Какое из веществ проявляет наиболее сильные кислотные свойства ch2cl
Источник
Карбоновые кислоты – это вещества, в молекулах которых содержится одна или несколько карбоксильных групп СООН.
Общая формула предельных одноосновных карбоновых кислот: СnH2nO2
Строение, изомерия и гомологический ряд карбоновых кислот
Химические свойства карбоновых кислот
Способы получения карбоновых кислот
.
- кислотные свойства, замещение водорода на металл;
- замещение группы ОН
- замещение атома водорода в алкильном радикале
- образование сложных эфиров — этерификация
1. Кислотные свойства
Кислотные свойства карбоновых кислот возникают из-за смещения электронной плотности к карбонильному атому кислорода и вызванной этим дополнительной (по сравнению со спиртами и фенолами) поляризацией связи О–Н.
В водном растворе карбоновые кислоты частично диссоциируют на ионы:
R–COOH ⇆ R-COO– + H+
1.1. Взаимодействие с основаниями
Карбоновые кислоты реагируют с большинством оснований. При взаимодействии карбоновых кислот с основаниями образуются соли карбоновых кислот и вода.
CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
Карбоновые кислоты реагируют с щелочами, амфотерными гидроксидами, водным раствором аммиака и нерастворимыми основаниями.
Например, уксусная кислота растворяет осадок гидроксида меди (II)
Видеоопыт взаимодействия уксусной кислоты с гидроксидом натрия можно посмотреть здесь.
Например, уксусная кислота реагирует с водным раствором аммиака с образованием ацетата аммония
CH3COOH + NH3 = CH3COONH4
1.2. Взаимодействие с металлами
Карбоновые кислоты реагируют с активными металлами. При взаимодействии карбоновых кислот с металлами образуются соли карбоновых кислот и водород.
Например, уксусная кислота взаимодействует с кальцием с образованием ацетата кальция и водорода.
Видеоопыт взаимодействия уксусной кислоты с магнием и цинком можно посмотреть здесь.
1.3. Взаимодействие с основными оксидами
Карбоновые кислоты реагируют с основными оксидами с образованием солей карбоновых кислот и воды.
Например, уксусная кислота взаимодействует с оксидом бария с образованием ацетата бария и воды.
Например, уксусная кислота реагирует с оксидом меди (II)
2СН3СООН + CuO = H2О + ( CH3COO)2 Cu
Видеоопыт взаимодействия уксусной кислоты с оксидом меди (II) можно посмотреть здесь.
1.4. Взаимодействие с с солями более слабых и летучих (или нерастворимых) кислот
Карбоновые кислоты реагируют с солями более слабых, нерастворимых и летучих кислот.
Например, уксусная кислота растворяет карбонат кальция
Качественная реакция на карбоновые кислоты: взаимодействие с содой (гидрокарбонатом натрия) или другими гидрокарбонатами. В результате наблюдается выделение углекислого газа
2. Реакции замещения группы ОН
Для карбоновых кислот характерны реакции нуклеофильного замещения группы ОН с образованием функциональных производных карбоновых кислот: сложных эфиров, амидов, ангидридов и галогенангидридов.
2.1. Образование галогенангидридов
Под действием галогенагидридов минеральных кислот-гидроксидов (пента- или трихлорид фосфора) происходит замещение группы ОН на галоген.
Например, уксусная кислота реагирует с пентахлоридом фосфора с образованием хлорангидрида уксусной кислоты
2.2. Взаимодействие с аммиаком
При взаимодействии аммиака с карбоновыми кислотами образуются соли аммония:
При нагревании карбоновые соли аммония разлагаются на амид и воду:
2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
Карбоновые кислоты вступают в реакции с одноатомными и многоатомными спиртами с образованием сложных эфиров.
Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):
2.4. Получение ангидридов
С помощью оксида фосфора (V) можно дегидратировать (то есть отщепить воду) карбоновую кислоту – в результате образуется ангидрид карбоновой кислоты.
Например, при дегидратации уксусной кислоты под действием оксида фосфора образуется ангидрид уксусной кислоты
3. Замещение атома водорода при атоме углерода, ближайшем к карбоксильной группе
Карбоксильная группа вызывает дополнительную поляризацию связи С–Н у соседнего с карбоксильной группой атома углерода (α-положение). Поэтому атом водорода в α-положении легче вступает в реакции замещения по углеводородному радикалу.
