Ένα από τα πιο κοινά χημικά στοιχεία που περιλαμβάνονται στη συντριπτική πλειοψηφία των χημικών είναι το οξυγόνο. Οξείδια, οξέα, βάσεις, αλκοόλες, φαινόλες και άλλες ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο μελετώνται στο μάθημα της ανόργανης και οργανικής χημείας. Στο άρθρο μας, θα μελετήσουμε τις ιδιότητες, καθώς και θα δώσουμε παραδείγματα εφαρμογής τους στη βιομηχανία, τη γεωργία και την ιατρική.
Οξείδια
Οι πιο απλές σε δομή είναι δυαδικές ενώσεις μετάλλων και μη μετάλλων με οξυγόνο. Η ταξινόμηση των οξειδίων περιλαμβάνει τις ακόλουθες ομάδες: όξινα, βασικά, αμφοτερικά και αδιάφορα. Το κύριο κριτήριο για τη διαίρεση όλων αυτών των ουσιών είναι ποιο στοιχείο συνδυάζεται με το οξυγόνο. Αν είναι μέταλλο, τότε είναι βασικά. Για παράδειγμα: CuO, MgO, Na2O - οξείδια χαλκού, μαγνησίου, νατρίου. Η κύρια χημική τους ιδιότητα είναι η αντίδραση με οξέα. Έτσι, το οξείδιο του χαλκού αντιδρά με το χλωριούχο οξύ:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Η παρουσία ατόμων μη μεταλλικών στοιχείων στα μόρια των δυαδικών ενώσεων υποδηλώνει ότι ανήκουν σε όξινα οξείδια, για παράδειγμα, οξείδιο του υδρογόνου H2O, διοξείδιο του άνθρακα CO 2, πεντοξείδιο του φωσφόρου P2O5. Η ικανότητα τέτοιων ουσιών να αντιδρούν με αλκάλια είναι το κύριο χημικό τους χαρακτηριστικό.
Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, μπορούν να σχηματιστούν άλατα δύο τύπων: όξινα ή μέτρια. Αυτό θα εξαρτηθεί από το πόσα mol αλκαλίων αντιδρούν:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Μια άλλη ομάδα ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο, οι οποίες περιλαμβάνουν χημικά στοιχεία όπως ο ψευδάργυρος ή το αλουμίνιο, αναφέρονται ως αμφοτερικά οξείδια. Στις ιδιότητές τους, υπάρχει μια τάση για χημική αλληλεπίδραση τόσο με οξέα όσο και με αλκάλια. Τα προϊόντα της αλληλεπίδρασης των οξειδίων του οξέος με το νερό είναι οξέα. Για παράδειγμα, στην αντίδραση θειικού ανυδρίτη και νερού, σχηματίζεται θειικό οξύ. Τα οξέα είναι μια από τις πιο σημαντικές κατηγορίες ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο.
Οξέα και οι ιδιότητές τους
Ενώσεις που αποτελούνται από άτομα υδρογόνου που σχετίζονται με σύμπλοκα ιόντα υπολειμμάτων οξέος είναι οξέα. Συμβατικά, μπορούν να χωριστούν σε ανόργανες, για παράδειγμα, ανθρακικό οξύ, θειικό, νιτρικό και οργανικές ενώσεις. Τα τελευταία περιλαμβάνουν οξικό οξύ, μυρμηκικό, ελαϊκό οξύ. Και οι δύο ομάδες ουσιών έχουν παρόμοιες ιδιότητες. Άρα, μπαίνουν σε αντίδραση εξουδετέρωσης με βάσεις, αντιδρούν με άλατα καιβασικά οξείδια. Σχεδόν όλα τα οξέα που περιέχουν οξυγόνο σε υδατικά διαλύματα διασπώνται σε ιόντα, όντας αγωγοί του δεύτερου είδους. Είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η όξινη φύση του περιβάλλοντός τους, λόγω της υπερβολικής παρουσίας ιόντων υδρογόνου, χρησιμοποιώντας δείκτες. Για παράδειγμα, η μωβ λίθος γίνεται κόκκινη όταν προστίθεται σε διάλυμα οξέος. Ένας τυπικός εκπρόσωπος των οργανικών ενώσεων είναι το οξικό οξύ που περιέχει μια καρβοξυλική ομάδα. Περιλαμβάνει ένα άτομο υδρογόνου, το οποίο καθορίζει τις όξινες ιδιότητες της ουσίας. Είναι ένα άχρωμο υγρό με συγκεκριμένη πικάντικη οσμή, που κρυσταλλώνεται σε θερμοκρασίες κάτω των 17 °C. Το CH3COOH, όπως και άλλα οξέα που περιέχουν οξυγόνο, είναι τέλεια διαλυτό στο νερό σε οποιαδήποτε αναλογία. Το διάλυμά του 3 - 5% είναι γνωστό στην καθημερινή ζωή με το όνομα ξίδι, το οποίο χρησιμοποιείται στη μαγειρική ως καρύκευμα. Η ουσία έχει επίσης βρει τη χρήση της στην παραγωγή οξικού μεταξιού, βαφών, πλαστικών και ορισμένων φαρμάκων.
Οργανικές ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο
Στη χημεία, μπορεί κανείς να διακρίνει μια μεγάλη ομάδα ουσιών που περιέχουν, εκτός από άνθρακα και υδρογόνο, και σωματίδια οξυγόνου. Αυτά είναι καρβοξυλικά οξέα, εστέρες, αλδεΰδες, αλκοόλες και φαινόλες. Όλες οι χημικές τους ιδιότητες καθορίζονται από την παρουσία στα μόρια ειδικών συμπλεγμάτων - λειτουργικών ομάδων. Για παράδειγμα, ο γενικός χημικός τύπος μιας αλκοόλης που περιέχει μόνο περιοριστικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων είναι ROH, όπου το R είναι μια ρίζα υδρογονάνθρακα. Οι ενώσεις αυτές θεωρούνται συνήθως ως παράγωγα αλκανίων, στα οποία ένατο άτομο υδρογόνου αντικαθίσταται από μια υδροξοομάδα.
Φυσικές και χημικές ιδιότητες των αλκοολών
Η αθροιστική κατάσταση των αλκοολών είναι υγρές ή στερεές ενώσεις. Δεν υπάρχουν αέριες ουσίες μεταξύ των αλκοολών, κάτι που μπορεί να εξηγηθεί από το σχηματισμό συνεργατών - ομάδων που αποτελούνται από πολλά μόρια που συνδέονται με ασθενείς δεσμούς υδρογόνου. Αυτό το γεγονός καθορίζει επίσης την καλή διαλυτότητα των κατώτερων αλκοολών στο νερό. Ωστόσο, σε υδατικά διαλύματα, οι οργανικές ουσίες που περιέχουν οξυγόνο - αλκοόλες, δεν διασπώνται σε ιόντα, δεν αλλάζουν το χρώμα των δεικτών, έχουν δηλαδή ουδέτερη αντίδραση. Το άτομο υδρογόνου της λειτουργικής ομάδας συνδέεται ασθενώς με άλλα σωματίδια, επομένως, σε χημικές αλληλεπιδράσεις, είναι σε θέση να εγκαταλείψει το μόριο. Στον ίδιο χώρο ελεύθερου σθένους, αντικαθίσταται από άλλα άτομα, για παράδειγμα, σε αντιδράσεις με ενεργά μέταλλα ή με αλκάλια - από άτομα μετάλλου. Παρουσία καταλυτών όπως πλέγμα πλατίνας ή χαλκός, οι αλκοόλες οξειδώνονται με ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες, διχρωμικό κάλιο ή υπερμαγγανικό κάλιο, σε αλδεΰδες.
Αντίδραση εστεροποίησης
Μία από τις πιο σημαντικές χημικές ιδιότητες των οργανικών ουσιών που περιέχουν οξυγόνο: οι αλκοόλες και τα οξέα είναι μια αντίδραση που οδηγεί στην παραγωγή εστέρων. Έχει μεγάλη πρακτική σημασία και χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την εκχύλιση εστέρων που χρησιμοποιούνται ως διαλύτες στη βιομηχανία τροφίμων (με τη μορφή αποσταγμάτων φρούτων). Στην ιατρική, ορισμένοι από τους εστέρες χρησιμοποιούνται ως αντισπασμωδικά, για παράδειγμα, το νιτρώδες αιθύλιο διαστέλλει τα περιφερειακά αιμοφόρα αγγεία καιΤο νιτρώδες ισοαμύλιο είναι προστάτης των σπασμών της στεφανιαίας αρτηρίας. Η εξίσωση αντίδρασης εστεροποίησης είναι η εξής:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
Σε αυτό, το CH3COOH είναι οξικό οξύ και το C2H5OH είναι ο χημικός τύπος της αιθανόλης αλκοόλης.
Αλδεΰδες
Αν μια ένωση περιέχει μια λειτουργική ομάδα –COH, τότε ανήκει στις αλδεΰδες. Παρουσιάζονται ως προϊόντα περαιτέρω οξείδωσης αλκοολών, για παράδειγμα, με οξειδωτικά μέσα όπως το οξείδιο του χαλκού.
Η παρουσία ενός συμπλόκου καρβονυλίου στα μόρια της μυρμηκικής ή ακεταλδεΰδης καθορίζει την ικανότητά τους να πολυμερίζουν και να προσκολλούν άτομα άλλων χημικών στοιχείων. Ποιοτικές αντιδράσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποδειχθεί η παρουσία μιας καρβονυλομάδας και η ιδιοκτησία μιας ουσίας στις αλδεΰδες είναι η αντίδραση του καθρέφτη αργύρου και η αλληλεπίδραση με το υδροξείδιο του χαλκού όταν θερμαίνεται:
Η
Η ακεταλδεΰδη, η οποία χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την παραγωγή οξικού οξέος, έχει λάβει τη μεγαλύτερη χρήση - ένα προϊόν μεγάλης χωρητικότητας οργανικής σύνθεσης.
