Химиялық заттардың басым көпшілігіне кіретін ең көп таралған химиялық элементтердің бірі - оттегі. Бейорганикалық және органикалық химия курсында оксидтер, қышқылдар, негіздер, спирттер, фенолдар және басқа да оттегі бар қосылыстар зерттеледі. Біздің мақалада біз қасиеттерді зерттейміз, сондай-ақ олардың өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және медицинада қолданылуына мысалдар келтіреміз.
Оксидтер
Құрылымы бойынша ең қарапайымдары металдар мен бейметалдардың оттегімен екілік қосылыстары. Оксидтердің жіктелуіне келесі топтар кіреді: қышқылдық, негіздік, амфотерлік және инферентті. Барлық осы заттардың бөлінуінің негізгі критерийі қай элементтің оттегімен қосылуы болып табылады. Егер бұл металл болса, онда олар негізгі болып табылады. Мысалы: CuO, MgO, Na2O – мыс, магний, натрий оксидтері. Олардың негізгі химиялық қасиеті қышқылдармен әрекеттесу. Сонымен, мыс оксиді хлорид қышқылымен әрекеттеседі:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 кДж.
Бинарлы қосылыстардың молекулаларында металл емес элементтер атомдарының болуы олардың қышқыл оксидтерге жататынын көрсетеді, мысалы, сутегі оксиді H2O, көмірқышқыл газы CO 2, фосфор пентоксиді P2O5. Мұндай заттардың сілтілермен әрекеттесу қабілеті олардың негізгі химиялық сипаттамасы болып табылады.
Реакция нәтижесінде екі түрдегі тұздар түзілуі мүмкін: қышқыл немесе орташа. Бұл қанша моль сілтінің әрекеттесетініне байланысты болады:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Мырыш немесе алюминий сияқты химиялық элементтерді қамтитын оттегі бар қосылыстардың басқа тобы амфотерлі оксидтер деп аталады. Олардың қасиеттерінде қышқылдармен де, сілтілермен де химиялық әрекеттесу үрдісі бар. Қышқыл оксидтерінің сумен әрекеттесу өнімдері қышқылдар болып табылады. Мысалы, күкірт ангидриді мен су әрекеттескенде сульфат қышқылы түзіледі. Қышқылдар – құрамында оттегі бар қосылыстардың ең маңызды сыныптарының бірі.
Қышқылдар және олардың қасиеттері
Қышқыл қалдықтарының күрделі иондарымен байланысқан сутегі атомдарынан тұратын қосылыстар қышқылдар болып табылады. Шартты түрде оларды бейорганикалық, мысалы, көмір қышқылы, сульфат, нитрат, органикалық қосылыстар деп бөлуге болады. Соңғыларына сірке қышқылы, құмырсқа, олеин қышқылдары жатады. Заттардың екі тобының да қасиеттері ұқсас. Сонымен, олар негіздермен бейтараптандыру реакциясына түседі, тұздармен әрекеттеседі жәненегіздік оксидтер. Сулы ерітінділердегі оттегі бар қышқылдардың барлығы дерлік екінші текті өткізгіштер бола отырып, иондарға диссоциацияланады. Көрсеткіштер арқылы сутегі иондарының шамадан тыс болуына байланысты олардың ортасының қышқылдық сипатын анықтауға болады. Мысалы, күлгін лакмус қышқыл ерітіндісіне қосылғанда қызыл түске боялады. Органикалық қосылыстардың типтік өкілі - құрамында карбоксил тобы бар сірке қышқылы. Оның құрамына заттың қышқылдық қасиетін анықтайтын сутегі атомы кіреді. Бұл 17 °C төмен температурада кристалданатын ерекше өткір иісі бар түссіз сұйықтық. CH3COOH, басқа оттегі бар қышқылдар сияқты, кез келген пропорцияда суда жақсы ериді. Оның 3 - 5% ерітіндісі күнделікті өмірде сірке суы деген атпен белгілі, ол тағам дайындауда дәмдеуіш ретінде қолданылады. Бұл зат сонымен қатар ацетатты жібек, бояғыштар, пластмассалар және кейбір дәрі-дәрмектер өндірісінде қолданыла бастады.