В присутствии красного фосфора карбоновые кислоты реагируют с галогенами.
Например, уксусная кислота реагирует с бромом в присутствии красного фосфора
4. Свойства муравьиной кислоты
Особенности свойств муравьиной кислоты обусловлены ее строением, она содержит не только карбоксильную, но и альдегидную группу и проявляет все свойства альдегидов.
4.1. Окисление аммиачным раствором оксида серебра (I) и гидроксидом меди (II)
Как и альдегиды, муравьиная кислота окисляется аммиачным раствором оксида серебра. При этом образуется осадок из металлического серебра.
При окислении муравьиной кислоты гидроксидом меди (II) образуется осадок оксида меди (I):
4.2. Окисление хлором, бромом и азотной кислотой
Муравьиная кислота окисляется хлором до углекислого газа.
4.3. Окисление перманганатом калия
Муравьиная кислота окисляется перманганатом калия до углекислого газа:
5HCOOH + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
Видеоопыт взаимодействия муравьиной кислоты с перманганатом калия можно посмотреть здесь.
4.4. Разложение при нагревании
При нагревании под действием серной кислоты муравьиная кислота разлагается с образованием угарного газа:
Видеоопыт разложения муравьиной кислоты можно посмотреть здесь
5. Особенности бензойной кислоты
5.1. Разложение при нагревании
При нагревании бензойная кислота разлагается на бензол и углекислый газ:
4.2. Реакции замещения в бензольном кольце
Карбоксильная группа является электроноакцепторной группой, она уменьшает электронную плотность бензольного кольца и является мета-ориентантом.
6. Особенности щавелевой кислоты
6.1. Разложение при нагревании
При нагревании щавелевая кислота разлагается на угарный газ и углекислый газ:
6.2. Окисление перманганатом калия
Щавелевая кислота окисляется перманганатом калия до углекислого газа:
7. Особенности непредельных кислот (акриловой и олеиновой)
7.1. Реакции присоединения
Присоединение воды и бромоводорода к акриловой кислоте происходит против правила Марковникова, т.к. карбоксильная группа является электроноакцепторной:
К непредельным кислотам можно присоединять галогены и водород. Например, олеиновая кислота присоединяет водород:
6.2. Окисление непредельных карбоновых кислот
Непредельные кислоты обесцвечивают водный раствор перманганатов. При этом окисляется π-связь и у атомов углерода при двойной связи образуются две гидроксогруппы:
Источник
Большинство органических соединений можно рассматривать как кислоты, т.к. в их молекулах имеются связи атомов водорода с атомами С, О, N, S. Органические соединения классифицируют по кислотным центрам на С–H, O–H, N–H, S–H кислоты.
Кислотный центр – это элемент и связанный с ним атом водорода. На кислотные свойства органических соединений оказывает влияние стабильность аниона, образующегося при отдаче протона Н+. На стабильность аниона оказывают влияние следующие факторы:
1. Природа элемента в кислотном центре.
а) Электроотрицательность элементов в кислотном центре.
CH3–CH2OH (этанол) pKa=18; СH3–CH2–HNH (этаномин) pKa=30
Чем ниже pKa, тем сильнее кислота. Поскольку О2 является более электроотрицательным элементом, чем азот, то связь О–Н более полярна чем связь N–H, атом водорода в О–Н кислотном центре будет более подвижным, чем в N–Н центре. Исходя из величины pK этанол проявляет более выраженные кислотные свойства по сравнению с этаномином, т.к. образующийся при отщеплении протона алкоксид-ион CH3–CH2O- будет обладать более высокой стабильностью по сравнению с алкиламид-ионом CH3–CH2–HN-. Это объясняется тем, что более электроотрицательный кислород в алкоксид-ионе способен в гораздо большей степени нести отрицательный заряд по сравнению с атомом N в алкиламид-ионе.
б) Поляризуемость элемента в кислотном центре.
CH3–CH2–OH (этанол) pKa=18; CH3–CH2–SH (энантиол) pKa=10,5
Исходя из величины рКа энантиол проявляет более выраженные кислотные свойства по сравнению с этанолом. Если брать во внимание электроотрицательность элемента в кислотном центре, то этанол должен быть более сильной кислотой по сравнению с этантиолом, но в данном случае преобладает не фактор электроотрицательности, а фактор поляризуемости.
