Воскресенье24 июня
Образование

Кислородсодержащие соединения: примеры, свойства, формулы

13 марта 2018

Один из наиболее распространенных химических элементов, входящий в подавляющее большинство химических веществ – это кислород. Оксиды, кислоты, основания, спирты, фенолы и другие кислородсодержащие соединения изучаются в курсе неорганической и органической химии. В нашей статье мы изучим свойства, а также приведем примеры их применения в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Оксиды

Наиболее простыми по строению являются бинарные соединения металлов и неметаллов с кислородом. Классификация оксидов включает следующие группы: кислотные, основные, амфотерные и безразличные. Главный критерий деления всех этих веществ заключается в том, какой элемент соединяется с кислородом. Если это металл, то они относятся к основным. Например: CuO, MgO, Na2O – окиси меди, магния, натрия. Их основное химическое свойство – это реакция с кислотами. Так, оксид меди реагирует с хлоридной кислотой:

CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63, 3 кДж.

Присутствие атомов неметаллических элементов в молекулах бинарных соединений свидетельствует об их принадлежности к кислотным оксидам, например, окись водорода H2O, углекислый газ CO2, пятиокись фосфора P2O5. Способность таких веществ реагировать со щелочами – главная их химическая характеристика.

Типы оксидов

В результате реакции могут образовываться соли двух видов: кислые или средние. Это будет зависеть от того, сколько моль щелочи вступает в реакцию:

  • CO2 + KOH => KHCO3;
  • CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.

Еще одну группу кислородсодержащих соединений, в которые входят такие химические элементы, как цинк или алюминий, относят к амфотерным оксидам. В их свойствах прослеживается тенденция к химическому взаимодействию как с кислотами, так и со щелочами. Продуктами взаимодействия кислотных оксидов с водой являются кислоты. Например, в реакции серного ангидрида и воды образуется сульфатная кислота. Кислоты – это один из наиболее важных классов кислородсодержащих соединений.

Кислоты и их свойства

Соединения, состоящие из водородных атомов, связанных со сложными ионами кислотных остатков – это кислоты. Условно их можно разделить на неорганические, например, карбонатную кислоту, сульфатную, нитратную, и органические соединения. К последним принадлежат уксусная кислота, муравьиная, олеиновая кислоты. Обе группы веществ имеют схожие свойства. Так, они вступают в реакцию нейтрализации с основаниями, реагируют с солями и основными оксидами. Практически все кислородсодержащие кислоты в водных растворах диссоциируют на ионы, являясь проводниками второго рода. Определить кислый характер их среды, обусловленной избыточным присутствием водородных ионов, можно с помощью индикаторов. Например, фиолетовый лакмус при добавлении его в раствор кислоты приобретает красную окраску. Типичным представителем органических соединений является уксусная кислота, содержащая карбоксильную группу. В нее входит атом водорода, который и обуславливает кислотные свойства вещества. Это бесцветная жидкость со специфическим резким запахом, кристаллизующаяся при температуре ниже 17 °С. CH3COOH, как и другие кислородсодержащие кислоты, прекрасно растворяется в воде в любых пропорциях. Ее 3 – 5 % раствор известен в быту под названием уксуса, который используют в кулинарии как приправу. Вещество нашло свое применение также в производстве ацетатного шелка, красителей, пластических масс и некоторых лекарственных средств.

Уксусная кислота

Видео по теме

Органические соединения, содержащие кислород

В химии можно выделить большую группу веществ, содержащих, кроме углерода и водорода, еще и кислородные частицы. Это карбоновые кислоты, эфиры, альдегиды, спирты и фенолы. Все их химические свойства определяются присутствием в молекулах особых комплексов – функциональных групп. Например, общая химическая формула спирта, содержащего только предельные связи между атомами – ROH, где R – углеводородный радикал. Эти соединения принято рассматривать как производные алканов, у которых один водородный атом замещен гидроксогруппой.

