Vienas iš labiausiai paplitusių cheminių elementų, įtrauktų į didžiąją daugumą cheminių medžiagų, yra deguonis. Neorganinės ir organinės chemijos kursuose tiriami oksidai, rūgštys, bazės, alkoholiai, fenoliai ir kiti deguonies turintys junginiai. Mūsų straipsnyje mes išnagrinėsime savybes, taip pat pateiksime jų taikymo pramonėje, žemės ūkyje ir medicinoje pavyzdžių.
Oksidai
Paprasčiausios struktūros yra dvejetainiai metalų ir nemetalų junginiai su deguonimi. Oksidų klasifikacija apima šias grupes: rūgštinius, bazinius, amfoterinius ir indiferentinius. Pagrindinis visų šių medžiagų skirstymo kriterijus – kuris elementas jungiasi su deguonimi. Jei tai metalas, tada jie yra pagrindiniai. Pavyzdžiui: CuO, MgO, Na2O – vario, magnio, natrio oksidai. Pagrindinė jų cheminė savybė yra reakcija su rūgštimis. Taigi, vario oksidas reaguoja su chlorido rūgštimi:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Nemetalinių elementų atomų buvimas dvejetainių junginių molekulėse rodo, kad jie priklauso rūgštiniams oksidams, pavyzdžiui, vandenilio oksidas H2O, anglies dioksidas CO 2, fosforo pentoksidas P2O5. Tokių medžiagų gebėjimas reaguoti su šarmais yra pagrindinė jų cheminė charakteristika.
Dėl reakcijos gali susidaryti dviejų tipų druskos: rūgštinės arba vidutinės. Tai priklausys nuo to, kiek molių šarmų sureaguos:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Kita deguonies turinčių junginių grupė, kuriai priklauso tokie cheminiai elementai kaip cinkas arba aliuminis, vadinami amfoteriniais oksidais. Jų savybės turi polinkį į cheminę sąveiką tiek su rūgštimis, tiek su šarmais. Rūgščių oksidų sąveikos su vandeniu produktai yra rūgštys. Pavyzdžiui, sieros anhidrido ir vandens reakcijoje susidaro sulfato rūgštis. Rūgštys yra viena iš svarbiausių deguonies turinčių junginių klasių.
Rūgštys ir jų savybės
Junginiai, sudaryti iš vandenilio atomų, susietų su kompleksiniais rūgšties liekanų jonais, yra rūgštys. Paprastai jie gali būti skirstomi į neorganinius, pavyzdžiui, anglies rūgštį, sulfatą, nitratą ir organinius junginius. Pastarosios apima acto, skruzdžių, oleino rūgštis. Abi medžiagų grupės turi panašias savybes. Taigi jie patenka į neutralizacijos reakciją su bazėmis, reaguoja su druskomis irbaziniai oksidai. Beveik visos deguonies turinčios rūgštys vandeniniuose tirpaluose disocijuoja į jonus ir yra antros rūšies laidininkai. Naudojant indikatorius, galima nustatyti jų aplinkos rūgštingumą dėl per didelio vandenilio jonų buvimo. Pavyzdžiui, purpurinis lakmusas parausta, kai pridedamas prie rūgšties tirpalo. Tipiškas organinių junginių atstovas yra acto rūgštis, turinti karboksilo grupę. Jame yra vandenilio atomas, kuris lemia rūgštines medžiagos savybes. Tai bespalvis specifinio aštraus kvapo skystis, kristalizuojantis žemesnėje nei 17 °C temperatūroje. CH3COOH, kaip ir kitos deguonies turinčios rūgštys, puikiai tirpsta vandenyje bet kokiomis proporcijomis. Jo 3–5% tirpalas kasdieniame gyvenime žinomas acto pavadinimu, kuris naudojamas kulinarijoje kaip prieskonis. Medžiaga taip pat buvo naudojama gaminant acetatinį šilką, dažus, plastiką ir kai kuriuos vaistus.
Organiniai junginiai, kurių sudėtyje yra deguonies
Chemijoje galima išskirti didelę grupę medžiagų, kuriose, be anglies ir vandenilio, yra ir deguonies dalelių. Tai karboksirūgštys, esteriai, aldehidai, alkoholiai ir fenoliai. Visas jų chemines savybes lemia specialių kompleksų – funkcinių grupių buvimas molekulėse. Pavyzdžiui, alkoholio, turinčio tik ribojančius ryšius tarp atomų, bendroji cheminė formulė yra ROH, kur R yra angliavandenilio radikalas. Šie junginiai paprastai laikomi alkanų dariniais, kuriuose vienasvandenilio atomas pakeičiamas hidrokso grupe.
Fizikinės ir cheminės alkoholių savybės
Sudėtinė alkoholių būsena yra skysčiai arba kieti junginiai. Tarp alkoholių nėra dujinių medžiagų, o tai paaiškinama asocijuotų junginių - grupių, susidedančių iš kelių molekulių, sujungtų silpnais vandeniliniais ryšiais, susidarymu. Šis faktas taip pat lemia gerą žemesniųjų alkoholių tirpumą vandenyje. Tačiau vandeniniuose tirpaluose deguonies turinčios organinės medžiagos – alkoholiai, nesiskiria į jonus, nekeičia indikatorių spalvos, tai yra, turi neutralią reakciją. Funkcinės grupės vandenilio atomas yra silpnai susijungęs su kitomis dalelėmis, todėl cheminės sąveikos metu gali išeiti iš molekulės. Toje pačioje laisvojo valentingumo vietoje jis pakeičiamas kitais atomais, pavyzdžiui, reakcijose su aktyviais metalais arba su šarmais - metalo atomais. Esant katalizatoriams, tokiems kaip platinos tinklelis arba varis, alkoholiai oksiduojami stipriais oksidatoriais, kalio bichromatu arba kalio permanganatu, iki aldehidų.
