Химические свойства солей и методи их получения. Соли: классификация и химические свойства

Основания могут взаимодействовать:

• с неметаллами -

  6KOH + 3S → K2SO 3 + 2K 2 S + 3H 2 O;

• с кислотными оксидами -

  2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O;

• с солями (выпадение осадка, высвобождение газа) -

  2KOH + FeCl 2 → Fe(OH) 2 + 2KCl.

Существую также другие способы получения:

• взаимодействие двух солей -

  CuCl 2 + Na 2 S → 2NaCl + CuS↓;

• реакция металлов и неметаллов -
• соединение кислотных и основных оксидов -

  SO 3 + Na 2 O → Na 2 SO 4 ;

• взаимодействие солей с металлами -

  Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu.

Химические свойства

Растворимые соли являются электролитами и подвержены реакции диссоциации. При взаимодействии с водой они распадаются, т.е. диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы - катионы и анионы соответственно. Катионами являются ионы металлов, анионами - кислотные остатки. Примеры ионных уравнений:

• NaCl → Na + + Cl − ;
• Al 2 (SO 4) 3 → 2Al 3 + + 3SO 4 2− ;
• CaClBr → Ca2 + + Cl - + Br - .

Помимо катионов металлов в солях могут присутствовать катионы аммония (NH4 +) и фосфония (PH4 +).

Другие реакции описаны в таблице химических свойств солей.

Рис. 3. Выделение осадка при взаимодействии с основаниями.

Некоторые соли в зависимости от вида разлагаются при нагревании на оксид металла и кислотный остаток или на простые вещества. Например, СаСO 3 → СаO + СО 2 , 2AgCl → Ag + Cl 2 .

Что мы узнали?

Из урока 8 класса химии узнали об особенностях и видах солей. Сложные неорганические соединения состоят из металлов и кислотных остатков. Могут включать водород (кислые соли), два металла или два кислотных остатка. Это твёрдые кристаллические вещества, которые образуются в результате реакций кислот или щелочей с металлами. Реагируют с основаниями, кислотами, металлами, другими солями.

Ни один процесс в мире не возможен без вмешательства химических соединений, которые, реагируя между собой, создают основу для благоприятных условий. Все элементы и вещества в химии классифицируются в соответствии со строением и функциями, которые они выполняют. Основными являются кислоты и основания. При их взаимодействии образуются растворимые и нерастворимые соли.

Примеры кислот, солей

Кислота - сложное вещество, которое в своем составе содержит один или более атомов водорода и кислотный остаток. Отличительным свойством таких соединений является способность заменить водород металлом или каким-либо положительным ионом, в результате чего происходит образование соответствующей соли. Практически все кислоты, за исключением некоторых (H 2 SiO 3 - кремниевая кислота), растворимы в воде, причем сильные, такие как HCl (соляная), HNO 3 (азотная), H 2 SO 4 (серная), полностью распадаются на ионы. А слабые (например, HNO 2 - азотистая, H 2 SO 3 - сернистая) - частично. Их водородный показатель (pH), определяющий активность ионов водорода в растворе, меньше 7.

Соль - сложное вещество, состоящее чаще всего из катиона металла и аниона кислотного остатка. Обычно она получается при реагировании кислот и оснований. В результате такого взаимодействия еще выделяется вода. В качестве катионов соли могут служить, например, катионы NH 4 + . Они, так же как и кислоты, могут растворяться в воде с различной степенью растворимости.

Примеры солей в химии: СаСО 3 - карбонат кальция, NaCl - хлорид натрия, NH 4 Cl - хлорид аммония, K 2 SO 4 - сульфат калия и другие.

Классификация солей

В зависимости от количества замещения катионов водородов выделяют следующие категории солей:

1. Средние - соли, в которых катионы водороды заменяются полностью на катионы металлов или другие ионы. Такими примерами солей в химии могут послужить самые обычные вещества, которые встречаются чаще всего - KCl, K 3 PO 4 .
2. Кислые - вещества, в которых катионы водорода замещаются другими ионами не полностью. Примерами могут послужить гидрокарбонат натрия (NaHCO 3) и гидроортофосфат калия (K 2 HPO 4).
3. Основные - соли, в которых кислотные остатки не до конца замещаются гидроксогруппой при избытке основания или недостатке кислоты. К таким веществам относится MgOHCl.
4. Комплексные соли: Na, K 2 .

В зависимости от количества присутствующих в составе соли катионов и анионов различают:

1. Простые - соли, имеющие в составе один вида катиона и аниона. Примеры солей: NaCl, K 2 CO 3 , Mg(NO3) 2 .
2. Двойные - соли, которые состоят из пары типов положительно заряженных ионов. К таким относится сульфат алюминия-калия.
3. Смешанные - соли, в которых присутствует два вида аниона. Примеры солей: Са(OCl)Cl.

Получение солей

Эти вещества получаются главным образом при реагировании щелочи с кислотой, в результате чего образуется вода: LiOH + HCl = LiCl + H 2 O.

При взаимодействии кислотного и основного оксидов также образуются соли: СаО + SO 3 = CaSO 4.

Они же получаются при вступлении в реакцию кислоты и металла, который стоит до водорода в электрохимическом ряду напряжений. Как правило, это сопровождается выделением газа: H 2 SO 4 + Li = Li 2 SO 4 + H 2.

При взаимодействии оснований (кислот) с кислотными (основными) оксидами образуются соответствующие соли: 2KOH + SO 2 = K 2 SO 3 + H 2 O; 2HCl + CaO = CaCl 2 + H 2 O.

