Кислоты и щелочи. Органические соединения

Все вещества - либо кислотные, либо щелочные, либо нейтральные. Точную степень этого можно измерить с использованием шкалы pH. Нейтральные вещества имеют pH, равный 7, pH кислот ниже 7, а у щелочей - выше 7.

Кислоты. Кислота растворяется в воде с образованием ионов водорода. Атомы водорода в молекуле соединения отделяются от других атомов в виде положительно заряженных ионов (Н⁺).

Когда газообразный хлорид водорода (НСІ) растворяется в воде, атомы водорода и хлора разделяются, образуя положительно заряженные ионы водорода (Н⁺) и отрицательно заряженные ионы хлора (СГ), содержащиеся в растворе соляной кислоты.

Доля молекул кислоты, диссоциирующих подобным образом, определяет ее силу. Сильной кислотой, например, является азотная (HN0₃), используемая в производстве удобрений и взрывчатых веществ. Слабые кислоты включают уксусную кислоту (СН₃С0₂Н), содержащуюся в уксусе, и лимонную кислоту (C₆H₆0₇), которая придает характерный вкус лимонам, грейпфрутам и другим цитрусовым.

Основания. Основания можно рассматривать как противоположность кислотам. Это группа соединений, которые реагируют с ионами водорода, даваемыми кислотами, и нейтрализуют их. Если основание растворимо в воде, оно называется щелочью.

Когда основание нейтрализует кислоту, продуктом реакции являются соль и вода. Например, при смешении хлористоводородной кислоты (HCI) с гидроксидом калия (КОН) получаются хлорид калия плюс вода:

Щелочи. Щелочи - это основания, которые, растворяясь в воде, дают гидроксильные ионы (ОН^-). Пример - каустическая сода (NaOH), ее используют в производстве мыла и бумаги. При растворении в воде молекула диссоциирует с образованием положительно заряженного иона натрия (Na⁺) и отрицательно заряженного гидроксильного иона (ОН^-). Сила щелочи определяется тем, сколько ее молекул диссоциирует подобным образом с образованием гидроксильных ионов.

Одно из свойств щелочей - способность превращать масла и жиры в растворимые мыла, которые легко отмываются. Поэтому их применяют в различных очистителях.

Органические соединения. Углерод является уникальным элементом, поскольку его атомы могут соединяться друг с другом в длинные цепи и кольца. Многие из этих соединений были впервые открыты в живых организмах, поэтому их изучением занимается органическая химия. Топливо, пластмассы и искусственные волокна тоже относят к органическим, поскольку молекулы включают кольца и цепи углеродных атомов.

Углеводороды содержат только атомы углерода и водорода. Их используют главным образом как топливо или сырье для производства пластмасс, волокон, резины.

Алифатические соединения. В них атомы углерода соединены в цепи. Они группируются в классы на основании структур молекул.

Алканы имеют одинарные связи между атомами углерода. Простейший алкан - метан (СН₄); природный газ на 99% состоит из него. Другие алканы также служат топливом: этан (С₂Н₆), пропан (С₃Н₈) и бутан (С₄Н₁₀).

Алкены имеют не менее одной двойной связи между атомами углерода: этилен (С₂Н₄), пропилен (С₃Н₆) и бутен (С₄Н₈). В процессе полимеризации двойные связи молекул алкенов могут разрываться, что позволяет многим молекулам соединиться с образованием одной очень большой молекулы. Подобным образом получают многие пластмассы, например полиэтилен.

Спирты содержат одну или более гидроксильных групп (-ОН). К ним относится этанол (С₂Н₅ОН), содержащийся в алкогольных напитках. Он получается при ферментации (сбраживании) дрожжей. Этанол применяется также как растворитель.

Ароматические соединения. Органические соединения, молекулы которых содержат фрагмент из шести углеродных атомов, соединенных в кольцо, называемое ароматическим. Это название обусловлено тем, что группа подобных соединений, выделенная из каменноугольной смолы, обладала характерным сильным запахом.

Простейший ароматический углеводород - бензол (С₆Н₆). В некоторых ароматических соединениях атомы водорода в бензольном кольце замещены другими атомами или химическими группами, например карболовая кислота.

Крекинг. Длинноцепочечные углеводородные молекулы превращаются в более короткие в химическом процессе, называемом крекингом. Например, сырая нефть содержит много непригодных для прямого использования углеводородов. Они расщепляются при нагревании.