Yksi yleisimmistä kemiallisista alkuaineista, jotka sisältyvät v altaosaan kemikaaleista, on happi. Oksideja, happoja, emäksiä, alkoholeja, fenoleja ja muita happea sisältäviä yhdisteitä tutkitaan epäorgaanisen ja orgaanisen kemian kurssilla. Artikkelissamme tutkimme ominaisuuksia sekä annamme esimerkkejä niiden käytöstä teollisuudessa, maataloudessa ja lääketieteessä.
Oksidit
Rakenteeltaan yksinkertaisimpia ovat metallien ja epämetallien binääriyhdisteet hapen kanssa. Oksidien luokitus sisältää seuraavat ryhmät: happamat, emäksiset, amfoteeriset ja välinpitämättömät. Pääkriteeri kaikkien näiden aineiden jakautumiselle on se, mikä alkuaine yhdistyy hapen kanssa. Jos se on metallia, ne ovat perus. Esimerkiksi: CuO, MgO, Na2O - kuparin, magnesiumin, natriumin oksidit. Niiden tärkein kemiallinen ominaisuus on reaktio happojen kanssa. Joten kuparioksidi reagoi kloridihapon kanssa:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Ei-metallisten alkuaineiden atomien esiintyminen binääriyhdisteiden molekyyleissä osoittaa niiden kuuluvan happamiin oksideihin, esimerkiksi vetyoksidi H2O, hiilidioksidi CO 2, fosforipentoksidi P2O5. Tällaisten aineiden kyky reagoida alkalien kanssa on niiden tärkein kemiallinen ominaisuus.
Reaktion tuloksena voi muodostua kahdenlaisia suoloja: happamia tai väliaineita. Tämä riippuu siitä, kuinka monta moolia alkalia reagoi:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Toista ryhmää happea sisältäviä yhdisteitä, joihin kuuluu sellaisia kemiallisia alkuaineita kuin sinkki tai alumiini, kutsutaan amfoteerisiksi oksideiksi. Ominaisuuksissaan on taipumus kemialliseen vuorovaikutukseen sekä happojen että alkalien kanssa. Happooksidien ja veden vuorovaikutuksen tuotteet ovat happoja. Esimerkiksi rikkihappoanhydridin ja veden reaktiossa muodostuu sulfaattihappoa. Hapot ovat yksi tärkeimmistä happea sisältävien yhdisteiden luokista.
Hapot ja niiden ominaisuudet
Yhdisteet, jotka koostuvat vetyatomeista, jotka liittyvät happotähteiden kompleksisiin ioneihin, ovat happoja. Perinteisesti ne voidaan jakaa epäorgaanisiin, esimerkiksi hiilihappoon, sulfaattiin, nitraatteihin ja orgaanisiin yhdisteisiin. Viimeksi mainittuihin kuuluvat etikkahappo, muurahaishappo, öljyhappo. Molemmilla aineryhmillä on samanlaiset ominaisuudet. Joten ne joutuvat neutralointireaktioon emästen kanssa, reagoivat suolojen jaemäksiset oksidit. Melkein kaikki happea sisältävät hapot vesiliuoksissa dissosioituvat ioneiksi, jotka ovat toisen tyyppisiä johtimia. On mahdollista määrittää niiden ympäristön hapan luonne, joka johtuu vetyionien liiallisesta läsnäolosta, käyttämällä indikaattoreita. Esimerkiksi violetti lakmus muuttuu punaiseksi, kun sitä lisätään happoliuokseen. Tyypillinen orgaanisten yhdisteiden edustaja on karboksyyliryhmän sisältävä etikkahappo. Se sisältää vetyatomin, joka määrittää aineen happamat ominaisuudet. Se on väritön neste, jolla on erityinen pistävä haju ja joka kiteytyy alle 17 °C:n lämpötiloissa. CH3COOH, kuten muutkin happea sisältävät hapot, liukenee täydellisesti veteen kaikissa suhteissa. Sen 3 - 5 % liuos tunnetaan arjessa etikan nimellä, jota käytetään ruoanlaitossa mausteena. Ainetta on käytetty myös asetaattisilkin, väriaineiden, muovien ja joidenkin lääkkeiden valmistuksessa.