Основные реакции солей

При взаимодействии соли и кислоты получается другая соль и новая кислота (условием такой реакции является то, что в результате должен выпасть осадок или выделиться газ): HCl + AgNO 3 = HNO 3 + AgCl.

При реагировании двух разных растворимых солей получают: CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaCl.

Некоторые плохо растворимые в воде соли обладают способностью разлагаться на соответствующие продукты реакции при нагревании: СаСО 3 = СаО + СО 2.

Некоторые соли могут подвергаться гидролизу: обратимо (если это соль сильного основания и слабой кислоты (CaCO 3) или сильной кислоты и слабого основания (CuCl 2)) и необратимо (соль слабой кислоты и слабого основания (Ag 2 S)). Соли сильных оснований и сильных кислот (KCl) не гидролизуются.

Они также могут диссоциировать на ионы: частично или полностью, в зависимости от состава.

Способы получения солей

Рассмотрим важнейшие способы получения солей.

1. Реакция нейтрализации . Этот способ уже неоднократно встречался в предыдущих параграфах. Растворы кислоты и основания смешивают (осторожно!) в нужном мольном соотношении. После выпаривания воды получают кристаллическую соль. К примеру:

2 . Реакция кислот с основными оксидами . Этот способ получения солей упоминался в параграфе 8-3. Фактически, это вариант реакции нейтрализации. К примеру:

3 . Реакция оснований с кислотными оксидами (см. параграф 8.2). Это также вариант реакции нейтрализации:

В случае если пропускать в раствор избыток СО 2 , то получается избыток угольной кислоты и нерастворимый карбонат кальция превращается в растворимую кислую соль – гидрокарбонат кальция Са(НСО 3) 2:

СаСО 3 + Н 2 СО 3 = Са(НСО 3) 2 (раствор)

4 . Реакция базовых и кислотных оксидов между собой :

5 . Реакция кислот с солями . Этот способ подходит, к примеру, в том случае, в случае если образуется нерастворимая соль, выпадающая в осадок:

6 . Реакция оснований с солями . Для таких реакций подходят только щелочи (растворимые основания). В этих реакциях образуется другое основание и другая соль. Важно, чтобы новое основание не было щелочью и не могло реагировать с образовавшейся солью. К примеру:

7 . Реакция двух различных солей . Реакцию удается провести только в том случае, в случае если хотя бы одна из образующихся солей нерастворима и выпадает в осадок:

Выпавшую в осадок соль отфильтровывают, а оставшийся раствор упаривают и получают другую соль. В случае если же обе образующиеся соли хорошо растворимы в воде, то реакции не происходит: в растворе существуют лишь ионы, не взаимодействующие между собой:

NaCl + KBr = Na + + Cl - + K + + Br -

В случае если такой раствор упарить, то мы получим смесь солей NaCl, KBr, NaBr и KCl, но чистые соли в таких реакциях получить не удается.

8 . Реакция металлов с кислотами . В способах 1 – 7 мы имели дело с реакциями обмена (только способ 4 – реакция соединœения. Но соли образуются и в окислительно-восстановительных реакциях. К примеру, металлы, расположенные левее водорода в ряду активности металлов (таблица 8-3), вытесняют из кислот водород и сами соединяются с ними, образуя соли:

9 . Реакция металлов с неметаллами . Эта реакция внешне напоминает горение. Металл "сгорает" в токе неметалла, образуя мельчайшие кристаллы соли, которые выглядят, как белый "дым":

10 . Реакция металлов с солями . Более активные металлы, расположенные в ряду активности левее , способны вытеснять менее активные (расположенные правее ) металлы из их солей:

Алканы

Алканы - углеводороды, в молекулах которых атомы связаны одинарными связями и которые соответствуют общей формуле С n Н 2n+2 . В молекулах алканов всœе атомы углерода находятся в состоянии sр 3 -гибридизации. Это означает, что всœе четыре гибридные орбитали атома углерода одинаковы по форме, энергии и направлены в углы равносторонней треугольной пирамиды - тетраэдра. Углы между орбиталями равны 109°28" Вокруг одинарной углерод-углеродной связи возможно практически свободное вращение, и молекулы алканов могут приобретать самую разнообразную форму. В развернутом состоянии такие молекулы имеют зигзагообразную форму с углами при атомах углерода, близких к тетраэдрическому (109°280, к примеру в молекуле н -пентана. Особо стоит напомнить о связях, при помощи которых построены молекулы алканов. Все связи в молекулах алканов одинарные. Перекрывание происходит по оси, соединяющей ядра атомов, т. е. это Þ-связи. Связи углерод-углерод являются неполярными и плохо поляризуемыми. Длина С-С связи в алканах равна 0,154 нм. Связи С-Н несколько короче. Электронная плотность немного смещена в сторону более электроотрицательного атома углерода, т. е. связь С-Н является слабополярной. Отсутствие в молекулах предельных углеводородов полярных связей приводит к тому, что они плохо растворяются в воде, не вступают во взаимодействие с заряженными частицами (ионами). Наиболее характерными для алканов являются реакции, протекающие с участием свободных радикалов. Гомологический ряд метана Как вы уже знаете, гомологи - это вещества, сходные по строению и свойствам и отличающиеся на одну или более групп СН2. Предельные углеводороды составляют гомологический ряд метана.