Құрамында оттегі бар органикалық қосылыстар
Химияда құрамында көміртегі мен сутектен басқа оттегі бөлшектері бар заттардың үлкен тобын ажыратуға болады. Бұл карбон қышқылдары, күрделі эфирлер, альдегидтер, спирттер және фенолдар. Олардың барлық химиялық қасиеттері молекулалардағы арнайы комплекстердің – функционалдық топтардың болуымен анықталады. Мысалы, құрамында атомдар арасындағы шектеуші байланыстар ғана бар спирттің жалпы химиялық формуласы ROH, мұндағы R көмірсутек радикалы. Бұл қосылыстар әдетте алкандардың туындылары ретінде қарастырылады, оларда бірсутегі атомы гидроксо тобымен ауыстырылады.
Спирттердің физикалық және химиялық қасиеттері
Спирттердің жиынтық күйі сұйық немесе қатты қосылыстар болып табылады. Спирттер арасында газ тәріздес заттар жоқ, оны әлсіз сутектік байланыстармен байланысқан бірнеше молекулалардан тұратын ассоциациялардың – топтардың түзілуімен түсіндіруге болады. Бұл факт сонымен қатар төменгі спирттердің суда жақсы ерігіштігін анықтайды. Бірақ сулы ерітінділерде құрамында оттегі бар органикалық заттар – спирттер иондарға ыдырамайды, индикаторлардың түсін өзгертпейді, яғни бейтарап реакцияға ие болады. Функционалдық топтың сутегі атомы басқа бөлшектермен әлсіз байланысқан, сондықтан химиялық әрекеттесу кезінде ол молекуладан шығуға қабілетті. Бос валенттіліктің сол орнында ол басқа атомдармен, мысалы, белсенді металдармен немесе сілтілермен реакцияларда – металл атомдарымен ауыстырылады. Платина торы немесе мыс сияқты катализаторлардың қатысуымен спирттер күшті тотықтырғыштармен, калий бихроматымен немесе калий перманганатымен альдегидтерге дейін тотығады.
Этерификация реакциясы
Құрамында оттегі бар органикалық заттардың: спирттер мен қышқылдардың маңызды химиялық қасиеттерінің бірі күрделі эфирлердің түзілуіне әкелетін реакция болып табылады. Оның практикалық маңызы зор және өнеркәсіпте тамақ өнеркәсібінде еріткіш ретінде қолданылатын күрделі эфирлерді алу үшін қолданылады (жеміс эссенциялары түрінде). Медицинада күрделі эфирлердің бір бөлігі спазмолитиктер ретінде қолданылады, мысалы, этилнитрит перифериялық қан тамырларын кеңейтеді жәнеизоамилнитрит - коронарлық артериялардың спазмаларынан қорғаушы. Этерификация реакциясының теңдеуі келесідей:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
Онда CH3COOH сірке қышқылы, ал C2H5OH алкоголь этанолының химиялық формуласы болып табылады.
Альдегидтер
Егер қосылыс құрамында –COH функционалдық тобы болса, онда ол альдегидтерге жатады. Олар спирттердің, мысалы, мыс оксиді сияқты тотықтырғыштармен тотығуының өнімдері ретінде ұсынылған.
Құмырсқа немесе сірке альдегидінің молекулаларында карбонил кешенінің болуы олардың басқа химиялық элементтердің атомдарын полимерлеу және бекіту қабілетін анықтайды. Карбонил тобының болуын және заттың альдегидтерге жататынын дәлелдеуге болатын сапалық реакциялар күміс айна реакциясы және қыздырғанда мыс гидроксидімен әрекеттесу:
Өнеркәсіпте сірке қышқылын өндіру үшін қолданылатын сірке альдегидінің ең көп қолданылуы – органикалық синтездің үлкен тонналық өнімі.
