Carboxylzuren: fysische eigenschappen. Zouten van carbonzuren

2024 Auteur: Angel Austin | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 05:37

Bijna iedereen heeft azijn in huis. En de meeste mensen weten dat de base azijnzuur is. Maar wat is het vanuit chemisch oogpunt? Welke andere organische verbindingen uit deze serie bestaan er en wat zijn hun kenmerken? Laten we proberen dit probleem te begrijpen en de beperkende monobasische carbonzuren te bestuderen. Bovendien wordt niet alleen azijnzuur in het dagelijks leven gebruikt, maar ook enkele andere, en de derivaten van deze zuren zijn over het algemeen frequente gasten in elk huis.

Klasse van carbonzuren: algemene kenmerken

Vanuit het oogpunt van de wetenschap van de chemie, omvat deze klasse van verbindingen zuurstofbevattende moleculen met een speciale groep atomen - een functionele carboxylgroep. Het lijkt op -COOH. De algemene formule die alle verzadigde monobasische carbonzuren hebben is dus: R-COOH, waarbij R een radicaal deeltje is dat een willekeurig aantal koolstofatomen kan bevatten.

Volgens deze kan de definitie van deze klasse van verbindingen als volgt worden gegeven. Carbonzuren zijn organische zuurstofbevattende moleculen, die een of meer functionele groepen -COOH - carboxylgroepen bevatten.

Het feit dat deze stoffen specifiek tot zuren behoren, wordt verklaard door de mobiliteit van het waterstofatoom in de carboxyl. De elektronendichtheid is ongelijk verdeeld, aangezien zuurstof de meest elektronegatieve in de groep is. Hierdoor is de O-H-binding sterk gepolariseerd en wordt het waterstofatoom extreem kwetsbaar. Het wordt gemakkelijk afgesplitst en gaat chemische interacties aan. Daarom geven de zuren in de overeenkomstige indicatoren een vergelijkbare reactie:

• fenolphtaleïne - kleurloos;
• lakmoes - rood;
• universeel - rood;
• methylorange - rood en anderen.

Door het waterstofatoom hebben carbonzuren oxiderende eigenschappen. De aanwezigheid van andere atomen stelt hen echter in staat om te herstellen, om deel te nemen aan vele andere interacties.

Classificatie

Er zijn verschillende hoofdkenmerken waarmee carbonzuren in groepen worden verdeeld. De eerste hiervan is de aard van de radicaal. Volgens deze factor onderscheiden ze:

• Alicyclische zuren. Voorbeeld: kina.
• Aromatisch. Voorbeeld: benzoëzuur.
• Alifatisch. Voorbeeld: azijn, acryl, oxaalzuur en andere.
• Heterocyclisch. Voorbeeld: nicotine.

Als we het hebben over bindingen in een molecuul, dan kunnen we ook twee groepen zuren onderscheiden:

• marginaal - alleen alle verbindingensingle;
• unlimited - beschikbaar dubbel, enkel of meervoudig.

Het aantal functionele groepen kan ook dienen als een teken van classificatie. De volgende categorieën worden dus onderscheiden.

1. Single-basic - slechts één -COOH-groep. Voorbeeld: mierenzuur, stearinezuur, butaan, valeriaan en andere.
2. Dibasisch - respectievelijk twee groepen -COOH. Voorbeeld: oxaalzuur, malonzuur en andere.
3. Multibasic - citroen, melk en andere.

Verder in dit artikel zullen we alleen de beperkende monobasische carbonzuren van de alifatische reeks bespreken.

Ontdekkingsgeschiedenis

Wijnmaken bloeit sinds de oudheid. En, zoals u weet, is een van de producten azijnzuur. Daarom gaat de geschiedenis van de populariteit van deze klasse van verbindingen terug tot de tijd van Robert Boyle en Johann Glauber. Het was echter lange tijd niet mogelijk om de chemische aard van deze moleculen op te helderen.

Per slot van rekening hebben de opvattingen van vitalisten lange tijd gedomineerd, waarbij de mogelijkheid van de vorming van organische stoffen zonder levende wezens werd ontkend. Maar al in 1670 slaagde D. Ray erin om de allereerste vertegenwoordiger te krijgen - methaan of mierenzuur. Hij deed dit door levende mieren in een kolf te verhitten.

Later toonde het werk van wetenschappers Berzelius en Kolbe de mogelijkheid aan om deze verbindingen te synthetiseren uit anorganische stoffen (door destillatie van houtskool). Het resultaat was azijnzuur. Zo werden carbonzuren (fysische eigenschappen, structuur) bestudeerd en werd het begin gelegd voor de ontdekking van allesandere vertegenwoordigers van een aantal alifatische verbindingen.

Fysieke eigenschappen

Vandaag zijn al hun vertegenwoordigers in detail bestudeerd. Voor elk van hen vind je een kenmerk in alle opzichten, inclusief toepassing in de industrie en in de natuur. We zullen kijken naar wat carbonzuren zijn, hun fysische eigenschappen en andere parameters.

Er zijn dus verschillende belangrijke karakteristieke parameters.

1. Als het aantal koolstofatomen in de keten niet groter is dan vijf, dan zijn dit scherp ruikende, mobiele en vluchtige vloeistoffen. Boven de vijf - zware olieachtige stoffen, zelfs meer - vast, paraffine-achtig.
2. De dichtheid van de eerste twee vertegenwoordigers is groter dan één. Al het andere is lichter dan water.
3. Kookpunt: hoe groter de keten, hoe hoger de waarde. Hoe meer vertakt de structuur, hoe lager.
4. Smeltpunt: hangt af van de gelijkmatigheid van het aantal koolstofatomen in de keten. Eveneens hebben het hoger, oneven hebben het lager.
5. Lost zeer goed op in water.
6. In staat om sterke waterstofbruggen te vormen.

Dergelijke kenmerken worden verklaard door de symmetrie van de structuur, en daarmee de structuur van het kristalrooster, zijn sterkte. Hoe eenvoudiger en meer gestructureerde moleculen, hoe beter de prestaties van carbonzuren. De fysische eigenschappen van deze verbindingen maken het mogelijk om de gebieden en manieren van gebruik in de industrie te bepalen.

Chemische eigenschappen

Zoals we hierboven al aangaven, kunnen deze zuren verschillende eigenschappen vertonen. Reacties methun deelname is belangrijk voor de industriële synthese van veel verbindingen. Laten we de belangrijkste chemische eigenschappen noemen die een monobasisch carbonzuur kan vertonen.

1. Dissociatie: R-COOH=RCOO^- + H⁺.
2. Vertoont zure eigenschappen, dat wil zeggen, het interageert met basische oxiden, evenals hun hydroxiden. Het interageert met eenvoudige metalen volgens het standaardschema (dat wil zeggen, alleen met degenen die in een reeks spanningen voor waterstof staan).
3. Gedraagt zich als een base met sterkere zuren (anorganisch).
4. Kan worden teruggebracht tot primaire alcohol.
5. Speciale reactie - verestering. Dit is een interactie met alcoholen om een complex product te vormen - een ether.
6. De reactie van decarboxylering, dat wil zeggen, de verwijdering van een koolstofdioxidemolecuul uit een verbinding.
7. In staat om te interageren met halogeniden van elementen zoals fosfor en zwavel.

Het is duidelijk hoe veelzijdig carbonzuren zijn. Fysische eigenschappen, evenals chemische, zijn behoorlijk divers. Bovendien moet worden gezegd dat in het algemeen, in termen van sterkte als zuren, alle organische moleculen nogal zwak zijn in vergelijking met hun anorganische tegenhangers. Hun dissociatieconstanten zijn niet groter dan 4, 8.

Methoden om te verkrijgen

Er zijn verschillende manieren waarop verzadigde carbonzuren kunnen worden verkregen.

1. In het laboratorium gebeurt dit door oxidatie:

• alcoholen;
• aldehyden;
• alkynen;
• alkylbenzenen;
• vernietiging van alkenen.

2. Hydrolyse:

• esters;
• nitrillen;
• amiden;
• trihaloalkanen.

3. Decarboxylering - verwijdering van een CO-molecuul ₂.

4. In de industrie wordt synthese uitgevoerd door de oxidatie van koolwaterstoffen met een groot aantal koolstofatomen in de keten. Het proces wordt in verschillende fasen uitgevoerd waarbij veel bijproducten vrijkomen.

5. Sommige individuele zuren (mierenzuur, azijnzuur, boterzuur, valeriaan en andere) worden op specifieke manieren verkregen met behulp van natuurlijke ingrediënten.

