Hợp chất hữu cơ là gì? Ứng dụng vào trong thực tế ra sao?

Hợp chất hữu cơ có ở xung quanh ta, trong cơ thể sinh vật, con người, trong hầu hết các loại lương thực, thực phẩm, trong các loại đồ dùng… Từ thời cổ đại, con người đã biết sử dụng hợp chất này để phục vụ cuộc sống. Vậy hợp chất hữu cơ là gì? Cùng tìm hiểu khái niệm về hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ trong bài viết dưới đây.

Hợp chất hữu cơ là gì?

Để tìm hiểu hợp chất hữu cơ là gì, người ta tiến hành thí nghiệm sau:

Thí nghiệm: Đốt cháy hợp chất hữu cơ là một cục bông trên ngọn lửa.

Tiến hành: Đốt cháy bông, úp ống nghiệm phía trên ngọn lửa đang đốt. Khi ống nghiệm mờ dần, xoay lại, rót nước vôi trong vào trong ống nghiệm, lắc đều.

Thí nghiệm chứng tỏ bông chứa cacbon. (Ảnh: Chụp màn hình)

Hiện tượng: Nước vôi trong vẩn đục màu trắng. 

Nhận xét: Quá trình đốt cháy bông sinh ra khí CO2.

Tương tự, khi tiến hành thí nghiệm đốt cháy các hợp chất hữu cơ khác như cồn, nến, rượu… cũng đều thu được khí CO2. Điều này chứng minh rằng, trong thành phần của hợp chất hữu cơ phải có cacbon để khi đốt cacbon tác dụng với oxi sinh ra CO2.

Vì vậy, hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon.

Lưu ý: Không phải toàn bộ các hợp chất của cacbon đều là hợp chất hữu cơ, đa số hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon trừ CO, CO2, H2CO3, muối cacbonat kim loại, muối cacbua, muối xianua…

Đặc điểm chung của hợp chất hữu cơ

Mạch cacbon

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 nhánh, mạch thẳng (mạch không phân nhánh) và mạch vòng.

Hóa trị và liên kết giữa các nguyên tử

Trong các hợp chất hữu cơ, cacbon luôn có hóa trị IV, hiđro có hóa trị I, oxi có hóa trị II. (mỗi hóa trị được biểu diễn bằng một gạch nối giữa hai nguyên tử liên kết)

Các nguyên tử liên kết với nhau theo đúng hóa trị của chúng. Mỗi liên kết được biểu diễn bằng một nét gạch nối giữa hai nguyên tử.

Trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử

Mỗi hợp chất hữu cơ có một trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.

Tính chất vật lý, tính chất hóa học của các hợp chất hữu cơ:

Tính chất vật lý

• Các hợp chất hữu cơ thường dễ bay hơi do có nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy thấp.
• Phần lớn các họp chất hữu cơ tan nhiều trong dung môi hưu cơ nhưng không tan hoặc ít tan trong nước.

Tính chất hóa học

• Các hợp chất hữu cơ thường dễ cháy, kém bền với nhiệt.
• Phản ứng hóa học của các hợp chất hữu cơ thường xảy ra chậm và không hoàn toàn theo một hướng nhất định tạo ra hỗn hợp sản phẩm.

Ứng dụng của hợp chất hữu cơ trong đời sống:

Khí (C1 – C4)

• Sản phẩm là quá trình chưng cất dưới 80 độ C.
• Được hóa lỏng cho vào bình gas hoặc các đường dẫn khí để đun nấu hoặc sưởi ấm.
• Cung cấp nhiệt cho hệ thống sưởi ấm và các nhà máy.

Xăng

• Là sản phẩm chưng cất dầu mỏ ở 40 -> 80 độ C.
• Là nhiên liệu quan trọng cho hầu hết các phương tiện giao thông.

Dầu hỏa và dầu điezen:

Là nhiên liệu cho phương tiện giao thông vận tải lớn được tinh chế qua quá trình chưng cất áp suất cao.