Поляризуемость атома – это мера смещения, рассредоточения электронного облака атома под действием внешнего электронного поля.
Поляризуемость атома возрастает с увеличением числа электронов и энергетических уровней. Атом серы более поляризуем, чем атом кислорода, т.к. атом серы имеет 3 энергетических уровня, а атом кислорода – 2. Образующийся при отщеплении протона меркаптид-ион СH3–CH2–S- будет обладать более высокой стабильностью по сравнению с алкоксид-ионом CH3–CH2–O- , т.к. в связи с более высокой поляризуемостью атома серы отрицательный заряд в меркаптид-ионе делокализован в гораздо большем объеме. Поэтому этантиол проявляет более выраженные кислотные свойства по сравнению с этанолом.
2. Стабилизация аниона за счет сопряжения.
C2H5–OH (этанол) рКа=18; C6H5–OH (фенол) рКа=9,9
[этанол с эффектами, (стер11)]
Исходя из величины рКа фенол проявляет более выраженные кислотные свойства по сравнению с этанолом. Для объяснения этого факта рассмотрим влияние электронных эффектов заместителей в молекулах этих соединений.
Под влиянием указанных электронных эффектов заместителей в молекуле этанола электронная плотность смещена к атому кислорода. Образующийся при отщеплении протона алкоксид-ион СH3–CH2–O- будет обладать низкой стабильностью, т.к. отрицательный заряд в этом анионе практически не делокализован по всей системе, а сосредоточен на атоме кислорода, поэтому этанол проявляет слабо выраженные кислотные свойства.
В молекуле же фенола [фенол с эффектами, (стер12)] под влиянием ЭД-заместителя ОН группы электронная плотность смещена от заместителя и делокализована по араматическому кольцу. Образующийся при отщеплении протона фенокси-ион C6H5–O- являясь сопряженной системой, будет обладать более высокой стабильностью по сравнению с алкоксид-ионом CH3–CH2–O-, который не является сопряженной системой. Т.о., образование сопряженной системы способствует делокализации отрицательного заряда в анионе, что повышает его стабильность и усиливает кислотные свойства веществ.
3. Влияние радикала на стабильность аниона.
При одинаковых кислотных центрах появление в радикалах электронноакцепторных заместителей способствует делокализации отрицательного заряда в анионе, что повышает его стабильность и усиливает кислотные свойства веществ. Рассмотрим на примере:
CH3–CH2–COOH (пропионовая к-та) рКа=4,9; молочная к-та рКа=3,83
Исходя из величины рКа молочная к-та (стер13) будет более сильной, чем пропионовая к-та, т.к. наличие в радикале этой кислоты электронноакцепторного заместителя ОН группы способствует делокализации отрицательного заряда в лактат-анион CH3–CH(ОН)–COO- , что повышает его стабильность по сравнению с пропионат-анионом CH3–CH2–COO-, радикал которого не содержит такого заместителя. Поэтому молочная к-та проявляет более выраженные кислотные свойства по сравнению с пропионовой.
4. Влияние растворителя на стабильность аниона.
В водных растворах анионы гидратируются, что повышает их стабильность и усиливает кислотные свойства веществ. Чем меньше радиус аниона, тем он более гидратирован и стабилен, а следовательно будут выше кислотные свойства вещества.
НСООН (муравьиная к-та) рКа=3,7; СН3СООН (уксусная к-та) рКа=4,76; СН3–СН2–СООН (пропионовая к-та) рКа=4,9
Исходя из величины рКа в этом ряду кислот наиболее сильной является муравьиная к-та. Это объясняется тем, что формиат-ион НСОО- имел малые размеры, наиболее гидратирован и стабилен по сравнению с ацетат-ионом CH3–COO- и пропионат-ионом СН3–СН2–СОО-.
Источник
Карбоновые кислоты – органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп.
Карбоксильная группа (сокращенно —COOH) – функциональная группа карбоновых кислот – состоит из карбонильной группы и связанной с ней гидроксильной группы.
По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делятся на одноосновные, двухосновные и т.д.