Құрамында оттегі бар органикалық қосылыстардың қасиеттері - карбон қышқылдары
Карбоксил тобының болуы – бір немесе бірнеше – карбон қышқылдарына тән белгі. Функционалдық топтың құрылымына байланысты қышқыл ерітінділерінде димерлер түзілуі мүмкін. Олар бір-бірімен сутектік байланыстар арқылы байланысқан. Қосылыстар сутегі катиондарына және қышқыл қалдығы аниондарына диссоциацияланады және әлсіз электролиттер болып табылады. Ерекшелік - шектеулер қатарының бірінші өкілімононегізді қышқылдар – құмырсқа немесе метан, ол орташа беріктіктің екінші түрінің өткізгіші болып табылады. Молекулаларда тек қарапайым сигмалық байланыстардың болуы шекті көрсетеді, бірақ заттардың құрамында қос пи байланысы болса, бұл қанықпаған заттар. Бірінші топқа метан, сірке, май сияқты қышқылдар жатады. Екіншісі сұйық майлардың құрамына кіретін қосылыстармен ұсынылған - майлар, мысалы, олеин қышқылы. Құрамында оттегі бар қосылыстардың химиялық қасиеттері: органикалық және бейорганикалық қышқылдар негізінен ұқсас. Сонымен, олар белсенді металдармен, олардың оксидтерімен, сілтілермен, сонымен қатар спирттермен әрекеттесе алады. Мысалы, сірке қышқылы натриймен, оксидпен және күйдіргіш содамен әрекеттесіп, тұз – натрий ацетатын түзеді:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Құрамында жоғары карбонды оттегі бар қышқылдардың қосылыстары ерекше орын алады: стеарин және пальмитин, үш атомды қаныққан спирт - глицерин. Олар күрделі эфирлерге жатады және майлар деп аталады. Дәл осындай қышқылдар натрий және калий тұздарының құрамында қышқыл қалдық ретінде сабын түзеді.
Майлар мен сабындар
Жабайы табиғатта кеңінен таралған және энергияны көп қажет ететін зат ретінде жетекші рөл атқаратын маңызды органикалық қосылыстар - майлар. Олар жеке қосылыс емес, гетерогенді глицеридтердің қоспасы. Бұл шектейтін көп атомды спирттің қосылыстары – глицерин, метанол және фенол сияқты құрамында гидроксил функционалды топтары бар. Майлар гидролизденуі мүмкінкатализаторлардың: сілтілердің, қышқылдардың, мырыш оксидтерінің, магнийдің қатысуымен сумен қыздыру. Реакция өнімдері глицерин және әртүрлі карбон қышқылдары болады, әрі қарай сабын өндіру үшін қолданылады. Бұл процесте қымбат табиғи тағамдық майларды қолданбау үшін парафинді тотықтыру арқылы қажетті карбон қышқылдары алынады.
Фенолдар
Құрамында оттегі бар қосылыстардың сыныптары туралы айта отырып, фенолдарға тоқталайық. Олар бір немесе бірнеше функционалды гидроксил топтарымен байланысқан -C6H5 фенил радикалымен ұсынылған. Бұл класстың ең қарапайым өкілі - карбол қышқылы немесе фенол. Өте әлсіз қышқыл ретінде ол сілтілермен және белсенді металдармен - натриймен, калиймен әрекеттесе алады. Айқын бактерицидтік қасиеті бар зат – фенол медицинада, сонымен қатар бояғыштар мен фенолформальдегидті шайырлар өндірісінде қолданылады.
Біздің мақалада біз құрамында оттегі бар қосылыстардың негізгі кластарын зерттедік, сонымен қатар олардың химиялық қасиеттерін қарастырдық.