• Dầu hỏa (C10 – C16)
  • Là sản phẩm tinh chế có được qua quá trình chưng cất ở nhiệt độ từ 180 – 220 độ C.
  • Được điều chế từ dầu mỏ để thắp sáng, làm nguyên liệu chủ yếu cho động cơ phản lực.
• Diezen (C16 –C21)
  • Được chưng cất ở nhiệt độ khoảng 260 – 300 độ C.
  • Nhiên liệu cho động cơ đốt trong cần công suất lớn như xe tải, tàu hỏa,…

Dầu nhờn và nhựa đường:

• Dầu nhờn: dùng để bôi trơn cho các động cơ, máy móc công nghiệp, là sản phẩm mazut khi chưng cất ở áp suất cao.
• Nhựa đường: là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của mazut dầu mỏ, là sản phẩm chưng cất ở áp suất thấp.

Nguyên liệu trong công nghiệp:

• Anken được tạo ra từ quá trình chưng cất dầu mỏ để làm nguyên liệu chế biến nhựa và cao su.
• Là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các chất hữu cơ và phân bón đạm.

Ứng dụng khác:

• Làm dung môi cho hợp chất hữu cơ.
• Ứng dụng trong y học và mỹ phẩm (ví dụ: vaseline).
• Ankan rắn (parafin) dùng làm nến.

Phân loại hợp chất hữu cơ

Có nhiều cách phân loại hợp chất hữu cơ, tuy nhiên, người ta hay dùng cách phân loại dựa theo thành phần các nguyên tố tạo nên hợp chất hữu cơ. Hợp chất hữu cơ được chia ra làm 2 loại: Hidrocacbon và dẫn xuất hidrocacbon.

• Hiđrocacbon là hợp chất hữu cơ mà trong phân tử chỉ có hai nguyên tố là cacbon (C) và hiđro (H).  (Ví dụ: CH4, C2H4, C6H6,…)
• Dẫn xuất hiđrocacbon là 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… (Ví dụ: C2H6O, C2H5O2N, CH3Cl,…)

Hợp chất hữu cơ được chia làm 2 loại. (Ảnh: Sưu tầm internet)

Ngoài ra người ta còn phân loại hợp chất hữu cơ theo mạch cacbon:

• Hợp chất hữu cơ mạch vòng
• Hợp chất hữu cơ mạch không vòng.

Cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ như thế nào?

Cấu tạo phân tử hợp chất hữu cơ là công thức biểu diễn đầy đủ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Khi nhìn vào công thức cấu tạo phân tử của hợp chất hữu cơ, ta có thể biết được rằng có bao nhiêu nguyên tử liên kết, số hóa trị và cả trật tự liên kết giữa các nguyên tử.

Hóa trị và liên kết giữa các nguyên tử

Trong các hợp chất hữu cơ cacbon luôn có hóa trị IV, hiđro hóa trị I, oxi hóa trị II.

Hóa trị được biểu diễn bằng nét gạch nối như sau:

Biểu diễn hóa trị C, H, O. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

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.

Trong phân tử hợp chất hữu cơ, các nguyên tử sẽ liên kết với nhau để tạo thành liên kết. Có thể là liên kết giữa 2 nguyên tử C và H, C và O hoặc C và C,…

Số liên kết tạo thành đối với một nguyên tử luôn bằng với hóa trị của nó.

Ví dụ 1: Xét cấu tạo của phân tử khí metan CH4 như sau:

Metan – CH4. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Ví dụ 2: Xét cấu tạo của phân tử methanol CH3OH như sau:

Methanol CH3OH. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Ví dụ 3: Xét cấu tạo phân tử khí etan CH3-CH3 như sau:

Khí etan CH3-CH3. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Mạch cacbon

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
• Mạch vòng

Có 3 loại mạch cacbon. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử

Mỗi hợp chất hữu cơ có một trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. 