Изомерия и номенклатура Для алканов характерна так называемая структурная изомерия. Структурные изомеры отличаются друг от друга строением углеродного скелœета. Как вам уже известно, простейший алкан, для которого характерны структурные изомеры, - это бутан. Основы номенклатуры ИЮПАК уже обсуждались. В этой части параграфа она будет рассмотрена подробнее для алканов. 1. Выбор главной цепи Формирование названия углеводорода начинается с определœения главной цепи - самой длинной цепочки атомов углерода в молекуле, которая является как бы ее основой. 2. Нумерация атомов главной цепи Атомам главной цепи присваивают номера. Нумерация атомов главной цепи начинается с того конца, к которому ближе стоит заместитель (структуры А, Б). В случае если заместители находятся на равном удалении от конца цепи, то нумерация начинается от того конца, при котором их больше (структура В). В случае если различные заместители находятся на равном удалении от концов цепи, то нумерация начинается с того конца, к которому ближе старший (структура Г). Старшинство углеводородных заместителœей определяется по тому, в каком порядке следует в алфавите буква, с которой начинается их название: летил (-СН3), затем пропил (-СН2-СН2-СН3), этил (-СН2-СН3) и т. д.Обратите внимание, что название заместителя формируется заменой суффикса -ан на суффикс -ил в названии соответствующего алкана. 3. Формирование названия В начале названия указывают цифры - номера атомов углерода, при которых находятся заместители. В случае если при данном атоме находится несколько заместителœей, то соответствующий номер в названии повторяется дважды через запятую (2,2-). После номера через дефис указывают количество заместителœей (ди - два, три - три, тетра - четыре, пента - пять) и название заместителя (метил, этил, пропил), затем без пробелов и дефисов - название главной цепи. Главная цепь принято называть как углеводород - член гомологического ряда метана (метан, этан, пропан и т. д.).

Названия веществ, структурные формулы которых приведены выше, следующие: структура А 2-метилбутан

структура Б З-метилгексан

структура В 2,2,4-тприметилпентап

структура Г З-метил-5-этилтептан Получение 1. Выделœение углеводородов из природного сырья. Источниками предельных углеводородов, как вы уже знаете, являются нефть и природный газ. Основной компонент природного газа - простейший углеводород метан, который используется непосредственно или подвергается переработке. Нефть, извлеченная из земных недр, также подвергается переработке, ректификации, крекингу. Больше всœего углеводородов получают при переработке нефти и других природных источников. Но значительное количество ценных углеводородов получают искусственно, синтетическими способами. 2. Изомеризация. Наличие катализаторов изомеризации ускоряет образование углеводородов с разветвленным скелœетом из линœейных углеводородов:

Добавление катализаторов позволяет несколько уменьшить температуру, при которой протекает реакция. 3. Гидрирование (присоединœение водорода) алкенов. Как уже было сказано, в результате крекинга образуется большое количество непредельных углеводородов с двойной связью - алкенов. Уменьшить их количество можно, добавив в систему водород и катализаторы гидрирования - металлы (платина, палладий, никель): СН3 - СН2 - СН = СН2 + Н2 -> СН3 - СН2 - СН2 - СН3 Крекинг в присутствии катализаторов гидрирования с добавлением водорода принято называть восстановительным крекингом. Основными его продуктами являются предельные углеводороды. В заключение добавим, что повышение давления при крекинге (крекинг высокого давления) позволяет уменьшить количество газообразных (СН4-С4Н10) углеводородов и повысить содержание жидких углеводородов с длиной цепи 6-10 атомов углерода, которые составляют основу бензинов. Мы рассмотрели несколько промышленных способов получения алканов, которые являются основой промышленной переработки основного углеводородного сырья - нефти. Теперь обсудим несколько лабораторных способов получения алканов. 4. Декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот. Нагревание натриевой соли уксусной кислоты (ацетата натрия) с избытком щелочи приводит к отщеплению карбоксильной группы и образованию метана: СН3СОNа + NаОН СН4 + Nа2С03 В случае если вместо ацетата натрия взять пропионат натрия, то образуется этан, из бутаноата натрия - пропан и т. д. RСН2СОNа +NаОН -> RСН3 + Nа2С03 5. Синтез Вюрца. При взаимодействии галогеналканов с щелочным металлом натрием образуются предельные углеводороды и галогенид щелочного металла, к примеру: 2СН3СН2Вг + 2Nа -ʼʼ>СН3СН2СН2СН3 + 2NаВг Действие щелочного металла на смесь галогенуглеводородов (к примеру, бромэтана и бромметана) приведет к образованию смеси алканов (этана, пропана и бутана). Реакция, на которой основан синтез Вюрца, хорошо протекает только с галогеналканами, в молекулах которых атом галогена присоединœен к первичному атому углерода. 6. Гидролиз карбидов . При обработке некоторых карбидов, содержащих углерод в степени окисления -4 (к примеру, карбида алюминия), водой образуется метан: Аl4С3 + 12Н20 = ЗСН4 + 4Аl(ОН)3 Физические свойства Первые четыре представителя гомологического ряда метана - газы. Простейший из них - метан - газ без цвета͵ вкуса и запаха (запах ʼʼгазаʼʼ, почувствовав который нужно звонить по телœефону 04, определяется запахом меркаптанов - серусодер-жащих соединœений, специально добавляемых к метану, используемому в бытовых и промышленных газовых приборах, для того чтобы люди, находящиеся рядом с ними, могли по запаху определить утечку). Углеводороды состава от С5Н12 до С15Н32 - жидкости, более тяжелые углеводороды - твердые вещества. Температуры кипения и плавления алканов постепенно увеличиваются с возрастанием длины углеродной цепи. Все углеводороды плохо растворяются в воде, жидкие углеводороды являются распространенными органическими растворителями.

