Jedným z najbežnejších chemických prvkov zahrnutých v drvivej väčšine chemikálií je kyslík. Oxidy, kyseliny, zásady, alkoholy, fenoly a iné zlúčeniny obsahujúce kyslík sa študujú v rámci anorganickej a organickej chémie. V našom článku budeme študovať vlastnosti, ako aj uviesť príklady ich použitia v priemysle, poľnohospodárstve a medicíne.
Oxidy
Najjednoduchšie v štruktúre sú binárne zlúčeniny kovov a nekovov s kyslíkom. Klasifikácia oxidov zahŕňa tieto skupiny: kyslé, zásadité, amfotérne a indiferentné. Hlavným kritériom pre rozdelenie všetkých týchto látok je, ktorý prvok sa spája s kyslíkom. Ak je to kov, potom sú základné. Napríklad: CuO, MgO, Na2O - oxidy medi, horčíka, sodíka. Ich hlavnou chemickou vlastnosťou je reakcia s kyselinami. Takže oxid meďnatý reaguje s kyselinou chloridovou:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Prítomnosť atómov nekovových prvkov v molekulách binárnych zlúčenín naznačuje ich príslušnosť ku kyslým oxidom, napríklad oxid vodíka H2O, oxid uhličitý CO 2, oxid fosforečný P2O5. Schopnosť takýchto látok reagovať s alkáliami je ich hlavnou chemickou charakteristikou.
Výsledkom reakcie môžu byť soli dvoch typov: kyslé alebo stredné. To bude závisieť od toho, koľko mólov alkálií reaguje:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Ďalšia skupina zlúčenín obsahujúcich kyslík, ktoré zahŕňajú také chemické prvky ako zinok alebo hliník, sa označujú ako amfotérne oxidy. Vo svojich vlastnostiach existuje tendencia k chemickej interakcii s kyselinami aj zásadami. Produkty interakcie oxidov kyselín s vodou sú kyseliny. Napríklad pri reakcii anhydridu kyseliny sírovej a vody vzniká síranová kyselina. Kyseliny sú jednou z najdôležitejších tried zlúčenín obsahujúcich kyslík.
Kyseliny a ich vlastnosti
Zlúčeniny pozostávajúce z atómov vodíka spojených s komplexnými iónmi zvyškov kyselín sú kyseliny. Bežne sa dajú rozdeliť na anorganické, napríklad kyselinu uhličitú, síran, dusičnan a organické zlúčeniny. Posledne uvedené zahŕňajú kyselinu octovú, mravčiu a olejovú kyselinu. Obe skupiny látok majú podobné vlastnosti. Takže vstupujú do neutralizačnej reakcie so zásadami, reagujú so soľami azásadité oxidy. Takmer všetky kyseliny obsahujúce kyslík vo vodných roztokoch disociujú na ióny, ktoré sú vodičmi druhého druhu. Pomocou indikátorov je možné určiť kyslú povahu ich prostredia v dôsledku nadmernej prítomnosti vodíkových iónov. Napríklad fialový lakmus sa po pridaní do roztoku kyseliny zmení na červený. Typickým predstaviteľom organických zlúčenín je kyselina octová obsahujúca karboxylovú skupinu. Zahŕňa atóm vodíka, ktorý určuje kyslé vlastnosti látky. Je to bezfarebná kvapalina so špecifickým štipľavým zápachom, ktorá kryštalizuje pri teplotách pod 17 °C. CH3COOH, podobne ako iné kyseliny obsahujúce kyslík, je dokonale rozpustný vo vode v akomkoľvek pomere. Jeho 3 - 5% roztok je v bežnom živote známy pod názvom ocot, ktorý sa používa pri varení ako dochucovadlo. Látka našla svoje využitie aj pri výrobe acetátového hodvábu, farbív, plastov a niektorých liekov.
Organické zlúčeniny obsahujúce kyslík
V chémii možno rozlíšiť veľkú skupinu látok obsahujúcich okrem uhlíka a vodíka aj častice kyslíka. Sú to karboxylové kyseliny, estery, aldehydy, alkoholy a fenoly. Všetky ich chemické vlastnosti sú určené prítomnosťou špeciálnych komplexov - funkčných skupín v molekulách. Napríklad všeobecný chemický vzorec alkoholu, ktorý obsahuje iba obmedzujúce väzby medzi atómami, je ROH, kde R je uhľovodíkový radikál. Tieto zlúčeniny sa zvyčajne považujú za deriváty alkánov, v ktorých jedenatóm vodíka je nahradený hydroxoskupinou.
Fyzikálne a chemické vlastnosti alkoholov
Súhrnným stavom alkoholov sú kvapaliny alebo pevné zlúčeniny. Medzi alkoholmi nie sú žiadne plynné látky, čo možno vysvetliť tvorbou asociátov - skupín pozostávajúcich z niekoľkých molekúl spojených slabými vodíkovými väzbami. Táto skutočnosť určuje aj dobrú rozpustnosť nižších alkoholov vo vode. Vo vodných roztokoch sa však organické látky obsahujúce kyslík - alkoholy, nedisociujú na ióny, nemenia farbu indikátorov, to znamená, že majú neutrálnu reakciu. Atóm vodíka funkčnej skupiny je slabo viazaný na iné častice, preto je pri chemických interakciách schopný opustiť molekulu. Na rovnakom mieste voľnej valencie sa nahrádza inými atómami, napríklad pri reakciách s aktívnymi kovmi alebo s alkáliami - atómami kovov. V prítomnosti katalyzátorov, ako je platinové pletivo alebo meď, sa alkoholy oxidujú silnými oxidačnými činidlami, dvojchrómanom draselným alebo manganistanom draselným, na aldehydy.