Ví dụ cùng công thức phân tử C2H6O có 2 chất: Rượu etylic (chất lỏng) và Đimetyl ete (chất khí)

Ta thấy: Hai chất trên có sự khác nhau về trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Đây là nguyên nhân làm cho rượu etylic có tính chất khác với đimetyl ete. 

Công thức cấu tạo của 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. 

Tìm hiểu công thức cấu tạo hợp chất hữu cơ. (Ảnh: Shutterstock.com)

Ví dụ:

 Metan viết gọn là CH4

 Rượu Etylic viết gọn: CH3-CH2-OH

CTCT metan và rượu etylic. (Ảnh: Chụp màn hình)

Như vậy, công thức cấu tạo cho biết thành phần của phân tử và trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử.

Nếu thay đổi trật tự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử sẽ tạo ra chất mới. Ví dụ, cùng có công thức phân tử là C2H6O nhưng có 2 loại chất khác nhau là rượu etylic (chất lỏng) và đimetyl ete (chất khí).

Hóa học hữu cơ là gì?

Hóa học hữu cơ là ngành hóa học chuyên nghiên cứu về các hợp chất hữu cơ và những chuyển đổi của chúng. Hóa học hữu cơ có các phân ngành khác nhau như hóa học dầu mỏ, hóa học polime, hóa học các hợp chất thiên nhiên… có vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế, xã hội.

Bài tập về hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ SGK kèm lời giải

Như vậy, chúng ta đã biết hợp chất hữu cơ là gì, khái niệm về hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ. Từ những kiến thức trên, các bạn cùng vận dụng những kiến thức đó để giải một số bài tập sau.

Vận dụng làm bài tập Hóa. (Ảnh: Shutterstock.com)

Giải Bài 1 trang 108 SGK Hóa học 9

Dựa vào dữ kiện nào trong các dữ kiện sau đây để có thể nói một chất là vô cơ hay hữu cơ?

a) Trạng thái (rắn, lỏng, khí).

b) Màu sắc.

c) Độ tan trong nước.

d) Thành phần nguyên tố.

Bài giải: 

Dựa vào thành phần nguyên tố (trường hợp d) để xác định một hợp chất là vô cơ hay hữu cơ.

Giải bài 3 trang 108 SGK Hóa học 9

Hãy so sánh phần trăm khối lượng của cacbon trong các chất sau: CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3.

Bài giải: 

Cách 1: Tính %mC trong từng chất rồi so sánh:

MCH4 = 16g/mol; MCH3Cl = 50,5g/mol; MCH2Cl2 = 85g/mol; CHCl3 =119,5g/mol

Trong CH4: %mC = 12 x 100% / 16 = 75%.

Trong CH3Cl: %mC = 12 x 100% / 50,5 = 23,7%.

Trong CH2Cl2: %mC = 12 x 100% / 85 = 14,1%.

Trong CHCl3: %mC = 12 x 100% / 119,5 = 10,04%.

Thành phần phần trăm khối lượng C trong các chất sắp xếp theo thứ tự sau:

CH4 > CH3Cl > CH2Cl2 > CHCl3

Cách 2: Phân tử các chất chỉ có 1 nguyên tử C nhưng phân tử khối tăng dần nên thành phần phần trăm khối lượng C trong các hợp chất được sắp xếp: CH4 > CH3Cl > CH2Cl2 > CHCl3.

Giải bài 1 trang 112 SGK Hóa học 9

Hãy chỉ ra những chỗ sai trong các công thức sau và viết lại cho đúng.

Bài tập 1. (Ảnh: Chụp màn hình)

Bài giải: 

Lời giải bài tập 1 trang 112 SGK Hóa học 9. (Ảnh: Chụp màn hình)

Bài viết trên đây đã cung cấp đầy đủ thông tin về hợp chất hữu cơ là gì, khái niệm về hợp chất hữu cơ và hóa học hữu cơ. Hi vọng những thông tin Trang Tài Liệu cung cấp sẽ giúp bạn có thêm những kiến thức cơ bản về hợp chất này và ứng dụng chúng trong học tập cũng như thực tiễn.