Esterifikacijos reakcija
Viena iš svarbiausių deguonies turinčių organinių medžiagų: alkoholių ir rūgščių cheminių savybių yra reakcija, dėl kurios susidaro esteriai. Jis turi didelę praktinę reikšmę ir yra naudojamas pramonėje ekstrahuojant esterius, naudojamus maisto pramonėje kaip tirpiklius (vaisių esencijų pavidalu). Medicinoje kai kurie esteriai naudojami kaip antispazminiai vaistai, pavyzdžiui, etilo nitritas plečia periferines kraujagysles irizoamilo nitritas apsaugo nuo vainikinių arterijų spazmų. Esterifikavimo reakcijos lygtis yra tokia:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
Jame CH3COOH yra acto rūgštis, o C2H5OH yra alkoholio etanolio cheminė formulė.
Aldehidai
Jei junginyje yra –COH funkcinė grupė, tada jis priklauso aldehidams. Jie pateikiami kaip tolesnio alkoholių oksidacijos produktai, pavyzdžiui, naudojant oksiduojančius agentus, tokius kaip vario oksidas.
Karbonilo komplekso buvimas skruzdžių arba acetaldehido molekulėse lemia jų gebėjimą polimerizuotis ir prijungti kitų cheminių elementų atomus. Kokybinės reakcijos, kuriomis galima įrodyti karbonilo grupės buvimą ir medžiagos priklausymą aldehidams, yra sidabro veidrodžio reakcija ir sąveika su vario hidroksidu kaitinant:
Acetaldehidas, kuris pramonėje naudojamas acto rūgščiai gaminti, sulaukė didžiausio naudojimo – didelio tonažo organinės sintezės produktas.
Deguonies turinčių organinių junginių – karboksirūgščių savybės
Karboksilo grupės – vienos ar daugiau – buvimas yra karboksilo rūgščių požymis. Dėl funkcinės grupės struktūros rūgščių tirpaluose gali susidaryti dimerai. Jie yra sujungti vandeniliniais ryšiais. Junginiai disocijuoja į vandenilio katijonus ir rūgšties liekanų anijonus ir yra silpni elektrolitai. Išimtis yra pirmasis ribojimo serijos atstovasmonobazinės rūgštys – skruzdžių rūgštis arba metanas, kuris yra antros rūšies vidutinio stiprumo laidininkas. Tik paprastų sigma ryšių buvimas molekulėse rodo ribą, tačiau jei medžiagų sudėtyje yra dvigubų pi jungčių, tai yra nesočiosios medžiagos. Pirmajai grupei priklauso tokios rūgštys kaip metanas, actas, sviestas. Antrąjį sudaro junginiai, kurie yra skystų riebalų dalis - aliejai, pavyzdžiui, oleino rūgštis. Deguonies turinčių junginių cheminės savybės: organinės ir neorganinės rūgštys iš esmės panašios. Taigi jie gali sąveikauti su aktyviais metalais, jų oksidais, su šarmais, taip pat su alkoholiais. Pavyzdžiui, acto rūgštis reaguoja su natriu, oksidu ir kaustine soda, sudarydama druską – natrio acetatą:
NaOH + CH3COOH→ NaCH3COO + H2O
Ypatingą vietą užima aukštesniųjų karboksilo deguonies turinčių rūgščių junginiai: stearino ir palmitino, su trihidrocitu sočiuoju alkoholiu – glicerinu. Jie priklauso esteriams ir vadinami riebalais. Tos pačios rūgštys yra natrio ir kalio druskų dalis, kaip rūgštus likutis, sudarydamas muilą.
Riebalai ir muilai
Riebalai yra svarbūs organiniai junginiai, kurie plačiai paplitę laukinėje gamtoje ir atlieka pagrindinį vaidmenį kaip daugiausiai energijos sunaudojanti medžiaga. Jie nėra atskiras junginys, o nevienalyčių gliceridų mišinys. Tai ribojančio polihidrolio alkoholio – glicerino junginiai, kuriuose, kaip ir metanolyje bei fenolyje, yra hidroksilo funkcinių grupių. Riebalai gali būti hidrolizuotikaitinimas vandeniu, esant katalizatoriams: šarmams, rūgštims, cinko oksidams, magniui. Reakcijos produktai bus glicerolis ir įvairios karboksirūgštys, toliau naudojamos muilo gamybai. Kad šiame procese nebūtų naudojami brangūs natūralūs valgomieji riebalai, reikalingos karboksirūgštys gaunamos oksiduojant parafiną.
Fenoliai
Sugalvodami deguonies turinčių junginių klases, sutelkime dėmesį į fenolius. Jie vaizduojami fenilo radikalu -C6H5, sujungtu su viena ar daugiau funkcinių hidroksilo grupių. Paprasčiausias šios klasės atstovas yra karbolio rūgštis arba fenolis. Kaip labai silpna rūgštis gali sąveikauti su šarmais ir aktyviais metalais – natriu, kaliu. Medžiaga, turinti ryškias baktericidines savybes – fenolis naudojamas medicinoje, taip pat dažų ir fenolio-formaldehido dervų gamyboje.
Straipsnyje mes ištyrėme pagrindines deguonies turinčių junginių klases, taip pat atsižvelgėme į jų chemines savybes.
