Uno degli elementi chimici più comuni inclusi nella stragrande maggioranza delle sostanze chimiche è l'ossigeno. Nel corso della chimica inorganica e organica vengono studiati ossidi, acidi, basi, alcoli, fenoli e altri composti contenenti ossigeno. Nel nostro articolo studieremo le proprietà e forniremo esempi della loro applicazione nell'industria, nell'agricoltura e nella medicina.
Ossidi
La struttura più semplice sono composti binari di metalli e non metalli con ossigeno. La classificazione degli ossidi comprende i seguenti gruppi: acidi, basici, anfoteri e indifferenti. Il criterio principale per la divisione di tutte queste sostanze è quale elemento si combina con l'ossigeno. Se è in metallo, allora sono di base. Ad esempio: CuO, MgO, Na2O - ossidi di rame, magnesio, sodio. La loro principale proprietà chimica è la reazione con gli acidi. Quindi, l'ossido di rame reagisce con l'acido cloruro:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
La presenza di atomi di elementi non metallici nelle molecole dei composti binari indica la loro appartenenza ad ossidi acidi, ad esempio ossido di idrogeno H2O, anidride carbonica CO 2, anidride fosforica P2O5. La capacità di tali sostanze di reagire con gli alcali è la loro principale caratteristica chimica.
Come risultato della reazione, si possono formare sali di due tipi: acidi o medi. Questo dipenderà da quante moli di alcali reagiscono:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Un altro gruppo di composti contenenti ossigeno, che include elementi chimici come lo zinco o l'alluminio, sono indicati come ossidi anfoteri. Nelle loro proprietà, c'è una tendenza all'interazione chimica sia con gli acidi che con gli alcali. I prodotti dell'interazione degli ossidi acidi con l'acqua sono acidi. Ad esempio, nella reazione di anidride solforica e acqua, si forma acido solfato. Gli acidi sono una delle classi più importanti di composti contenenti ossigeno.
Acidi e loro proprietà
I composti costituiti da atomi di idrogeno associati a ioni complessi di residui acidi sono acidi. Convenzionalmente, possono essere suddivisi in inorganici, ad esempio acido carbonico, solfato, nitrato e composti organici. Questi ultimi includono acido acetico, acido formico, oleico. Entrambi i gruppi di sostanze hanno proprietà simili. Quindi, entrano in una reazione di neutralizzazione con le basi, reagiscono con i sali eossidi basici. Quasi tutti gli acidi contenenti ossigeno in soluzioni acquose si dissociano in ioni, essendo conduttori del secondo tipo. È possibile determinare la natura acida del loro ambiente, a causa dell'eccessiva presenza di ioni idrogeno, utilizzando indicatori. Ad esempio, il tornasole viola diventa rosso quando viene aggiunto a una soluzione acida. Un tipico rappresentante dei composti organici è l'acido acetico contenente un gruppo carbossilico. Include un atomo di idrogeno, che determina le proprietà acide della sostanza. È un liquido incolore con un odore pungente specifico, che cristallizza a temperature inferiori a 17 °C. CH3COOH, come altri acidi contenenti ossigeno, è perfettamente solubile in acqua in qualsiasi proporzione. La sua soluzione al 3 - 5% è conosciuta nella vita di tutti i giorni con il nome di aceto, che viene utilizzato in cucina come condimento. La sostanza ha anche trovato il suo impiego nella produzione di acetato di seta, coloranti, plastica e alcuni medicinali.
Composti organici contenenti ossigeno
In chimica si può distinguere un ampio gruppo di sostanze contenenti, oltre al carbonio e all'idrogeno, anche particelle di ossigeno. Questi sono acidi carbossilici, esteri, aldeidi, alcoli e fenoli. Tutte le loro proprietà chimiche sono determinate dalla presenza nelle molecole di complessi speciali - gruppi funzionali. Ad esempio, la formula chimica generale di un alcol contenente solo legami limitanti tra atomi è ROH, dove R è un radicale idrocarburico. Questi composti sono generalmente considerati come derivati degli alcani, di cui unol'atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo idrossido.
Proprietà fisiche e chimiche degli alcoli
Gli stati aggregati degli alcoli sono liquidi o composti solidi. Non ci sono sostanze gassose tra gli alcoli, il che può essere spiegato dalla formazione di associati - gruppi costituiti da diverse molecole collegate da deboli legami idrogeno. Questo fatto determina anche la buona solubilità degli alcoli inferiori in acqua. Tuttavia, nelle soluzioni acquose, le sostanze organiche contenenti ossigeno - gli alcoli, non si dissociano in ioni, non cambiano il colore degli indicatori, cioè hanno una reazione neutra. L'atomo di idrogeno del gruppo funzionale è debolmente legato ad altre particelle, quindi, nelle interazioni chimiche, è in grado di lasciare la molecola. Nello stesso luogo di valenza libera, viene sostituito da altri atomi, ad esempio, nelle reazioni con metalli attivi o con alcali - da atomi di metallo. In presenza di catalizzatori come reti di platino o rame, gli alcoli vengono ossidati da agenti ossidanti vigorosi, bicromato di potassio o permanganato di potassio, ad aldeidi.
