Przypomnijcie sobie:
• kwasy w roztworze dysocjują, tworząc jony wodoru;
• zasadowość kwasu - to liczba atomów wodoru, które mogą być zamienione atomem pierwiastka metalicznego.
Definicja kwasów karboksylowych
Większość kwasów organicznych stanowi grupę kwasów karboksylowych.
Kwasami karboksylowymi nazywamy pochodne węglowodorów, w molekułach których znajduje się grupa karbosylowa
albo w skrócie -COOH.
Ta grupa karboksylowa obecna jest w molekułach wszystkich kwasów karboksylowych. Przynależność związku do kwasów karboksylowych zaznacza się w jej nazwie przez zakończenie -owy kwas, na przykład:
W molekule kwasu, której wzór został przedstawiony, znajdują się dwa atomy węgla, tak więc nazwa kwasu pochodzi od nazwy etanu - kwas etanowy. Większość kwasów karboksylowych posiada tradycyjne nazwy, na przykład kwas etanowy posiada nazwę - octowy.
Wzór molekularny kwasu etanowego jest następujący CHg-COOH. Według takiej zasady można ułożyć wzory prawie każdego kwasu karboksylowego.
Właściwości fizyczne kwasu etanowego
Kwas etanowy (octowy) - to bezbarwna lotna ciecz o charakterystycznym zapachu, higrosko-pijna, bez ograniczeń rozpuszczalna w wodzie, trochę cięższa od wody (gęstość 1,05 g/ml). Czysty (bezwodny) kwas etanowy nazywa się lodowatym dzięki temu, że jego temperatura topnienia wynosi 16,8 °C, a w stanie stałym przypomina lód (rys. 33.1). Kwas etanowy wrze w temperaturze 118°C. Podobnie do alkoholi, molekuły kwasu etanowego tworzą wiązania wodorowe między molekułami kwasu, jak również z molekułami wody, co ma wpływ na fizyczne właściwości kwasów.
Z czystym kwasem etanowym trzeba postępować ostrożnie. Jest on bardzo lotny, a jego opary podrażniają śluzówkę dróg oddechowych i powodują duszności. Nie tylko czysty kwas, ale również jego stężony roztwór (esencja octowa, w = 70%) powoduje poważne chemiczne poparzenia skóry. Przedostanie się do wnętrza organizmu powoduje ciężkie następstwa: poparzenia śluzówki jamy ustnej, przewodu pokarmowego i żołądka, zakłócenie krzepliwości krwi, krwotoki żołądkowo-jelitowe itd. Dawka śmiertelna kwasu etanowego wynosi 20 ml (w przeliczeniu na czysty kwas).
Właściwości chemiczne kwasu etanowego
Czysty kwas etanowy jest cieczą łatwopalną i bardzo łatwo się zapala. Pali się ledwo zauważalnym błękitnym płomieniem, tworząc dwutlenek węgla i wodę:
Rozcieńczone roztwory kwasu etanowego (ocet stołowy) się nie pali. Kwas etanowy posiada właściwości kwasowe i w roztworze wodnym dysocjuje, tworząc jon wodoru, zmieniając kolor wskaźników, jak znane już wam kwasy nieorganiczne:
Zwróćcie uwagę, że podczas dysocjacji kwasów karboksylowych może odłączyć się tylko ten atom wodoru, który znajduje się w składzie grupy karboksylowej, dlatego bez względu na to, że w molekule kwasu etanowego znajdują się cztery atomy wodoru, odłączyć się podczas dysocjacji i zamienić na jony pierwiastków metaliczynch może tylko jeden. W ten sposób, kwas etanowy - to kwas jednozasadowy, a jego reszta kwasowa - anion CHgCOO~.