Химические свойства 1. Реакции замещения. Наиболее характерными для ал-канов являются реакции свободнорадикального замещения, в ходе которых атом водорода замещается на атом галогена или какую-либо группу. Приведем уравнения наиболее характерных реакций. Галогенирование: СН4 + С12 -> СН3Сl + HCl В случае избытка галогена хлорирование может пойти дальше, вплоть до полного замещения всœех атомов водорода на хлор: СН3Сl + С12 -> HCl + СН2Сl2 дихлорметан хлористый метилен СН2Сl2 + Сl2 -> HCl + CHCl3 трихлорметан хлороформ СНСl3 + Сl2 -> HCl + ССl4 тетрахлорметан четыреххлористый углерод Полученные вещества широко используются как растворители и исходные вещества в органических синтезах. 2. Дегидрирование (отщепление водорода). При пропускании алканов над катализатором (Pt, Ni, А1203, Сг2O3) при высокой температуре (400-600 °С) происходит отщепление молекулы водорода и образование алкена: СН3-СН3 -> СН2=СН2 + Н2 3. Реакции, сопровождающиеся разрушением углеродной цепи. Все предельные углеводороды горят с образованием углекислого газа и воды. Газообразные углеводороды, смешанные с воздухом в определœенных соотношениях, могут взрываться. Горение предельных углеводородов - это свободнора-дикальная экзотермическая реакция, которая имеет очень большое значение при использовании алканов в качестве топлива. СН4 + 2O2 -> С02 + 2Н2O + 880кДж

В общем виде реакцию горения алканов можно записать следующим образом:

Реакции термического расщепления лежат в базе промышленного процесса - крекинга углеводородов. Этот процесс является важнейшей стадией переработки нефти. При нагревании метана до температуры 1000 °С начинается пиролиз метана - разложение на простые вещества. При нагревании до температуры 1500 °С возможно образование ацетилена. 4. Изомеризация. При нагревании линœейных углеводородов с катализатором изомеризации (хлоридом алюминия) происходит образование веществ с разветвленным углеродным скелœетом:

5. Ароматизация. Алканы с шестью или более углеродными атомами в цепи в присутствии катализатора циклизуются с образованием бензола и его производных:

В чем причина того, что алканы вступают в реакции, протекающие по свободнорадикальному механизму? Все атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии sр 3 -гибридизации. Молекулы этих веществ построены при помощи ковалентных неполярных С-С (углерод-углерод) связей и слабополярных С-Н (углерод-водород) связей. В них нет участков с повышенной и пониженной электронной плотностью, легко поляризуемых связей, т. е. таких связей, электронная плотность в которых может смещаться под действием внешних воздействий (электростатических полей ионов). Следовательно, алканы не будут реагировать с заряженными частицами, так как связи в молекулах алканов не разрываются по гетеролитическому механизму.Наиболее характерными реакциями алканов являются реакции свободнорадикального замещения. В ходе этих реакций атом водорода замещается на атом галогена или какую-либо группу. Кинœетику и механизм свободнорадикальных цепных реакций, т. е. реакций, протекающих под действием свободных радикалов - частиц, имеющих неспаренные электроны, - изучал замечательный русский химик Н. Н. Семенов. Именно за эти исследования ему была присуждена Нобелœевская премия по химии.

Обычно механизм реакции свободнорадикального замещения представляют тремя основными стадиями: 1. Инициирование (зарождение цепи, образование свободных радикалов под действием источника энергии - ультрафиолетового света͵ нагревания). 2. Развитие цепи (цепь последовательных взаимодействий свободных радикалов и неактивных молекул, в результате которых образуются новые радикалы и новые молекулы). 3. Обрыв цепи (объединœение свободных радикалов в неактивные молекулы (рекомбинация), ʼʼгибельʼʼ радикалов, прекращение развития цепи реакций).

Семенов Николай Николаевич

(1896 - 1986)Советский физик и физикохимик, академик. Лауреат Нобелœевской премии (1956). Научные исследования относятся к учению о химических процессах, катализе, цепных реакциях, теории теплового взрыва и горении газовых смесей.

Рассмотрим данный механизм на примере реакции хлорирования метана: СН4 + Сl2 -> СН3Сl + НСl Инициирование цепи происходит в результате того, что под действием ультрафиолетового облучения или при нагревании происходит гомолитический разрыв связи Сl-Сl и молекула хлора распадается на атомы: Сl: Сl -> Сl· + Сl· Образовавшиеся свободные радикалы атакуют молекулы метана, отрывая у них атом водорода: СН4 + Сl· -> СН3· + НСl и превращая в радикалы СН3·, которые, в свою очередь, сталкиваясь с молекулами хлора, разрушают их с образованием новых радикалов: СН3· + Сl2 -> СН3Сl + Сl· и т. д. Происходит развитие цепи. Наряду с образованием радикалов происходит их ʼʼгибельʼʼ в результате процесса рекомбинации - образования неактивной молекулы из двух радикалов: СН3· + Сl· -> СН3Сl

