Матеріал параграфа допоможе вам:
вирізняти карбонові кислоти серед інших органічних сполук;
з'ясувати будову молекули оцтової кислоти; засвоїти властивості оцтової кислоти; дізнатися про застосування оцтової кислоти.
Карбонові кислоти. У цьому і наступному параграфах ітиметься про сполуки класу карбонових кислот. Вони відрізняються від спиртів наявністю в молекулах карбоксильної групи атомів
Карбонові кислоти — це похідні вуглеводнів, молекули яких містять одну або кілька карбоксильних груп.
У рослинному світі трапляються різні карбонові кислоти — мурашина, оцтова, щавлева, яблучна, лимонна та ін. Тривіальні назви цих сполук здебільшого походять від назв рослин, у яких вони були знайдені (мал. 78, а). Карбонові кислоти виявлено і в організмах комах (мал. 78, б), ссавців, людини.
Оцтова кислота. Рідину, назва якої — оцет, виготовляли люди ще в давні часи. Її використовують для різних потреб у кожній родині, передусім для консервування, під час приготування їжі (мал. 79). Оцет — розбавлений водний розчин оцтової кислоти.
Оцтова кислота є найважливішою карбоновою кислотою. Її хімічна формула — СН3СООН. Вона складається з двох частин — вуглеводневого залишку -СН3 (залишок від молекули метану СН4) і карбоксильної групи -СООН.
Хімічна назва оцтової кислоти — етанова кислота.
Будова молекули оцтової кислоти. Структурна формула молекули цієї сполуки (мал. 80):
Атом Оксигену, який сполучений з атомом Карбону подвійним зв’язком, спричиняє сильне зміщення спільної електронної пари в гідроксильній групі:
Зв’язок О-Н у молекулі оцтової кислоти є більш полярним, ніж у молекулах етанолу чи гліцерину, тому сполука виявляє кислотні властивості.
Фізичні властивості. За звичайних умов оцтова кислота є безбарвною рідиною з різким
запахом і густиною 1,05 г/см3. При зниженні температури до +16,7 °С вона кристалізується, немов замерзає (мал. 81). Тому чисту кислоту іноді називають льодяною оцтовою кислотою. Температура кипіння сполуки +118,1 °С. Вона вища, ніж температура кипіння етанолу С2Н5ОН (+78,3 °С). Це зумовлено утворенням у кислоті більшої кількості водневих зв’язків ('її молекула містить два атоми Оксигену, тоді як молекула спирту — один атом).
Оцтова кислота змішується з водою в будь-яких співвідношеннях з утворенням розчину.
Хімічні властивості. Оцтова кислота, як і неорганічні кислоти, дисоціює у водному розчині на катіони Гідрогену та аніони кислотного залишку:
Цей процес відбувається внаслідок розриву ковалентних полярних зв’язків О-Н. Утворювані катіони Гідрогену спричиняють зміну забарвлення індикатора.
Оцтова кислота є слабкою; в її розчині міститься значно більше молекул кислоти, ніж йонів.
Аніон СН3СОО- називають ацетат-іоном, а солі оцтової кислоти — ацетатами (етаноата-ми). У формулах солей цієї та інших органічних кислот спочатку записують аніони, потім — катіони: CH3COONa, (СН3СОО)2Ва.
Оцтова кислота взаємодіє з активними металами (з виділенням водню):
Вона також вступає в реакції з основними й амфотерними оксидами (мал. 82), основами, амфотерними гідроксидами, деякими солями слабких кислот (наприклад, із карбонатами):
У йонно-молекулярних рівняннях оцтову кислоту як слабку кислоту подають у недисо-ційованій формі:
Складіть рівняння реакції оцтової кислоти з розчином натрій силікату в молекулярній та йонно-молекулярній формах.
Застосування. Оцтова кислота — перша з карбонових кислот, яка стала відома людині. Її застосовують у хімічній і харчовій промисловості, при фарбуванні тканин, у виробництві штучних волокон, домашньому господарстві.
ВИСНОВКИ
Карбонові кислоти — похідні вуглеводнів, молекули яких містять одну або кілька карбоксильних груп —СООН.
Оцтова кислота СН3СООН — найважливіша карбонова кислота. Це безбарвна рідина з різким запахом, яка змішується з водою в будь-яких співвідношеннях з утворенням розчину.
Оцтова кислота є слабкою. Вона взаємодіє з металами з виділенням водню, основними й амфотерними оксидами, основами, амфотерними гідроксидами, деякими солями.
Оцтову кислоту використовують у промисловості, для домашніх потреб.
205. Які сполуки називають карбоновими кислотами? Чим молекула карбонової кислоти відрізняється від молекули спирту?
206. Знайдіть формулу карбонової кислоти, якщо її молярна маса така сама, що й етанолу. Чи відповідає ця кислота визначенню карбонових кислот?
