ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ქიმიური ელემენტი, რომელიც შედის ქიმიკატების დიდ უმრავლესობაში, არის ჟანგბადი. ოქსიდები, მჟავები, ფუძეები, სპირტები, ფენოლები და სხვა ჟანგბადის შემცველი ნაერთები შესწავლილია არაორგანული და ორგანული ქიმიის კურსში. ჩვენს სტატიაში შევისწავლით თვისებებს, ასევე მოვიყვანთ მათი გამოყენების მაგალითებს მრეწველობაში, სოფლის მეურნეობაში და მედიცინაში.
ოქსიდები
სტრუქტურაში ყველაზე მარტივია ჟანგბადთან ერთად ლითონებისა და არამეტალების ორობითი ნაერთები. ოქსიდების კლასიფიკაცია მოიცავს შემდეგ ჯგუფებს: მჟავე, ძირითადი, ამფოტერული და ინდიფერენტული. ყველა ამ ნივთიერების დაყოფის მთავარი კრიტერიუმია რომელი ელემენტი ერწყმის ჟანგბადს. თუ ეს მეტალია, მაშინ ისინი ძირითადია. მაგალითად: CuO, MgO, Na2O - სპილენძის, მაგნიუმის, ნატრიუმის ოქსიდები. მათი მთავარი ქიმიური თვისებაა რეაქცია მჟავებთან. ასე რომ, სპილენძის ოქსიდი რეაგირებს ქლორიდის მჟავასთან:
CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O +63.3 კჯ.
არამეტალური ელემენტების ატომების არსებობა ორობითი ნაერთების მოლეკულებში მიუთითებს მათ კუთვნილებაზე მჟავე ოქსიდებზე, მაგალითად, წყალბადის ოქსიდი H2O, ნახშირორჟანგი CO. 2, ფოსფორის პენტოქსიდი P2O5. ასეთი ნივთიერებების ტუტეებთან ურთიერთობის უნარი მათი მთავარი ქიმიური მახასიათებელია.
რეაქციის შედეგად შეიძლება წარმოიქმნას ორი სახის მარილები: მჟავე ან საშუალო. ეს დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რამდენი მოლი ტუტე რეაგირებს:
- CO2 + KOH=> KHCO3;
- CO2+ 2KOH=> K2CO3 + H2O.
ჟანგბადის შემცველი ნაერთების კიდევ ერთი ჯგუფი, რომელიც მოიცავს ისეთ ქიმიურ ელემენტებს, როგორიცაა თუთია ან ალუმინი, მოიხსენიება როგორც ამფოტერული ოქსიდები. მათი თვისებებით, არსებობს ქიმიური ურთიერთქმედების ტენდენცია როგორც მჟავებთან, ასევე ტუტეებთან. მჟავა ოქსიდების წყალთან ურთიერთქმედების პროდუქტები მჟავებია. მაგალითად, გოგირდის ანჰიდრიდის და წყლის რეაქციაში წარმოიქმნება სულფატის მჟავა. მჟავები ჟანგბადის შემცველი ნაერთების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კლასია.
მჟავები და მათი თვისებები
წყალბადის ატომებისგან შემდგარი ნაერთები, რომლებიც დაკავშირებულია მჟავას ნარჩენების კომპლექსურ იონებთან, არის მჟავები. პირობითად, ისინი შეიძლება დაიყოს არაორგანულ, მაგალითად, ნახშირმჟავა, სულფატი, ნიტრატი და ორგანული ნაერთები. ეს უკანასკნელი მოიცავს ძმარმჟავას, ფორმულს, ოლეინის მჟავებს. ნივთიერებების ორივე ჯგუფს აქვს მსგავსი თვისებები. ასე რომ, ისინი შედიან ნეიტრალიზაციის რეაქციაში ბაზებით, რეაგირებენ მარილებთან დაძირითადი ოქსიდები. თითქმის ყველა ჟანგბადის შემცველი მჟავა წყალხსნარებში იშლება იონებად, რომლებიც მეორე ტიპის გამტარებია. მათი გარემოს მჟავე ბუნების დადგენა შესაძლებელია წყალბადის იონების გადაჭარბებული არსებობის გამო ინდიკატორების გამოყენებით. მაგალითად, მეწამული ლაკმუსი წითლად იქცევა მჟავას ხსნარში დამატებისას. ორგანული ნაერთების ტიპიური წარმომადგენელია ძმარმჟავა, რომელიც შეიცავს კარბოქსილის ჯგუფს. მასში შედის წყალბადის ატომი, რომელიც განსაზღვრავს ნივთიერების მჟავე თვისებებს. ეს არის უფერო სითხე სპეციფიკური მძაფრი სუნით, კრისტალდება 17 °C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე. CH3COOH, ისევე როგორც სხვა ჟანგბადის შემცველი მჟავები, მშვენივრად იხსნება წყალში ნებისმიერი პროპორციით. მისი 3-5%-იანი ხსნარი ყოველდღიურ ცხოვრებაში ცნობილია ძმრის სახელწოდებით, რომელსაც კულინარიაში სანელებლად იყენებენ. ნივთიერება ასევე იყენებდა აბრეშუმის აცეტატის, საღებავების, პლასტმასის და ზოგიერთი მედიკამენტის წარმოებას.