Сl· + Сl· -> Сl2 СН3· + СН3· -> СН3-СН3 Интересно отметить, что при рекомбинации выделяется ровно столько энергии, сколько крайне важно для разрушения только что образовавшейся связи. В связи с этим рекомбинация возможна только в том случае, в случае если в соударении двух радикалов участвует третья частица (другая молекула, стенка реакционного сосуда), которая забирает на себя избыток энергии. Это дает возможность регулировать и даже останавливать свободнорадикальные цепные реакции.Обратите внимание на последний пример реакции рекомбинации - образование молекулы этана. Этот пример показывает, что реакция с участием органических соединœений представляет собой достаточно сложный процесс, в результате которого, наряду с основным продуктом реакции, очень часто образуются побочные продукты, что приводит к крайне важно сти разрабатывать сложные и дорогостоящие методики очистки и выделœения целœевых веществ. В реакционной смеси, полученной при хлорировании метана, наряду с хлорметаном (СН3Сl) и хлороводородом, будут содержаться: дихлорметан (СН2Сl2), трихлорметан (СНСl3), тетрахлорметан (ССl4), этан и продукты его хлорирования. Теперь попытаемся рассмотреть реакцию галогенирования (к примеру, бромирования) более сложного органического соединœения - пропана. В случае если в случае хлорирования метана возможно только одно моно-хлорпроизводное, то в этой реакции может образоваться уже два монобромпроизводных:

Видно, что в первом случае происходит замещение атома водорода при первичном атоме углерода, а во втором - при вторичном. Одинаковы ли скорости этих реакций? Оказывается, что в конечной смеси преобладает продукт замещения атома водорода, который находится при вторичном углероде, т. е. 2-бромпропан (СН3-СНВг-СН3). Давайте попытаемся объяснить это.Для того чтобы это сделать, нам придется воспользоваться представлением об устойчивости промежуточных частиц. Вы обратили внимание, что при описании механизма реакции хлорирования метана мы упомянули радикал метил - СН3·? Этот радикал является промежуточной частицей между метаном СН4 и хлорметаном СН3Сl. Промежуточной частицей между пропаном и 1-бромпропаном является радикал с неспаренным электроном при первичном углероде, а между пропаном и 2-бромпропаном - при вторичном.

Радикал с неспаренным электроном при вторичном атоме углерода (б) является более устойчивым по сравнению со свободным радикалом с неспаренным электроном при первичном атоме углерода (а). Он и образуется в большем количестве. По этой причинœе основным продуктом реакции бромирования пропана является 2-бром-пропан - соединœение, образование которого протекает через более устойчивую промежуточную частицу. Приведем несколько примеров свободнорадикальных реакций: Реакция нитрования (реакция Коновалова)

Реакция применяется для получения нитросоединœений - растворителœей, исходных веществ для многих синтезов. Каталитическое окисление алканов кислородом Эти реакции являются основой важнейших промышленных процессов получения альдегидов, кетонов, спиртов непосредственно из предельных углеводородов, к примеру: СН4 + [О] -> СН3ОН

Применение Предельные углеводороды, в особенности метан, находят очень широкое применение в промышленности (схема 2). Οʜᴎ являются простым и достаточно дешевым топливом, сырьем для получения большого количества важнейших соединœений. Соединœения, полученные из метана, самого дешевого углеводородного сырья, применяют для получения множества других веществ и материалов. Метан используют как источник водорода в синтезе аммиака, а также для получения синтез-газа (смесь СО и Н2), применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и других органических соединœений. Углеводороды более высококипящих фракций нефти используются как горючее для дизельных, турбореактивных двигателœей, как основа смазочных масел, как сырье для производства синтетических жиров и т. д. Приведем несколько промышленно значимых реакций, протекающих с участием метана. Метан используют для получения хлороформа, нитрометана, кислородсодержащих производных. Спирты, альдегиды, карбоновые кислоты могут образовываться при непосредственном взаимодействии алканов с кислородом исходя из условий проведения реакций (катализатора, температуры, давления):

Как вы уже знаете, углеводороды состава от С5Н12 до С11Н24 входят в бензиновую фракцию нефти и применяются в основном как горючее для двигателœей внутреннего сгорания. Известно, что наиболее ценными компонентами бензина являются изомерные углеводороды, так как они обладают максимальной детонационной устойчивостью. Углеводороды при контакте с кислородом воздуха медленно образуют с ним соединœения - перекиси. Это медленно протекающая свободнорадикальная реакция, инициатором которой является молекула кислорода:

Обратите внимание на то, что гидропероксидная группа образуется при вторичных атомах углерода, которых больше всœего в линœейных, или нормальных, углеводородах. При резком повышении давления и температуры, происходящем в конце такта сжатия, начинается разложение этих перекисных соединœений с образованием большого числа свободных радикалов, которые ʼʼзапускаютʼʼ свободнорадикальную цепную реакцию горения раньше, чем это крайне важно. Поршень еще идет вверх, а продукты горения бензина, которые уже успели образоваться в результате преждевременного поджига смеси, толкают его вниз. Это приводит к резкому уменьшению мощности двигателя, его износу.Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, основной причиной детонации является наличие перекисных соединœений, способность образовывать которые максимальна у линœейных углеводородов.Наименьшей детонационной устойчивостью среди углеводородов бензиновой фракции (С5Н14 - С11Н24) обладает к-гептан. Наиболее устойчив (т. е. в наименьшей степени образует перекиси) так называемый изооктан (2,2,4-триметилпентан). Общепринятой характеристикой детонационной устойчивости бензина является октановое число. Октановое число 92 (к примеру, бензин А-92) означает, что данный бензин обладает теми же свойствами, что и смесь, состоящая из 92% изооктана и 8% гептана. В заключение можно добавить, что использование высокооктанового бензина дает возможность повысить степень сжатия (давление в конце такта сжатия), что приводит к повышению мощности и КПД двигателя внутреннего сгорания.