207. Поясніть, як і завдяки чому молекула оцтової кислоти дисоціює у водному розчині.
208. Чому оцтова кислота не виявляє основних властивостей, хоча її формула містить групу ОН, як і формула натрій гідроксиду?
209. Складіть рівняння реакцій і дайте назви їхнім продуктам:
210. Наведіть по два молекулярні рівняння, які відповідають таким йонно-молекулярним рівнянням:
211. Обчисліть масову частку оцтової кислоти в розчині, який утворився:
а) при змішуванні однакових кількостей речовини кислоти і води;
б) при додаванні 20 г кислоти до 200 г 20 %-го її розчину;
в) при додаванні 100 г води до 200 г 20 %-го розчину кислоти.
212. Відносна формульна маса солі оцтової кислоти становить 142. Визначте формулу цієї солі й назвіть сполуку.
213. Обчисліть масу розчину калій гідроксиду з масовою часткою лугу 32 %, який витратили на нейтралізацію 50 г розчину оцтової кислоти з масовою часткою кислоти 12 %.
214. Які маси оцтової есенції та води потрібно взяти для приготування 160 г столового оцту — розчину оцтової кислоти з масовою часткою кислоти 9 %? Візьміть до уваги, що оцтова есенція є розчином, який містить 80 % оцтової кислоти за масою.
ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ
Як добувають оцтову кислоту
Щорічний обсяг виробництва оцтової кислоти у світі сягає 4 млн тонн. Її добувають на заводах переважно з інших органічних сполук. Наприклад, за певних умов здійснюють реакцію н-бутану1 з киснем:
Лабораторний метод добування оцтової кислоти ґрунтується на реакції обміну між твердою сіллю цієї кислоти і концентрованою сульфатною кислотою. Взаємодію речовин здійснюють при нагріванні:
Пара оцтової кислоти, яка виділяється під час реакції, при охолодженні перетворюється на рідину.
Оцтова кислота утворюється при окисненні етанолу в його водному розчині киснем повітря за участю особливих бактерій. Реакція відбувається, якщо масова частка спирту в розчині не перевищує 10 %, і триває два-три тижні. Цей процес називають оцтовокислим бродінням. У такий спосіб (скисанням вина) в давнину виробляли оцет.
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 3
Властивості оцтової (етанової) кислоти
ДОСЛІД 1
Дія оцтової кислоти на індикатор
Налийте в пробірку 1—2 мл розчину оцтової кислоти, занурте в нього скляну паличку і нанесіть нею краплю розчину на універсальний індикаторний папірець2. Що спостерігаєте? Напишіть рівняння електролітичної дисоціації оцтової кислоти.
ДОСЛІД 2
Реакція оцтової кислоти з металом
Обережно помістіть у пробірку невелику гранулу цинку і налийте 2 мл розчину оцтової кислоти. Що відбувається? Якщо ніяких змін не помічаєте, нагрійте вміст пробірки, але не до кипіння.
ДОСЛІД 3
Реакція оцтової кислоти
з основним (амфотерним) оксидом
Помістіть у пробірку трохи порошку купрум(ІІ) оксиду або іншого виданого вам оксиду і налийте 2 мл розчину оцтової кислоти. Що спостерігаєте? За потреби нагрійте вміст пробірки, але не до кипіння.
ДОСЛІД 4
Реакція оцтової кислоти з лугом
Налийте в пробірку 1—2 мл розчину оцтової кислоти і додайте краплю розчину фенолфталеїну. Додавайте в пробірку по краплях при перемішуванні розчин натрій гідроксиду. Зафіксуйте зовнішній ефект, який засвідчить, що кислота повністю прореагувала з лугом.
ДОСЛІД 5
Реакція оцтової кислоти з нерозчинною основою (амфотерним гідроксидом)
Налийте в пробірку 1 мл розчину лугу і додайте стільки ж розчину купрум(ІІ) сульфату або виданого вам розчину іншої солі. Що спостерігаєте?
Перемішайте суміш з осадом і долийте до неї 2 мл розчину оцтової кислоти. Що відбувається в пробірці?
ДОСЛІД 6
Реакція оцтової кислоти із сіллю
Помістіть у пробірку трохи кальцій карбонату і налийте 2 мл розчину оцтової кислоти. Що спостерігаєте?
Під час проведення кожного досліду записуйте свої дії та спостереження в подану нижче таблицю. Після завершення дослідів запишіть у таблицю висновки і відповідні рівняння реакцій у молекулярній і йонно-молекулярній формах.
215. Поясніть, з якою метою в досліді 4 використовують індикатор.
216. Яким буде результат досліду 6, якщо кальцій карбонат замінити:
а) на натрій карбонат; б) на кальцій сульфат? Відповіді обґрунтуйте.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля