Een van de meest voorkomende chemische elementen in de overgrote meerderheid van chemicaliën is zuurstof. Oxiden, zuren, basen, alcoholen, fenolen en andere zuurstofhoudende verbindingen worden bestudeerd in de loop van de anorganische en organische chemie. In ons artikel zullen we de eigenschappen bestuderen en voorbeelden geven van hun toepassing in de industrie, landbouw en geneeskunde.
Oxiden
De meest eenvoudige structuur zijn binaire verbindingen van metalen en niet-metalen met zuurstof. De classificatie van oxiden omvat de volgende groepen: zuur, basisch, amfoteer en onverschillig. Het belangrijkste criterium voor de verdeling van al deze stoffen is welk element combineert met zuurstof. Als het metaal is, dan zijn ze basic. Bijvoorbeeld: CuO, MgO, Na2O - oxiden van koper, magnesium, natrium. Hun belangrijkste chemische eigenschap is de reactie met zuren. Dus koperoxide reageert met chloridezuur:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
De aanwezigheid van atomen van niet-metalen elementen in de moleculen van binaire verbindingen geeft aan dat ze behoren tot zure oxiden, bijvoorbeeld waterstofoxide H2O, kooldioxide CO 2, fosforpentoxide P2O5. Het vermogen van dergelijke stoffen om te reageren met alkaliën is hun belangrijkste chemische kenmerk.
Als resultaat van de reactie kunnen twee soorten zouten worden gevormd: zuur of medium. Dit hangt af van hoeveel mol alkali reageert:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Een andere groep zuurstofbevattende verbindingen, die chemische elementen als zink of aluminium omvat, worden amfotere oxiden genoemd. In hun eigenschappen is er een neiging tot chemische interactie met zowel zuren als alkaliën. De producten van de interactie van zure oxiden met water zijn zuren. Bij de reactie van zwavelzuuranhydride en water wordt bijvoorbeeld sulfaatzuur gevormd. Zuren zijn een van de belangrijkste klassen van zuurstofhoudende verbindingen.
Zuren en hun eigenschappen
Verbindingen bestaande uit waterstofatomen geassocieerd met complexe ionen van zuurresten zijn zuren. Conventioneel kunnen ze worden onderverdeeld in anorganische, bijvoorbeeld koolzuur, sulfaat, nitraat en organische verbindingen. De laatste omvatten azijnzuur, mierenzuur, oliezuur. Beide groepen stoffen hebben vergelijkbare eigenschappen. Ze gaan dus een neutralisatiereactie aan met basen, reageren met zouten enbasische oxiden. Bijna alle zuurstofhoudende zuren in waterige oplossingen dissociëren in ionen, zijnde geleiders van de tweede soort. Het is mogelijk om de zure aard van hun omgeving te bepalen, vanwege de overmatige aanwezigheid van waterstofionen, met behulp van indicatoren. Paarse lakmoes wordt bijvoorbeeld rood wanneer het wordt toegevoegd aan een zure oplossing. Een typische vertegenwoordiger van organische verbindingen is azijnzuur dat een carboxylgroep bevat. Het bevat een waterstofatoom, dat de zure eigenschappen van de stof bepa alt. Het is een kleurloze vloeistof met een specifieke penetrante geur, die kristalliseert bij temperaturen onder 17 °C. CH3COOH is, net als andere zuurstofhoudende zuren, in elke verhouding perfect oplosbaar in water. De 3 - 5% oplossing is in het dagelijks leven bekend onder de naam azijn, die bij het koken als smaakmaker wordt gebruikt. De stof is ook gebruikt bij de productie van acetaatzijde, kleurstoffen, kunststoffen en sommige medicijnen.
Organische verbindingen die zuurstof bevatten
In de chemie kun je een grote groep stoffen onderscheiden die naast koolstof en waterstof ook zuurstofdeeltjes bevatten. Dit zijn carbonzuren, esters, aldehyden, alcoholen en fenolen. Al hun chemische eigenschappen worden bepaald door de aanwezigheid in de moleculen van speciale complexen - functionele groepen. De algemene chemische formule van een alcohol die alleen beperkende bindingen tussen atomen bevat, is ROH, waarbij R een koolwaterstofradicaal is. Deze verbindingen worden meestal beschouwd als derivaten van alkanen, waarbij éénhet waterstofatoom is vervangen door een hydroxogroep.
Fysische en chemische eigenschappen van alcoholen
Geaggregeerde toestand van alcoholen zijn vloeistoffen of vaste verbindingen. Er zijn geen gasvormige stoffen onder alcoholen, wat kan worden verklaard door de vorming van associates - groepen bestaande uit verschillende moleculen die zijn verbonden door zwakke waterstofbruggen. Dit feit bepa alt ook de goede oplosbaarheid van lagere alcoholen in water. In waterige oplossingen dissociëren zuurstofhoudende organische stoffen - alcoholen echter niet in ionen, veranderen de kleur van indicatoren niet, dat wil zeggen dat ze een neutrale reactie hebben. Het waterstofatoom van de functionele groep is zwak gebonden aan andere deeltjes, daarom kan het bij chemische interacties het molecuul verlaten. Op dezelfde plaats van vrije valentie wordt het vervangen door andere atomen, bijvoorbeeld in reacties met actieve metalen of met alkaliën - door metaalatomen. In aanwezigheid van katalysatoren zoals platinagaas of koper, worden alcoholen geoxideerd door krachtige oxidatiemiddelen, kaliumbichromaat of kaliumpermanganaat, tot aldehyden.
Veresteringsreactie
Een van de belangrijkste chemische eigenschappen van zuurstofhoudende organische stoffen: alcoholen en zuren is een reactie die leidt tot de productie van esters. Het is van groot praktisch belang en wordt in de industrie gebruikt voor de extractie van esters die als oplosmiddel in de voedingsindustrie worden gebruikt (in de vorm van fruitessences). In de geneeskunde worden sommige van de esters gebruikt als krampstillend middel, bijvoorbeeld ethylnitriet verwijdt perifere bloedvaten enisoamylnitriet is een beschermer van kransslagaderkrampen. De veresteringsreactievergelijking is als volgt:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
Daarin is CH3COOH azijnzuur en C2H5OH is de chemische formule van alcohol-ethanol.
Aldehyden
Als een verbinding een functionele groep –COH bevat, dan behoort deze tot aldehyden. Ze worden gepresenteerd als producten van verdere oxidatie van alcoholen, bijvoorbeeld met oxidatiemiddelen zoals koperoxide.
De aanwezigheid van een carbonylcomplex in de moleculen van mierenzuur of aceetaldehyde bepa alt hun vermogen om atomen van andere chemische elementen te polymeriseren en te hechten. Kwalitatieve reacties die kunnen worden gebruikt om de aanwezigheid van een carbonylgroep en het behoren van een stof tot aldehyden te bewijzen, zijn de zilverspiegelreactie en de interactie met koperhydroxide bij verhitting:
Acetaldehyde, dat in de industrie wordt gebruikt om azijnzuur te produceren, heeft het meeste gebruik gekregen - een groot tonnageproduct van organische synthese.
Eigenschappen van zuurstofhoudende organische verbindingen - carbonzuren
De aanwezigheid van een carboxylgroep - een of meer - is een kenmerk van carbonzuren. Door de structuur van de functionele groep kunnen zich dimeren vormen in zure oplossingen. Ze zijn met elkaar verbonden door waterstofbruggen. De verbindingen dissociëren in waterstofkationen en zuurresiduanionen en zijn zwakke elektrolyten. Een uitzondering is de eerste vertegenwoordiger van een reeks beperkendemonobasische zuren - mierenzuur of methaan, dat een geleider is van de tweede soort van gemiddelde sterkte. De aanwezigheid van alleen eenvoudige sigma-bindingen in moleculen geeft de limiet aan, maar als stoffen dubbele pi-bindingen in hun samenstelling hebben, zijn dit onverzadigde stoffen. De eerste groep omvat zuren zoals methaan, azijn, boterzuur. De tweede wordt weergegeven door verbindingen die deel uitmaken van vloeibare vetten - oliën, bijvoorbeeld oliezuur. De chemische eigenschappen van zuurstofhoudende verbindingen: organische en anorganische zuren komen grotendeels overeen. Ze kunnen dus een interactie aangaan met actieve metalen, hun oxiden, met alkaliën en ook met alcoholen. Azijnzuur reageert bijvoorbeeld met natrium, oxide en natronloog om een zout te vormen - natriumacetaat:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Een speciale plaats wordt ingenomen door verbindingen van hogere carbonzuurhoudende zuren: stearinezuur en palmitinezuur, met een driewaardige verzadigde alcohol - glycerine. Ze behoren tot esters en worden vetten genoemd. Dezelfde zuren maken deel uit van de natrium- en kaliumzouten als een zuur residu, waardoor zepen worden gevormd.
Veten en zeep
Belangrijke organische verbindingen die wijdverbreid zijn in dieren in het wild en een leidende rol spelen als de meest energie-intensieve stof zijn vetten. Ze zijn geen afzonderlijke verbinding, maar een mengsel van heterogene glyceriden. Dit zijn verbindingen van de beperkende meerwaardige alcohol - glycerine, die, net als methanol en fenol, hydroxyl-functionele groepen bevat. Vetten kunnen worden gehydrolyseerdverwarming met water in aanwezigheid van katalysatoren: alkaliën, zuren, oxiden van zink, magnesium. De producten van de reactie zijn glycerol en verschillende carbonzuren, die verder worden gebruikt voor de productie van zeep. Om bij dit proces geen gebruik te maken van dure natuurlijke eetbare vetten, worden de nodige carbonzuren verkregen door paraffine te oxideren.
Fenolen
Als we de klassen van zuurstofbevattende verbindingen bedenken, laten we ons concentreren op fenolen. Ze worden voorgesteld door de fenylgroep -C6H5, verbonden met een of meer functionele hydroxylgroepen. De eenvoudigste vertegenwoordiger van deze klasse is carbolzuur of fenol. Als een zeer zwak zuur kan het interageren met alkaliën en actieve metalen - natrium, kalium. Een stof met uitgesproken bacteriedodende eigenschappen - fenol wordt gebruikt in de geneeskunde, maar ook bij de productie van kleurstoffen en fenol-formaldehydeharsen.
In ons artikel hebben we de belangrijkste klassen van zuurstofbevattende verbindingen bestudeerd en ook hun chemische eigenschappen overwogen.