Basisverbindingen van verzadigde carbonzuren: zouten

Zouten van carbonzuren zijn belangrijke verbindingen die in de industrie worden gebruikt. Ze worden verkregen als resultaat van de interactie van deze laatste met:

• metalen;
• basisoxiden;
• amfotere oxiden;
• alkali;
• amfotere hydroxiden.

Van bijzonder belang onder hen zijn die gevormd tussen de alkalimetalen natrium en kalium en de hoogste verzadigde zuren - palmitinezuur, stearinezuur. De producten van een dergelijke interactie zijn tenslotte zepen, vloeibaar en vast.

Zeep

Dus, als we het over een soortgelijke reactie hebben: 2C₁₇H₃₅-COOH + 2Na=2C ₁₇ H₃₅COONa + H₂, het resulterende product - natriumstearaat - is van nature de gebruikelijke waszeep die wordt gebruikt voor het wassen van kleding.

Als je het zuur vervangt doorpalmitine, en het metaal tot kalium, je krijgt kaliumpalmitaat - vloeibare zeep voor het wassen van de handen. Daarom kan met zekerheid worden gesteld dat zouten van carbonzuren in feite belangrijke verbindingen van organische aard zijn. Hun industriële productie en gebruik is gewoon kolossaal in zijn omvang. Als je je voorstelt hoeveel zeep elke persoon op aarde uitgeeft, dan is het gemakkelijk om je deze schalen voor te stellen.

Esters van carbonzuren

Een speciale groep verbindingen die zijn plaats heeft in de classificatie van organische stoffen. Dit is een klasse van esters. Ze worden gevormd door de reactie van carbonzuren met alcoholen. De naam van dergelijke interacties is veresteringsreacties. Het algemene beeld kan worden weergegeven door de vergelijking:

R, -COOH + R"-OH=R, -COOR" + H_{2 O.}

Het product met twee radicalen is een ester. Het is duidelijk dat als gevolg van de reactie het carbonzuur, de alcohol, de ester en het water significante veranderingen hebben ondergaan. Dus waterstof verlaat het zuurmolecuul in de vorm van een kation en ontmoet een hydroxogroep die is afgesplitst van alcohol. Het resultaat is een watermolecuul. De groep die overblijft van het zuur, hecht de rest van de alcohol aan zichzelf en vormt een estermolecuul.

Waarom zijn deze reacties zo belangrijk en wat is de industriële betekenis van hun producten? Het punt is dat esters worden gebruikt als:

• levensmiddelenadditieven;
• aromaten;
• component van parfum;
• oplosmiddelen;
• componenten van vernissen, verven, kunststoffen;
• drugs en meer.

Het is duidelijk dat hun toepassingsgebieden breed genoeg zijn om het productievolume in de industrie te rechtvaardigen.

Ethaanzuur (azijnzuur)

Dit is een beperkend monobasisch carbonzuur van de alifatische reeks, dat een van de meest voorkomende is in termen van productievolumes over de hele wereld. De formule is CH₃COOH. Een dergelijke prevalentie is te wijten aan zijn eigenschappen. De toepassingsgebieden zijn immers extreem breed.

1. Het is een voedingssupplement onder de code E-260.
2. Gebruikt in de voedingsindustrie voor conservering.
3. Gebruikt in de geneeskunde voor de synthese van medicijnen.
4. Ingrediënt bij het maken van geurstoffen.
5. Oplosmiddel.
6. Deelnemer in het proces van bedrukken, verven van stoffen.
7. Een noodzakelijke component in de reacties van chemische synthese van veel stoffen.

In het dagelijks leven wordt de 80%-oplossing ervan meestal azijnessentie genoemd, en als je het verdunt tot 15%, krijg je alleen azijn. Zuiver 100% zuur wordt ijsazijn genoemd.

Mierenzuur

De allereerste en eenvoudigste vertegenwoordiger van deze klas. Formule - NCOON. Het is ook een levensmiddelenadditief onder de code E-236. Haar natuurlijke bronnen:

• mieren en bijen;
• brandnetel;
• naalden;
• fruit.

Belangrijkste toepassingen:

• voor conservering en bereiding van diervoeder;
• gebruikt om parasieten te bestrijden;
• voor het verven van stoffen, vlekken op details;
• hoeoplosmiddel;
• bleekmiddel;
• in de geneeskunde - voor desinfectie van instrumenten en apparatuur;
• om koolmonoxide te verkrijgen in het laboratorium.

Ook bij operaties worden oplossingen van dit zuur gebruikt als antiseptica.