Happea sisältävät orgaaniset yhdisteet
Kemiassa voidaan erottaa suuri joukko aineita, jotka sisältävät hiilen ja vedyn lisäksi myös happihiukkasia. Näitä ovat karboksyylihapot, esterit, aldehydit, alkoholit ja fenolit. Kaikki niiden kemialliset ominaisuudet määräytyvät erityisten kompleksien - funktionaalisten ryhmien - molekyyleissä. Esimerkiksi alkoholin, joka sisältää vain rajoittavia sidoksia atomien välillä, yleinen kemiallinen kaava on ROH, jossa R on hiilivetyradikaali. Näitä yhdisteitä pidetään yleensä alkaanien johdannaisina, joissa yksivetyatomi korvataan hydroksoryhmällä.
Alkoholien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Alkoholien aggregaatit ovat nesteitä tai kiinteitä yhdisteitä. Alkoholien joukossa ei ole kaasumaisia aineita, mikä selittyy assosioituneiden ryhmien muodostumisella, jotka koostuvat useista molekyyleistä, jotka liittyvät heikoilla vetysidoksilla. Tämä seikka määrää myös alempien alkoholien hyvän liukoisuuden veteen. Vesiliuoksissa happea sisältävät orgaaniset aineet - alkoholit - eivät kuitenkaan hajoa ioneiksi, eivät muuta indikaattoreiden väriä, eli niillä on neutraali reaktio. Funktionaalisen ryhmän vetyatomi on heikosti sitoutunut muihin hiukkasiin, joten kemiallisessa vuorovaikutuksessa se pystyy poistumaan molekyylistä. Samassa vapaan valenssin paikassa se korvataan muilla atomeilla, esimerkiksi reaktioissa aktiivisten metallien tai alkalien kanssa - metalliatomeilla. Katalyyttien, kuten platinaverkon tai kuparin, läsnä ollessa alkoholit hapetetaan voimakkaiden hapettimien, kaliumbikromaatin tai kaliumpermanganaatin vaikutuksesta aldehydeiksi.
Esteröintireaktio
Yksi happea sisältävien orgaanisten aineiden tärkeimmistä kemiallisista ominaisuuksista: alkoholit ja hapot ovat reaktio, joka johtaa estereiden muodostumiseen. Sillä on suuri käytännön merkitys, ja sitä käytetään teollisuudessa elintarviketeollisuudessa liuottimina käytettävien esterien uuttamiseen (hedelmäesanssien muodossa). Lääketieteessä joitain estereistä käytetään kouristuksia estävänä lääkkeenä, esimerkiksi etyylinitriitti laajentaa ääreisverisuonia jaisoamyylinitriitti suojaa sepelv altimon kouristuksia vastaan. Esteröintireaktioyhtälö on seuraava:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
Siessä CH3COOH on etikkahappoa ja C2H5OH on alkoholin etanolin kemiallinen kaava.
Aldehydit
Jos yhdiste sisältää funktionaalisen ryhmän –COH, se kuuluu aldehydeihin. Ne esitetään alkoholien lisähapetuksen tuotteina, esimerkiksi hapettimilla, kuten kuparioksidilla.
Karbonyylikompleksin läsnäolo muurahais- tai asetaldehydimolekyyleissä määrittää niiden kyvyn polymeroitua ja kiinnittää muiden kemiallisten alkuaineiden atomeja. Kvalitatiivisia reaktioita, joilla voidaan osoittaa karbonyyliryhmän läsnäolo ja aineen kuuluminen aldehydeihin, ovat hopeapeilireaktio ja vuorovaikutus kuparihydroksidin kanssa kuumennettaessa:
Asetaldehydi, jota käytetään teollisuudessa etikkahapon valmistukseen, on saanut eniten käyttöä - suuri orgaanisen synteesin tuote.
