الأكسجين هو أحد العناصر الكيميائية الأكثر شيوعًا المدرجة في الغالبية العظمى من المواد الكيميائية. يتم دراسة الأكاسيد والأحماض والقواعد والكحوليات والفينولات والمركبات الأخرى المحتوية على الأكسجين في سياق الكيمياء العضوية وغير العضوية. في مقالتنا ، سوف ندرس الخصائص ، وكذلك نقدم أمثلة على تطبيقها في الصناعة والزراعة والطب.
أكاسيد
أبسط هيكل هو المركبات الثنائية للمعادن واللافلزات بالأكسجين. يشمل تصنيف الأكاسيد المجموعات التالية: الحمضية والقاعدية والمذبذبة وغير المبالية. المعيار الرئيسي لتقسيم كل هذه المواد هو العنصر الذي يتحد مع الأكسجين. إذا كان معدنًا ، فهو أساسي. على سبيل المثال: CuO ، MgO ، Na2O - أكاسيد النحاس والمغنيسيوم والصوديوم. الخاصية الكيميائية الرئيسية هي التفاعل مع الأحماض. إذن ، أكسيد النحاس يتفاعل مع حمض الكلوريد:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63.3 كيلوجول
يشير وجود ذرات العناصر غير المعدنية في جزيئات المركبات الثنائية إلى انتمائها إلى أكاسيد حمضية ، على سبيل المثال ، أكسيد الهيدروجين H2O ، ثاني أكسيد الكربون CO2 ، خامس أكسيد الفوسفور P2O5. إن قدرة هذه المواد على التفاعل مع القلويات هي صفتها الكيميائية الرئيسية.
نتيجة التفاعل يمكن أن تتكون أملاح من نوعين: حمضية أو متوسطة. سيعتمد هذا على عدد مولات القلويات التي تتفاعل:
- CO2 + KOH=> KHCO3 ؛
- CO2 + 2KOH=> K2CO3 + H2O.
مجموعة أخرى من المركبات المحتوية على الأكسجين ، والتي تشمل عناصر كيميائية مثل الزنك أو الألومنيوم ، يشار إليها باسم أكاسيد مذبذبة. في خصائصها ، هناك ميل للتفاعل الكيميائي مع كل من الأحماض والقلويات. نواتج تفاعل أكاسيد الحمض مع الماء هي أحماض. على سبيل المثال ، في تفاعل أنهيدريد الكبريتيك والماء ، يتكون حمض الكبريتات. تعتبر الأحماض من أهم فئات المركبات المحتوية على الأكسجين.
الأحماض وخصائصها
المركبات المكونة من ذرات الهيدروجين المرتبطة بالأيونات المعقدة لبقايا الحمض هي أحماض. تقليديا ، يمكن تقسيمها إلى غير عضوية ، على سبيل المثال ، حمض الكربونيك ، كبريتات ، نترات ، ومركبات عضوية. وتشمل الأخيرة حمض الخليك ، وحمض الأوليك الفورميك. كلا المجموعتين من المواد لها خصائص متشابهة. لذلك ، يدخلون في تفاعل معادلة مع القواعد ، ويتفاعلون مع الأملاح وأكاسيد أساسية. تنفصل جميع الأحماض المحتوية على الأكسجين تقريبًا في المحاليل المائية إلى أيونات ، وتكون موصلات من النوع الثاني. من الممكن تحديد الطبيعة الحمضية لبيئتهم ، بسبب الوجود المفرط لأيونات الهيدروجين ، باستخدام المؤشرات. على سبيل المثال ، يتحول لون عباد الشمس الأرجواني إلى اللون الأحمر عند إضافته إلى محلول حمضي. الممثل النموذجي للمركبات العضوية هو حمض الأسيتيك الذي يحتوي على مجموعة الكربوكسيل. يتضمن ذرة الهيدروجين ، التي تحدد الخصائص الحمضية للمادة. إنه سائل عديم اللون له رائحة نفاذة محددة ، يتبلور عند درجات حرارة أقل من 17 درجة مئوية. CH3COOH ، مثل الأحماض الأخرى المحتوية على الأكسجين ، قابل للذوبان تمامًا في الماء بأي نسب. محلولها بنسبة 3-5٪ معروف في الحياة اليومية باسم الخل الذي يستخدم في الطهي كتوابل. كما وجدت المادة استخدامها في إنتاج خلات الحرير والأصباغ والبلاستيك وبعض الأدوية.
