Carbonsäuren: physikalische Eigenschaften. Salze von Carbonsäuren

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 05:21

Essig hat fast jeder zu Hause. Und die meisten Menschen wissen, dass seine Basis Essigsäure ist. Aber was ist das aus chemischer Sicht? Welche anderen organischen Verbindungen dieser Reihe gibt es und welche Eigenschaften haben sie? Lassen Sie uns versuchen, dieses Problem zu verstehen und die limitierenden einbasigen Carbonsäuren zu untersuchen. Außerdem wird nicht nur Essigsäure im Alltag verwendet, sondern auch einige andere, und die Derivate dieser Säuren sind im Allgemeinen häufige Gäste in jedem Haush alt.

Klasse der Carbonsäuren: allgemeine Eigenschaften

Aus Sicht der Chemiewissenschaft umfasst diese Klasse von Verbindungen sauerstoffh altige Moleküle, die eine spezielle Atomgruppierung aufweisen - eine funktionelle Carboxylgruppe. Es sieht aus wie -COOH. Somit lautet die allgemeine Formel, die alle gesättigten einbasigen Carbonsäuren haben: R-COOH, wobei R ein radikalisches Teilchen ist, das eine beliebige Anzahl von Kohlenstoffatomen enth alten kann.

Danach kann die Definition dieser Verbindungsklasse wie folgt gegeben werden. Carbonsäuren sind organische sauerstoffh altige Moleküle, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen -COOH - Carboxylgruppen enth alten.

Dass diese Stoffe spezifisch zu den Säuren gehören, erklärt sich aus der Beweglichkeit des Wasserstoffatoms im Carboxyl. Die Elektronendichte ist ungleich verteilt, da Sauerstoff in der Gruppe am elektronegativsten ist. Dadurch wird die O-H-Bindung stark polarisiert und das Wasserstoffatom wird extrem anfällig. Es wird leicht abgesp alten und geht chemische Wechselwirkungen ein. Daher ergeben die Säuren in den entsprechenden Indikatoren eine ähnliche Reaktion:

• Phenolphthalein - farblos;
• Lackmus - rot;
• universal - rot;
• methylorange - rot und andere.

Carbonsäuren weisen aufgrund des Wasserstoffatoms oxidierende Eigenschaften auf. Die Anwesenheit anderer Atome ermöglicht es ihnen jedoch, sich zu erholen und an vielen anderen Wechselwirkungen teilzunehmen.

Klassifizierung

Es gibt mehrere Hauptmerkmale, nach denen Carbonsäuren in Gruppen eingeteilt werden. Die erste davon ist die Natur des Radikals. Nach diesem Faktor unterscheiden sie:

• Alicyclische Säuren. Beispiel: Chinarinde.
• Aromatisch. Beispiel: Benzoesäure.
• aliphatisch. Beispiel: Essig, Acryl, Oxal und andere.
• Heterozyklisch. Beispiel: Nikotin.

Wenn wir von Bindungen in einem Molekül sprechen, dann können wir auch zwei Gruppen von Säuren unterscheiden:

• marginal - nur alle Verbindungeneinzeln;
• unbegrenzt - verfügbar doppelt, einzeln oder mehrfach.

Auch die Anzahl der funktionellen Gruppen kann als Anh altspunkt für die Zuordnung dienen. Es werden also folgende Kategorien unterschieden.

1. Single-basic - nur eine -COOH-Gruppe. Beispiel: Ameisensäure, Stearinsäure, Butan, Valeriansäure und andere.
2. zweibasisch - bzw. zwei Gruppen -COOH. Beispiel: Oxalsäure, Malonsäure und andere.
3. Multibasic - Zitrone, Milch und andere.

Weiter in diesem Artikel werden wir nur die limitierenden einbasischen Carbonsäuren der aliphatischen Reihe diskutieren.

Discovery-Verlauf

Die Weinherstellung floriert seit der Antike. Und wie Sie wissen, ist eines seiner Produkte Essigsäure. Daher reicht die Geschichte der Popularität dieser Verbindungsklasse bis in die Zeit von Robert Boyle und Johann Glauber zurück. Allerdings war es lange Zeit nicht möglich, die chemische Natur dieser Moleküle aufzuklären.

Immerhin dominierten lange Zeit die Ansichten der Vitalisten, die die Möglichkeit der Bildung organischer Stoffe ohne Lebewesen leugneten. Aber bereits 1670 gelang es D. Ray, den allerersten Vertreter zu bekommen - Methan oder Ameisensäure. Dazu erhitzte er lebende Ameisen in einem Kolben.

