یکی از رایج ترین عناصر شیمیایی موجود در اکثریت قریب به اتفاق مواد شیمیایی، اکسیژن است. اکسیدها، اسیدها، بازها، الکل ها، فنل ها و سایر ترکیبات حاوی اکسیژن در دوره شیمی معدنی و آلی مورد مطالعه قرار می گیرند. در مقاله خود به بررسی خواص و همچنین مثال هایی از کاربرد آنها در صنعت، کشاورزی و پزشکی خواهیم پرداخت.
اکسید
ساده ترین ها در ساختار ترکیبات دوتایی فلزات و غیرفلزات با اکسیژن هستند. طبقه بندی اکسیدها شامل گروه های زیر است: اسیدی، بازی، آمفوتریک و بی تفاوت. معیار اصلی برای تقسیم همه این مواد این است که کدام عنصر با اکسیژن ترکیب می شود. اگر فلزی باشد، پس پایه هستند. به عنوان مثال: CuO، MgO، Na2O - اکسیدهای مس، منیزیم، سدیم. خاصیت شیمیایی اصلی آنها واکنش با اسیدها است. بنابراین، اکسید مس با اسید کلرید واکنش می دهد:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63.3 کیلوژول.
وجود اتمهای عناصر غیرفلزی در مولکولهای ترکیبات دوتایی نشان‌دهنده تعلق آنها به اکسیدهای اسیدی است، برای مثال، اکسید هیدروژن H2O، دی اکسید کربن CO 2 ، پنتوکسید فسفر P2O5. توانایی چنین موادی برای واکنش با قلیاها، ویژگی شیمیایی اصلی آنهاست.
در نتیجه واکنش، نمک های دو نوع می توانند تشکیل شوند: اسیدی یا متوسط. این بستگی به واکنش چند مول قلیایی دارد:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
گروه دیگری از ترکیبات حاوی اکسیژن، که شامل عناصر شیمیایی مانند روی یا آلومینیوم هستند، به عنوان اکسیدهای آمفوتریک نامیده می شوند. در خواص آنها، تمایل به برهمکنش شیمیایی با اسیدها و قلیاها وجود دارد. محصولات برهمکنش اکسیدهای اسید با آب اسیدها هستند. به عنوان مثال در واکنش انیدرید سولفوریک و آب اسید سولفات تشکیل می شود. اسیدها یکی از مهمترین گروه‌های ترکیبات حاوی اکسیژن هستند.
اسیدها و خواص آنها
ترکیبات متشکل از اتم های هیدروژن مرتبط با یون های پیچیده باقیمانده اسید، اسید هستند. به طور معمول، آنها را می توان به غیر آلی، به عنوان مثال، اسید کربنیک، سولفات، نیترات و ترکیبات آلی تقسیم کرد. دومی شامل اسید استیک، فرمیک، اسید اولئیک است. هر دو گروه از مواد دارای خواص مشابهی هستند. بنابراین، آنها وارد یک واکنش خنثی سازی با باز، واکنش با نمک واکسیدهای اساسی تقریباً تمام اسیدهای حاوی اکسیژن در محلول‌های آبی به یون‌ها تجزیه می‌شوند که رسانای نوع دوم هستند. با استفاده از شاخص ها می توان ماهیت اسیدی محیط آنها را به دلیل وجود بیش از حد یون های هیدروژن تعیین کرد. به عنوان مثال، تورنسل بنفش هنگامی که به محلول اسید اضافه می شود قرمز می شود. یک نماینده معمولی از ترکیبات آلی اسید استیک حاوی یک گروه کربوکسیل است. این شامل یک اتم هیدروژن است که خواص اسیدی ماده را تعیین می کند. این مایع بی رنگ با بوی تند خاص است که در دمای کمتر از 17 درجه سانتیگراد متبلور می شود. CH3COOH، مانند سایر اسیدهای حاوی اکسیژن، به هر نسبت در آب کاملاً محلول است. محلول 3 تا 5 درصد آن در زندگی روزمره به نام سرکه معروف است که در آشپزی به عنوان چاشنی استفاده می شود. این ماده همچنین کاربرد خود را در تولید ابریشم استات، رنگ، پلاستیک و برخی داروها پیدا کرده است.