مركبات عضوية تحتوي على أكسجين
في الكيمياء ، يمكن للمرء أن يميز مجموعة كبيرة من المواد التي تحتوي ، بالإضافة إلى الكربون والهيدروجين ، على جزيئات الأكسجين أيضًا. هذه هي الأحماض الكربوكسيلية والإسترات والألدهيدات والكحول والفينولات. يتم تحديد جميع خصائصها الكيميائية من خلال التواجد في جزيئات المجمعات الخاصة - المجموعات الوظيفية. على سبيل المثال ، الصيغة الكيميائية العامة لكحول يحتوي على روابط محدودة فقط بين الذرات هي ROH ، حيث R هو جذور هيدروكربونية. عادة ما تعتبر هذه المركبات من مشتقات الألكانات ، وفيها واحديتم استبدال ذرة الهيدروجين بمجموعة هيدروكسو.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للكحول
الحالة الكلية للكحولات عبارة عن سوائل أو مركبات صلبة. لا توجد مواد غازية بين الكحوليات ، وهو ما يمكن تفسيره من خلال تكوين شركاء - مجموعات تتكون من عدة جزيئات متصلة بواسطة روابط هيدروجينية ضعيفة. تحدد هذه الحقيقة أيضًا قابلية الذوبان الجيدة للكحوليات المنخفضة في الماء. ومع ذلك ، في المحاليل المائية ، المواد العضوية المحتوية على الأكسجين - الكحوليات ، لا تنفصل إلى أيونات ، ولا تغير لون المؤشرات ، أي أن لها تفاعل محايد. ترتبط ذرة الهيدروجين للمجموعة الوظيفية ارتباطًا ضعيفًا بالجسيمات الأخرى ، وبالتالي ، في التفاعلات الكيميائية ، يمكنها ترك الجزيء. في نفس مكان التكافؤ الحر ، يتم استبداله بذرات أخرى ، على سبيل المثال ، في التفاعلات مع المعادن النشطة أو مع القلويات - بواسطة ذرات معدنية. في وجود محفزات مثل شبكة البلاتين أو النحاس ، تتأكسد الكحولات بعوامل مؤكسدة قوية ، ثنائي كرومات البوتاسيوم أو برمنجنات البوتاسيوم ، إلى الألدهيدات.
تفاعل الأسترة
من أهم الخواص الكيميائية للمواد العضوية المحتوية على الأكسجين: الكحولات والأحماض هي تفاعل يؤدي إلى إنتاج الإسترات. إنه ذو أهمية عملية كبيرة ويستخدم في الصناعة لاستخراج الإسترات المستخدمة كمذيبات في صناعة الأغذية (في شكل خلاصات الفاكهة). في الطب ، يتم استخدام بعض الاسترات كمضادات للتشنج ، على سبيل المثال ، يوسع نتريت الإيثيل الأوعية الدموية الطرفية ، ونتريت isoamyl هو حامي من تقلصات الشريان التاجي. تكون معادلة تفاعل الأسترة كما يلي:
CH3COOH + C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O
فيه ، CH3COOH هو حمض الخليك ، و C2H5OH هي الصيغة الكيميائية للكحول الإيثانول.
الألدهيدات
إذا كان المركب يحتوي على مجموعة وظيفية –COH ، فإنه ينتمي إلى الألدهيدات. يتم تقديمها كمنتجات لمزيد من أكسدة الكحوليات ، على سبيل المثال ، مع عوامل مؤكسدة مثل أكسيد النحاس.
إن وجود مركب الكربونيل في جزيئات الفورميك أو الأسيتالديهيد يحدد قدرتها على بلمرة وإرفاق ذرات العناصر الكيميائية الأخرى. التفاعلات النوعية التي يمكن استخدامها لإثبات وجود مجموعة كاربونيل وانتماء مادة إلى الألدهيدات هي تفاعل مرآة الفضة والتفاعل مع هيدروكسيد النحاس عند التسخين:
الأسيتالديهيد ، الذي يستخدم في الصناعة لإنتاج حمض الأسيتيك ، تلقى أكبر استخدام - منتج ذو حمولة كبيرة من التوليف العضوي.
