Как уже указывалось, число изученных в настоящее время соединений углерода чрезвычайно велико. Но при всем многообразии природных органических веществ, они обычно состоят из небольшого числа элементов; в их состав, кроме углерода, почти всегда входит водород, часто кислород и азот, иногда сера и фосфор. Эти элементы были названы органогенами (т. е. элементами, порождающими органические молекулы) *.
Среди органических соединений особенно распространено явление изомерии (см. § 162). Имеется множество соединений углерода, обладающих одинаковым качественным и количественным составом и одинаковой молекулярной массой, но совершенно различными физическими, а зачастую и химическими свойствами. Например, состав C2H6O и, соответственно, молекулярную массу 46,07 имеют два различных изомерных органических вещества: этиловый спирт — жидкость, кипящая при 78,4 °C, смешивающаяся с водой в любых соотношениях, и диметиловый эфир — газ, почти не растворимый в воде и существенно отличающийся от этилового спирта по химическим свойствам.
Явление изомерии, в частности, обусловливает огромное многообразие органических веществ.
В отличие от минеральных органические вещества своеобразно ведут себя при нагревании. Их температуры плавления не превышают 350—400 °C, в большинстве же они плавятся ниже 200—100 °C. При нагревании без доступа воздуха органические вещества могут подвергаться глубоким изменениям, в результате которых образуются новые вещества, обладающие совершенно иными свойствами, или же (при температурах порядка 400—600 °C) — полному разложению и обугливанию. Если же вести нагревание в присутствии кислорода воздуха или других окислителей, то органические вещества обычно полностью сгорают **; при этом входящие в их состав углерод и водород целиком превращаются в диоксид углерода и воду, а азот обычно выделяется в свободном состоянии *.
Одной из важных особенностей органических соединений, которая накладывает отпечаток на все их химические свойства, является характер связей между атомами в их молекулах. В подавляющем большинстве эти связи имеют ярко выраженный ковалентный характер. Поэтому органические вещества в большинстве неэлектролиты, не диссоциируют в растворах на ионы и сравнительно медленно взаимодействуют друг с другом. Время, необходимое для завершения реакций между органическими веществами, обычно измеряется часами, а иногда и днями. Вот почему в органической химии применение различных катализаторов имеет особенно большое значение.
Наконец, следует еще раз подчеркнуть исключительную биологическую роль органических соединений. Многие из них являются непосредственными носителями, участниками или продуктами процессов, протекающих в живых организмах, или же — такие, как ферменты, гормоны, витамины и др. — биологическими катализаторами, инициаторами и регуляторами этих процессов.
* С развитием химии путем синтеза получены органические вещества, содержащие и многие другие элементы. Соединения, в которых в непосредственной связи с углеродом имеются металлы (Li, Na, K, Mg, Zn, Hg, Al, Sn, Pb и др.) и некоторые неметаллы (например, Si, As), были названы элементоорганическими соединениями.
** Лишь синтетически получены ценные органические вещества, отличающиеся исключительной устойчивостью к действию окислителей и высоких температур. Таковы, например, перфторуглероды (перфторпарафины или перфторалканы), фторопласт и др.
* На этом основан количественный анализ органических веществ: содержание углерода и водорода в сгоревшем веществе определяют по количеству образовавшихся CO2 и H2O, выделившийся N2 измеряют непосредственно по объему, а содержание кислорода устанавливают по разности между массой сгоревшего вещества и массой содержавшихся в нем других элементов.