ორგანული ნაერთები ჟანგბადის შემცველი
ქიმიაში შეიძლება გამოვყოთ ნივთიერებების დიდი ჯგუფი, რომლებიც ნახშირბადისა და წყალბადის გარდა შეიცავს ჟანგბადის ნაწილაკებსაც. ეს არის კარბოქსილის მჟავები, ეთერები, ალდეჰიდები, სპირტები და ფენოლები. მათი ყველა ქიმიური თვისება განისაზღვრება სპეციალური კომპლექსების - ფუნქციური ჯგუფების მოლეკულებში არსებობით. მაგალითად, ალკოჰოლის ზოგადი ქიმიური ფორმულა, რომელიც შეიცავს მხოლოდ ატომებს შორის შეზღუდულ კავშირებს, არის ROH, სადაც R არის ნახშირწყალბადის რადიკალი. ეს ნაერთები ჩვეულებრივ განიხილება ალკანების წარმოებულებად, რომელშიც ერთიწყალბადის ატომი შეიცვალა ჰიდროქსო ჯგუფით.
ალკოჰოლების ფიზიკური და ქიმიური თვისებები
ალკოჰოლური სასმელების საერთო მდგომარეობა არის თხევადი ან მყარი ნაერთები. ალკოჰოლებს შორის არ არის აირისებრი ნივთიერებები, რაც აიხსნება ასოციაციების წარმოქმნით - ჯგუფები, რომლებიც შედგება რამდენიმე მოლეკულისგან, რომლებიც დაკავშირებულია სუსტი წყალბადის ბმებით. ეს ფაქტი ასევე განსაზღვრავს წყალში ქვედა ალკოჰოლების კარგ ხსნადობას. თუმცა, წყალხსნარებში, ჟანგბადის შემცველი ორგანული ნივთიერებები - სპირტები, არ იშლება იონებად, არ ცვლის ინდიკატორების ფერს, ანუ აქვთ ნეიტრალური რეაქცია. ფუნქციური ჯგუფის წყალბადის ატომი სუსტად არის დაკავშირებული სხვა ნაწილაკებთან, ამიტომ, ქიმიური ურთიერთქმედებისას, მას შეუძლია დატოვოს მოლეკულა. იმავე თავისუფალი ვალენტობის ადგილზე, იგი იცვლება სხვა ატომებით, მაგალითად, აქტიურ ლითონებთან რეაქციაში ან ტუტეებთან - ლითონის ატომებით. ისეთი კატალიზატორების თანდასწრებით, როგორიცაა პლატინის ბადე ან სპილენძი, სპირტები იჟანგება ენერგიული ჟანგვის აგენტებით, კალიუმის ბიქრომატით ან კალიუმის პერმანგანატით, ალდეჰიდებად.
ესტერიფიკაციის რეაქცია
ჟანგბადის შემცველი ორგანული ნივთიერებების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური თვისება: სპირტები და მჟავები არის რეაქცია, რომელიც იწვევს ეთერების წარმოქმნას. მას დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს და გამოიყენება მრეწველობაში კვების მრეწველობაში გამხსნელად გამოყენებული ეთერების მოსაპოვებლად (ხილის ესენციების სახით). მედიცინაში ზოგიერთი ესტერი გამოიყენება სპაზმის საწინააღმდეგოდ, მაგალითად, ეთილის ნიტრიტი აფართოებს პერიფერიულ სისხლძარღვებს დაიზოამილის ნიტრიტი არის კორონარული არტერიის სპაზმების დამცავი. ესტერიფიკაციის რეაქციის განტოლება ასეთია:
CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5+H2O
მასში CH3COOH არის ძმარმჟავა და C2H5OH არის ალკოჰოლის ეთანოლის ქიმიური ფორმულა.
ალდეჰიდები
თუ ნაერთი შეიცავს –COH ფუნქციურ ჯგუფს, მაშინ ის მიეკუთვნება ალდეჰიდებს. ისინი წარმოდგენილია როგორც ალკოჰოლების შემდგომი დაჟანგვის პროდუქტები, მაგალითად, ჟანგვის აგენტებით, როგორიცაა სპილენძის ოქსიდი.
კარბონილის კომპლექსის არსებობა ფორმულის ან აცეტალდეჰიდის მოლეკულებში განსაზღვრავს მათ უნარს პოლიმერიზაციისა და სხვა ქიმიური ელემენტების ატომების მიმაგრებაში. თვისებრივი რეაქციები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას კარბონილის ჯგუფის არსებობისა და ნივთიერების ალდეჰიდების კუთვნილების დასადასტურებლად, არის ვერცხლის სარკის რეაქცია და ურთიერთქმედება სპილენძის ჰიდროქსიდთან გაცხელებისას:
აცეტალდეჰიდი, რომელიც გამოიყენება ინდუსტრიაში ძმარმჟავას საწარმოებლად, მიიღო ყველაზე დიდი გამოყენება - ორგანული სინთეზის დიდი ტონაჟის პროდუქტი.