Wszystkie kwasy karboksylowe są słabe, ich dysocjacja elektrolityczna jest odwracalna. W roztworze o objętości 1 1, który zawiera 0,1 mola kwasu etanowego, na jony dysocjuje tylko 1,8 % molekuł. Dlatego właśnie kwas etanowy wykazuje wszystkie znane wam właściwości kwasów słabych: reaguje z aktywnymi metalami, tlenkami zasadowymi, zasadami i solami słabszych kwasów:
Rys. 33.2. Najbardziej znane kwasy karboksylowe
Zwróćcie uwagę, że wzory soli kwasu etanowego z jednowalencyj-nymi pierwiastkami metalicznymi zapisujemy trochę nietypowo: symbol pierwiastka metalicznego zapisujemy zamiast symbolu wodoru, który on zamienił (CHgCOONa, CHgCOOK, CHgCOOLi). Sole kwasu etanowego nazywamy octanami'. CHgCOONa - octan sodu.
Występowanie kwasów organiczynch
Kwasy karboksylowe są powszechne w przyrodzie. Znajdują się one w składzie wielu warzyw, owoców i innych produktów spożywczych. Nazwy niektórych kwasów wskazują na te produkty, z których zostały one po raz pierwszy wyodrębnione (rys. 33.2).
Zastosowanie kwasu etanowego
Kwas etanowy - jest najbardziej znany wśród kwasów organicznych. Jego zapach jest znany każdemu, kto chciaż raz wykorzystywał ocet stołowy (6 %-owy lub 9 %-owy wodny roztwór kwasu octowego). Stężony roztwór kwasu etanowego (70-80 %) nazywany jest esencją octową. Ten kwas tworzy się podczas fermentacji wina i soku jabłkowego. Kwas etanowy również ma szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu (rys. 33.3).
Rys. 33.3. Zastosowanie kwasu etanowego
Pochodzenie tradycyjnej nazwy etynu - acetylen - jest związane z łacińskim słowem acetum - „ocet", ponieważ w reakcji dwustopniowej z acetylenu można otrzymać kwas octowy. Od nazwy tego kwasu pochodzi również nazwa acetonu, który kiedyś był z niego otrzymywany.
Zadanie lingwistyczne
Po łacinie formica oznacza „mrówkę", a po grecku oksos - „kwas" albo „kwaśny". Objaśnijcie pochodzenie tradycyjnych nazw kwasu metanowego i etanowego i ich soli.
Myśl główna
Kwasy karboksylowe wykazują wszystkie cechy kwasów nieorganiczynch, ale w oddziaływaniach chemiczynch zachowują się jak słabe kwasy.
Pytania kontrolne
390. Jakie substancje należą do kwasów karboksylowych?
391. W jaki sposób tworzy się nazwy kwasów karboksylowych?
392. W jakie oddziaływania chemiczne wchodzą kwasy karboksylowe? Co jest wspólne w chemicznych właściwościach kwasu etanowego i kwasów nieorganicznych?
393. Objaśnijcie, dlaczego kwas etanowy jest jednozasadowy.
394. Scharakteryzujcie występowanie kwasów karboksylowych w przyrodzie.
Zadania utrwalające wiedzę
395. Udowodnijcie, że kwas etanowy jest związkiem nasyconym.
396. .Wyliczcie obszary zastosowania kwasu etanowego. Dla każdego przykładu objaśnijcie, na jakich właściwościach bazuje jego zastosowanie.
397. Ułóżcie schemat utworzenia wiązań wodorowych między: a) dwoma molekułami kwasu etanowego; b) molekułą kwasu etanowego i molekułami wody. Objaśnijcie wpływ wiązania wodorowego na właściwości fizyczne kwasu etanowego.
398. Porównajcie chemiczne właściwości kwasów nieorganiczynch i karboksylowych. W tym celu w jednym słupku ułóżcie równania reakcji kwasu solnego, a w drugim słupku - kwasu etanowego z: KOH, Mg, FeO, CaC03.
399. Jak odróżnić roztwór kwasu octowego od: a) roztworu etanolu; b) kwasu solnego?
400. Aby usunąć plamy rdzy z odzieży można je obrobić roztworem kwasu etanowego. Ułóżcie molekularne i jonowo-molekularne równanie reakcji, co zajdzie, jeśli rdzę opisać wzorem wodorotlenku żelaza(lll).