17. Спирты

Строение Спиртами (или алканолами) называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (групп -ОН), соединœенных с углеводородным радикалом.

По числу гидроксильных групп (атомности) спирты делятся на: ‣‣‣ одноатомные ‣‣‣ двухатомные (гликоли) ‣‣‣ трехатомные.

По характеру углеводородного радикала выделяют следующие спирты: ‣‣‣ предельные, содержащие в молекуле лишь предельные углеводородные радикалы ‣‣‣ непредельные, содержащие в молекуле кратные (двойные и тройные) связи между атомами углерода ‣‣‣ ароматические, т. е. спирты, содержащие в молекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосредственно, а через атомы углерода.

Органические вещества, содержащие в молекуле гидрок-сильные группы, связанные непосредственно с атомом углерода бензольного кольца, существенно отличаются по химическим свойствам от спиртов и в связи с этим выделяются в самостоятельный класс органических соединœений - фенолы. К примеру, гидроксибензол фенол. Подробнее со строением, свойствами и применением фенолов мы познакомимся позже. Существуют и полиатомные (многоатомные) спирты , содержащие более трех гидроксильных групп в молекуле. К примеру, простейший шестиатомный спирт гексаол (сорбит).

Следует заметить, что спирты, содержащие две гидроксильные группы при одном атоме углерода, неустойчивы и самопроизвольно разлагаются (подвергаются перегруппировке атомов) с образованием альдегидов и кетонов:

Непредельные спирты, содержащие гидроксильную группу у атома углерода, связанного двойной связью, называются еколами. Нетрудно догадаться, что название этого класса соединœений образовано из суффиксов -ен и -ол, указывающих на присутствие в молекулах двойной связи и гидроксильной группы. Енолы, как правило, неустойчивы и самопроизвольно превращаются (изомеризуются) в карбонильные соединœения - альдегиды и кетоны. Эта реакция обратима, сам процесс называют кето-енольной таутомерией. Так, простейший енол - виниловый спирт чрезвычайно быстро изомеризуется в уксусный альдегид. По характеру атома углерода, с которым связана гидроксильная группа, спирты делятся на: ‣‣‣ первичные, в молекулах которых гидроксильная группа связана с первичным атомомуглерода ‣‣‣ вторичные, в молекулах которых гидроксильная группа связана с вторичным атомом углерода ‣‣‣ третичные, в молекулах которых гидроксильная группа связана с третичным атомом углерода, к примеру: Номенклатура и изомерия При образовании названий спиртов к названию углеводорода, соответствующего спирту, добавляют (родовой) суффикс -ол. Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи, а префиксами ди-, три-, тетра- и т. д. - их число:

Начиная с третьего члена гомологического ряда, у спиртов появляется изомерия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропанол-2), а с четвертого - изомерияуглеродного скелœета (бутанол-1; 2-метилпропанол-1). Стоит сказать, что для них характерна и межклассовая изомерия - спирты изомерны простым эфирам.

рода, входящий в гидроксильную группу молекул спиртов, резко отличается от атомов водорода и углерода по способности притягивать и удерживать электронные пары. Благодаря этому в молекулах спиртов имеются полярные связи С-О и О-Н. Физические свойства спиртов

Учитывая полярность связи О-Н и значительный частичный положительный заряд, локализованный (сосредоточенный) на атоме водорода, говорят, что водород гидроксильной группы имеет ʼʼкислотныйʼʼ характер.
Размещено на реф.рф
Этим он резко отличается от атомов водорода, входящих в углеводородный радикал. Необходимо отметить, что атом кислорода гидроксильной группы имеет частичный отрицательный заряд и две неподелœенные электронные пары, что дает возможность спиртам образовывать особые, так называемые водородные связи между молекулами. Водородные связи возникают при взаимодействии частично положительно заряженного атома водорода одной молекулы спирта и частично отрицательно заряженного атома кислорода другой молекулы. Именно благодаря водородным связям между молекулами спирты имеют аномально высокие для своей молекулярной массы температуры кипения. Так, пропан с относительной молекулярной массой 44 при обычных условиях является газом, а простейший из спиртов - метанол, имея относительную молекулярную массу 32, в обычных условиях жидкость. Низшие и средние члены ряда предельных одноатомных спиртов, содержащие от одного до одиннадцати атомов углерода, - жидкости. Высшие спирты (начиная с С 12 Н 25 ОН) при комнатной температуре - твердые вещества. Низшие спирты имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус, они хорошо растворимы в воде. По мере увеличения углеводородного радикала растворимость спиртов в воде понижается, и ок-танол уже не смешивается с водой. Химические свойства Свойства органических веществ определяются их составом и строением. Спирты подтверждают общее правило. Их молекулы включают в себя углеводородные и гидроксильные радикалы, в связи с этим химические свойства спиртов определяются взаимодействием и влиянием друг на друга этих групп. Характерные для данного класса соединœений свойства обусловлены наличием гидроксильной группы. 1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами. Для выявления влияния углеводородного радикала на гидроксильную группу крайне важно сравнить свойства вещества, содержащего гидроксильную группу и углеводородный радикал, с одной стороны, и вещества, содержащего гидроксильную группу и не содержащего углеводородный радикал, - с другой. Такими веществами бывают, к примеру, этанол (или другой спирт) и вода. Водород гидроксильной группы молекул спиртов и молекул воды способен восстанавливаться щелочными и щелочноземельнымиметаллами (замещаться на них).

С водой это взаимодействие идет значительно активнее, чем со спиртом, сопровождается большим выделœением тепла, может приводить к взрыву. Это различие объясняется электронодонорными свойствами ближайшего к гидроксильной группе радикала. Обладая свойствами донора электронов (+I-эффектом), радикал несколько повышает электронную плотность на атоме кислорода, ʼʼнасыщаетʼʼ его за свой счет, уменьшая тем самым полярность О-Н-связи и ʼʼкислотныйʼʼ характер атома водорода гидроксильной группы в молекулах спиртов по сравнению с молекулами воды. 2. Взаимодействие спиртов с галогеноводородами. Замещение гидроксильной группы на галоген приводит к образованию галогеналканов. К примеру: С2Н5ОН + НВг <-> С2Н5Вг + Н2O Данная реакция обратима. 3. Межмолекулярная дегидратация спиртов - отщепление молекулы воды от двух молекул спирта при нагревании в присутствии водоотнимающих средств

В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового спирта с серной кислотой до температуры от 100 до 140 °С образуется диэтиловый (серный) эфир.
Размещено на реф.рф
4. Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации):

Реакция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами.К примеру, при взаимодействии этилового спирта и уксус-аой кислоты образуется уксусноэтиловый эфир - этилацетат:

5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры, чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате ее образуются алкены. Эта реакция обусловлена наличием атома водорода и гидроксиль-ной группы при сосœедних атомах углерода. В качестве примера можно привести реакцию получения этена (этилена) при нагревании этанола выше 140 °С в присутствии концентрированной серной кислоты. 6. Окисление спиртов обычно проводят сильными окислителями, к примеру дихроматом калия или перманганатом калия в кислой среде. При этом действие окислителя направляется на тот атом углерода, который уже связан с гидроксильной группой. Учитывая зависимость отприроды спирта и условий проведения реакции могут образовываться различные продукты. Так, первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты:

Третичные спирты достаточно устойчивы к окислению. При этом в жестких условиях (сильный окислитель, высокая температура) возможно окисление третичных спиртов, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ происходит с разрывом углерод-углеродных связей, ближайших к гидроксильной группе. 7. Дегидрирование спиртов. При пропускании паров спирта при 200-300 °С над металлическим катализатором, к примеру медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в альдегиды, а вторичные - в кетоны:

Присутствием в молекуле спирта одновременно нескольких гидроксильных групп обусловлены специфические свойства многоатомных спиртов, которые способны образовывать растворимые в воде ярко-синие комплексные соединœения при взаимодействии со свежеполученным осадком гидроксида меди(II).Одноатомные спирты не способны вступать в эту реакцию. По этой причине она является качественной реакцией на многоатомные спирты. Алкоголяты щелочных и щелочноземельных металлов подвергаются гидролизу при взаимодействии с водой. К примеру, при растворении этилата натрия в воде протекает обратимая реакция С2Н5ОNа + НОН <-> С2Н5ОН + NаОН равновесие которой практически полностью смещено вправо. Это также подтверждает, что вода по своим кислотным свойствам (ʼʼкислотномуʼʼ характеру водорода в гидроксильной группе) превосходит спирты. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, взаимодействие алкоголятов с водой можно рассматривать как взаимодействие соли очень слабой кислоты (в данном случае в данном качестве выступает спирт, образовавший алкоголят) с кислотой более сильной (эту роль здесь играет вода). Спирты могут проявлять основные свойства при взаимодействии с сильными кислотами, образуя соли алкилоксония благодаря наличию неподелœенной электронной пары на атоме кислорода гидроксильной группы:

Реакция этерификации обратима (обратная реакция - гидролиз сложного эфира), равновесие смещается вправо в присутствии водоотнимающих средств.Внутримолекулярная дегидратация спиртов протекает в соответствии с правилом Зайцева: при отщеплении воды от вторичного или третичного спирта атом водорода отрывается от наименее гидрированного атома углерода. Так, дегидратация бутанола-2 приводит к бутену-2, а не бутену-1. Наличие в молекулах спиртов углеводородных радикалов не может не сказаться на химических свойствах спиртов. Химические свойства спиртов, обусловленные углеводородным радикалом, различны и зависят от его характера. Так, всœе спирты горят; непредельные спирты, содержащие в молекуле двойную С=С связь, вступают в реакции присоединœения, подвергаются гидрированию, присоединяют водород, реагируют с галогенами, к примеру, обесцвечивают бромную воду, и т. д. Способы получения 1. Гидролиз галогеналканов. Вы уже знаете, что образование галогеналканов при взаимодействии спиртов с галогено-водородами - обратимая реакция. По этой причине понятно, что спирты бывают получены при гидролизе галогеналканов - реакции этих соединœений с водой. Многоатомные спирты можно получить при г

Способы получения солей - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Способы получения солей" 2017, 2018.

Которые состоят из аниона (кислотного остатка) и катиона (атом металла). В большинстве случаев это кристаллические вещества различной окраски и с разной растворимостью в воде. Простейший представитель данного класса соединений - (NaCl).

Соли делятся на кислые, нормальные и основные.

Нормальные (средние) образуются в случаях, когда в кислоте все атомы водорода замещаются на атомы металла или когда все гидроксильные группы основы замещаются на кислотные остатки кислот (например, MgSO4, Mg (CH3COO) 2). При электролитической диссоциации они разлагаются на положительно заряженные анионы металлов и отрицательно заряженные кислотные остатки.