Ιδιότητες οργανικών ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο - καρβοξυλικά οξέα
Η παρουσία μιας καρβοξυλικής ομάδας - μιας ή περισσότερων - είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα των καρβοξυλικών οξέων. Λόγω της δομής της λειτουργικής ομάδας, τα διμερή μπορούν να σχηματιστούν σε όξινα διαλύματα. Συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Οι ενώσεις διασπώνται σε κατιόντα υδρογόνου και ανιόντα υπολειμμάτων οξέος και είναι ασθενείς ηλεκτρολύτες. Εξαίρεση αποτελεί ο πρώτος εκπρόσωπος μιας σειράς περιοριστικώνμονοβασικά οξέα - μυρμηκικό ή μεθάνιο, το οποίο είναι αγωγός του δεύτερου είδους μέσης αντοχής. Η παρουσία μόνο απλών δεσμών σίγμα στα μόρια δείχνει το όριο, αλλά εάν οι ουσίες έχουν διπλούς δεσμούς pi στη σύνθεσή τους, αυτές είναι ακόρεστες ουσίες. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει οξέα όπως μεθάνιο, οξικό, βουτυρικό. Το δεύτερο αντιπροσωπεύεται από ενώσεις που αποτελούν μέρος υγρών λιπών - ελαίων, για παράδειγμα, ελαϊκού οξέος. Οι χημικές ιδιότητες των ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο: τα οργανικά και τα ανόργανα οξέα είναι σε μεγάλο βαθμό παρόμοιες. Έτσι, μπορούν να αλληλεπιδράσουν με ενεργά μέταλλα, τα οξείδια τους, με αλκάλια, αλλά και με αλκοόλες. Για παράδειγμα, το οξικό οξύ αντιδρά με το νάτριο, το οξείδιο και την καυστική σόδα σχηματίζοντας ένα άλας - οξικό νάτριο:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Ξεχωριστή θέση καταλαμβάνουν οι ενώσεις ανώτερων καρβοξυλικών οξέων που περιέχουν οξυγόνο: στεατικό και παλμιτικό, με τριυδρική κορεσμένη αλκοόλη - γλυκερίνη. Ανήκουν σε εστέρες και ονομάζονται λίπη. Τα ίδια οξέα αποτελούν μέρος των αλάτων νατρίου και καλίου ως όξινο υπόλειμμα, σχηματίζοντας σαπούνια.
Λίππη και σαπούνια
Σημαντικές οργανικές ενώσεις που είναι ευρέως διαδεδομένες στην άγρια ζωή και παίζουν πρωταγωνιστικό ρόλο ως η πιο ενεργοβόρα ουσία είναι τα λίπη. Δεν είναι μια μεμονωμένη ένωση, αλλά ένα μείγμα ετερογενών γλυκεριδίων. Πρόκειται για ενώσεις της περιοριστικής πολυϋδρικής αλκοόλης - γλυκερίνης, η οποία, όπως η μεθανόλη και η φαινόλη, περιέχει λειτουργικές ομάδες υδροξυλίου. Τα λίπη μπορούν να υδρολυθούνθέρμανση με νερό παρουσία καταλυτών: αλκαλίων, οξέων, οξειδίων ψευδαργύρου, μαγνησίου. Τα προϊόντα της αντίδρασης θα είναι γλυκερίνη και διάφορα καρβοξυλικά οξέα, που χρησιμοποιούνται περαιτέρω για την παραγωγή σαπουνιού. Για να μην χρησιμοποιηθούν ακριβά φυσικά βρώσιμα λίπη σε αυτή τη διαδικασία, τα απαραίτητα καρβοξυλικά οξέα λαμβάνονται με την οξείδωση της παραφίνης.
Φαινόλες
Φτάνοντας στις κατηγορίες των ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο, ας εστιάσουμε στις φαινόλες. Αντιπροσωπεύονται από τη ρίζα φαινυλίου -C6H5, συνδεδεμένη με μία ή περισσότερες λειτουργικές ομάδες υδροξυλίου. Ο απλούστερος εκπρόσωπος αυτής της κατηγορίας είναι το καρβολικό οξύ, ή φαινόλη. Ως πολύ ασθενές οξύ, μπορεί να αλληλεπιδράσει με αλκάλια και ενεργά μέταλλα - νάτριο, κάλιο. Μια ουσία με έντονες βακτηριοκτόνες ιδιότητες - η φαινόλη χρησιμοποιείται στην ιατρική, καθώς και στην παραγωγή βαφών και ρητινών φαινόλης-φορμαλδεΰδης.
Στο άρθρο μας, μελετήσαμε τις κύριες κατηγορίες ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο και εξετάσαμε επίσης τις χημικές τους ιδιότητες.