ჟანგბადის შემცველი ორგანული ნაერთების თვისებები - კარბოქსილის მჟავები
კარბოქსილის ჯგუფის არსებობა - ერთი ან მეტი - კარბოქსილის მჟავების დამახასიათებელი ნიშანია. ფუნქციური ჯგუფის სტრუქტურის გამო, დიმერები შეიძლება ჩამოყალიბდეს მჟავა ხსნარებში. ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია წყალბადის ბმებით. ნაერთები იშლება წყალბადის კატიონებად და მჟავა ნარჩენების ანიონებად და წარმოადგენენ სუსტ ელექტროლიტებს. გამონაკლისი არის შეზღუდვების სერიის პირველი წარმომადგენელიმონობაზური მჟავები - ფორმული, ან მეთანი, რომელიც არის მეორე სახის საშუალო სიძლიერის გამტარი. მოლეკულებში მხოლოდ მარტივი სიგმა ბმების არსებობა მიუთითებს ზღვარზე, მაგრამ თუ ნივთიერებებს აქვთ ორმაგი პი ბმები მათ შემადგენლობაში, ეს არის უჯერი ნივთიერებები. პირველ ჯგუფში შედის ისეთი მჟავები, როგორიცაა მეთანი, ძმარმჟავა, ბუტირი. მეორე წარმოდგენილია ნაერთებით, რომლებიც თხევადი ცხიმების ნაწილია - ზეთები, მაგალითად, ოლეინის მჟავა. ჟანგბადის შემცველი ნაერთების ქიმიური თვისებები: ორგანული და არაორგანული მჟავები დიდწილად მსგავსია. ამრიგად, მათ შეუძლიათ ურთიერთქმედება აქტიურ ლითონებთან, მათ ოქსიდებთან, ტუტეებთან და ასევე ალკოჰოლებთან. მაგალითად, ძმარმჟავა რეაგირებს ნატრიუმთან, ოქსიდთან და კაუსტიკური სოდასთან და წარმოქმნის მარილს - ნატრიუმის აცეტატს:
NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O
განსაკუთრებული ადგილი უკავია უმაღლესი კარბოქსილის ჟანგბადის შემცველი მჟავების ნაერთებს: სტეარინისა და პალმიტის, ტრიჰიდრული გაჯერებული ალკოჰოლით - გლიცერინით. ისინი მიეკუთვნებიან ეთერებს და უწოდებენ ცხიმებს. იგივე მჟავები ნატრიუმის და კალიუმის მარილების ნაწილია, როგორც მჟავე ნარჩენი, რომელიც ქმნის საპნებს.
ცხიმები და საპნები
მნიშვნელოვანი ორგანული ნაერთები, რომლებიც ფართოდ არის გავრცელებული ველურ ბუნებაში და წამყვან როლს ასრულებენ, როგორც ყველაზე ენერგო ინტენსიური ნივთიერება, არის ცხიმები. ისინი არ არის ინდივიდუალური ნაერთი, არამედ ჰეტეროგენული გლიცერიდების ნაზავი. ეს არის შემზღუდველი პოლიჰიდრული ალკოჰოლის - გლიცერინის ნაერთები, რომლებიც მეთანოლისა და ფენოლის მსგავსად შეიცავს ჰიდროქსილის ფუნქციურ ჯგუფებს. ცხიმები შეიძლება ჰიდროლიზდესგათბობა წყლით კატალიზატორების თანდასწრებით: ტუტეები, მჟავები, თუთიის ოქსიდები, მაგნიუმი. რეაქციის პროდუქტები იქნება გლიცერინი და სხვადასხვა კარბოქსილის მჟავები, რომლებიც შემდგომში გამოიყენება საპნის წარმოებისთვის. იმისათვის, რომ ამ პროცესში არ გამოვიყენოთ ძვირადღირებული ბუნებრივი საკვები ცხიმები, საჭირო კარბოქსილის მჟავები მიიღება პარაფინის დაჟანგვით.
ფენოლები
ჟანგბადის შემცველი ნაერთების კლასების შემუშავებისას, მოდით, ყურადღება გავამახვილოთ ფენოლებზე. ისინი წარმოდგენილია ფენილის რადიკალით -C6H5, დაკავშირებული ერთ ან მეტ ფუნქციურ ჰიდროქსილის ჯგუფთან. ამ კლასის უმარტივესი წარმომადგენელია კარბოლის მჟავა ან ფენოლი. როგორც ძალიან სუსტი მჟავა, მას შეუძლია ურთიერთქმედება ტუტეებთან და აქტიურ ლითონებთან - ნატრიუმთან, კალიუმთან. გამოხატული ბაქტერიციდული თვისებების მქონე ნივთიერება - ფენოლი გამოიყენება მედიცინაში, ასევე საღებავებისა და ფენოლ-ფორმალდეჰიდის ფისების წარმოებაში.
ჩვენს სტატიაში შევისწავლეთ ჟანგბადის შემცველი ნაერთების ძირითადი კლასები და ასევე განვიხილეთ მათი ქიმიური თვისებები.
