Jedním z nejběžnějších chemických prvků obsažených v naprosté většině chemikálií je kyslík. Oxidy, kyseliny, zásady, alkoholy, fenoly a další sloučeniny obsahující kyslík jsou studovány v rámci anorganické a organické chemie. V našem článku budeme studovat vlastnosti a uvedeme příklady jejich použití v průmyslu, zemědělství a medicíně.
Oxidy
Strukturou nejjednodušší jsou binární sloučeniny kovů a nekovů s kyslíkem. Klasifikace oxidů zahrnuje tyto skupiny: kyselé, zásadité, amfoterní a indiferentní. Hlavním kritériem pro rozdělení všech těchto látek je, který prvek se spojuje s kyslíkem. Pokud je kovový, pak jsou základní. Například: CuO, MgO, Na2O - oxidy mědi, hořčíku, sodíku. Jejich hlavní chemickou vlastností je reakce s kyselinami. Takže oxid měďnatý reaguje s kyselinou chloridovou:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
Přítomnost atomů nekovových prvků v molekulách binárních sloučenin naznačuje jejich příslušnost ke kyselým oxidům, např. oxid vodíku H2O, oxid uhličitý CO 2, oxid fosforečný P2O5. Schopnost těchto látek reagovat s alkáliemi je jejich hlavní chemická charakteristika.
Výsledkem reakce mohou být soli dvou typů: kyselé nebo střední. To bude záviset na tom, kolik molů alkálie reaguje:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Další skupina sloučenin obsahujících kyslík, které zahrnují chemické prvky jako zinek nebo hliník, se označují jako amfoterní oxidy. V jejich vlastnostech je tendence k chemické interakci s kyselinami i zásadami. Produkty interakce oxidů kyselin s vodou jsou kyseliny. Například při reakci anhydridu kyseliny sírové a vody vzniká síranová kyselina. Kyseliny jsou jednou z nejdůležitějších tříd sloučenin obsahujících kyslík.
Kyseliny a jejich vlastnosti
Sloučeniny obsahující atomy vodíku spojené s komplexními ionty zbytků kyselin jsou kyseliny. Obvykle je lze rozdělit na anorganické, například kyselinu uhličitou, síran, dusičnan a organické sloučeniny. Posledně jmenované zahrnují kyselinu octovou, mravenčí a olejovou. Obě skupiny látek mají podobné vlastnosti. Takže vstupují do neutralizační reakce s bázemi, reagují se solemi azásadité oxidy. Téměř všechny kyseliny obsahující kyslík ve vodných roztocích disociují na ionty, které jsou vodiči druhého druhu. Pomocí indikátorů je možné určit kyselou povahu jejich prostředí v důsledku nadměrné přítomnosti vodíkových iontů. Například fialový lakmus zčervená, když se přidá do roztoku kyseliny. Typickým představitelem organických sloučenin je kyselina octová obsahující karboxylovou skupinu. Zahrnuje atom vodíku, který určuje kyselé vlastnosti látky. Je to bezbarvá kapalina se specifickým štiplavým zápachem, krystalizující při teplotách pod 17 °C. CH3COOH, stejně jako jiné kyseliny obsahující kyslík, je dokonale rozpustný ve vodě v jakémkoli poměru. Jeho 3 - 5% roztok je v každodenním životě znám pod názvem ocet, který se používá při vaření jako koření. Látka také našla své využití při výrobě acetátového hedvábí, barviv, plastů a některých léků.
Organické sloučeniny obsahující kyslík
V chemii lze rozlišit velkou skupinu látek obsahujících kromě uhlíku a vodíku také částice kyslíku. Jsou to karboxylové kyseliny, estery, aldehydy, alkoholy a fenoly. Všechny jejich chemické vlastnosti jsou dány přítomností v molekulách speciálních komplexů - funkčních skupin. Například obecný chemický vzorec alkoholu obsahujícího pouze omezující vazby mezi atomy je ROH, kde R je uhlovodíkový radikál. Tyto sloučeniny jsou obvykle považovány za deriváty alkanů, ve kterých jedenatom vodíku je nahrazen hydroxoskupinou.
Fyzikální a chemické vlastnosti alkoholů
Agregátní skupenství alkoholů jsou kapalné nebo pevné sloučeniny. Mezi alkoholy nejsou žádné plynné látky, což lze vysvětlit tvorbou asociátů - skupin skládajících se z několika molekul spojených slabými vodíkovými vazbami. Tato skutečnost také určuje dobrou rozpustnost nižších alkoholů ve vodě. Ve vodných roztocích se však organické látky obsahující kyslík - alkoholy, nedisociují na ionty, nemění barvu indikátorů, to znamená, že mají neutrální reakci. Atom vodíku funkční skupiny je slabě vázán na jiné částice, proto je při chemických interakcích schopen molekulu opustit. Na stejném místě volné valence je nahrazen jinými atomy, například při reakcích s aktivními kovy nebo s alkáliemi - atomy kovů. V přítomnosti katalyzátorů, jako je platinové pletivo nebo měď, jsou alkoholy oxidovány silnými oxidačními činidly, dvojchromanem draselným nebo manganistanem draselným, na aldehydy.