401. Do marynowania ogórków potrzeba 750 ml octu stołowego (ułamek masowy kwasu stanowi 6 %, gęstość roztworu równa się gęstości wody), ale macie tylko esencję octową (ułamek masowy kwasu wynosi 70 %). Obliczcie masę esencji octowej i objętość wody, którą trzeba do niej dodać, aby przygotować potrzebną wam ilość octu.
402. Octan sodu jest wykorzystywany jako konserwant produktów spożywczych. W fabryce spożywczej postawiono zadanie przygotowania 100 I roztworu tej soli o ułamku masowym 0,05 %, gęstość roztworu równa się gęstości wody. Obliczcie masę krystalicznego wodzianu trihydratu octanu sodu, czego potrzebujecie w tym celu.
403. Sól ołowiu i kwasu octowego - octanu ołowiu(ll) - ma szerokie zastosowanie w medycynie w ołowianych okładach. Sól ta ma słodki smak, dlatego jest nazywana cukrem ołowianym, ale ze względu na obecność jonów ołowiu jest ona bardzo trująca. Ułóżcie równania reakcji otrzymania cukru ołowianego oddziaływaniem metalu i kwasu. Obliczcie masę tej soli, którą można otrzymać z ołowiu o masie 1 g.
404. Octan żelaza(ll) jest wykorzystywany do obróbki powierzchni metalowych w celu ochrony przed korozją. Otrzymać go można oddziaływaniem metalu z kwasem. Obliczcie masę żelaza, potrzebnego do otrzymania tej soli o masie 26,1 g.
405. Węglan wapnia - to główny komponent osadu z kamienia w czajniku. Aby oczyścić czajnik od osadu wlano do niego ocet stołowy. Po zakończeniu reakcji chemicznej wydzielił się gaz o objętości 336 ml. Obliczcie masę osadu, która była w czajniku.
406.Oddziaływanie sody z octem - jeden z procesów, potrzebnych do pieczenia ciasteczek (gaszenie sody). Obliczcie masę octu stołowego (uła-
mek masowy kwasu 6%), potrzebnego do oddziaływania z węglanem sodu o masie 5 g.
PRACA PRAKTYCZNA nr 4
Właściwości kwasu etanowego
Wyposażenie: statyw z probówkami, stojak na probówki, łopatka, pipetki.
Odczynniki: proszek magnezu, MgO (albo inny tlenek zasadowy), Na2C03, roztwory CHgCOOH, NaOH, lakmus.
Zasady bezpieczeństwa:
• do przeprowadzania eksperymentów używajcie małych ilości substancji;
• chrońcie się przed trafieniem odczynników na skórę, do oczu, na odzież; w razie dostania się substancji żrącej zmyjcie ją wielką ilością wody i przetrzyjcie uszkodzone miejsce rozcieńczonym roztworem kwasu bornego ( w przypadku dostania się zasady) albo roztworem sody (w przypadku dostania się kwasu);;
• aby określić zapach substancji nie podnoście probówki do twarzy, a kierujcie powietrze rękami do siebie.
Doświadczenie 1. Do dwóch probówek nalejcie po 1 ml roztworu kwasu etanowego. Do pierwszej dodajcie parę kropli roztworu lakmusu, a potem zobojętnijcie kwas roztworem zasady. Do drugiej probówki nasypcie trochę proszku magnezu (na końcu łopatki). Według jakich cech można wysnuć wniosek o przebiegu reakcji w obu probówkach? Ułóżcie równania reakcji w postaci molekularnej i jonowej.
Doświadczenie 2. Do dwóch probówek nalejcie po 1 ml roztworu kwasu octowego. Do pierwszej probówki dodajcie trochę tlenku magnezu, a do drugiej - węglanu sodu. Według jakich cech można wysnuć wniosek o przebiegu reakcji w obu przypadkach? Ułóżcie równania reakcji w postaci molekularnej i jonowo-molekularnej.
Wysnujcie wniosek do pracy praktycznej. Aby sformułować wniosek, wykorzystajcie odpowiedzi na następujące pytania:
1. W jaki sposób można wykryć kwas etanowy?
2. Jakie właściwości kwasu etanowego charakteryzują podobieństwo właściwości kwasów organicznych i nieorganiczynch?
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz