Jedan od najčešćih hemijskih elemenata uključenih u ogromnu većinu hemikalija je kiseonik. U okviru neorganske i organske hemije proučavaju se oksidi, kiseline, baze, alkoholi, fenoli i druga jedinjenja koja sadrže kiseonik. U našem članku ćemo proučiti svojstva, kao i dati primjere njihove primjene u industriji, poljoprivredi i medicini.
Oksidi
Najjednostavniji u strukturi su binarni spojevi metala i nemetala sa kiseonikom. Klasifikacija oksida uključuje sljedeće grupe: kisele, bazne, amfoterne i indiferentne. Glavni kriterij za podelu svih ovih supstanci je koji se element spaja s kisikom. Ako je metal, onda su osnovni. Na primjer: CuO, MgO, Na2O - oksidi bakra, magnezija, natrijuma. Njihovo glavno hemijsko svojstvo je reakcija sa kiselinama. Dakle, bakrov oksid reaguje sa hloridnom kiselinom:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Prisustvo atoma nemetalnih elemenata u molekulama binarnih jedinjenja ukazuje na njihovu pripadnost kiselim oksidima, na primjer, vodonik oksid H2O, ugljični dioksid CO 2, fosfor pentoksid P2O5. Sposobnost takvih supstanci da reaguju sa alkalijama je njihova glavna hemijska karakteristika.
Kao rezultat reakcije mogu nastati soli dvije vrste: kisele ili srednje. Ovo će zavisiti od toga koliko molova alkalija reaguje:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Druga grupa jedinjenja koja sadrže kiseonik, koja uključuje hemijske elemente kao što su cink ili aluminijum, nazivaju se amfoternim oksidima. U njihovim svojstvima postoji sklonost hemijskoj interakciji i sa kiselinama i sa alkalijama. Produkti interakcije kiselih oksida s vodom su kiseline. Na primjer, u reakciji sumpornog anhidrida i vode nastaje sulfatna kiselina. Kiseline su jedna od najvažnijih klasa jedinjenja koja sadrže kiseonik.
Kiseline i njihova svojstva
Jedinjenja koja se sastoje od atoma vodonika povezana sa kompleksnim ionima kiselih ostataka su kiseline. Uobičajeno se mogu podijeliti na anorganske, na primjer, ugljičnu kiselinu, sulfate, nitrate i organska jedinjenja. Potonje uključuju octenu kiselinu, mravlju, oleinsku kiselinu. Obje grupe supstanci imaju slična svojstva. Dakle, oni ulaze u reakciju neutralizacije s bazama, reagiraju sa solima ibazični oksidi. Gotovo sve kiseline koje sadrže kisik u vodenim otopinama disociraju na ione, budući da su provodnici druge vrste. Pomoću indikatora moguće je odrediti kiselu prirodu njihove okoline, zbog prevelikog prisustva vodikovih jona. Na primjer, ljubičasti lakmus postaje crven kada se doda u kiseli rastvor. Tipičan predstavnik organskih jedinjenja je sirćetna kiselina koja sadrži karboksilnu grupu. Sadrži atom vodika, koji određuje kisela svojstva tvari. To je bezbojna tečnost specifičnog oštrog mirisa koja kristališe na temperaturama ispod 17 °C. CH3COOH, kao i druge kiseline koje sadrže kiseonik, savršeno je rastvorljiv u vodi u bilo kojoj proporciji. Njegova 3-5% otopina poznata je u svakodnevnom životu pod nazivom sirće, koje se u kulinarstvu koristi kao začin. Supstanca je također našla svoju upotrebu u proizvodnji acetatne svile, boja, plastike i nekih lijekova.
Organska jedinjenja koja sadrže kiseonik
U hemiji se može razlikovati velika grupa supstanci koje pored ugljenika i vodonika sadrže i čestice kiseonika. To su karboksilne kiseline, estri, aldehidi, alkoholi i fenoli. Sva njihova hemijska svojstva određena su prisustvom u molekulima posebnih kompleksa - funkcionalnih grupa. Na primjer, opća kemijska formula alkohola koji sadrži samo ograničavajuće veze između atoma je ROH, gdje je R ugljikovodični radikal. Ova jedinjenja se obično smatraju derivatima alkana, u kojima jedanatom vodonika je zamijenjen hidrokso grupom.
Fizička i hemijska svojstva alkohola
Agregatno stanje alkohola su tečnosti ili čvrsta jedinjenja. Među alkoholima nema gasovitih supstanci, što se može objasniti formiranjem asociata - grupa koje se sastoje od nekoliko molekula povezanih slabim vodikovim vezama. Ova činjenica takođe određuje dobru rastvorljivost nižih alkohola u vodi. Međutim, u vodenim otopinama organske tvari koje sadrže kisik - alkoholi, ne disociraju u ione, ne mijenjaju boju indikatora, odnosno imaju neutralnu reakciju. Atom vodika funkcionalne grupe je slabo vezan za druge čestice, pa je u hemijskim interakcijama u stanju da napusti molekul. Na istom mjestu slobodne valencije zamjenjuje se drugim atomima, na primjer, u reakcijama s aktivnim metalima ili s alkalijama - atomima metala. U prisustvu katalizatora kao što su platinasta mreža ili bakar, alkoholi se oksidiraju snažnim oksidantima, kalijum bihromatom ili kalijum permanganatom, u aldehide.