Reazione di esterificazione
Una delle proprietà chimiche più importanti delle sostanze organiche contenenti ossigeno: alcoli e acidi è una reazione che porta alla produzione di esteri. È di grande importanza pratica e viene utilizzato nell'industria per l'estrazione di esteri utilizzati come solventi nell'industria alimentare (sotto forma di essenze di frutta). In medicina, alcuni degli esteri sono usati come antispastici, ad esempio, il nitrito di etile dilata i vasi sanguigni periferici eIl nitrito di isoamile è un protettore degli spasmi delle arterie coronarie. L'equazione della reazione di esterificazione è la seguente:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
In esso, CH3COOH è acido acetico e C2H5OH è la formula chimica dell'alcol etanolo.
Aldeidi
Se un composto contiene un gruppo funzionale –COH, allora appartiene alle aldeidi. Sono presentati come prodotti dell'ulteriore ossidazione degli alcoli, ad esempio con agenti ossidanti come l'ossido di rame.
La presenza di un complesso carbonilico nelle molecole di formico o acetaldeide determina la loro capacità di polimerizzare e attaccare atomi di altri elementi chimici. Le reazioni qualitative che possono essere utilizzate per provare la presenza di un gruppo carbonile e l'appartenenza di una sostanza alle aldeidi sono la reazione dello specchio d'argento e l'interazione con l'idrossido di rame quando riscaldato:
L'acetaldeide, che viene utilizzata nell'industria per produrre acido acetico, ha ricevuto il massimo utilizzo: un prodotto di sintesi organica di grande tonnellaggio.
Proprietà dei composti organici contenenti ossigeno - acidi carbossilici
La presenza di un gruppo carbossilico - uno o più - è un segno distintivo degli acidi carbossilici. A causa della struttura del gruppo funzionale, in soluzioni acide possono formarsi dimeri. Sono legati tra loro da legami a idrogeno. I composti si dissociano in cationi idrogeno e anioni residui acidi e sono elettroliti deboli. Un'eccezione è il primo rappresentante di una serie di limitazioniacidi monobasici - formico o metano, che è un conduttore del secondo tipo di forza media. La presenza di soli semplici legami sigma nelle molecole indica il limite, ma se le sostanze hanno doppi legami pi nella loro composizione, queste sono sostanze insature. Il primo gruppo comprende acidi come metano, acetico, butirrico. Il secondo è rappresentato da composti che fanno parte di grassi liquidi: oli, ad esempio acido oleico. Le proprietà chimiche dei composti contenenti ossigeno: gli acidi organici e inorganici sono in gran parte simili. Quindi, possono interagire con i metalli attivi, i loro ossidi, con gli alcali e anche con gli alcoli. Ad esempio, l'acido acetico reagisce con sodio, ossido e soda caustica per formare un sale - acetato di sodio:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Un posto speciale è occupato dai composti di acidi carbossilici superiori contenenti ossigeno: stearico e palmitico, con un alcol saturo triidrico - glicerina. Appartengono agli esteri e sono chiamati grassi. Gli stessi acidi fanno parte dei sali di sodio e potassio come residuo acido, formando saponi.
Grassi e saponi
Composti organici importanti che sono ampiamente distribuiti nella fauna selvatica e svolgono un ruolo di primo piano poiché la sostanza più ad alta intensità energetica sono i grassi. Non sono un singolo composto, ma una miscela di gliceridi eterogenei. Questi sono composti dell'alcool polivalente limitante - glicerina, che, come il metanolo e il fenolo, contiene gruppi funzionali idrossilici. I grassi possono essere idrolizzatiriscaldamento con acqua in presenza di catalizzatori: alcali, acidi, ossidi di zinco, magnesio. I prodotti della reazione saranno glicerolo e vari acidi carbossilici, ulteriormente utilizzati per la produzione di sapone. Per non utilizzare costosi grassi commestibili naturali in questo processo, gli acidi carbossilici necessari si ottengono ossidando la paraffina.
Fenoli
Venendo con le classi di composti contenenti ossigeno, concentriamoci sui fenoli. Sono rappresentati dal radicale fenilico -C6H5, connesso ad uno o più gruppi ossidrilici funzionali. Il rappresentante più semplice di questa classe è l'acido fenico o fenolo. Essendo un acido molto debole, può interagire con alcali e metalli attivi: sodio, potassio. Una sostanza con spiccate proprietà battericide: il fenolo è usato in medicina, così come nella produzione di coloranti e resine fenolo-formaldeide.
Nel nostro articolo, abbiamo studiato le principali classi di composti contenenti ossigeno e abbiamo anche considerato le loro proprietà chimiche.
