Քիմիական նյութերի ճնշող մեծամասնության մեջ ընդգրկված ամենատարածված քիմիական տարրերից մեկը թթվածինն է: Անօրգանական և օրգանական քիմիայի ընթացքում ուսումնասիրվում են օքսիդներ, թթուներ, հիմքեր, սպիրտներ, ֆենոլներ և թթվածին պարունակող այլ միացություններ։ Մեր հոդվածում կուսումնասիրենք հատկությունները, ինչպես նաև կտանք դրանց կիրառման օրինակներ արդյունաբերության, գյուղատնտեսության և բժշկության մեջ։
Օքսիդներ
Կառուցվածքով ամենապարզը մետաղների և ոչ մետաղների երկուական միացություններն են թթվածնով: Օքսիդների դասակարգումը ներառում է հետևյալ խմբերը՝ թթվային, հիմնային, ամֆոտերային և անտարբեր։ Այս բոլոր նյութերի բաժանման հիմնական չափանիշն այն է, թե որ տարրը միանում է թթվածին: Եթե դա մետաղ է, ապա դրանք հիմնական են։ Օրինակ՝ CuO, MgO, Na2O - պղնձի, մագնեզիումի, նատրիումի օքսիդներ: Նրանց հիմնական քիմիական հատկությունը թթուների հետ ռեակցիան է։ Այսպիսով, պղնձի օքսիդը փոխազդում է քլորաթթվի հետ:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 կՋ։
Ոչ մետաղական տարրերի ատոմների առկայությունը երկուական միացությունների մոլեկուլներում ցույց է տալիս դրանց պատկանելությունը թթվային օքսիդներին, օրինակ՝ ջրածնի օքսիդ H2O, ածխածնի երկօքսիդ CO 2, ֆոսֆորի պենտօքսիդ P2O5: Նման նյութերի ալկալիների հետ փոխազդելու ունակությունը նրանց հիմնական քիմիական հատկանիշն է։
Ռեակցիայի արդյունքում կարող են առաջանալ երկու տեսակի աղեր՝ թթվային կամ միջին։ Սա կախված կլինի նրանից, թե քանի մոլ ալկալի է արձագանքում:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Թթվածին պարունակող միացությունների մեկ այլ խումբ, որոնք ներառում են այնպիսի քիմիական տարրեր, ինչպիսիք են ցինկը կամ ալյումինը, կոչվում են ամֆոտերային օքսիդներ: Նրանց հատկությունների մեջ կա քիմիական փոխազդեցության միտում ինչպես թթուների, այնպես էլ ալկալիների հետ: Թթվային օքսիդների ջրի հետ փոխազդեցության արգասիքները թթուներ են։ Օրինակ՝ ծծմբային անհիդրիդի և ջրի ռեակցիայի ժամանակ առաջանում է սուլֆատաթթու։ Թթուները թթվածին պարունակող միացությունների ամենակարևոր դասերից են։
Թթուները և դրանց հատկությունները
Թթուների մնացորդների բարդ իոնների հետ կապված ջրածնի ատոմներից բաղկացած միացությունները թթուներ են: Պայմանականորեն դրանք կարելի է բաժանել անօրգանական, օրինակ՝ ածխաթթու, սուլֆատ, նիտրատ և օրգանական միացություններ։ Վերջիններս ներառում են քացախաթթու, մածուցիկ, օլեինաթթուներ: Նյութերի երկու խմբերն էլ ունեն նմանատիպ հատկություններ։ Ուրեմն հիմքերով մտնում են չեզոքացման ռեակցիայի, աղերի հետ արձագանքում ևհիմնական օքսիդներ. Ջրային լուծույթներում թթվածին պարունակող գրեթե բոլոր թթուները տարանջատվում են իոնների՝ լինելով երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ։ Հնարավոր է որոշել դրանց միջավայրի թթվային բնույթը՝ ջրածնի իոնների ավելորդ առկայության պատճառով՝ օգտագործելով ցուցիչներ։ Օրինակ, մանուշակագույն լակմուսը դառնում է կարմիր, երբ ավելացվում է թթվային լուծույթին: Օրգանական միացությունների բնորոշ ներկայացուցիչը կարբոքսիլ խումբ պարունակող քացախաթթուն է։ Այն ներառում է ջրածնի ատոմ, որը որոշում է նյութի թթվային հատկությունները։ Այն յուրահատուկ սուր հոտով անգույն հեղուկ է, որը բյուրեղանում է 17 °C-ից ցածր ջերմաստիճանում։ CH3COOH, ինչպես թթվածին պարունակող այլ թթուներ, հիանալի լուծվում է ջրի մեջ ցանկացած համամասնությամբ: Դրա 3-5% լուծույթը առօրյայում հայտնի է քացախի անվան տակ, որն օգտագործվում է խոհարարության մեջ որպես համեմունք։ Նյութը գտել է իր կիրառությունը նաև ացետատ մետաքսի, ներկերի, պլաստմասսաների և որոշ դեղամիջոցների արտադրության մեջ։
