Uglerod va uglevodorodlar

Uglerod – kundalik hayotimizda topish qiyin boʻlmagan element. Misol uchun, agar siz oddiy qalam ishlatgan boʻlsangiz, uning uch qismidagi grafitni koʻrgansiz. Ana shu grafit uglerodning shakllaridan biridir. Xuddi shunga oʻxshab, issiqlik olish uchun yoqiladigan koʻmir va hattoki qimmatbaho olmos ham ugleroddan tashkil topgan (bu holatda uglerod yuqori issiqlik va bosimga uchragan). Tana ogʻirligingizning 18 foizi ugleroddan iborat ekanini bilmasangiz ham kerak. Ilmiy asoslarga koʻra, koʻplab muhim molekulalar – oqsil, DNK, RNK, uglevod va yogʻlarning asosiy qismi uglerod elementidan tashkil topgan.

Bu kabi tarkibida uglerod mavjud boʻlgan biologik molekulalar koʻp hollarda makromolekular deb ataladi va organik molekulalar sifatida guruhlanadi. (Ammo ayrim moddalar, misol uchun, karbonat angidrid va is gazi tarkibida uglerod elementi bor, lekin ular organik modda sanalmaydi.)

Nima sababdan uglerod atomi organik moddalarni hosil qilishda shunchalik muhim ahamiyatga ega? Nega aynan shu maqsadda kislorod atomidan foydalanmaymiz? Birinchidan, uglerod-uglerod bogʻi juda mustahkamdir. U hosil qilgan mustahkam kimyoviy bogʻlar tufayli organik moddalar nisbatan yirikroq va barqaror holatga ega boʻladi. Shuningdek, uglerodning eng muhim xossalaridan biri uning kovalent bogʻlar hosil qila olishidir. Uglerod atomi 4 ta kovalent bogʻ hosil qila olgani bois makromolekulalarning “asosi” boʻla oladi.

Tasavvur qiling, siz Tinker Toy® (Legoʼga oʻxshash, lekin yogʻoch gʻildirakcha va tayoqchadan konstruksiyalar yasaladigan oʻyin) oʻynayapsiz va sizdagi bir-biriga tayoqchalar yordamida biriktiriladigan gʻildirakchalarda 4 yoki 2 tadan teshik bor. Agar siz 4 ta teshikchasi bor gʻildirakchalarni tanlasangiz, sizda ikkita teshikchaga ega boʻlgan gʻildirakchalarga nisbatan koʻproq va murakkabroq konstruksiyalarni yaratish imkoniyati mavjud boʻladi. Uglerod atomi 4 ta teshikchaga ega boʻlgan gʻildirakchaga oʻxshasa, kislorod 2 ta teshikchali gʻildirakchaga oʻxshaydi. Uglerod 4 ta atom bilan bogʻlana olsa, kislorod 2 ta atom bilan bogʻlana oladi. Yaʼni uglerod atomida nisbatan murakkabroq boʻlgan makromolekulalarni hosil qilish imkoniyati mavjud.

Uglerodning toʻrtta kovalent bogʻ hosil qila olish qobiliyati uning elektronlar soni va konfiguratsiyasi bilan chambarchas bogʻliq. Uglerodning yadro zaryadi 6 ga teng (yaʼni bu yerda agar neytral uglerod atomida yadro zaryadi 6 ga teng boʻlsa, elektron va protonlarning soni ham 6 ga teng boʻladi deyilmoqda). Oldin ikkita elektron birinchi ichki qobiqni toʻldiradi, keyin qolgan toʻrtta elektron ikkinchi qobiqqa oʻtadi. Ushbu elektronlar eng tashqi qobiqda turgani sababli valent elektronlar deb ataladi. Barqaror holatga oʻtish uchun uglerod oʻz tashqi qavatini oktet qoidasi (8 ta elektron bilan toʻlish) boʻyicha yana 4 ta atom bilan toʻldirishi zarur. Shuning uchun uglerod atomlari boshqa toʻrtta elektronlar bilan ham bogʻlanishlar hosil qiladi. Masalan, uglerod metanda (CH${}_4$‍) 4 ta vodorod atomi bilan kovalent bogʻ hosil qiladi. Har bir bogʻ almashingan elektronlar juftligiga mos keladi (elektronlarning bittasi ugleroddan, ikkinchisi vodoroddan olinadi) va bu bilan uglerod toʻla tashqi qavatga erishib, 8 ta elektronga ega boʻladi.

Uglevodorodlar faqatgina uglerod va vodorod atomlaridan tashkil topgan organik molekulalardir. Biz uglevodorodlardan kundalik hayotimizda koʻp foydalanamiz. Gaz ballonlaridagi propan yoki gazli yondirgichdagi butan uglevodorodga yaqqol misol boʻla oladi. Ular juda ham foydali yonilgʻilardir. Ushbu moddalarning yonishi, yaʼni kislorod bilan taʼsirlashishi natijasida juda katta miqdorda energiya saqlovchi kovalent bogʻlar uziladi va koʻp miqdorda energiya ajralib chiqadi.

Eng oddiy uglevodorod molekulasi boʻlgan metan (CH${}_4$‍) toʻrtta vodorod atomi bilan bogʻlangan markaziy uglerod atomidan iborat. Uglerod va toʻrtta vodorod atomlari tetraedr deb nomlanuvchi 4 ta uchburchakli yoqqa ega uch oʻlchamli shaklni hosil qiladi. Shu sababdan ham metan tetraedral koʻrinishga ega. Umuman olganda, uglerod atomi yana toʻrtta boshqa atom bilan bogʻlanganida molekula (yoki molekulaning bir qismi) metandagiga oʻxshash tetraedr shaklni hosil qiladi. Buning sababi shuki, bogʻlarni tashkil etuvchi elektron juftlari bir-biridan maksimal uzoqlikda turishga harakat qilib, bir-birini itaradi va tetraedral shaklni hosil qiladi.

Koʻplab makromolekulalar uglevodorodlar sifatida tasniflanmaydi, chunki ular tarkibida uglerod va vodorodga qoʻshimcha ravishda azot, kislorod va fosfor kabi boshqa atomlar ham mavjud. Biroq vodorod bilan birikkan uglerod zanjirlari koʻpgina makromolekulalarning asosiy struktur komponentidir (hattoki ular boshqa atomlar bilan almashinganda ham), shuning uchun uglevodorodlarning xossalarini bilish makromolekulalarning xossalarini tushunish uchun ham juda muhimdir.