ترکیبات آلی حاوی اکسیژن
در شیمی می توان گروه بزرگی از مواد را تشخیص داد که علاوه بر کربن و هیدروژن، ذرات اکسیژن نیز دارند. اینها اسیدهای کربوکسیلیک، استرها، آلدئیدها، الکل ها و فنل ها هستند. تمام خواص شیمیایی آنها با حضور در مولکول های مجتمع های خاص - گروه های عاملی تعیین می شود. به عنوان مثال، فرمول شیمیایی عمومی یک الکل که فقط حاوی پیوندهای محدود کننده بین اتم ها است، ROH است، که در آن R یک رادیکال هیدروکربنی است. این ترکیبات معمولاً به عنوان مشتقات آلکان در نظر گرفته می شوند که در آن یکیاتم هیدروژن با یک گروه هیدروکسو جایگزین می شود.
خواص فیزیکی و شیمیایی الکل ها
حالت کل الکل ها مایع یا ترکیبات جامد هستند. هیچ ماده گازی در بین الکل ها وجود ندارد، که می توان آن را با تشکیل پیوندهایی توضیح داد - گروه هایی متشکل از چندین مولکول که با پیوندهای هیدروژنی ضعیف متصل هستند. این واقعیت همچنین حلالیت خوب الکل های پایین تر در آب را تعیین می کند. با این حال، در محلول های آبی، مواد آلی حاوی اکسیژن - الکل ها، به یون ها تجزیه نمی شوند، رنگ شاخص ها را تغییر نمی دهند، یعنی واکنش خنثی دارند. اتم هیدروژن گروه عاملی ضعیف به ذرات دیگر متصل است، بنابراین، در فعل و انفعالات شیمیایی، قادر به ترک مولکول است. در همان مکان ظرفیت آزاد، با اتم های دیگر جایگزین می شود، به عنوان مثال، در واکنش با فلزات فعال یا با قلیاها - توسط اتم های فلز. در حضور کاتالیزورهایی مانند مش پلاتین یا مس، الکل ها توسط عوامل اکسید کننده قوی، بی کرومات پتاسیم یا پرمنگنات پتاسیم، به آلدئیدها اکسید می شوند.
واکنش استریفیکاسیون
یکی از مهمترین خواص شیمیایی مواد آلی حاوی اکسیژن: الکل ها و اسیدها واکنشی است که منجر به تولید استرها می شود. از اهمیت عملی بالایی برخوردار است و در صنعت برای استخراج استرهای مورد استفاده به عنوان حلال در صنایع غذایی (به شکل عرقیات میوه) استفاده می شود. در پزشکی، برخی از استرها به عنوان ضد اسپاسم استفاده می شوند، به عنوان مثال، نیتریت اتیل رگ های خونی محیطی را گشاد می کند.ایزوآمیل نیتریت محافظ اسپاسم عروق کرونر است. معادله واکنش استری شدن به شرح زیر است:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
در آن، CH3COOH اسید استیک است و C2H5OH فرمول شیمیایی اتانول الکل است.
آلدئید
اگر ترکیبی حاوی یک گروه عاملی –COH باشد، متعلق به آلدهیدها است. آنها به عنوان محصولات اکسیداسیون بیشتر الکل ها، به عنوان مثال، با عوامل اکسید کننده مانند اکسید مس ارائه می شوند.
وجود یک کمپلکس کربونیل در مولکولهای فرمیک یا استالدئید توانایی آنها را برای پلیمریزاسیون و اتصال اتمهای سایر عناصر شیمیایی تعیین می کند. واکنش‌های کیفی که می‌توان برای اثبات وجود گروه کربونیل و تعلق یک ماده به آلدئیدها استفاده کرد، واکنش آینه نقره و برهمکنش با هیدروکسید مس هنگام گرم شدن است:
استالدئید، که در صنعت برای تولید اسید استیک استفاده می شود، بیشترین استفاده را داشته است - محصولی با تناژ بالا از سنتز آلی.