خصائص المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين - الأحماض الكربوكسيلية
وجود مجموعة الكربوكسيل - واحد أو أكثر - هو سمة مميزة للأحماض الكربوكسيلية. بسبب هيكل المجموعة الوظيفية ، يمكن أن تتشكل الثنائيات في المحاليل الحمضية. ترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية. تتفكك المركبات إلى كاتيونات الهيدروجين وأنيونات بقايا الحمض وتكون إلكتروليتات ضعيفة. الاستثناء هو الممثل الأول لسلسلة القيودأحماض أحادية القاعدة - فورميك ، أو ميثان ، وهو موصل من النوع الثاني من القوة المتوسطة. يشير وجود روابط سيجما البسيطة فقط في الجزيئات إلى الحد ، ولكن إذا كانت المواد تحتوي على روابط pi مزدوجة في تركيبها ، فهذه مواد غير مشبعة. تشتمل المجموعة الأولى على أحماض مثل الميثان والأسيتيك والزبد. والثاني يتمثل في المركبات التي تشكل جزءًا من الدهون السائلة - الزيوت ، على سبيل المثال ، حمض الأوليك. الخصائص الكيميائية للمركبات المحتوية على الأكسجين: الأحماض العضوية وغير العضوية متشابهة إلى حد كبير. لذلك ، يمكنهم التفاعل مع المعادن النشطة ، وأكاسيدها ، والقلويات ، وكذلك مع الكحوليات. على سبيل المثال ، يتفاعل حمض الأسيتيك مع الصوديوم والأكسيد والصودا الكاوية لتكوين ملح - أسيتات الصوديوم:
هيدروكسيد الصوديوم + CH3COOH → NaCH3COO + H2O
مكان خاص تحتلها المركبات ذات الأحماض الكربوكسيلية العالية المحتوية على الأكسجين: دهني وبالميتيك ، مع كحول مشبع ثلاثي الهيدرات - الجلسرين. ينتمون إلى الإسترات ويطلق عليهم اسم الدهون. الأحماض نفسها هي جزء من أملاح الصوديوم والبوتاسيوم كمخلفات حمضية ، مكونة الصابون.
دهون و صابون
المركبات العضوية الهامة التي يتم توزيعها على نطاق واسع في الحياة البرية وتلعب دورًا رائدًا حيث أن الدهون هي أكثر المواد كثافة في استخدام الطاقة. إنها ليست مركبًا فرديًا ، ولكنها خليط من الجلسريدات غير المتجانسة. هذه مركبات للكحول متعدد الهيدروكسيل - الجلسرين ، والذي يحتوي ، مثل الميثانول والفينول ، على مجموعات هيدروكسيل وظيفية. يمكن أن تتحلل الدهونالتسخين بالماء في وجود محفزات: القلويات والأحماض وأكاسيد الزنك والمغنيسيوم. ستكون نواتج التفاعل عبارة عن جلسرين وأحماض كربوكسيلية مختلفة ، تُستخدم كذلك في إنتاج الصابون. من أجل عدم استخدام الدهون الطبيعية باهظة الثمن الصالحة للأكل في هذه العملية ، يتم الحصول على الأحماض الكربوكسيلية الضرورية عن طريق أكسدة البارافين.
الفينولات
عند الخروج بفئات المركبات المحتوية على الأكسجين ، دعنا نركز على الفينولات. يتم تمثيلها بواسطة فينيل راديكالي -C6H5، متصلة بواحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل الوظيفية. أبسط ممثل لهذه الفئة هو حمض الكربوليك أو الفينول. باعتباره حمض ضعيف جدًا ، يمكن أن يتفاعل مع القلويات والمعادن النشطة - الصوديوم والبوتاسيوم. مادة ذات خصائص مبيد للجراثيم - يستخدم الفينول في الطب ، وكذلك في إنتاج الأصباغ وراتنجات الفينول فورمالديهايد.
في مقالتنا ، درسنا الفئات الرئيسية للمركبات المحتوية على الأكسجين ، واعتبرنا أيضًا خصائصها الكيميائية.