Общая формула одноосновных карбоновых кислот R—COOH. Пример двухосновной кислоты – щавелевая кислота HOOC—COOH.
По типу радикала карбоновые кислоты делятся на предельные (например, уксусная кислота CH3COOH), непредельные [например, акриловая кислота
CH2=CH—COOH
, олеиновая
CH3—(CH2)7—CH=CH—(CH2)7—COOH]
и ароматические (например, бензойная
C6H5—COOH).
Изомеры и гомологи
Одноосновные предельные карбоновые кислоты R—COOH являются изомерами сложных эфиров (сокращенно R’—COOR”) с тем же числом атомов углерода. Общая формула и тех, и других CnH2nO2.
| г о м о л о г и | HCOOH метановая (муравьиная) | ||||
| CH3COOH этановая (уксусная) | HCOOCH3 метиловый эфир муравьиной кислоты | ||||
| CH3CH2COOH пропановая (пропионовая) | HCOOCH2CH3 этиловый эфир муравьиной кислоты | CH3COOCH3 метиловый эфир уксусной кислоты | |||
| CH3(CH2)2COOH бутановая (масляная) | 2-метилпропановая | HCOOCH2CH2CH3 пропиловый эфир муравьиной кислоты | CH3COOCH2CH3 этиловый эфир уксусной кислоты | CH3CH2COOCH3 метиловый эфир пропионовой кислоты | |
| и з о м е р ы | |||||
Алгоритм составления названий карбоновых кислот
- Найдите главную углеродную цепь – это самая длинная цепь атомов углерода, включающая атом углерода карбоксильной группы.
- Пронумеруйте атомы углерода в главной цепи, начиная с атома углерода карбоксильной группы.
- Назовите соединение по алгоритму для углеводородов.
- В конце названия допишите суффикс “-ов”, окончание “-ая” и слово “кислота”.
В молекулах карбоновых кислот p-электроны атомов кислорода гидроксильной группы взаимодействуют с электронами -связи карбонильной группы, в результате чего возрастает полярность связи O—H, упрочняется -связь в карбонильной группе, уменьшается частичный заряд (+) на атоме углерода и увеличивается частичный заряд (+) на атоме водорода.
Последнее способствует образованию прочных водородных связей между молекулами карбоновых кислот.
Физические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот в значительной степени обусловлены наличием между молекулами прочных водородных связей (более прочных, чем между молекулами спиртов). Поэтому температуры кипения и растворимость в воде у кислот больше, чем у соответствующих спиртов.
Химические свойства кислот
Упрочнение -связи в карбонильной группе приводит к тому, что реакции присоединения для карбоновых кислот нехарактерны.
- Горение:
CH3COOH + 2O2 2CO2 + 2H2O
- Кислотные свойства.
Из-за высокой полярности связи O-H карбоновые кислоты в водном растворе заметно диссоциируют (точнее, обратимо с ней реагируют):HCOOH HCOO- + H+ (точнее HCOOH + H2O HCOO- + H3O+)
Все карбоновые кислоты – слабые электролиты. С увеличением числа атомов углерода сила кислот убывает (из-за снижения полярности связи O-H); напротив, введение атомов галогена в углеводородный радикал приводит к возрастанию силы кислоты. Так, в ряду
HCOOH CH3COOH C2H5COOH
сила кислот снижается, а в ряду
– возрастает.Карбоновые кислоты проявляют все свойства, присущие слабым кислотам:
Mg + 2CH3COOH (CH3COO)2Mg + H2
CaO + 2CH3COOH (CH3COO)2Ca + H2O
NaOH + CH3COOH CH3COONa + H2O
K2CO3 + 2CH3COOH 2CH3COOK + H2O + CO2 - Этерификация (реакция карбоновых кислот со спиртами, приводящая к образованию сложного эфира):
В реакцию этерификации могут вступать и многоатомные спирты, например, глицерин. Сложные эфиры, образованные глицерином и высшими карбоновыми кислотами (жирными кислотами) – это жиры.
Жиры представляют собой смеси триглицеридов. Предельные жирные кислоты (пальмитиновая C15H31COOH, стеариновая C17H35COOH) образуют твердые жиры животного происхождения, а непредельные (олеиновая C17H33COOH, линолевая C17H31COOH и др.) – жидкие жиры (масла) растительного происхождения.