Химические свойства солей данной группы:

Разлагаются при воздействии высоких температур;

Подвергаются гидролизу (взаимодействие с водой);

Вступают в реакции обмена с кислотами, другими солями и основаниями. При этом следует помнить некоторые особенности данных реакций:

Реакция с кислотой проходит лишь тогда, когда эта чем та, от которой происходит соль;

Реакция с основанием проходит в случае, когда образуется нерастворимое вещество;

Солевой раствор реагирует с металлом, если он стоит в электрохимическом ряду напряжений левее металла, который входит в состав соли;

Солевые соединения в растворах взаимодействуют друг с другом, если при этом образуется нерастворимый продукт обмена;

Редокс, что можно связать со свойствами катиона или аниона.

Кислые соли получают в случаях, когда лишь часть атомов водорода в кислоте замещается на атомы металлов (например, NaHSO4, CaHPO4). При электролитической диссоциации они образуют катионы водорода и металла, анионы кислотного остатка, поэтому химические свойства солей данной группы включают следующие признаки как солевых, так и кислотных соединений:

Подвергаются термическому разложению с образованием средней соли;

Взаимодействуют со щелочью, образуя нормальную соль.

Основные соли получают в случаях, когда лишь часть гидроксильных групп основ замещается на кислотные остатки кислот (например, Cu (OH) или Cl, Fe (OH) CO3). Такие соединения диссоциируют на катионы металлов и анионы гидроксила и кислотного остатка. Химические свойства солей данной группы включают характерные химические признаки и солевых веществ, и основ одновременно:

Характерно термическое разложение;

Взаимодействуют с кислотой.

Существует еще понятие комплексных и

Комплексные содержат комплексный анион или катион. Химические свойства солей такого типа включают реакции разрушения комплексов, сопровождающиеся образованием малорастворимых соединений. Кроме этого, они способны обмениваться лигандами между внутренней и внешней сферой.

Двойные же имеют два различных катиона и могут реагировать с растворами щелочей (реакция восстановления).

Способы получения солей

Данные вещества можно получить следующими способами:

Взаимодействием кислот с металлами, которые способны вытеснять атомы водорода;

При реакции основ и кислот, когда гидроксильные группы основ обмениваются с кислотными остатками кислот;

Действием кислот на амфотерные и соли или металлы;

Действием оснований на кислотные оксиды;

Реакцией между кислотными и основными оксидами;

Взаимодействием солей между собой или с металлами ;

Получение солей при реакциях металлов с неметаллами;

Кислые солевые соединения получают при реакции средней соли с одноименной кислотой;

Основные солевые вещества получают путем взаимодействия соли с небольшим количеством щелочи.

Итак, соли можно получить многими способами, так как они образуются в результате многих химических реакций между различными неорганическими веществами и соединениями.

В уроке 41 «Получение солей » из курса «Химия для чайников » узнаем, какими способами можно получить соли, как их добывают и какое экологические воздействие они оказывают на окружающею среду.

Получение солей

Для получения солей используют реакции, с которыми вы познакомились при изучении химических свойств оксидов, кислот, оснований и солей.

Схемы этих реакций и их примеры приведены в предыдущих уроках на нашем сайте. Номера схем и соответствующие им классы исходных веществ для получения солей указаны в таблице.

Очевидно, что одну и ту же соль можно получить несколькими способами, исходя из разных веществ. Покажем, как пользоваться этой таблицей, на примерах.

Пример 1. Из таблицы видно, что в строке «Основный оксид» находятся цифры 3, 6, 5, 8. Из них цифры 3 и 6 попадают в столбец «Кислотный оксид», а цифры 5 и 8 - в столбец «Кислота». Это значит, что соль можно получить по реакции основного оксида с кислотным оксидом (по схемам 3 или 6), а также с кислотой (по схемам 5 или 8).

Пример 2. Какие вещества реагируют с кислотами с образованием солей? Из таблицы видно, что в столбце «Кислота» находятся числа 7, 5, 8, 9, 11, 10 и 16. Из них число 7 попадает в строку «Металл»; числа 5 и 8 - в строку «Основный оксид»; числа 9 и 11 - в строку «Основание», а числа 10 и 16 - в строку «Соль». Это значит, что соли образуются в результате взаимодействия кислот с металлами (по схеме 7), с основными оксидами (по схемам 5 или 8), с основаниями (по схемам 9 или 11), а также с солями (по схемам 10 или 16).

Экологические проблемы добычи солей

Чаще всего в месторождениях соли находятся не в чистом виде, а в смеси с различными примесями. Эту смесь, которая называется «руда», из глубоких подземных шахт поднимают на поверхность земли и выделяют из нее полезные соли. Ненужные примеси, которые при этом остаются, собираются в больших количествах, образуя огромные соляные отвалы . Внешне они напоминают горы (рис. 125).

Эти отвалы представляют опасность для окружающей среды. Дело в том, что содержащиеся в отвалах вещества растворяются в дождевой воде и в таком виде проникают глубоко в почву, попадают в подземные воды. Почва от этого становится «мертвой», а вода - непригодной для питья и для использования в быту. Поэтому очень важно в настоящее время уменьшить вредное воздействие соляных отвалов на окружающую среду.

Для решения этой проблемы ученые предлагают разные способы. Один из них заключается в том, что руду перерабатывают под землей, оставляя ненужные отходы в подземных пустотах.

Краткие выводы урока:

1. Соли получают, используя различные реакции с участием металлов, оксидов, кислот, оснований и солей.
2. Одну и ту же соль можно получить несколькими способами.

Надеюсь урок 41 «Получение солей » был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.