Später zeigte die Arbeit der Wissenschaftler Berzelius und Kolbe die Möglichkeit, diese Verbindungen aus anorganischen Substanzen (durch Destillation von Holzkohle) zu synthetisieren. Das Ergebnis war Essigsäure. So wurden Carbonsäuren (physikalische Eigenschaften, Struktur) untersucht und der Anfang für die Entdeckung aller gemachtandere Vertreter einiger aliphatischer Verbindungen.

Physikalische Eigenschaften

Heute wurden alle ihre Vertreter eingehend untersucht. Für jeden von ihnen finden Sie eine Eigenschaft in jeder Hinsicht, einschließlich der Anwendung in der Industrie und in der Natur. Wir werden uns ansehen, was Carbonsäuren sind, ihre physikalischen Eigenschaften und andere Parameter.

Also gibt es mehrere charakteristische Hauptparameter.

1. Wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kette fünf nicht überschreitet, handelt es sich um scharf riechende, bewegliche und flüchtige Flüssigkeiten. Über fünf - schwere ölige Substanzen, noch mehr - fest, paraffinartig.
2. Die Dichte der ersten beiden Vertreter übersteigt eins. Alles andere ist leichter als Wasser.
3. Siedepunkt: Je größer die Kette, desto höher der Wert. Je verzweigter die Struktur, desto niedriger.
4. Schmelzpunkt: hängt von der Gleichmäßigkeit der Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kette ab. Gerade haben es höher, ungerade haben es niedriger.
5. löst sich sehr gut in Wasser auf.
6. Kann starke Wasserstoffbrückenbindungen bilden.

Solche Merkmale erklären sich aus der Symmetrie der Struktur und damit der Struktur des Kristallgitters, seiner Stärke. Je einfacher und strukturierter die Moleküle sind, desto leistungsstärker sind Carbonsäuren. Aus den physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen lassen sich Einsatzgebiete und Einsatzmöglichkeiten in der Industrie ableiten.

Chemische Eigenschaften

Wie wir oben bereits angedeutet haben, können diese Säuren unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Reaktionen mitihre Beteiligung ist wichtig für die industrielle Synthese vieler Verbindungen. Nennen wir die wichtigsten chemischen Eigenschaften, die eine einbasige Carbonsäure aufweisen kann.

1. Dissoziation: R-COOH=RCOO^- + H⁺.
2. Zeigt saure Eigenschaften, dh es interagiert mit basischen Oxiden sowie deren Hydroxiden. Es interagiert mit einfachen Metallen nach dem Standardschema (also nur mit solchen, die in einer Spannungsreihe vor Wasserstoff stehen).
3. Verhält sich wie eine Base mit stärkeren Säuren (anorganisch).
4. Kann zu primärem Alkohol reduziert werden.
5. Spezielle Reaktion - Veresterung. Dies ist eine Wechselwirkung mit Alkoholen, um ein komplexes Produkt zu bilden - einen Ether.
6. Die Reaktion der Decarboxylierung, also die Entfernung eines Kohlendioxidmoleküls aus einer Verbindung.
7. Kann mit Halogeniden von Elementen wie Phosphor und Schwefel interagieren.

Es ist offensichtlich, wie vielseitig Carbonsäuren sind. Sowohl die physikalischen als auch die chemischen Eigenschaften sind sehr unterschiedlich. Darüber hinaus sollte gesagt werden, dass im Allgemeinen alle organischen Moleküle in Bezug auf die Stärke als Säuren im Vergleich zu ihren anorganischen Gegenstücken eher schwach sind. Ihre Dissoziationskonstanten überschreiten nicht 4, 8.

Erlangungsmethoden

Gesättigte Carbonsäuren können auf mehreren Wegen erh alten werden.

1. Im Labor geschieht dies durch Oxidation:

• Alkohole;
• Aldehyde;
• Alkine;
• Alkylbenzole;
• Zerstörung von Alkenen.

2. Hydrolyse:

• esters;
• Nitrile;
• Amide;
• Trihalogenalkane.

3. Decarboxylierung - Entfernung eines CO-Moleküls ₂.

4. In der Industrie erfolgt die Synthese durch die Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit einer großen Anzahl von Kohlenstoffatomen in der Kette. Der Prozess läuft in mehreren Stufen ab, wobei viele Nebenprodukte freigesetzt werden.

5. Einige einzelne Säuren (Ameisensäure, Essigsäure, Buttersäure, Valeriansäure und andere) werden auf spezielle Weise aus natürlichen Zutaten gewonnen.

Grundverbindungen gesättigter Carbonsäuren: Salze

Salze von Carbonsäuren sind wichtige Verbindungen, die in der Industrie verwendet werden. Sie werden als Ergebnis der Wechselwirkung des letzteren erh alten mit:

• Metalle;
• basische Oxide;
• amphoterische Oxide;
• alkali;
• amphotere Hydroxide.

