7. Киселини. Сол. Връзка между класове неорганични вещества

7.1. киселини

Киселините са електролити, при дисоциацията на които се образуват само водородни катиони H + като положително заредени йони (по-точно хидрониеви йони H 3 O +).

Друго определение: киселини са сложни вещества, състояща се от водороден атом и киселинни остатъци (Таблица 7.1).

Таблица 7.1

Формули и имена на някои киселини, киселинни остатъци и соли

Киселинна формула	Име на киселината	Киселинен остатък (анион)	Име на солите (средни)
HF	флуороводород (флуороводен)	F-	Флуориди
HCl	хлороводород (солна вода)	Cl-	хлориди
HBr	Бромоводородна	Br-	Бромиди
Здрасти	йодоводна	аз-	йодиди
H 2 S	Водороден сулфид	S2−	Сулфиди
H2SO3	сярна	SO 3 2 -	Сулфити
H2SO4	сярна	SO 4 2 -	сулфати
HNO 2	азотни	НЕ 2 -	нитрити
HNO3	Азот	НЕ 3 -	нитрати
H2SiO3	силиций	SiO 3 2 -	силикати
HPO 3	Метафосфорна	PO 3 -	Метафосфати
H3PO4	ортофосфорна	PO 4 3 -	Ортофосфати (фосфати)
H4P2O7	Пирофосфорна (двуфосфорна)	P 2 O 7 4 -	пирофосфати (дифосфати)
HMnO 4	манган	MnO 4 -	перманганати
H2CrO4	Chrome	CrO 4 2 -	хромати
H2Cr2O7	дихром	Cr 2 O 7 2 -	дихромати (бихромати)
H 2 SeO 4	Селенич	SeO 4 2 −	Селенати
H3BO3	Борная	BO 3 3 -	Ортоборати
HClO	хипохлорен	ClO-	Хипохлорити
HClO 2	хлорид	ClO 2 -	хлорити
HClO 3	хлор	ClO 3 -	хлорати
HClO 4	Хлорна	ClO 4 -	Перхлорати
H2CO3	въглища	CO 3 3 -	Карбонати
CH3COOH	Оцетна	CH 3 COO −	ацетати
HCOOH	Мравчена	HCOO-	Формати

При нормални условия киселините могат да бъдат твърди вещества(H 3 PO 4, H 3 BO 3, H 2 SiO 3) и течности (HNO 3, H 2 SO 4, CH 3 COOH). Тези киселини могат да съществуват както в индивидуална (100% форма), така и под формата на разредени и концентрирани разтвори. Например, както поотделно, така и в разтвори, са известни H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 PO 4 , CH 3 COOH.

Редица киселини са известни само в разтвори. Всички те са халогеноводородна (HCl, HBr, HI), сероводород H 2 S, циановодородна ( циановодородна HCN), въглища H 2 CO 3, сярна H 2 SO 3 киселина, които са разтвори на газове във вода. Например солната киселина е смес от HCl и H 2 O, въглищата са смес от CO 2 и H 2 O. Ясно е, че използването на израза "разтвор на солна киселина" е погрешно.

Повечето киселини са разтворими във вода, силициевата киселина H 2 SiO 3 е неразтворима. По-голямата част от киселините са молекулярна структура. Примери за структурни формули на киселини:

В повечето молекули кислородни киселинивсички водородни атоми са свързани с кислород. Но има изключения:

Киселините се класифицират според редица признаци (Таблица 7.2).

Таблица 7.2

Киселинна класификация

Класификационен знак	Тип киселина	Примери
Броят на водородните йони, образувани по време на пълната дисоциация на киселинна молекула	Едноосновен	HCl, HNO3, CH3COOH
	двуосновен	H2SO4, H2S, H2CO3
	Триосновен	H3PO4, H3AsO4
Наличието или отсъствието на кислороден атом в молекулата	Кислородсъдържащи (киселинни хидроксиди, оксокиселини)	HNO 2 , H 2 SiO 3 , H 2 SO 4
	Аноксичен	HF, H2S, HCN
Степен на дисоциация (сила)	Силни (напълно дисоциирани, силни електролити)	HCl, HBr, HI, H 2 SO 4 (разл.), HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HMnO 4 , H 2 Cr 2 O 7
	Слаби (частично дисоциирани, слаби електролити)	HF, HNO 2 , H 2 SO 3 , HCOOH, CH 3 COOH, H 2 SiO 3 , H 2 S, HCN, H 3 PO 4 , H 3 PO 3 , HClO, HClO 2 , H 2 CO 3 , H 3 BO 3, H 2 SO 4 (конц.)
Оксидиращи свойства	Окислители, дължащи се на Н + йони (условно неокисляващи киселини)	HCl, HBr, HI, HF, H 2 SO 4 (разл.), H 3 PO 4 , CH 3 COOH
	Окислители, дължащи се на аниона (окислителни киселини)	HNO 3, HMnO 4, H 2 SO 4 (конц), H 2 Cr 2 O 7
	Анион редуциращи агенти	HCl, HBr, HI, H 2 S (но не HF)
Термична стабилност	Съществува само в решения	H 2 CO 3 , H 2 SO 3 , HClO, HClO 2
	Лесно се разлага при нагряване	H2SO3, HNO3, H2SiO3
	Термично стабилен	H2SO4 (конц), H3PO4

Всички общи Химични свойствакиселини се дължат на наличието във водните им разтвори на излишък от водородни катиони H + (H 3 O +).

