Uno de los elementos químicos más comunes incluidos en la gran mayoría de los productos químicos es el oxígeno. Los óxidos, ácidos, bases, alcoholes, fenoles y otros compuestos que contienen oxígeno se estudian en el curso de química inorgánica y orgánica. En nuestro artículo, estudiaremos las propiedades y daremos ejemplos de su aplicación en la industria, la agricultura y la medicina.
Óxidos
Los más simples en estructura son los compuestos binarios de metales y no metales con oxígeno. La clasificación de los óxidos incluye los siguientes grupos: ácidos, básicos, anfóteros e indiferentes. El criterio principal para la división de todas estas sustancias es qué elemento se combina con el oxígeno. Si es de metal, entonces son básicos. Por ejemplo: CuO, MgO, Na2O - óxidos de cobre, magnesio, sodio. Su principal propiedad química es la reacción con ácidos. Entonces, el óxido de cobre reacciona con el ácido clorhídrico:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63,3 kJ.
La presencia de átomos de elementos no metálicos en las moléculas de compuestos binarios indica su pertenencia a óxidos ácidos, por ejemplo, óxido de hidrógeno H2O, dióxido de carbono CO 2, pentóxido de fósforo P2O5. La capacidad de estas sustancias para reaccionar con los álcalis es su principal característica química.
Como resultado de la reacción se pueden formar sales de dos tipos: ácidas o medias. Esto dependerá de cuantos moles de álcali reaccionen:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
Otro grupo de compuestos que contienen oxígeno, que incluyen elementos químicos como el zinc o el aluminio, se denominan óxidos anfóteros. En sus propiedades, existe una tendencia a la interacción química tanto con ácidos como con álcalis. Los productos de la interacción de los óxidos ácidos con el agua son ácidos. Por ejemplo, en la reacción de anhídrido sulfúrico y agua, se forma ácido sulfato. Los ácidos son una de las clases más importantes de compuestos que contienen oxígeno.
Ácidos y sus propiedades
Los compuestos que consisten en átomos de hidrógeno asociados con iones complejos de residuos ácidos son ácidos. Convencionalmente, se pueden dividir en inorgánicos, por ejemplo, ácido carbónico, sulfato, nitrato y compuestos orgánicos. Estos últimos incluyen ácido acético, fórmico, ácidos oleicos. Ambos grupos de sustancias tienen propiedades similares. Entonces, entran en una reacción de neutralización con bases, reaccionan con sales yóxidos básicos. Casi todos los ácidos que contienen oxígeno en soluciones acuosas se disocian en iones, siendo conductores del segundo tipo. Es posible determinar la naturaleza ácida de su entorno, debido a la presencia excesiva de iones de hidrógeno, utilizando indicadores. Por ejemplo, el tornasol morado se vuelve rojo cuando se agrega a una solución ácida. Un representante típico de los compuestos orgánicos es el ácido acético que contiene un grupo carboxilo. Incluye un átomo de hidrógeno, que determina las propiedades ácidas de la sustancia. Es un líquido incoloro con un olor acre específico, que cristaliza a temperaturas inferiores a 17 °C. El CH3COOH, al igual que otros ácidos que contienen oxígeno, es perfectamente soluble en agua en cualquier proporción. Su solución al 3 - 5% se conoce en la vida cotidiana con el nombre de vinagre, que se utiliza en la cocina como condimento. La sustancia también ha encontrado su uso en la producción de acetato de seda, tintes, plásticos y algunos medicamentos.
Compuestos orgánicos que contienen oxígeno
En química, se puede distinguir un gran grupo de sustancias que contienen, además de carbono e hidrógeno, también partículas de oxígeno. Estos son ácidos carboxílicos, ésteres, aldehídos, alcoholes y fenoles. Todas sus propiedades químicas están determinadas por la presencia en las moléculas de complejos especiales: grupos funcionales. Por ejemplo, la fórmula química general de un alcohol que contiene solo enlaces limitantes entre átomos es ROH, donde R es un radical hidrocarbonado. Estos compuestos suelen considerarse derivados de los alcanos, en los que unoel átomo de hidrógeno se reemplaza por un grupo hidroxo.
Propiedades físicas y químicas de los alcoholes
El estado agregado de los alcoholes son líquidos o compuestos sólidos. No hay sustancias gaseosas entre los alcoholes, lo que puede explicarse por la formación de asociados, grupos que consisten en varias moléculas conectadas por enlaces de hidrógeno débiles. Este hecho también determina la buena solubilidad de los alcoholes inferiores en agua. Sin embargo, en soluciones acuosas, las sustancias orgánicas que contienen oxígeno, los alcoholes, no se disocian en iones, no cambian el color de los indicadores, es decir, tienen una reacción neutra. El átomo de hidrógeno del grupo funcional está débilmente unido a otras partículas, por lo tanto, en las interacciones químicas, puede salir de la molécula. En el mismo lugar de valencia libre, se reemplaza por otros átomos, por ejemplo, en reacciones con metales activos o con álcalis, por átomos metálicos. En presencia de catalizadores como malla de platino o cobre, los alcoholes son oxidados por agentes oxidantes vigorosos, bicromato de potasio o permanganato de potasio, a aldehídos.
