstoff, finn vi når vi ser på korleis karbon-atomet er oppbygd:

Karbon er grunnstoff nummer 6 i det periodiske systemet. Det har oppfylt sitt inste elektronskal med to elektronar. Det inste elektronskalet rundt ei atomkjerne har, som vi veit, berre plass til to elektronar, så er det fullt. I det neste skalet er det plass til i alt 8 elektronar. Hos karbon er dette akkurat halvfullt.

For å forklare vidare kvifor dette gjer karbon så samarbeidsvillig til å inngå i kjemiske samanbindingar, må vi til åtteregelen.

Åtteregelen

Åtteregelen (oktettregelen) i kjemi seier at atom er mest stabile når dei har åtte elektron i det ytterste skalet. (For det inste skalet er talet 2, for her er det plass til berre to elektron, så er det skalet fullt.) Grunnstoff som i utgangspunktet har dette: helium, neon, argon, krypton, xenon og radon, kallast edelgassar. Desse grunnstoffa reagerer, som vi veit, ikkje med andre grunnstoff.

Alle andre grunnstoff reagerer med kvarandre og inngår i kjemiske samanbindingar, anten ionebindingar eller elektronparbindingar. Det gjer dei fordi dei «strevar» etter å få edelgasstruktur, det vil seie at dei ønskjer å anten få fylt opp det ytterste elektronskalet sitt ved å overtar eller «låne» elektron frå andre atom, eller ved å gje frå seg eller «låne bort» elektrona i det ytterste skalet sitt til andre atom. Grunnstoff som ikkje er edelgassar, kan få edelgasstruktur på to måtar: anten ved å fylle opp det ytterste skalet, eller ved å tømme det ytterste skalet heilt for elektronar.

Når eit atom heilt overtar eit eller fleire elektron frå eit anna atom og på denne måten får fylt opp sitt ytterste elektronskal, eller eit atom heilt gjev frå seg eitt eller fleire elektron og får tømt sitt ytterste elektronskal, kallar vi atomet eit ion. Det er då elektrisk ladd, og bind seg til andre ion med motsett elektrisk ladning med ionebindingar. Natrium og klor er eit eksempel på to grunnstoff som gjerne dannar ionebindingar med kvarandre. Klor manglar eitt elektron for å få fylt opp sitt ytterste skal. Natrium har berre eitt elektron i sitt ytterste skal. Når klor og natrium reagerer med kvarandre, og natrium-atomet gjev bort sitt einslege elektron i det ytterste skalet til klor, vil begge få edelgasstruktur. Då får vi salt (NaCl).

ein modell av eit natriumklorid-krystall, med natrium-ion (grå, positivt ladde) og klorid-ion (grøne, negativt ladde)

Når atom berre gjev bort eller overtar elektron til og frå kvarandre noko av tida, men ikkje heile tida, seier vi at deil «låner» eller «låner bort» elektron frå eller til kvarandre. Dei blir då hangane saman i eit molekyl. Bindingane mellom atoma, der dei på denne måten låner elektron til og frå kvarandre, kallar vi elektronparbindingar. Vi kallar det elektronparbinding fordi dei to atoma lar eitt elektron kvar gå i par i bane rundt begge atoma.

Nokre atom, som oksygen, ønskjer å «låne» meir enn dei vil «låne bort». Når oksygen inngår elektronparbindingar med andre atom, vil det gjerne ha elektronpara hos seg mesteparten av tida. Det er fordi oksygen manglar berre to elektron i det ytterste skalet for å få edelgasstruktur, og oksygenet er «ivrig» etter å få tak i desse elektrona. Difor har oksygen ein større «trong» til å «låne til seg» enn å «låne bort». For andre atom, som hydrogen, er det motsett: Dei vil gjerne «låne bort» meir enn det vil «låne», fordi dei har få elektron i det ytterste skalet, og gjerne vil tømme det ytterste skalet.

Karbonatomet er lett å «samarbeide» med

Karbonatomet er særleg samarbeidsvillig til å danne elektronparbindingar med andre atom, fordi karbonet har fire elektron i det ytterste skalet sitt. Vi seier at karbon har fire valenselektronar. Dermed har karbon fylt opp nøyaktig halvparten av det ytterste elektronskalet. Det er like lett - eller like vanskeleg - for karbonatomet å oppnå edelgasstruktur ved å kvitte seg med som å skaffe seg 4 elektron til i det ytterste skalet. Det er likegyldig for karbon-atomet om det «låner» eller «låner bort» elektron i det ytterste skalet. Karbonet har såleis ikkje nokon sterk «vilje» til det eine eller det andre, og det er difor eit atom som er lett å omgåast og «samarbeide med» for andre elektron - også andre karbonatom - som vil danne elektronparbindingar. Det er grunnen til at karbon så lett kan inngå i så mange kjemiske samanbindingar.

Kvart karbon-atom dannar fire elektronparbindingar med andre atom.

Slik ser ein modell av metan-molekylet ut, når vi tar med valens-elektronane (elektronane i det ytterste skalet i kvart atom). Figuren illustrerer korleis eitt elektron frå kvart hydrogenatom går saman med eitt elektron kvar frå karbonatomet og dannar elektronpar.

Kjelder:

http://snl.no/organisk_kjemi

Organiske stoffgrupper

Sjå òg

organiske sambindingar

Wikimedia Commons har multimedia som gjeld: Organisk kjemi