1. Поради излишък от Н+ йони, водните разтвори на киселини променят цвета на виолетовия и метилоранжевия лакмус в червен (фенолфталеинът не променя цвета си, остава безцветен). Във воден разтвор, слаб карбонова киселиналакмусът не е червен, а розов; разтвор върху утайка от много слаба силициева киселина изобщо не променя цвета на индикаторите.

2. Киселините взаимодействат с основни оксиди, основи и амфотерни хидроксиди, амонячен хидрат (виж гл. 6).

Пример 7.1. За да извършите трансформацията BaO → BaSO 4, можете да използвате: а) SO 2; b) H2S04; в) Na2S04; г) SO3.

Решение. Трансформацията може да се извърши с помощта на H 2 SO 4:

BaO + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + H 2 O

BaO + SO 3 = BaSO 4

Na 2 SO 4 не реагира с BaO и при реакцията на BaO с SO 2 се образува бариев сулфит:

BaO + SO 2 = BaSO 3

Отговор: 3).

3. Киселините реагират с амоняка и неговите водни разтвори, за да образуват амониеви соли:

HCl + NH 3 \u003d NH 4 Cl - амониев хлорид;

H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2SO 4 - амониев сулфат.

4. Неокисляващи киселини с образуване на сол и отделяне на водород реагират с метали, разположени в реда на активност до водород:

H 2 SO 4 (разл.) + Fe = FeSO 4 + H 2

2HCl + Zn \u003d ZnCl 2 \u003d H2

Взаимодействието на окисляващите киселини (HNO 3 , H 2 SO 4 (конц)) с металите е много специфично и се разглежда при изследването на химията на елементите и техните съединения.

5. Киселините взаимодействат със солите. Реакцията има редица характеристики:

а) в повечето случаи, когато взаимодействат повече от силна киселинасъс сол на по-слаба киселина се образува сол на слаба киселина и слабата киселина, или както се казва, по-силната киселина измества по-слабата. Поредицата от намаляваща сила на киселините изглежда така:

Примери за текущи реакции:

2HCl + Na 2 CO 3 \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

H 2 CO 3 + Na 2 SiO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓

2CH 3 COOH + K 2 CO 3 \u003d 2CH 3 ГОТВЕТЕ + H 2 O + CO 2

3H 2 SO 4 + 2K 3 PO 4 = 3K 2 SO 4 + 2H 3 PO 4

Не взаимодействат помежду си, например KCl и H 2 SO 4 (разл.), NaNO 3 и H 2 SO 4 (разл.), K 2 SO 4 и HCl (HNO 3, HBr, HI), K 3 PO 4 и H2CO3, CH3COOK и H2CO3;

б) в някои случаи по-слаба киселина измества по-силната от солта:

CuSO 4 + H 2 S \u003d CuS ↓ + H 2 SO 4

3AgNO 3 (razb) + H 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 ↓ + 3HNO 3.

Такива реакции са възможни, когато утайките от получените соли не се разтварят в получените разредени силни киселини (H 2 SO 4 и HNO 3);

в) в случай на образуване на утайки, които са неразтворими в силни киселини, е възможна реакция между силна киселина и сол, образувана от друга силна киселина:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

Пример 7.2. Посочете поредицата, в която са дадени формулите на веществата, които реагират с H 2 SO 4 (разл.).

1) Zn, Al2O3, KCl (p-p); 3) NaNO3 (p-p), Na2S, NaF; 2) Cu(OH)2, K2CO3, Ag; 4) Na2SO3, Mg, Zn (OH) 2.

Решение. Всички вещества от серия 4 взаимодействат с H 2 SO 4 (razb):

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2

Mg + H 2 SO 4 \u003d MgSO 4 + H 2

Zn(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2H 2 O

В ред 1) реакцията с KCl (p-p) не е осъществима, в ред 2) - с Ag, в ред 3) - с NaNO 3 (p-p).

Отговор: 4).

6. Концентрираната сярна киселина се държи много специфично при реакции със соли. Това е нелетлива и термично стабилна киселина, поради което измества всички силни киселини от твърди (!) Соли, тъй като те са по-летливи от H 2 SO 4 (конц):

KCl (tv) + H2SO4 (конц.) KHSO4 + HCl

2KCl (tv) + H 2 SO 4 (конц.) K 2 SO 4 + 2HCl

Солите, образувани от силни киселини (HBr, HI, HCl, HNO 3, HClO 4), реагират само с концентрирана сярна киселина и само в твърдо състояние

Пример 7.3. Концентрираната сярна киселина, за разлика от разредената сярна киселина, реагира:

3) KNO 3 (TV);

Решение. И двете киселини реагират с KF, Na 2 CO 3 и Na 3 PO 4 и само H 2 SO 4 (конц) реагира с KNO 3 (tv).

Отговор: 3).

Методите за получаване на киселини са много разнообразни.