Von besonderer Bedeutung sind unter ihnen diejenigen, die zwischen den Alkalimetallen Natrium und Kalium und den höchsten gesättigten Säuren - Palmitinsäure, Stearinsäure - gebildet werden. Schließlich sind die Produkte einer solchen Wechselwirkung Seifen, flüssig und fest.

Seifen

Also, wenn wir von einer ähnlichen Reaktion sprechen: 2C₁₇H₃₅-COOH + 2Na=2C ₁₇ H₃₅COONa + H₂, das resultierende Produkt - Natriumstearat - ist von Natur aus die übliche Waschseife, die zum Waschen von Kleidung verwendet wird.

Wenn Sie die Säure durch ersetzenPalmitinsäure, und das Metall zu Kalium, erh alten Sie Kaliumpalmitat - Flüssigseife zum Händewaschen. Daher kann mit Sicherheit festgestellt werden, dass Salze von Carbonsäuren tatsächlich wichtige Verbindungen organischer Natur sind. Ihre industrielle Produktion und Nutzung ist einfach kolossal in ihrem Ausmaß. Wenn Sie sich vorstellen, wie viel Seife jeder Mensch auf der Erde ausgibt, dann können Sie sich diese Waage leicht vorstellen.

Carbonsäureester

Eine spezielle Gruppe von Verbindungen, die ihren Platz in der Klassifizierung organischer Substanzen hat. Dies ist eine Klasse von Estern. Sie entstehen durch die Reaktion von Carbonsäuren mit Alkoholen. Der Name solcher Wechselwirkungen ist Veresterungsreaktionen. Die allgemeine Ansicht kann durch die Gleichung dargestellt werden:

R, -COOH + R"-OH=R, -COOR" + H_{2 O.}

Das Produkt mit zwei Resten ist ein Ester. Als Folge der Reaktion haben sich die Carbonsäure, der Alkohol, der Ester und das Wasser offensichtlich erheblich verändert. Wasserstoff verlässt also das Säuremolekül in Form eines Kations und trifft auf eine vom Alkohol abgesp altene Hydroxogruppe. Das Ergebnis ist ein Wassermolekül. Die von der Säure übriggebliebene Gruppe bindet das Radikal des Alkohols an sich selbst und bildet ein Estermolekül.

Warum sind diese Reaktionen so wichtig und welche industrielle Bedeutung haben ihre Produkte? Die Sache ist, dass Ester verwendet werden wie:

• Lebensmittelzusatzstoffe;
• Aromaten;
• Parfümbestandteil;
• Lösungsmittel;
• Bestandteile von Lacken, Farben, Kunststoffen;
• Drogen und mehr.

Es ist klar, dass ihre Einsatzbereiche breit genug sind, um das Produktionsvolumen in der Branche zu rechtfertigen.

Ethansäure (Essigsäure)

Dies ist eine limitierende einbasige Carbonsäure der aliphatischen Reihe, die in Bezug auf die Produktionsmengen weltweit eine der häufigsten ist. Seine Formel ist CH₃COOH. Diese Prävalenz ist auf ihre Eigenschaften zurückzuführen. Schließlich sind die Einsatzgebiete extrem breit gefächert.

1. Es ist ein Nahrungsergänzungsmittel unter dem Code E-260.
2. Wird in der Lebensmittelindustrie zur Konservierung verwendet.
3. Wird in der Medizin zur Synthese von Arzneimitteln verwendet.
4. Inh altsstoff bei der Herstellung von Duftstoffen.
5. Lösungsmittel.
6. Teilnehmer am Prozess des Bedruckens, Färbens von Stoffen.
7. Eine notwendige Komponente in den Reaktionen der chemischen Synthese vieler Substanzen.

Im Alltag wird seine 80%ige Lösung meist als Essigessenz bezeichnet, und wenn Sie es auf 15% verdünnen, erh alten Sie nur Essig. Reine 100%ige Säure wird als Eisessig bezeichnet.

Ameisensäure

Der allererste und einfachste Vertreter dieser Klasse. Formel - NCOON. Es ist auch ein Lebensmittelzusatzstoff unter dem Code E-236. Ihre natürlichen Quellen:

• Ameisen und Bienen;
• Brennnessel;
• Nadeln;
• Früchte.

Hauptverwendungen:

• zur Konservierung und Aufbereitung von Tierfutter;
• zur Bekämpfung von Parasiten;
• zum Färben von Stoffen, Färben von Details;
• wieLösungsmittel;
• bleichen;
• in der Medizin - zur Desinfektion von Instrumenten und Geräten;
• zur Gewinnung von Kohlenmonoxid im Labor.

Auch in der Chirurgie werden Lösungen dieser Säure als Antiseptika verwendet.