Օրգանական միացություններ, որոնք պարունակում են թթվածին
Քիմիայի մեջ կարելի է առանձնացնել նյութերի մեծ խումբ, որոնք բացի ածխածնից և ջրածնից պարունակում են նաև թթվածնի մասնիկներ։ Սրանք կարբոքսիլաթթուներ, եթերներ, ալդեհիդներ, սպիրտներ և ֆենոլներ են: Նրանց բոլոր քիմիական հատկությունները որոշվում են հատուկ կոմպլեքսների՝ ֆունկցիոնալ խմբերի մոլեկուլներում առկայությամբ։ Օրինակ, ատոմների միջև միայն սահմանափակող կապեր պարունակող ալկոհոլի ընդհանուր քիմիական բանաձևը ROH է, որտեղ R-ը ածխաջրածնային ռադիկալ է: Այս միացությունները սովորաբար համարվում են որպես ալկանների ածանցյալներ, որոնցում մեկըջրածնի ատոմը փոխարինվում է հիդրոքսո խմբով։
Սպիրտների ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները
Սպիրտների ագրեգատային վիճակը հեղուկներն են կամ պինդ միացությունները: Սպիրտների մեջ չկան գազային նյութեր, ինչը կարելի է բացատրել ասոցիատների՝ ջրածնային թույլ կապերով միացած մի քանի մոլեկուլներից բաղկացած խմբերի ձևավորմամբ։ Այս փաստը նաև որոշում է ջրի մեջ ցածր սպիրտների լավ լուծելիությունը: Սակայն ջրային լուծույթներում թթվածին պարունակող օրգանական նյութերը՝ սպիրտները, չեն տարանջատվում իոնների, չեն փոխում ցուցիչների գույնը, այսինքն՝ ունեն չեզոք ռեակցիա։ Ֆունկցիոնալ խմբի ջրածնի ատոմը թույլ է կապված այլ մասնիկների հետ, հետևաբար, քիմիական փոխազդեցության դեպքում այն կարողանում է դուրս գալ մոլեկուլից։ Ազատ վալենտության նույն վայրում այն փոխարինվում է այլ ատոմներով, օրինակ՝ ակտիվ մետաղների հետ ռեակցիաներում կամ ալկալիների հետ՝ մետաղի ատոմներով։ Կատալիզատորների առկայության դեպքում, ինչպիսիք են պլատինե ցանցը կամ պղնձը, սպիրտները օքսիդացվում են ուժեղ օքսիդացնող նյութերի, կալիումի բիքրոմատի կամ կալիումի պերմանգանատի միջոցով, վերածվում ալդեհիդների:
:
Էսթերիֆիկացման ռեակցիա
Թթվածին պարունակող օրգանական նյութերի կարևորագույն քիմիական հատկություններից մեկը՝ սպիրտները և թթուները, ռեակցիան է, որը հանգեցնում է եթերների արտադրությանը: Այն ունի մեծ գործնական նշանակություն և օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ սննդի արդյունաբերության մեջ որպես լուծիչներ օգտագործվող եթերների արդյունահանման համար (մրգային էսենցիաների տեսքով)։ Բժշկության մեջ որոշ եթերներ օգտագործվում են որպես հակասպազմոդիկ, օրինակ՝ էթիլ նիտրիտը լայնացնում է ծայրամասային արյան անոթները ևիզոամիլ նիտրիտը պաշտպանում է կորոնար անոթների սպազմերը: Էսթերֆիկացման ռեակցիայի հավասարումը հետևյալն է.
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
Դրա մեջ CH3COOH-ը քացախաթթու է, իսկ C2H5OH Ալկոհոլի էթանոլի քիմիական բանաձևն է։
Ալդեհիդներ
Եթե միացությունը պարունակում է –COH ֆունկցիոնալ խումբ, ապա այն պատկանում է ալդեհիդներին: Դրանք ներկայացված են որպես սպիրտների հետագա օքսիդացման արտադրանք, օրինակ՝ օքսիդացնող նյութերով, ինչպիսին է պղնձի օքսիդը։
Կարբոնիլային համալիրի առկայությունը ֆորմիկական կամ ացետալդեհիդի մոլեկուլներում որոշում է այլ քիմիական տարրերի ատոմները պոլիմերացնելու և կցելու նրանց կարողությունը: Որակական ռեակցիաները, որոնք կարող են օգտագործվել կարբոնիլային խմբի առկայությունը և նյութի պատկանելությունը ալդեհիդներին ապացուցելու համար, արծաթի հայելային ռեակցիան է և պղնձի հիդրօքսիդի հետ փոխազդեցությունը, երբ տաքացվում է.
Ացետալդեհիդը, որն օգտագործվում է արդյունաբերության մեջ՝ քացախաթթու արտադրելու համար, ստացել է ամենամեծ օգտագործումը՝ օրգանական սինթեզի մեծ տոննաժային արտադրանք։
Թթվածին պարունակող օրգանական միացությունների հատկությունները՝ կարբոքսիլաթթուներ
Կարբոքսիլային խմբի առկայությունը՝ մեկ կամ մի քանիսը, կարբոքսիլաթթուների բնորոշ հատկանիշն է: Ֆունկցիոնալ խմբի կառուցվածքի շնորհիվ դիմերները կարող են առաջանալ թթվային լուծույթներում։ Նրանք միմյանց կապված են ջրածնային կապերով։ Միացությունները տարանջատվում են ջրածնի կատիոնների և թթվային մնացորդային անիոնների և թույլ էլեկտրոլիտներ են։ Բացառություն է հանդիսանում սահմանափակումների շարքի առաջին ներկայացուցիչըմիաբազային թթուներ - ֆորմիկ կամ մեթան, որը երկրորդ տեսակի միջին հզորության հաղորդիչ է: Մոլեկուլներում միայն պարզ սիգմա կապերի առկայությունը ցույց է տալիս սահմանը, բայց եթե նյութերն իրենց բաղադրության մեջ ունեն կրկնակի pi կապեր, դրանք չհագեցած նյութեր են: Առաջին խումբը ներառում է այնպիսի թթուներ, ինչպիսիք են մեթանը, քացախը, կարագը: Երկրորդը ներկայացված է հեղուկ ճարպերի մաս կազմող միացություններով՝ յուղեր, օրինակ՝ օլեինաթթու։ Թթվածին պարունակող միացությունների քիմիական հատկությունները` օրգանական և անօրգանական թթուները հիմնականում նման են: Այսպիսով, նրանք կարող են փոխազդել ակտիվ մետաղների, դրանց օքսիդների, ալկալիների, ինչպես նաև սպիրտների հետ։ Օրինակ՝ քացախաթթուն փոխազդում է նատրիումի, օքսիդի և կաուստիկ սոդայի հետ՝ ձևավորելով աղ՝ նատրիումի ացետատ՝
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Առանձնահատուկ տեղ են զբաղեցնում ավելի բարձր կարբոքսիլային թթվածին պարունակող թթուների միացությունները՝ ստեարիկ և պալմիտիկ, եռահիդրիկ հագեցած սպիրտով՝ գլիցերինով։ Նրանք պատկանում են եթերներին և կոչվում են ճարպեր։ Նույն թթուները հանդիսանում են նատրիումի և կալիումի աղերի մի մասը՝ որպես թթվային մնացորդ՝ առաջացնելով օճառներ։
Ճարպեր և օճառներ
Կարևոր օրգանական միացությունները, որոնք լայնորեն տարածված են վայրի բնության մեջ և առաջատար դեր են խաղում որպես ամենաէներգետիկ նյութ, ճարպերն են: Դրանք առանձին միացություն չեն, այլ տարասեռ գլիցերիդների խառնուրդ։ Սրանք սահմանափակող պոլիհիդրիկ սպիրտի՝ գլիցերինի միացություններ են, որոնք, ինչպես մեթանոլը և ֆենոլը, պարունակում են հիդրօքսիլային ֆունկցիոնալ խմբեր։ Ճարպերը կարող են հիդրոլիզացվելտաքացում ջրով կատալիզատորների առկայությամբ՝ ալկալիներ, թթուներ, ցինկի օքսիդներ, մագնեզիում։ Ռեակցիայի արգասիքները կլինեն գլիցերին և տարբեր կարբոքսիլաթթուներ, որոնք հետագայում կօգտագործվեն օճառի արտադրության համար: Այս գործընթացում թանկարժեք բնական ուտելի ճարպեր չօգտագործելու համար անհրաժեշտ կարբոքսիլաթթուները ստանում են պարաֆինի օքսիդացումով։
ֆենոլներ
Գլխավորելով թթվածին պարունակող միացությունների դասերը՝ կենտրոնանանք ֆենոլների վրա։ Դրանք ներկայացված են ֆենիլային ռադիկալով -C6H5՝ կապված մեկ կամ մի քանի ֆունկցիոնալ հիդրօքսիլ խմբերի հետ: Այս դասի ամենապարզ ներկայացուցիչը կարբոլաթթուն կամ ֆենոլն է։ Որպես շատ թույլ թթու՝ այն կարող է փոխազդել ալկալիների և ակտիվ մետաղների՝ նատրիումի, կալիումի հետ։ Արտահայտված մանրէասպան հատկություն ունեցող նյութ՝ ֆենոլը օգտագործվում է բժշկության մեջ, ինչպես նաև ներկանյութերի և ֆենոլ-ֆորմալդեհիդային խեժերի արտադրության մեջ։
Մեր հոդվածում մենք ուսումնասիրել ենք թթվածին պարունակող միացությունների հիմնական դասերը, ինչպես նաև դիտարկել ենք դրանց քիմիական հատկությունները։