Аноксикови киселиниполучи:

• чрез разтваряне на съответните газове във вода:

HCl (g) + H 2 O (g) → HCl (p-p)

H 2 S (g) + H 2 O (g) → H 2 S (разтвор)

• от соли чрез изместване с по-силни или по-малко летливи киселини:

FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 S

KCl (tv) + H 2 SO 4 (конц.) = KHSO 4 + HCl

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 SO 3

кислородни киселиниполучи:

• прекратяване на съответния киселинни оксидивъв вода, докато степента на окисление на киселинния елемент в оксида и киселината остава същата (с изключение на NO 2):

N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HNO 3

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4

• окисление на неметали с окислителни киселини:

S + 6HNO 3 (конц) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

• чрез изместване на силна киселина от сол на друга силна киселина (ако се образува утайка, която е неразтворима в получените киселини):

Ba (NO 3) 2 + H 2 SO 4 (razb) \u003d BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

• изместване на летлива киселина от нейните соли с по-малко летлива киселина.

За тази цел най-често се използва нелетлива термично стабилна концентрирана сярна киселина:

NaNO 3 (tv) + H 2 SO 4 (конц.) NaHSO 4 + HNO 3

KClO 4 (tv) + H 2 SO 4 (конц.) KHSO 4 + HClO 4

• чрез изместване на по-слаба киселина от нейните соли с по-силна киселина:

Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 3CaSO 4 ↓ + 2H 3 PO 4

NaNO 2 + HCl = NaCl + HNO 2

K 2 SiO 3 + 2HBr = 2KBr + H 2 SiO 3 ↓

винена киселина: общо описаниевещества, местоположение в природата, физически и химични характеристики. Свойства на солите на винената киселина. Производството му...

Винена киселина: структурна формула, свойства, получаване и приложение

От Masterweb

04.12.2018 15:00

Винената киселина принадлежи към класа на карбоксилните киселини. Това вещество получи името си поради факта, че основният източник на неговото производство е гроздовият сок. По време на ферментацията на последния се отделя киселина под формата на слабо разтворима калиева сол. Основната област на приложение на това вещество е производството на продукти от хранителната промишленост.

общо описание

Винената киселина принадлежи към категорията на ацикличните двуосновни хидрокиселини, които съдържат както хидроксилни, така и карбоксилни групи. Такива съединения също се считат за хидроксилни производни на карбоксилни киселини. Това вещество има други имена:

• диоксисукцинова;
• зъбен камък;
• 2,3-дихидроксибутандиова киселина.

Химическата формула на винената киселина е C4H6O6.

Това съединение се характеризира със стереоизометрия, може да съществува в 3 форми. Структурните формули на винените киселини са показани на фигурата по-долу.

Най-стабилна е третата форма (мезовинена киселина). D- и L- киселините са оптически активни, но смес от тези изомери, взети в еквивалентно количество, е оптически неактивна. Такава киселина се нарича още r- или i-винена (рацемична, гроздова). На външен вид това вещество е безцветни кристали или бял прах.

Местоположение сред природата

L-винена (RR-винена) и винена киселини се намират в в големи количествав гроздето, продуктите от неговата преработка, както и в кисели сокове от много плодове. За първи път това съединение е изолирано от зъбен камък - утайка, която попада при производството на вино. Това е смес от калиев тартарат и калций.

Мезовинена киселина не се среща в природата. Може да се получи само с изкуствени средства- при кипене на D- и L-изомери в каустични основи, както и при окисляване на малеинова киселина или фенол.

физически характеристики

Основен физични свойствавинена киселина са:

• Молекулно тегло - 150 a. Яжте.
• Точка на топене: o D- или L-изомер - 170 °C; o гроздова киселина - 260°C; o мезовинена киселина - 140 °C.
• Плътност - 1,66-1,76 g / cm3.
• Разтворимост - 135 g безводно вещество на 100 g вода (при температура 20 ° C).
• Топлината на горене е 1096,7 kJ/(g∙mol).
• Специфичен топлинен капацитет - 1,26 kJ / (mol ∙ ° С).
• Моларен топлинен капацитет - 0,189 kJ / (mol ∙ ° С).

Киселината е силно разтворима във вода, като се наблюдава абсорбция на топлина и понижаване на температурата на разтвора.

Кристализацията от водни разтвори протича в хидратна форма (2С4Н6О6) ∙ Н2О. Кристалите са под формата на ромбични призми. В мезовинената киселина те са призматични или люспести. При нагряване над 73 ° C от алкохол кристализира безводна форма.

Химични свойства

Винената киселина, подобно на другите хидрокси киселини, притежава всички свойства на алкохоли и киселини. Функционалните групи -COOH и -OH могат да реагират с други съединения както независимо, така и взаимно влияниеедин върху друг, което определя химичните характеристики на това вещество:

• електролитна дисоциация. Винената киселина е по-силен електролит от изходния карбоксилни киселини. D- или L-изомерите имат най-висока степен на дисоциация, а мезовинената киселина има най-ниска.
• Образуване на киселинни и средни соли (тартарати). Най-често срещаните от тях са: кисело-тартарат и тартарат калий, тартарат калций.
• Образуване на хелатни комплекси с метали с различна структура. Съставът на тези съединения зависи от киселинността на средата.
• Образование естерипри заместване на –ОН в карбоксилната група.

При нагряване на L-винена киселина до 165 °C в продукта преобладават мезовинена и винена киселина, в диапазона 165-175 °C - винена киселина, над 175 °C - метавинена киселина, която е смолистично вещество с жълтеникав цвят .

Винена киселина при нагряване до 130 ° C в смес с солна киселиначастично преминава в мезовина.

Свойства на солта

Сред характеристиките на солите на винената киселина могат да се разграничат следните:

• Кисела калиева сол KHC4H4O6 (калиев хидрогентартарат, крем от зъбен камък): o слабо разтворим във вода и алкохол; o утаява се при продължително излагане; o има вид на безцветни малки кристали, чиято форма може да бъде ромбична, квадратна, шестоъгълна или правоъгълна; o относителна плътност - 1,973.
• Калциев тартарат CaC4H4O6: o външен вид - ромбични кристали; o слабо разтворим във вода.
• Средна калиева сол K2C4H4∙0,5 H2O, кисела калциева сол CaH2 (C4H4O6)2 - добра разтворимост във вода.

Синтез

Има 2 вида суровини за производството на винена киселина:

• винена вар (продукт от преработката на кюспе, утаечни дрожди, отпадъци от производството на коняк алкохол от винени материали);
• калиев хидротартарат (образува се в младо вино при охлаждане, както и при концентриране на гроздов сок).

Натрупването на винена киселина в гроздето зависи от сорта му и от климатичните условия, в които е отглеждано (по-малко през студените години).

Винената вар първо се почиства от примеси чрез промиване с вода, филтриране, центрофугиране. Калиевият хидроторат се раздробява в топкови мелници или трошачки до размер на частиците 0,1-0,3 mm и след това се обработва във вар в реакция на обменно утаяване, използвайки хлорид и калциев карбонат.

Винената киселина се произвежда в реактори. Първо в него се излива вода след измиване на гипсовата утайка, след това се зарежда зъбен камък със скорост 80-90 kg/m3. Тази маса се загрява до 70-80 ° C, към нея се добавят калциев хлорид и варно мляко. Разлагането на зъбния камък продължава 3-3,5 часа, след което суспензията се филтрира и измива.

Киселината се изолира от винена вар чрез разлагане на H2SO4 в киселинноустойчив стоманен реактор. Масата се загрява до 85-90 °C. Излишната киселина в края на процеса се неутрализира с тебешир. Киселинността на разтвора трябва да бъде не повече от 1,5. След това разтворът на винена киселина се изпарява и кристализира. Разтвореният гипс се утаява.

Области на използване

Използването на винена киселина е свързано главно с хранително-вкусовата промишленост. Употребата му помага за повишаване на апетита, повишаване на секреторната функция на стомаха и панкреаса и подобряване на храносмилателния процес. Преди това винената киселина беше широко използвана като подкиселител, но в момента тя е заменена с лимонена киселина (включително във винопроизводството при преработка на много узряло грозде).

Диацетил виненият естер се използва за подобряване на качеството на хляба. Използването му увеличава порьозността и обема на трохите, както и срока на годност.

Основните области на приложение на винената киселина се дължат на нейните физикохимични свойства:

• подкиселител и регулатор на киселинността;
• антиоксидант;
• консервант;
• катализатор за лизиране на разтворител с вода органичен синтези аналитична химия.

В хранително-вкусовата промишленост веществото се използва като добавка E334 в хранителни продукти като:

• сладкарски изделия, бисквитки;
• зеленчукови и плодови консерви;
• желета и конфитюри;
• безалкохолни напитки, лимонада.

Метатарната киселина се използва като стабилизатор, добавка за предотвратяване на помътняване на вино, шампанско и появата на зъбен камък.

Винопроизводство и пивоварство

Винената киселина се добавя към мъстта, ако нейното ниво е под 0,65% за червените вина и 0,7-0,8% за белите. Регулирането се извършва преди началото на ферментацията. Първо, това се прави на прототип, след което веществото се добавя на малки порции към пивната мъст. Ако има излишък от винена киселина, тогава се извършва студена стабилизация. В противен случай кристалите се утаяват в бутилки с търговско вино.

При производството на бира киселината се използва за измиване на културни дрожди от диви. Замърсяването на бирата с последната е причина за нейното помътняване и брак. Добавянето дори на малко количество винена киселина (0,5-1,0%) неутрализира тези микроорганизми.

ул. Киевян, 16 0016 Армения, Ереван +374 11 233 255

Е, за да завършим запознаването си с алкохолите, ще дам още една формула на друго добре познато вещество - холестерол. Не всеки знае, че това е едновалентен алкохол!

|`/`\\`|<`|w>`\`/|<`/w$color(red)HO$color()>\/`|0/`|/\<`|w>|_q_q_q<-dH>:a_q|0<|dH>`/<`|wH>`\|dH; #a_(A-72)<_(A-120,d+)>-/-/<->`\

Означих хидроксилната група в него в червено.