- Замещение в углеводородном радикале:
Замещение протекает в -положение.
Особенность муравьиной кислоты HCOOH состоит в том, что это вещество – двуфункциональное соединение, оно одновременно является и карбоновой кислотой, и альдегидом:
Поэтому муравьиная кислота кроме всего прочего реагирует и с аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала; качественная реакция):
HCOOH + Ag2O(аммиачный раствор) CO2 + H2O + 2Ag
Получение карбоновых кислот
- Окисление альдегидов.
В промышленности: 2RCHO + O2 2RCOOHЛабораторные окислители: Ag2O, Cu(OH)2, KMnO4, K2Cr2O7 и др.
- Окисление спиртов: RCH2OH + O2 RCOOH + H2O
- Окисление углеводородов: 2C4H10 + 5O2 4CH3COOH + 2H2O
- Из солей (лабораторный способ): CH3COONaкр. + H2SO4 конц. CH3COOH + NaHSO4
Задачи и тесты по теме “Тема 6. “Карбоновые кислоты”.”
Рекомендации к теме
Изучив тему 6, Вы должны усвоить понятия: карбоксильная группа, карбоновые кислоты, предельные карбоновые кислоты, непредельные карбоновые кислоты, одноосновные карбоновые кислоты, многоосновные карбоновые кислоты.
Проверьте, знаете ли вы следующие формулы: общую формулу одноосновных предельных карбоновых кислот и предельных сложных эфиров, общую формулу одноосновных карбоновых кислот, общую формулу сложных эфиров, формулы муравьиной и уксусной кислот.
Проверьте, знаете ли вы, что такое реакция этерификации. Проверьте знаете ли вы правила номенклатуры карбоновых кислот.
Проверьте, умеете ли Вы решать задачи на избыток и недостаток.
Пример. Определите массу сложного эфира, который можно получить при взаимодействии 8 г метилового спирта и 23 г муравьиной кислоты.
Ответ: m(HCOOCH3) = 15 г
Убедившись, что все необходимые понятия усвоены, переходите к выполнению заданий. Желаем успеха.
Рекомендованная литература:
- О. С. Габриелян и др. Химия 10 кл. М., Дрофа, 2002;
- Л. С. Гузей, Р. П. Суровцева, Г. Г. Лысова. Химия 11 кл. Дрофа, 1999.
- Г. Г. Лысова. Опорные конспекты и тесты по органической химии. М., ООО “Глик плюс”, 1999.
Источник
Рекомендованные сообщения
Подскажите пожалуйста, как определять кислотные свойства соединений?
их реакциями с веществами,проявляющими основные свойства
Ну вот допустим задание:
Кислотные свойства проявляет соединение:
1) PH3
2) CH4
3) H2S
4) NH3
Как из них выбрать нужное вещество?
Кислотные свойства проявляет соединение:
3) H2S
H2S + 2 NaOH = Na2S + 2 H2O
H2S + 2 Na+ + 2 OH- = 2 Na+ + S2- + 2 H2O
H2S + 2 OH- = S2- + 2 H2O
Спасибо Вам большое
, а то в ответах написано PH3, что меня запутало окончательно :wacko:
Понятия кислот и оснований – это понятия весьма относительные, можно сказать любое вещество при определенных условиях может стать как кислотой, так и основанием. Поэтому из четырех представленных соединений все четыре вещества могут быть кислотами (РН, СН, SH и NН-кислотами, соответственно).
Если же представить кислоту как соединение дающее при диссоциации протоны и кислотный остаток (как того хочет школа), то кислотой являться будет только H2S – сероводородная кислота.
Если речь идёт не о теории, а о голой практике, то самый простой и универсальный метод – индикатором.
Спасибо за объяснение
А метан в каких условиях может превратиться в СН-кислоту?
При встрече со сверхоснованиями (например, система MgO – Na (напыление t=650 градусов Цельсия)). Для метана известен соответствующий кислотный анион – CH3-, крайне короткоживущий, разумеется. Константа диссоциации метана (СН4 ↔ СН3- + Н+) составляет 10-40. Кислотами можно считать частицы с константой кислотной диссоциации не ниже 10-25, поэтому метан к “обычным” кислотам, конечно же не относится.
Архивировано
Эта тема находится в архиве и закрыта для публикации сообщений.