Unul dintre cele mai comune elemente chimice incluse în marea majoritate a substanțelor chimice este oxigenul. Oxizii, acizii, bazele, alcoolii, fenolii și alți compuși care conțin oxigen sunt studiati în cursul chimiei anorganice și organice. În articolul nostru, vom studia proprietățile și vom oferi exemple de aplicare a acestora în industrie, agricultură și medicină.
Oxizi
Cei mai simpli ca structură sunt compușii binari de metale și nemetale cu oxigen. Clasificarea oxizilor include următoarele grupe: acizi, bazici, amfoteri și indiferenți. Principalul criteriu de împărțire a tuturor acestor substanțe este ce element se combină cu oxigenul. Dacă este metal, atunci sunt de bază. De exemplu: CuO, MgO, Na2O - oxizi de cupru, magneziu, sodiu. Proprietatea lor chimică principală este reacția cu acizii. Deci, oxidul de cupru reacționează cu acidul clor:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Prezența atomilor de elemente nemetalice în moleculele compușilor binari indică apartenența acestora la oxizi acizi, de exemplu, oxid de hidrogen H2O, dioxid de carbon CO 2, pentoxid de fosfor P2O5. Capacitatea unor astfel de substanțe de a reacționa cu alcalii este principala lor caracteristică chimică.
În urma reacției, se pot forma săruri de două tipuri: acide sau medii. Aceasta va depinde de câți moli de alcali reacţionează:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Un alt grup de compuși care conțin oxigen, care includ elemente chimice precum zincul sau aluminiul, sunt denumiți oxizi amfoteri. În proprietățile lor, există o tendință de interacțiune chimică atât cu acizii, cât și cu alcalii. Produșii interacțiunii oxizilor acizi cu apa sunt acizi. De exemplu, în reacția anhidridei sulfurice și a apei, se formează acid sulfat. Acizii sunt una dintre cele mai importante clase de compuși care conțin oxigen.
Acizi și proprietățile lor
Compușii constând din atomi de hidrogen asociați cu ioni complecși ai reziduurilor acide sunt acizi. În mod convențional, aceștia pot fi împărțiți în anorganici, de exemplu, acid carbonic, sulfat, nitrat și compuși organici. Acestea din urmă includ acid acetic, acizi formic, oleic. Ambele grupuri de substanțe au proprietăți similare. Deci, ele intră într-o reacție de neutralizare cu baze, reacţionează cu sărurile șioxizi bazici. Aproape toți acizii care conțin oxigen din soluțiile apoase se disociază în ioni, fiind conductori de al doilea fel. Este posibil să se determine natura acidă a mediului lor, din cauza prezenței excesive a ionilor de hidrogen, folosind indicatori. De exemplu, turnesolul violet devine roșu atunci când este adăugat la o soluție acidă. Un reprezentant tipic al compușilor organici este acidul acetic care conține o grupare carboxil. Include un atom de hidrogen, care determină proprietățile acide ale substanței. Este un lichid incolor cu un miros înțepător specific, care cristalizează la temperaturi sub 17 °C. CH3COOH, ca și alți acizi care conțin oxigen, este perfect solubil în apă în orice proporție. Soluția sa de 3 - 5% este cunoscută în viața de zi cu zi sub denumirea de oțet, care este folosit în gătit ca condiment. Substanța și-a găsit, de asemenea, utilizarea în producția de acetat de mătase, coloranți, materiale plastice și unele medicamente.
Compuși organici care conțin oxigen
În chimie, se poate distinge un grup mare de substanțe care conțin, pe lângă carbon și hidrogen, și particule de oxigen. Aceștia sunt acizi carboxilici, esteri, aldehide, alcooli și fenoli. Toate proprietățile lor chimice sunt determinate de prezența în molecule a unor complexe speciale - grupe funcționale. De exemplu, formula chimică generală a unui alcool care conține doar legături limitative între atomi este ROH, unde R este un radical de hidrocarbură. Acești compuși sunt de obicei considerați ca derivați ai alcanilor, în care unulatomul de hidrogen este înlocuit cu o grupare hidroxo.
Proprietățile fizice și chimice ale alcoolilor
Starea agregată a alcoolilor este lichidă sau compuși solizi. Nu există substanțe gazoase printre alcooli, ceea ce poate fi explicat prin formarea de asociați - grupuri formate din mai multe molecule legate prin legături slabe de hidrogen. Acest fapt determină și buna solubilitate a alcoolilor inferiori în apă. Cu toate acestea, în soluții apoase, substanțele organice care conțin oxigen - alcooli, nu se disociază în ioni, nu schimbă culoarea indicatorilor, adică au o reacție neutră. Atomul de hidrogen al grupului funcțional este slab legat de alte particule, prin urmare, în interacțiuni chimice, este capabil să părăsească molecula. În același loc de valență liberă, este înlocuit cu alți atomi, de exemplu, în reacții cu metale active sau cu alcaline - de atomi de metal. În prezența catalizatorilor precum plasa de platină sau cuprul, alcoolii sunt oxidați de agenți oxidanți puternici, bicromat de potasiu sau permanganat de potasiu, la aldehide.