Физические и химические свойства спиртов

Агрегатное состояние спиртов – это жидкости или твердые соединения. Среди спиртов нет газообразных веществ, что можно объяснить образованием ассоциатов – групп, состоящих из нескольких молекул, соединенных слабыми водородными связями. Этим фактом определяется и хорошая растворимость низших спиртов в воде. Однако в водных растворах кислородсодержащие органические вещества – спирты, не диссоциируют на ионы, не изменяют цвет индикаторов, то есть имеют нейтральную реакцию. Атом водорода функциональной группы слабо связан с другими частицами, поэтому в химических взаимодействиях способен покидать пределы молекулы. По месту же свободной валентности происходит его замещение на другие атомы, например, в реакциях с активными металлами или со щелочами – на атомы металла. В присутствии катализаторов, таких, как платиновая сетка или медь, спирты окисляются энергичными окислителями – бихроматом или перманганатом калия, до альдегидов.

Медицинский спирт

Реакция этерификации

Одно из важнейших химических свойств кислородсодержащих органических веществ: спиртов и кислот – это реакция, приводящая к получению сложных эфиров. Она имеет большое практическое значение и используется в промышленности для добывания эстеров, применяемых в качестве растворителей, в пищевой промышленности (в виде фруктовых эссенций). В медицине некоторые из эфиров применяют в качестве спазмолитиков, например, этилнитрит расширяет периферические кровеносные сосуды, а изоамилнитрит является протектором спазмов коронарных артерий. Уравнение реакции этерификации имеет следующий вид:

CH3COOH+C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O

В ней CH3COOH – это уксусная кислота, а C2H5OH – химическая формула спирта этанола.

Альдегиды

Если соединение содержит функциональную группу –COH, то оно относится к альдегидам. Их представляют как продукты дальнейшего окисления спиртов, например, такими окислителями, как оксид меди.

Оксид меди

Присутствие карбонильного комплекса в молекулах муравьиного или уксусного альдегида обуславливают их способность полимеризоваться и присоединять атомы других химических элементов. Качественными реакциями, с помощью которых можно доказать наличие карбонильной группы и принадлежность вещества к альдегидам, являются реакция серебряного зеркала и взаимодействие с гидроокисью меди при нагревании:

Наибольшее применение получил ацетальдегид, используемый в промышленности для получения уксусной кислоты – много тоннажного продукта органического синтеза.

Свойства кислородсодержащих органических соединений – карбоновых кислот

Наличие карбоксильной группы – одной или нескольких – это отличительная черта карбоновых кислот. Благодаря строению функциональной группы, в растворах кислот могут образовываться димеры. Они связаны между собой водородными связями. Соединения диссоциируют на катионы водорода и анионы кислотного остатка и являются слабыми электролитами. Исключением служит первый представитель ряда предельных одноосновных кислот – муравьиная, или метановая, являющаяся проводником второго рода средней силы. Присутствие в молекулах только простых сигма- связей говорит о предельности, если же вещества имеют в своем составе двойные пи-связи – это непредельные вещества. К первой группе относятся такие кислоты, как метановая, уксусная, масляная. Вторая представлена соединениями, входящими в состав жидких жиров – масел, например, олеиновой кислотой. Химические свойства кислородсодержащих соединений: органических и неорганических кислот во многом похожи. Так, они могут взаимодействовать с активными металлами, их оксидами, со щелочами, а также со спиртами. Например, уксусная кислота реагирует с натрием, оксидом и едким натром с образованием соли – ацетата натрия:

NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O

Особое место занимают соединения высших карбоновых кислородсодержащих кислот: стеариновой и пальмитиновой, с трехатомным предельным спиртом – глицерином. Они относятся к сложным эфирам и называются жирами. Эти же кислоты входят в состав солей натрия и калия в качестве кислотного остатка, образуя мыла.

Масла и жиры

Жиры и мыла

Важные органические соединения, широко распространенные в живой природе и играющие ведущую роль в качестве наиболее энергоемкого вещества – это жиры. Они представляют собой не индивидуальное соединение, а смесь разнородных глицеридов. Это соединения предельного многоатомного спирта – глицерина, который, как и метанол и фенол, содержит гидроксильные функциональные группы. Жиры можно подвергнуть гидролизу – нагреванию с водой в присутствии катализаторов: щелочей, кислот, оксидов цинка, магния. Продуктами реакции будут глицерин и различные карбоновые кислоты, в дальнейшем используемые для производства мыла. Чтобы в этом процессе не использовать дорогостоящие природные пищевые жиры, необходимые карбоновые кислоты получают, окисляя парафин.

Жиры и мыла

Фенолы

Заканчивая рассматривать классы кислородсодержащих соединений, остановимся на фенолах. Они представлены радикалом фенилом -C6H5, соединенным с одной или несколькими функциональными гидроксильными группами. Простейший представитель этого класса – карболовая кислота, или фенол. Как очень слабая кислота, он может взаимодействовать со щелочами и активными металлами – натрием, калием. Вещество с ярко выраженными бактерицидными свойствами - фенол применяется в медицине, в также при производстве красителей и фенолформальдегидных смол.

Карболовая кислота

В нашей статье мы изучили основные классы кислородсодержащих соединений, а также рассмотрели их химические свойства.

Источник: fb.ru
Комментарии
Ваше имя:
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить

Похожие материалы
Насыщенные углеводороды: свойства, формулы, примеры Образование
Насыщенные углеводороды: свойства, формулы, примеры

Насыщенные углеводороды (парафины) представляют собой предельные алифатические углеводороды, где между атомами углерода существует простая (одинарная) связь.Все остальные валентности насыщены в полной мере атом...

Соединения: назначение, виды соединений. Примеры, достоинства, недостатки видов соединений Бизнес
Соединения: назначение, виды соединений. Примеры, достоинства, недостатки видов соединений

Машины и станки, оборудование и бытовая техника - все эти механизмы в своей конструкции имеют множество деталей. Их качественное соединение – гарантия надежности и безопасности при работе. Какие виды соединений ...

SQL distinct: описание, примеры, свойства Компьютеры
SQL distinct: описание, примеры, свойства

Зачастую при использовании SQL для выборки информации из таблиц, пользователь получает избыточные данные, заключающиеся в наличии абсолютно идентичных повторяющихся строк. Для исключения этой ситуации используется арг...

Мышьяковая кислота: химические свойства, формула. Высокоопасные вещества Образование
Мышьяковая кислота: химические свойства, формула. Высокоопасные вещества

Воздействие различных химических веществ на организм человека неоднозначно. Большинство нам известных соединений или являются нейтральными, или играют положительную роль в жизнедеятельности человека. Но есть группа ве...

Хром, химический элемент: описание, свойства, формула и характеристика Образование
Хром, химический элемент: описание, свойства, формула и характеристика

Хром – химический элемент с атомным номером 24. Это твердый, блестящий, серо-стального цвета металл, который хорошо полируется и не тускнеет. Используется в сплавах, таких как нержавеющая сталь, и в качестве пок...

Перекись ацетона: получение, свойства, формула Образование
Перекись ацетона: получение, свойства, формула

Многие из нас в детстве увлекались взрывчатыми веществами. Но самодельная "взрывчатка" не всегда срабатывала, или вещество получалось недостаточно мощное. Всегда ждёшь от взрыва нечто большее, чем просто оглушающий зв...

Озон (химический элемент): свойства, формула, обозначение Образование
Озон (химический элемент): свойства, формула, обозначение

Крайне ценными для всего человечества свойствами обладает такой газ, как озон. Химический элемент, которым он образован, - это кислород О. На самом деле, озон О3 – одна из аллотропных модификаций окси...

Соединения азота. Свойства азота Образование
Соединения азота. Свойства азота

Рождающий селитру — так переводится с латинского языка слово Nitrogenium. Это название азота — химического элемента с атомным номером 7, возглавляющего 15-ю группу в длинном варианте периодической таблицы....

Механические волны: источник, свойства, формулы Образование
Механические волны: источник, свойства, формулы

Представить, что такое механические волны, можно, бросив в воду камень. Круги, возникающие на ней и являющиеся чередующимися впадинами и гребнями, - это пример механических волн. В чем их сущность? Механические волны ...

Эффект Рингельмана: общие сведения, пример и формула для рассчета Самосовершенствование
Эффект Рингельмана: общие сведения, пример и формула для рассчета

Психология помогает человеку понять себя, свои поступки и мысли, но не только, еще она влияет на построение коллективов и решение сугубо деловых вопросов. В принципе, ее влияние прослеживается во всем. И чем больше от...