карбоксилни киселини

Всеки винопроизводител знае, че виното трябва да се пази от въздуха. В противен случай ще кисне. Но химиците знаят причината – ако добавите още един кислороден атом към алкохола, ще получите киселина.
Нека да разгледаме формулите на киселините, които се получават от вече познати ни алкохоли:

Вещество			Скелетна формула	Брутна формула
Метанова киселина (мравчена киселина)	H/C`|O|\OH	HCOOH	O//\OH
Етанова киселина (оцетна киселина)	H-C-C\O-H; H|#C|H	CH3-COOH	/`|O|\OH
пропанова киселина (метилоцетна киселина)	H-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H	CH3-CH2-COOH	\/`|O|\OH
Бутанова киселина (маслена киселина)	H-C-C-C-C\O-H; H|#2|H; H|#3|H; H|#4|H	CH3-CH2-CH2-COOH	/\/`|O|\OH
Обобщена формула	(R)-C\О-Х	(R)-COOH или (R)-CO2H	(R)/`|O|\OH

Отличителна черта на органичните киселини е наличието на карбоксилна група (COOH), която придава на такива вещества киселинни свойства.

Всеки, който е опитвал оцет, знае, че той е много кисел. Причината за това е наличието на оцетна киселина в него. Обикновено трапезният оцет съдържа 3 до 15% оцетна киселина, а останалата част (предимно) вода. Яденето на неразредена оцетна киселина е животозастрашаващо.

Карбоксилните киселини могат да имат няколко карбоксилни групи. В този случай те се наричат: двуосновен, тристраннии т.н...

Хранителните продукти съдържат много други органични киселини. Ето само няколко от тях:

Името на тези киселини съответства на онези хранителни продукти, в които се съдържат. Между другото, имайте предвид, че тук има киселини, които също имат хидроксилна група, характерна за алкохолите. Такива вещества се наричат хидроксикарбоксилни киселини(или хидрокси киселини).
Под всяка от киселините се подписва, уточнявайки името на групата органични вещества, към която принадлежи.

радикали

Радикалите са друга концепция, която е повлияла на химичните формули. Самата дума сигурно е известна на всички, но в химията радикалите нямат нищо общо с политици, бунтовници и други граждани с активна позиция.
Тук те са само фрагменти от молекули. И сега ще разберем каква е тяхната особеност и ще се запознаем с нов начин за писане на химически формули.

По-горе в текста вече няколко пъти бяха споменати обобщени формули: алкохоли - (R) -OH и карбоксилни киселини - (R) -COOH. Нека ви напомня, че -OH и -COOH са функционални групи. Но R е радикалът. Нищо чудно, че е изобразен под формата на буквата R.

По-конкретно, едновалентен радикал е част от молекула, лишена от един водороден атом. Е, ако вземете два водородни атома, ще получите двувалентен радикал.

Радикалите в химията имат свои собствени имена. Някои от тях дори получиха латински обозначения, подобни на обозначенията на елементите. И освен това, понякога радикалите във формулите могат да бъдат посочени в съкратена форма, напомняща повече на брутните формули.
Всичко това е показано в следващата таблица.

име	Структурна формула	Обозначаване	Кратка формула	пример за алкохол
Метил	CH3-()	аз	CH3	(Ме)-ОН	CH3OH
етил	CH3-CH2-()	Et	C2H5	(Et)-OH	C2H5OH
Propil	CH3-CH2-CH2-()	Пр	C3H7	(Pr)-OH	C3H7OH
изопропил	H3C\CH(*`/H3C*)-()	i-Pr	C3H7	(i-Pr)-OH	(CH3)2CHOH
фенил	`/`=`\//-\\-{}	Ph	C6H5	(Ph)-OH	C6H5OH

Мисля, че тук всичко е ясно. Искам само да насоча вниманието ви към колоната, която дава примери за алкохоли. Някои радикали са записани във форма, която наподобява емпирична формула, но функционалната група е записана отделно. Например, CH3-CH2-OH се превръща в C2H5OH.
А за разклонени вериги като изопропил се използват конструкции със скоби.

Има и друго явление свободни радикали. Това са радикали, които по някаква причина се отделят от функционалните групи. В този случай се нарушава едно от правилата, с които започнахме изучаването на формулите: броят на химичните връзки вече не съответства на валентността на един от атомите. Е, или можете да кажете, че една от връзките става отворена от единия край. Обикновено свободните радикали живеят за кратко време, тъй като молекулите са склонни да се върнат в стабилно състояние.

Въведение в азота. амини

Предлагам да се запознаем с друг елемент, който е част от много органични съединения. Това азот.
Обозначава се с латинската буква ни има валентност от три.

Нека видим какви вещества се получават, ако към познатите въглеводороди се добави азот:

Вещество	Разширена структурна формула	Опростена структурна формула	Скелетна формула	Брутна формула
аминометан (метиламин)	H-C-N\H;H|#C|H	CH3-NH2	\NH2
аминоетан (етиламин)	H-C-C-N\H;H|#C|H;H|#3|H	CH3-CH2-NH2	/\NH2
диметиламин	H-C-N<`|H>-С-Н; Н|#-3|Н; H|#2|H	$L(1,3)H/N<_(A80,w+)CH3>\dCH3	/Н<_(y-.5)H>\
Аминобензен (анилин)	H\N|C\\C|C<\H>`//C<|H>`\C<`/H>`||C<`\H>/	NH2|C\\CH|CH`//C<_(y.5)H>`\HC`||HC/	NH2|\|`/`\`|/_o
триетиламин	$slope(45)H-C-C/N\C-C-H;H|#2|H; H|#3|H; H|#5|H;H|#6|H; #N`|C<`-H><-H>`|C<`-H><-H>`|H	CH3-CH2-N<`|CH2-CH3>-CH2-CH3	\/Н<`|/>\|

Както вероятно се досещате от имената, всички тези вещества се комбинират под общото име амини. Функционалната група ()-NH2 се нарича амино група. Ето някои общи формули за амини:

Като цяло тук няма специални иновации. Ако тези формули са ви ясни, тогава можете спокойно да се заемете с по-нататъшно изучаване на органична химия, като използвате някакъв учебник или интернет.
Но бих искал да говоря повече за формулите в неорганична химия. Ще видите колко лесно ще бъде да ги разберете, след като изучите структурата на органичните молекули.