Esterifikační reakce
Jednou z nejdůležitějších chemických vlastností organických látek obsahujících kyslík: alkoholů a kyselin je reakce vedoucí k produkci esterů. Má velký praktický význam a v průmyslu se používá k extrakci esterů používaných jako rozpouštědla v potravinářském průmyslu (ve formě ovocných esencí). V lékařství se některé z esterů používají jako spazmolytika, např. ethylnitrit rozšiřuje periferní cévy aisoamylnitrit je ochráncem křečí koronárních tepen. Rovnice esterifikační reakce je následující:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
V něm CH3COOH je kyselina octová a C2H5OH je chemický vzorec alkoholu ethanolu.
Aldehydy
Pokud sloučenina obsahuje funkční skupinu –COH, pak patří k aldehydům. Jsou prezentovány jako produkty další oxidace alkoholů, například oxidačními činidly, jako je oxid mědi.
Přítomnost karbonylového komplexu v molekulách mravenčího nebo acetaldehydu určuje jejich schopnost polymerovat a vázat atomy jiných chemických prvků. Kvalitativní reakce, které lze použít k prokázání přítomnosti karbonylové skupiny a příslušnosti látky k aldehydům, jsou reakce stříbrného zrcadla a interakce s hydroxidem měďnatým při zahřátí:
Acetaldehyd, který se v průmyslu používá k výrobě kyseliny octové, získal největší využití – velký tonážní produkt organické syntézy.
Vlastnosti organických sloučenin obsahujících kyslík – karboxylové kyseliny
Přítomnost karboxylové skupiny – jedné nebo více – je charakteristickým znakem karboxylových kyselin. Díky struktuře funkční skupiny se mohou v kyselých roztocích tvořit dimery. Jsou spolu spojeny vodíkovými můstky. Sloučeniny disociují na vodíkové kationty a anionty zbytků kyselin a jsou slabými elektrolyty. Výjimkou je první zástupce z řady limitujícíchjednosytné kyseliny - mravenčí, neboli metan, který je vodičem druhého druhu střední pevnosti. Přítomnost pouze jednoduchých sigma vazeb v molekulách ukazuje na limit, ale pokud mají látky ve svém složení dvojné vazby pí, jedná se o látky nenasycené. První skupina zahrnuje takové kyseliny, jako je metan, octová, máselná. Druhou představují sloučeniny, které jsou součástí tekutých tuků - olejů, například kyselina olejová. Chemické vlastnosti sloučenin obsahujících kyslík: organické a anorganické kyseliny jsou do značné míry podobné. Mohou tedy interagovat s aktivními kovy, jejich oxidy, s alkáliemi a také s alkoholy. Například kyselina octová reaguje se sodíkem, oxidem a hydroxidem sodným za vzniku soli – octanu sodného:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Zvláštní místo zaujímají sloučeniny vyšších karboxylových kyselin obsahujících kyslík: stearová a palmitová, s trojmocným nasyceným alkoholem - glycerinem. Patří mezi estery a nazývají se tuky. Stejné kyseliny jsou součástí sodných a draselných solí jako kyselý zbytek tvořící mýdla.
Tuky a mýdla
Důležitými organickými sloučeninami, které jsou široce rozšířeny ve volné přírodě a hrají hlavní roli jako energeticky nejnáročnější látka, jsou tuky. Nejsou samostatnou sloučeninou, ale směsí heterogenních glyceridů. Jde o sloučeniny limitního vícesytného alkoholu – glycerinu, který stejně jako methanol a fenol obsahuje hydroxylové funkční skupiny. Tuky mohou být hydrolyzoványohřev vodou za přítomnosti katalyzátorů: alkálie, kyseliny, oxidy zinku, hořčík. Produkty reakce budou glycerol a různé karboxylové kyseliny, dále používané pro výrobu mýdla. Aby se při tomto procesu nepoužívaly drahé přírodní jedlé tuky, potřebné karboxylové kyseliny se získávají oxidací parafínu.
Fenoly
Když přicházíme s třídami sloučenin obsahujících kyslík, zaměřme se na fenoly. Jsou reprezentovány fenylovým radikálem -C6H5, připojeným k jedné nebo více funkčním hydroxylovým skupinám. Nejjednodušším zástupcem této třídy je kyselina karbolová neboli fenol. Jako velmi slabá kyselina může interagovat s alkáliemi a aktivními kovy – sodíkem, draslíkem. Látka s výraznými baktericidními vlastnostmi - fenol se používá v lékařství, stejně jako při výrobě barviv a fenolformaldehydových pryskyřic.
V našem článku jsme studovali hlavní třídy sloučenin obsahujících kyslík a také jsme zvažovali jejich chemické vlastnosti.