خواص ترکیبات آلی حاوی اکسیژن - اسیدهای کربوکسیلیک
وجود یک گروه کربوکسیل - یک یا چند - مشخصه اسیدهای کربوکسیلیک است. با توجه به ساختار گروه عاملی، دیمرها می توانند در محلول های اسیدی تشکیل شوند. آنها توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل می شوند. این ترکیبات به کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده اسید تجزیه می شوند و الکترولیت های ضعیفی هستند. یک استثنا اولین نماینده یک سری محدود کننده استاسیدهای مونوبازیک - فرمیک یا متان که رسانای نوع دوم استحکام متوسط است. وجود تنها پیوندهای ساده سیگما در مولکول ها حد را نشان می دهد، اما اگر مواد دارای پیوند pi دوگانه در ترکیب خود باشند، اینها مواد غیراشباع هستند. گروه اول شامل اسیدهایی مانند متان، استیک، بوتیریک است. دوم توسط ترکیباتی که بخشی از چربی های مایع هستند - روغن ها، به عنوان مثال، اسید اولئیک نشان داده شده است. خواص شیمیایی ترکیبات حاوی اکسیژن: اسیدهای آلی و معدنی تا حد زیادی مشابه هستند. بنابراین، آنها می توانند با فلزات فعال، اکسیدهای آنها، با قلیاها و همچنین با الکل ها تعامل داشته باشند. به عنوان مثال، اسید استیک با سدیم، اکسید و سود سوزآور واکنش می دهد و نمک - استات سدیم:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
جایگاه ویژه ای توسط ترکیبات اسیدهای حاوی اکسیژن کربوکسیلیک بالاتر اشغال شده است: استئاریک و پالمیتیک، با یک الکل اشباع سه هیدریک - گلیسیرین. آنها متعلق به استرها هستند و چربی نامیده می شوند. همان اسیدها بخشی از نمک های سدیم و پتاسیم به عنوان یک باقیمانده اسیدی هستند که صابون ها را تشکیل می دهند.
چربی ها و صابون ها
ترکیبات آلی مهمی که به طور گسترده در حیات وحش پراکنده هستند و به عنوان انرژی برترین ماده نقش اصلی را ایفا می کنند، چربی ها هستند. آنها یک ترکیب جداگانه نیستند، بلکه مخلوطی از گلیسریدهای ناهمگن هستند. اینها ترکیباتی از الکل پلی هیدریک محدود کننده - گلیسیرین هستند که مانند متانول و فنل حاوی گروه های عاملی هیدروکسیل هستند. چربی ها را می توان هیدرولیز کردحرارت دادن با آب در حضور کاتالیزورها: قلیاها، اسیدها، اکسیدهای روی، منیزیم. محصولات این واکنش گلیسرول و اسیدهای کربوکسیلیک مختلف است که بیشتر برای تولید صابون استفاده می شود. برای اینکه در این فرآیند از چربی های خوراکی طبیعی گران قیمت استفاده نشود، کربوکسیلیک اسیدهای لازم با اکسید کردن پارافین به دست می آید.
فنول
با رسیدن به کلاس های ترکیبات حاوی اکسیژن، اجازه دهید بر روی فنل ها تمرکز کنیم. آنها با رادیکال فنیل -C6H5، متصل به یک یا چند گروه هیدروکسیل عملکردی نشان داده می شوند. ساده ترین نماینده این کلاس اسید کربولیک یا فنل است. به عنوان یک اسید بسیار ضعیف، می تواند با قلیایی ها و فلزات فعال - سدیم، پتاسیم - تعامل کند. ماده ای با خواص باکتری کشی مشخص - فنل در پزشکی و همچنین در تولید رنگ ها و رزین های فنل فرمالدئیدی استفاده می شود.
در مقاله خود، طبقات اصلی ترکیبات حاوی اکسیژن را مورد مطالعه قرار دادیم و خواص شیمیایی آنها را نیز در نظر گرفتیم.