Reacție de esterificare
Una dintre cele mai importante proprietăți chimice ale substanțelor organice care conțin oxigen: alcoolii și acizii este o reacție care duce la producerea de esteri. Are o mare importanță practică și este utilizat în industrie pentru extracția esterilor utilizați ca solvenți în industria alimentară (sub formă de esențe de fructe). În medicină, unii dintre esteri sunt utilizați ca antispastici, de exemplu, nitritul de etil dilată vasele de sânge periferice șinitritul de izoamil este un protector al spasmelor arterelor coronare. Ecuația reacției de esterificare este următoarea:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
În el, CH3COOH este acid acetic, iar C2H5OH este formula chimică a alcoolului etanol.
Aldehide
Dacă un compus conține o grupare funcțională –COH, atunci aparține aldehidelor. Ele sunt prezentate ca produse ale oxidării ulterioare a alcoolilor, de exemplu, cu agenți oxidanți, cum ar fi oxidul de cupru.
Prezența unui complex carbonil în moleculele de formic sau acetaldehidă determină capacitatea acestora de a polimeriza și de a atașa atomii altor elemente chimice. Reacțiile calitative care pot fi folosite pentru a demonstra prezența unei grupări carbonil și apartenența unei substanțe la aldehide sunt reacția în oglindă de argint și interacțiunea cu hidroxidul de cupru la încălzire:
Acetaldehida, care este folosită în industrie pentru a produce acid acetic, a primit cea mai mare utilizare - un produs de sinteză organică cu un tonaj mare.
Proprietăți ale compușilor organici care conțin oxigen - acizi carboxilici
Prezența unei grupări carboxil - una sau mai multe - este un semn distinctiv al acizilor carboxilici. Datorită structurii grupului funcțional, dimerii se pot forma în soluții acide. Ele sunt legate între ele prin legături de hidrogen. Compușii se disociază în cationi de hidrogen și anioni reziduali de acid și sunt electroliți slabi. O excepție este primul reprezentant al unei serii de limitareacizi monobazici - formic sau metan, care este un conductor al celui de-al doilea tip de rezistență medie. Prezența doar a unor legături sigma simple în molecule indică limita, dar dacă substanțele au legături pi duble în compoziția lor, acestea sunt substanțe nesaturate. Primul grup include acizi precum metanul, acetic, butiric. Al doilea este reprezentat de compuși care fac parte din grăsimile lichide - uleiuri, de exemplu, acidul oleic. Proprietățile chimice ale compușilor care conțin oxigen: acizii organici și anorganici sunt în mare măsură similare. Deci, ele pot interacționa cu metalele active, oxizii lor, cu alcalii și, de asemenea, cu alcoolii. De exemplu, acidul acetic reacționează cu sodiu, oxid și soda caustică pentru a forma o sare - acetat de sodiu:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Un loc aparte îl ocupă compușii acizilor carboxilici superiori care conțin oxigen: stearic și palmitic, cu un alcool saturat trihidric - glicerina. Ei aparțin esterilor și se numesc grăsimi. Aceiași acizi fac parte din sărurile de sodiu și potasiu ca reziduu acid, formând săpunuri.
Grăsimi și săpunuri
Compuși organici importanți care sunt larg răspândiți în viața sălbatică și joacă un rol principal, deoarece substanța cea mai consumatoare de energie sunt grăsimile. Nu sunt un compus individual, ci un amestec de gliceride eterogene. Aceștia sunt compuși ai alcoolului polihidroxilic limitator - glicerina, care, ca și metanolul și fenolul, conține grupări funcționale hidroxil. Grăsimile pot fi hidrolizateîncălzire cu apă în prezența catalizatorilor: alcalii, acizi, oxizi de zinc, magneziu. Produșii reacției vor fi glicerolul și diverși acizi carboxilici, utilizați în continuare pentru producerea săpunului. Pentru a nu folosi grăsimi comestibile naturale scumpe în acest proces, acizii carboxilici necesari se obțin prin oxidarea parafinei.
fenoli
Venind cu clasele de compuși care conțin oxigen, să ne concentrăm pe fenoli. Ele sunt reprezentate de radicalul fenil -C6H5, conectat la una sau mai multe grupări hidroxil funcționale. Cel mai simplu reprezentant al acestei clase este acidul carbolic sau fenolul. Ca acid foarte slab, poate interacționa cu alcaline și metale active - sodiu, potasiu. O substanță cu proprietăți bactericide pronunțate - fenolul este utilizat în medicină, precum și în producția de coloranți și rășini fenol-formaldehidice.
În articolul nostru, am studiat principalele clase de compuși care conțin oxigen și am luat în considerare, de asemenea, proprietățile lor chimice.