reakcija esterifikacije
Jedno od najvažnijih hemijskih svojstava organskih supstanci koje sadrže kiseonik: alkohola i kiselina je reakcija koja dovodi do stvaranja estera. Od velikog je praktičnog značaja i koristi se u industriji za ekstrakciju estera koji se koriste kao rastvarači u prehrambenoj industriji (u obliku voćnih esencija). U medicini se neki od estera koriste kao antispazmodici, na primjer, etil nitrit širi periferne krvne žile, aizoamil nitrit je zaštitnik od grčeva koronarnih arterija. Jednačina reakcije esterifikacije je sljedeća:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
U njemu CH3COOH je octena kiselina, a C2H5OH je hemijska formula alkohola etanola.
Aldehidi
Ako jedinjenje sadrži –COH funkcionalnu grupu, tada pripada aldehidima. Predstavljaju se kao proizvodi dalje oksidacije alkohola, na primjer, oksidirajućim agensima kao što je bakrov oksid.
Prisustvo karbonilnog kompleksa u molekulima mravljeg ili acetaldehida određuje njihovu sposobnost polimerizacije i vezivanja atoma drugih hemijskih elemenata. Kvalitativne reakcije koje se mogu koristiti za dokazivanje prisutnosti karbonilne grupe i pripadnosti neke supstance aldehidima su reakcija srebrnog ogledala i interakcija sa bakrovim hidroksidom kada se zagreje:
Acetaldehid, koji se koristi u industriji za proizvodnju sirćetne kiseline, dobio je najveću upotrebu - proizvod velike tonaže organske sinteze.
Svojstva organskih jedinjenja koja sadrže kiseonik - karboksilne kiseline
Prisustvo karboksilne grupe - jedne ili više - je zaštitni znak karboksilnih kiselina. Zbog strukture funkcionalne grupe, dimeri se mogu formirati u kiselim rastvorima. Oni su međusobno povezani vodoničnim vezama. Jedinjenja disociraju na vodikove katjone i anjone kiselih ostataka i slabi su elektroliti. Izuzetak je prvi predstavnik serije ograničavajućihjednobazne kiseline - mravlje, ili metan, koji je provodnik druge vrste srednje čvrstoće. Prisustvo samo jednostavnih sigma veza u molekulima ukazuje na granicu, ali ako tvari imaju dvostruke pi veze u svom sastavu, to su nezasićene tvari. Prva grupa uključuje takve kiseline kao što su metan, octena, maslačna. Drugi je predstavljen spojevima koji su dio tekućih masti - ulja, na primjer, oleinske kiseline. Hemijska svojstva spojeva koji sadrže kisik: organske i neorganske kiseline su u velikoj mjeri slična. Dakle, mogu stupiti u interakciju s aktivnim metalima, njihovim oksidima, s alkalijama, a također i s alkoholima. Na primjer, octena kiselina reaguje sa natrijem, oksidom i kaustičnom sodom da formira so - natrijum acetat:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Posebno mjesto zauzimaju jedinjenja viših karboksilnih kiselina koje sadrže kiseonik: stearinska i palmitinska, sa trihidričnim zasićenim alkoholom - glicerinom. Spadaju u estre i nazivaju se masti. Iste kiseline su dio soli natrijuma i kalija kao kiseli ostatak, formirajući sapune.
Masti i sapuni
Važna organska jedinjenja koja su široko rasprostranjena u divljini i igraju vodeću ulogu kao energetski najintenzivnija supstanca su masti. Oni nisu pojedinačni spoj, već mješavina heterogenih glicerida. Riječ je o spojevima graničnog polihidričnog alkohola - glicerina, koji, poput metanola i fenola, sadrži hidroksilne funkcionalne grupe. Masti se mogu hidroliziratizagrijavanje vodom u prisustvu katalizatora: alkalija, kiselina, oksida cinka, magnezija. Produkti reakcije bit će glicerol i razne karboksilne kiseline, koje se dalje koriste za proizvodnju sapuna. Kako se u ovom procesu ne bi koristile skupe prirodne jestive masti, potrebne karboksilne kiseline se dobijaju oksidacijom parafina.
Fenoli
Dolazeći do klasa jedinjenja koja sadrže kiseonik, fokusirajmo se na fenole. Oni su predstavljeni fenilnim radikalom -C6H5, povezanim sa jednom ili više funkcionalnih hidroksilnih grupa. Najjednostavniji predstavnik ove klase je karbolna kiselina ili fenol. Kao vrlo slaba kiselina, može stupiti u interakciju sa alkalijama i aktivnim metalima - natrijumom, kalijumom. Supstanca sa izraženim baktericidnim svojstvima - fenol se koristi u medicini, kao iu proizvodnji boja i fenol-formaldehidnih smola.
U našem članku proučavali smo glavne klase jedinjenja koja sadrže kiseonik, a takođe smo razmotrili njihova hemijska svojstva.