Esterifikačná reakcia
Jednou z najdôležitejších chemických vlastností organických látok obsahujúcich kyslík: alkoholov a kyselín je reakcia vedúca k tvorbe esterov. Má veľký praktický význam a v priemysle sa používa na extrakciu esterov používaných ako rozpúšťadlá v potravinárskom priemysle (vo forme ovocných esencií). V medicíne sa niektoré z esterov používajú ako spazmolytiká, napríklad etylnitrit rozširuje periférne cievy aizoamylnitrit je ochrancom spazmov koronárnych artérií. Rovnica esterifikačnej reakcie je nasledovná:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
V ňom CH3COOH je kyselina octová a C2H5OH je chemický vzorec alkoholu etanolu.
Aldehydes
Ak zlúčenina obsahuje funkčnú skupinu –COH, potom patrí medzi aldehydy. Prezentujú sa ako produkty ďalšej oxidácie alkoholov, napríklad oxidačnými činidlami, ako je oxid meďnatý.
Prítomnosť karbonylového komplexu v molekulách mravčej alebo acetaldehydovej určuje ich schopnosť polymerizovať a pripájať atómy iných chemických prvkov. Kvalitatívne reakcie, ktoré možno použiť na preukázanie prítomnosti karbonylovej skupiny a príslušnosti látky k aldehydom, sú reakcia strieborného zrkadla a interakcia s hydroxidom meďnatým pri zahrievaní:
Acetaldehyd, ktorý sa v priemysle používa na výrobu kyseliny octovej, získal najväčšie využitie – veľkotonážny produkt organickej syntézy.
Vlastnosti organických zlúčenín obsahujúcich kyslík – karboxylové kyseliny
Prítomnosť karboxylovej skupiny – jednej alebo viacerých – je charakteristickým znakom karboxylových kyselín. Vďaka štruktúre funkčnej skupiny sa v kyslých roztokoch môžu vytvárať diméry. Sú navzájom spojené vodíkovými väzbami. Zlúčeniny disociujú na vodíkové katióny a anióny zvyškov kyselín a sú slabými elektrolytmi. Výnimkou je prvý zástupca zo série obmedzujúcichjednosýtne kyseliny - mravčia alebo metán, ktorý je vodičom druhého druhu strednej pevnosti. Prítomnosť iba jednoduchých sigma väzieb v molekulách indikuje limit, ale ak látky majú vo svojom zložení dvojité pí väzby, ide o nenasýtené látky. Do prvej skupiny patria kyseliny ako metán, octová, maslová. Druhú predstavujú zlúčeniny, ktoré sú súčasťou tekutých tukov - olejov, napríklad kyseliny olejovej. Chemické vlastnosti zlúčenín obsahujúcich kyslík: organické a anorganické kyseliny sú do značnej miery podobné. Môžu teda interagovať s aktívnymi kovmi, ich oxidmi, s alkáliami a tiež s alkoholmi. Napríklad kyselina octová reaguje so sodíkom, oxidom a hydroxidom sodným za vzniku soli – octanu sodného:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Osobitné miesto zaujímajú zlúčeniny vyšších karboxylových kyselín obsahujúcich kyslík: stearová a palmitová, s trojsýtnym nasýteným alkoholom - glycerínom. Patria medzi estery a nazývajú sa tuky. Rovnaké kyseliny sú súčasťou sodných a draselných solí ako kyslý zvyšok tvoriaci mydlá.
Tuky a mydlá
Dôležitými organickými zlúčeninami, ktoré sú vo voľnej prírode rozšírené a zohrávajú vedúcu úlohu ako energeticky najnáročnejšia látka, sú tuky. Nie sú samostatnou zlúčeninou, ale zmesou heterogénnych glyceridov. Ide o zlúčeniny limitujúceho viacsýtneho alkoholu – glycerínu, ktorý podobne ako metanol a fenol obsahuje hydroxylové funkčné skupiny. Tuky môžu byť hydrolyzovanézahrievanie vodou v prítomnosti katalyzátorov: alkálie, kyseliny, oxidy zinku, horčík. Produkty reakcie budú glycerol a rôzne karboxylové kyseliny, ďalej používané na výrobu mydla. Aby sa pri tomto procese nepoužívali drahé prírodné jedlé tuky, potrebné karboxylové kyseliny sa získavajú oxidáciou parafínu.
Fenoly
Keď prichádzame s triedami zlúčenín obsahujúcich kyslík, zamerajme sa na fenoly. Sú reprezentované fenylovým radikálom -C6H5, spojeným s jednou alebo viacerými funkčnými hydroxylovými skupinami. Najjednoduchším predstaviteľom tejto triedy je kyselina karbolová alebo fenol. Ako veľmi slabá kyselina môže interagovať s alkáliami a aktívnymi kovmi – sodíkom, draslíkom. Látka s výraznými baktericídnymi vlastnosťami - fenol sa používa v medicíne, ako aj pri výrobe farbív a fenolformaldehydových živíc.
V našom článku sme študovali hlavné triedy zlúčenín obsahujúcich kyslík a zvážili sme aj ich chemické vlastnosti.