Рационални формули

Не трябва да се заключава, че неорганичната химия е по-проста от органичната. Разбира се, неорганичните молекули обикновено изглеждат много по-прости, защото не са склонни да образуват такива сложни структурикато въглеводороди. Но от друга страна, човек трябва да изучава повече от сто елемента, които съставляват периодичната таблица. И тези елементи са склонни да се комбинират според химичните си свойства, но с множество изключения.

Така че няма да кажа нищо от това. Темата на моята статия са химическите формули. А с тях всичко е сравнително просто.
Най-често използваните в неорганичната химия са рационални формули. И сега ще разберем как те се различават от вече познатите ни.

Първо, нека се запознаем с друг елемент - калция. Това също е много често срещан артикул.
То е обозначено оки има валентност две. Нека видим какви съединения образува с въглерод, кислород и водород, известни ни.

Вещество	Структурна формула	рационална формула	Брутна формула
калциев оксид	Ca=O	CaO
калциев хидроксид	H-O-Ca-O-H	Ca(OH)2
Калциев карбонат	$slope(45)Ca`/O\C|O`|/O`\#1	CaCO3
Калциев бикарбонат	HO/`|O|\O/Ca\O/`|O|\OH	Ca(HCO3)2
Карбонова киселина	H|O\C|O`|/O`|H	H2CO3

На пръв поглед може да се види, че рационалната формула е нещо средно между структурната и брутната формула. Но засега не е много ясно как се получават. За да разберете значението на тези формули, трябва да разгледате химичните реакции, в които участват веществата.

Калцият в най-чистата му форма е мек бял метал. В природата не се среща. Но е напълно възможно да го купите в химически магазин. Обикновено се съхранява в специални буркани без достъп на въздух. Тъй като реагира с кислорода във въздуха. Всъщност това е причината да не се среща в природата.
И така, реакцията на калций с кислород:

2Ca + O2 -> 2CaO

Числото 2 пред формулата на веществото означава, че в реакцията участват 2 молекули.
Калциевият оксид се образува от калций и кислород. Това вещество също не се среща в природата, тъй като реагира с вода:

CaO + H2O -> Ca(OH2)

Оказва се калциев хидроксид. Ако се вгледате внимателно в структурната му формула (в предишната таблица), можете да видите, че се образува от един калциев атом и две хидроксилни групи, с които вече сме запознати.
Това са законите на химията: ако се добави хидроксилна група към органична материя, оказва се алкохол, а ако е метал, тогава хидроксид.

Но калциевият хидроксид не се среща в природата поради наличието на въглероден диоксид във въздуха. Мисля, че всеки е чувал за този газ. Образува се при дишане на хора и животни, изгаряне на въглища и петролни продукти, при пожари и вулканични изригвания. Следователно той винаги присъства във въздуха. Но също така се разтваря доста добре във вода, образувайки въглеродна киселина:

CO2 + H2O<=>H2CO3

Знак<=>показва, че реакцията може да протече и в двете посоки при едни и същи условия.

По този начин калциевият хидроксид, разтворен във вода, реагира с въглеродна киселина и се превръща в слабо разтворим калциев карбонат:

Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O

Стрелката надолу означава, че веществото се утаява в резултат на реакцията.
При по-нататъшен контакт на калциев карбонат с въглероден двуокисв присъствието на вода се получава обратима реакция на образуване кисела сол- калциев бикарбонат, който е силно разтворим във вода

CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2

Този процес влияе върху твърдостта на водата. С повишаване на температурата бикарбонатът се превръща обратно в карбонат. Следователно, в региони с твърда вода, котлен камък се образува в чайниците.

Креда, варовик, мрамор, туф и много други минерали са до голяма степен съставени от калциев карбонат. Намира се също в корали, черупки на мекотели, животински кости и др.
Но ако калциевият карбонат се нагрява на много висока температура, той ще се превърне в калциев оксид и въглероден диоксид.

Тази кратка история за цикъла на калция в природата трябва да обясни защо са необходими рационални формули. И така, рационалните формули са написани по такъв начин, че функционалните групи са видими. В нашия случай това е:

Освен това отделните елементи - Ca, H, O (в оксиди) - също са независими групи.

йони

Мисля, че е време да се запознаем с йоните. Тази дума вероятно е позната на всички. И след като изучаваме функционалните групи, не ни струва нищо да разберем какви са тези йони.

Като цяло естеството на химичните връзки обикновено е, че някои елементи даряват електрони, докато други ги получават. Електроните са частици с отрицателен заряд. Елемент с пълен набор от електрони има нулев заряд. Ако е дал електрон, тогава зарядът му става положителен, а ако го е приел, тогава той става отрицателен. Например водородът има само един електрон, който доста лесно се отказва, превръщайки се в положителен йон. За това има специален запис в химически формули:

H2O<=>H^+ + OH^-

Тук виждаме това като резултат електролитна дисоциацияводата се разпада на положително зареден водороден йон и отрицателно заредена ОН група. Йонът OH^- се нарича хидроксиден йон. Не трябва да се бърка с хидроксилната група, която не е йон, а част от молекула. Знакът + или - в горния десен ъгъл показва заряда на йона.
Но въглеродната киселина никога не съществува като самостоятелно вещество. Всъщност това е смес от водородни йони и карбонатни йони (или бикарбонатни йони):

H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-

Карбонатният йон има заряд 2-. Това означава, че към него са се присъединили два електрона.

Отрицателно заредените йони се наричат аниони. Обикновено те включват киселинни остатъци.
Положително заредени йони катиони. Най-често това е водород и метали.

И тук вероятно можете напълно да разберете значението на рационалните формули. В тях първо се записва катионът, а след това анионът. Дори ако формулата не съдържа никакви такси.

Вероятно вече се досещате, че йоните могат да бъдат описани не само с рационални формули. Ето скелетната формула на бикарбонатния анион:

Тук зарядът е посочен директно до кислородния атом, който получи допълнителен електрон и следователно загуби една линия. Просто казано, всеки допълнителен електрон намалява броя на химическите връзки, изобразени в структурната формула. От друга страна, ако някой възел от структурната формула има знак +, тогава той има допълнителна пръчка. Както винаги, този факт трябва да бъде демонстриран с пример. Но сред познатите ни вещества няма нито един катион, който да се състои от няколко атома.
И такова вещество е амонякът. Неговият воден разтвор често се нарича амоняки е част от всяка аптечка. Амонякът е съединение на водород и азот и има рационалната формула NH3. Помислете за химическата реакция, която се случва, когато амонякът се разтваря във вода:

NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-

Същото, но използвайки структурни формули:

H|N<`/H>\Н + Н-О-Н<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H

От дясната страна виждаме два йона. Те са се образували в резултат на факта, че един водороден атом се е преместил от молекула на водата към молекула на амоняк. Но този атом се движеше без своя електрон. Анионът вече ни е познат - това е хидроксидният йон. И катионът се нарича амоний. Проявява свойства, подобни на металите. Например, може да се комбинира с киселинен остатък. Веществото, образувано от комбинацията на амоний с карбонатен анион, се нарича амониев карбонат: (NH4)2CO3.
Ето реакционното уравнение за взаимодействието на амония с карбонатен анион, написано под формата на структурни формули:

2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|H

Но в тази форма уравнението на реакцията е дадено за демонстрационни цели. Обикновено уравненията използват рационални формули:

2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3

Хил система

И така, можем да предположим, че вече сме проучили структурните и рационалните формули. Но има и друг въпрос, който си струва да се разгледа по-подробно. Каква е разликата между брутните формули и рационалните?
Знаем защо рационалната формула за въглеродната киселина е написана H2CO3, а не иначе. (Първо идват два водородни катиона, следвани от карбонатния анион.) Но защо брутната формула е написана като CH2O3?

По принцип рационалната формула на въглеродната киселина може да се счита за истинска формула, тъй като в нея няма повтарящи се елементи. За разлика от NH4OH или Ca(OH)2.
Но към брутните формули често се прилага допълнително правило, което определя реда на елементите. Правилото е доста просто: първо поставете въглерода, след това водорода и след това останалите елементи по азбучен ред.
Така излиза CH2O3 - въглерод, водород, кислород. Това се нарича система Хил. Използва се в почти всички химически справочници. И в тази статия също.

Малко за системата easyChem

Вместо да заключа, бих искал да говоря за системата easyChem. Той е проектиран така, че всички тези формули, които обсъждахме тук, могат лесно да бъдат вмъкнати в текста. Всъщност всички формули в тази статия са изготвени с помощта на easyChem.

Защо се нуждаем от някаква система за извеждане на формули? Работата е там, че стандартният начин за показване на информация в интернет браузърите е Hypertext Markup Language (HTML). Той е фокусиран върху обработката на текст.

Рационални и груби формули могат да бъдат изобразени с помощта на текст. Дори някои опростени структурни формулиможе да се изпише и в текст, например алкохол CH3-CH2-OH. Въпреки че за това ще трябва да използвате тази нотация в HTML: CH ₃-CH ₂-О.
Това, разбира се, създава някои трудности, но можете да ги изтърпите. Но как да представим структурната формула? По принцип може да се използва моноширинен шрифт:

H H | | H-C-C-O-H | | H H Със сигурност не изглежда много хубаво, но също така е осъществимо.

Истинският проблем възниква при опит за представяне на бензолови пръстени и при използване на скелетни формули. Няма друг начин освен да свържете растерното изображение. Растрите се съхраняват в отделни файлове. Браузърите могат да включват gif, png или jpeg изображения.
За създаване на такива файлове е необходим графичен редактор. Например Photoshop. Но аз съм запознат с Photoshop повече от 10 години и мога да кажа със сигурност, че той е много лошо подходящ за изобразяване на химически формули.
Молекулярните редактори са много по-добри в тази задача. Но с голям брой формули, всяка от които се съхранява в отделен файл, е доста лесно да се объркате в тях.
Например, броят на формулите в тази статия е . Те се показват под формата на графични изображения (останалите с помощта на HTML инструменти).

easyChem ви позволява да съхранявате всички формули директно в HTML документ в текстова форма. Мисля, че е много удобно.
Освен това брутните формули в тази статия се изчисляват автоматично. Тъй като easyChem работи на два етапа: първо текстовото описание се преобразува в информационна структура (графика) и след това могат да се извършват различни действия с тази структура. Сред тях могат да се отбележат следните функции: изчисляване на молекулното тегло, преобразуване в брутна формула, проверка за възможност за извеждане като текст, графика и текст.

По този начин за подготовката на тази статия използвах само текстов редактор. Освен това не трябваше да мисля коя от формулите ще бъде графична и коя ще е текстова.

Ето няколко примера, които разкриват тайната на подготовката на текста на статията: Описанията от лявата колона автоматично се преобразуват във формули във втората колона.
В първия ред описанието на рационалната формула е много подобно на показания резултат. Единствената разлика е, че числовите коефициенти се извеждат като междулинейни.
Във втория ред е дадена разширената формула триотделни вериги, разделени със символ; Мисля, че е лесно да се види, че текстовото описание е много подобно на това, което би било необходимо, за да се начертае формула с молив върху хартия.
Третият ред демонстрира използването на наклонени линии с помощта на знаците \ и /. Знакът ` (обратна отметка) означава, че линията е начертана от дясно наляво (или отдолу нагоре).

Тук има много по-подробна документация за използването на системата easyChem.

Позволете ми да завърша статията и да ви пожелая успех в изучаването на химия.

Кратък тълковен речник на термините, използвани в статията

Въглеводороди Вещества, съставени от въглерод и водород. Те се различават един от друг по структурата на молекулите. Структурните формули са схематични изображения на молекули, където са обозначени атомите с латински букви, а химически връзки- тирета. Структурните формули са разширени, опростени и скелетни. Разширени структурни формули - такива структурни формули, където всеки атом е представен като отделен възел. Опростените структурни формули са такива структурни формули, при които водородните атоми са записани до елемента, с който са свързани. И ако повече от един водород е свързан към един атом, тогава количеството се записва като число. Може също да се каже, че групите действат като възли в опростени формули. Скелетните формули са структурни формули, където въглеродните атоми са показани като празни възли. Броят на водородните атоми, свързани с всеки въглероден атом, е 4 минус броя на връзките, които се събират на мястото. За невъглеродните възли се прилагат правилата на опростените формули. Брутна формула (известна още като истинска формула) - списък на всички химични елементи, които са част от молекулата, указвайки броя на атомите като число (ако атомът е един, тогава единицата не се записва) Хил система - правило, което определя реда на атомите в брутната формула: въглеродът се поставя на първо място , след това водород и след това останалите елементи по азбучен ред. Това е система, която се използва много често. И всички брутни формули в тази статия са написани по системата на Хил. Функционални групи Стабилни комбинации от атоми, които се запазват по време на химични реакции. Често функционалните групи имат свои собствени имена, засягат химичните свойства и научното наименование на веществото.

киселини- това са сложни вещества, чиито молекули се състоят от водородни атоми, които могат да бъдат заменени, и киселинни остатъци.

Киселинният остатък има отрицателен заряд.

Аноксикови киселини: HCl, HBr, H 2 S и др.

Елемент, който заедно с водородни и кислородни атоми образува кислород-съдържаща киселинна молекула се нарича киселиннообразуващи.

Според броя на водородните атоми в една молекула киселините се разделят на едноосновени многоосновен.

Едноосновните киселини съдържат един водороден атом: HCl, HNO 3 , HBr и др.

Многоосновните киселини съдържат два или повече водородни атома: H 2 SO 4 (двуосновен), H 3 PO 4 (триосновен).

В безкислородните киселини свързващата гласна "о" и думите "... солна киселина". Например: HF е флуороводородна киселина.

Ако киселиннообразуващият елемент показва максимално окислително състояние (съответства на номера на групата), тогава се добавя името на елемента „... некиселина". Например:

HNO 3 - азот и азкиселина (тъй като азотният атом има максимално ниво на окисление +5)

Ако степента на окисление на елемента е под максималната, добавете „... чистокиселина":

1+3-2
HNO 2 - азот вярнокиселина (тъй като киселиннообразуващият елемент N има минимална степен на окисление).

H3PO4 - ортофосфорна киселина.

HPO 3 - метафосфорна киселина.

Структурни формули на киселини.

В киселинна молекула, съдържаща кислород, водороден атом е свързан с атом на киселинно-образуващ елемент чрез кислороден атом. Следователно, когато се съставя структурна формула, всички хидроксидни йони трябва първо да бъдат прикрепени към атома на киселинно-образуващ елемент.

След това свържете останалите кислородни атоми с две чертички директно към атомите на киселиннообразуващия елемент (фиг. 2).