Reacción de esterificación
Una de las propiedades químicas más importantes de las sustancias orgánicas que contienen oxígeno: alcoholes y ácidos es una reacción que conduce a la producción de ésteres. Tiene una gran importancia práctica y se utiliza en la industria para la extracción de ésteres utilizados como disolventes en la industria alimentaria (en forma de esencias de frutas). En medicina, algunos de los ésteres se utilizan como antiespasmódicos, por ejemplo, el nitrito de etilo dilata los vasos sanguíneos periféricos yEl nitrito de isoamilo es un protector de los espasmos de las arterias coronarias. La ecuación de la reacción de esterificación es la siguiente:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
En él, CH3COOH es ácido acético, y C2H5OH es la fórmula química del alcohol etanol.
Aldehídos
Si un compuesto contiene un grupo funcional –COH, entonces pertenece a los aldehídos. Se presentan como productos de oxidación posterior de alcoholes, por ejemplo, con agentes oxidantes como el óxido de cobre.
La presencia de un complejo de carbonilo en las moléculas de fórmico o acetaldehído determina su capacidad para polimerizar y unir átomos de otros elementos químicos. Las reacciones cualitativas que se pueden usar para probar la presencia de un grupo carbonilo y la pertenencia de una sustancia a los aldehídos son la reacción del espejo de plata y la interacción con el hidróxido de cobre cuando se calienta:
El acetaldehído, que se utiliza en la industria para producir ácido acético, ha recibido el mayor uso: un producto de gran tonelaje de síntesis orgánica.
Propiedades de los compuestos orgánicos que contienen oxígeno - ácidos carboxílicos
La presencia de un grupo carboxilo, uno o más, es un sello distintivo de los ácidos carboxílicos. Debido a la estructura del grupo funcional, los dímeros pueden formarse en soluciones ácidas. Están unidos entre sí por enlaces de hidrógeno. Los compuestos se disocian en cationes de hidrógeno y aniones de residuos ácidos y son electrolitos débiles. Una excepción es el primer representante de una serie de límitesácidos monobásicos: fórmico o metano, que es un conductor del segundo tipo de resistencia media. La presencia de enlaces sigma simples en las moléculas indica el límite, pero si las sustancias tienen enlaces pi dobles en su composición, estas son sustancias insaturadas. El primer grupo incluye ácidos como el metano, el acético, el butírico. El segundo está representado por compuestos que forman parte de las grasas líquidas: aceites, por ejemplo, ácido oleico. Las propiedades químicas de los compuestos que contienen oxígeno: los ácidos orgánicos e inorgánicos son muy similares. Por lo tanto, pueden interactuar con metales activos, sus óxidos, con álcalis y también con alcoholes. Por ejemplo, el ácido acético reacciona con el sodio, el óxido y la sosa cáustica para formar una sal: acetato de sodio:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
Un lugar especial lo ocupan los compuestos de ácidos carboxílicos superiores que contienen oxígeno: esteárico y palmítico, con un alcohol trihídrico saturado: la glicerina. Pertenecen a los ésteres y se denominan grasas. Los mismos ácidos forman parte de las sales de sodio y potasio como residuo ácido, formando jabones.
Grasas y jabones
Los compuestos orgánicos importantes que están ampliamente distribuidos en la vida silvestre y desempeñan un papel principal como la sustancia que consume más energía son las grasas. No son un compuesto individual, sino una mezcla de glicéridos heterogéneos. Estos son compuestos del alcohol polihídrico limitante: la glicerina, que, como el metanol y el fenol, contiene grupos funcionales hidroxilo. Las grasas se pueden hidrolizarcalentamiento con agua en presencia de catalizadores: álcalis, ácidos, óxidos de zinc, magnesio. Los productos de la reacción serán glicerol y varios ácidos carboxílicos, que luego se utilizarán para la producción de jabón. Para no utilizar costosas grasas comestibles naturales en este proceso, los ácidos carboxílicos necesarios se obtienen oxidando la parafina.
Fenoles
En cuanto a las clases de compuestos que contienen oxígeno, centrémonos en los fenoles. Están representados por el radical fenilo -C6H5, conectado a uno o más grupos hidroxilo funcionales. El representante más simple de esta clase es el ácido fénico o fenol. Como un ácido muy débil, puede interactuar con álcalis y metales activos: sodio, potasio. Una sustancia con propiedades bactericidas pronunciadas: el fenol se usa en medicina, así como en la producción de tintes y resinas de fenol-formaldehído.
En nuestro artículo, estudiamos las principales clases de compuestos que contienen oxígeno y también consideramos sus propiedades químicas.