Happea sisältävien orgaanisten yhdisteiden - karboksyylihappojen ominaisuudet
Karboksyyliryhmän – yhden tai useamman – läsnäolo on karboksyylihappojen tunnusmerkki. Funktionaalisen ryhmän rakenteesta johtuen happoliuoksiin voi muodostua dimeerejä. Ne on liitetty toisiinsa vetysidoksilla. Yhdisteet hajoavat vetykationeiksi ja happojäännösanioneiksi ja ovat heikkoja elektrolyyttejä. Poikkeuksena on rajoitussarjan ensimmäinen edustajayksiemäksiset hapot - muurahaishappo tai metaani, joka on toisen tyyppinen keskivahva johdin. Vain yksinkertaisten sigmasidosten läsnäolo molekyyleissä osoittaa rajan, mutta jos aineiden koostumuksessa on kaksoispi-sidoksia, ne ovat tyydyttymättömiä aineita. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat sellaiset hapot kuin metaani, etikkahappo, voihappo. Toista edustavat yhdisteet, jotka ovat osa nestemäisiä rasvoja - öljyt, esimerkiksi öljyhappo. Happipitoisten yhdisteiden kemialliset ominaisuudet: orgaaniset ja epäorgaaniset hapot ovat suurelta osin samanlaisia. Joten ne voivat olla vuorovaikutuksessa aktiivisten metallien, niiden oksidien, alkalien ja myös alkoholien kanssa. Esimerkiksi etikkahappo reagoi natriumin, oksidin ja kaustisen soodan kanssa muodostaen suolaa - natriumasetaattia:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Erityinen paikka on korkeampien karboksyylihappojen happea sisältävien happojen yhdisteillä: steariini ja palmitiinihappo, jossa on kolmiarvoinen tyydyttynyt alkoholi - glyseriini. Ne kuuluvat estereihin ja niitä kutsutaan rasvoiksi. Samat hapot ovat osa natrium- ja kaliumsuoloja happamana jäännöksenä ja muodostavat saippuoita.
Rasvat ja saippuat
Tärkeitä orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat laaj alti levinneet villieläimiin ja joilla on johtava rooli energiaintensiivisimpänä aineena, ovat rasvat. Ne eivät ole yksittäisiä yhdisteitä, vaan heterogeenisten glyseridien seos. Nämä ovat rajoittavan moniarvoisen alkoholin - glyseriinin - yhdisteitä, jotka sisältävät metanolin ja fenolin tavoin hydroksyylifunktionaalisia ryhmiä. Rasvat voidaan hydrolysoidalämmitys vedellä katalyyttien läsnä ollessa: alkalit, hapot, sinkkioksidit, magnesium. Reaktiotuotteet ovat glyserolia ja erilaisia karboksyylihappoja, joita käytetään edelleen saippuan valmistukseen. Jotta tässä prosessissa ei käytetä kalliita luonnollisia ruokarasvoja, tarvittavat karboksyylihapot saadaan hapettamalla parafiini.
Fenolit
Happipitoisten yhdisteiden luokkien esittelyssä keskitytään fenoleihin. Niitä edustaa fenyyliradikaali -C6H5, yhdistettynä yhteen tai useampaan funktionaaliseen hydroksyyliryhmään. Tämän luokan yksinkertaisin edustaja on karbolihappo tai fenoli. Erittäin heikkona hapona se voi olla vuorovaikutuksessa alkalien ja aktiivisten metallien - natriumin, kaliumin - kanssa. Aine, jolla on voimakkaat bakterisidiset ominaisuudet - fenolia käytetään lääketieteessä sekä väriaineiden ja fenoli-formaldehydihartsien valmistuksessa.
Artikkelissamme tutkimme happea sisältävien yhdisteiden pääluokkia ja tarkastelimme myös niiden kemiallisia ominaisuuksia.
