酸の構造式。 無機化合物の化学式のグラフ表示

7.酸。 塩。 無機物質のクラス間の関係

7.1. 酸

酸は電解質であり、その解離中に水素カチオン H + のみが正電荷を帯びたイオン (より正確には、ヒドロニウム イオン H 3 O +) として形成されます。

別の定義: 酸は、水素原子と酸残基からなる複雑な物質です (表 7.1)。

表 7.1

いくつかの酸、酸残基、および塩の式と名前

通常の条件下では、酸は固体 (H 3 PO 4 、H 3 BO 3 、H 2 SiO 3 ) と液体 (HNO 3 、H 2 SO 4 、CH 3 COOH) になります。 これらの酸は、個別 (100% の形) と希釈および濃縮溶液の形の両方で存在できます。 例えば、Ｈ ２ ＳＯ ４ 、ＨＮＯ ３ 、Ｈ ３ ＰＯ ４ 、ＣＨ ３ ＣＯＯＨは、個別でも溶液でも知られている。

多くの酸は、溶液中でのみ知られています。 これらはすべてハロゲン化水素（HCl、HBr、HI）、硫化水素H 2 S、シアン化水素（シアン化水素HCN）、石炭H 2 CO 3、亜硫酸H 2 SO 3酸であり、水中のガスの溶液です。 たとえば、塩酸は HCl と H 2 O の混合物であり、石炭は CO 2 と H 2 O の混合物です。「塩酸溶液」という表現の使用が間違っていることは明らかです。

ほとんどの酸は水に溶けますが、ケイ酸 H 2 SiO 3 は不溶です。 酸の大部分は分子構造を持っています。 酸の構造式の例:

ほとんどの酸素含有酸分子では、すべての水素原子が酸素に結合しています。 ただし、例外があります。

酸は、多くの特徴に従って分類されます (表 7.2)。

表 7.2

酸の分類

酸の一般的な化学的性質はすべて、過剰な水素カチオン H + (H 3 O +) が水溶液中に存在するためです。

1.過剰なH +イオンにより、酸の水溶液は紫とメチルオレンジリトマスの色を赤に変えます（フェノールフタレインは色を変えず、無色のままです）。 弱炭酸の水溶液では、リトマス試験紙は赤ではなくピンク色です; 非常に弱めのケイ酸の沈殿物の溶液は、指示薬の色をまったく変えません.

2. 酸は、塩基性酸化物、塩基および両性水酸化物、アンモニア水和物と相互作用します (第 6 章を参照)。

例 7.1。 変換 BaO → BaSO 4 を実行するには、次のものを使用できます。 b) H2SO4; c) Na2SO4; d) SO3。

解決。 変換は、H 2 SO 4 を使用して実行できます。

BaO + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + H 2 O

BaO + SO 3 = BaSO 4

Na 2 SO 4 は BaO と反応せず、BaO と SO 2 の反応で亜硫酸バリウムが形成されます。

BaO + SO 2 = BaSO 3

答え: 3)。

3. 酸は、アンモニアおよびその水溶液と反応して、アンモニウム塩を形成します。

HCl + NH 3 \u003d NH 4 Cl - 塩化アンモニウム;

H 2 SO 4 + 2NH 3 = (NH 4) 2 SO 4 - 硫酸アンモニウム。

4.塩の形成と水素の放出を伴う非酸化性酸は、水素への活性の列にある金属と反応します。

H 2 SO 4 (差分) + Fe = FeSO 4 + H 2

2HCl + Zn \u003d ZnCl 2 \u003d H 2

酸化性酸 (HNO 3 、H 2 SO 4 (conc)) と金属との相互作用は非常に特異的であり、元素とその化合物の化学の研究で考慮されます。

5. 酸は塩と相互作用します。 この反応には多くの特徴があります。

a）ほとんどの場合、強い酸が弱い酸の塩と反応すると、弱い酸の塩が形成されて弱酸になります。または、彼らが言うように、強い酸が弱い酸を置き換えます。 一連の酸の強度の減少は次のようになります。

進行中の反応の例:

2HCl + Na 2 CO 3 \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2

H 2 CO 3 + Na 2 SiO 3 = Na 2 CO 3 + H 2 SiO 3 ↓

2CH 3 COOH + K 2 CO 3 \u003d 2CH 3 COOK + H 2 O + CO 2

3H 2 SO 4 + 2K 3 PO 4 = 3K 2 SO 4 + 2H 3 PO 4

KCl と H 2 SO 4 (diff)、NaNO 3 と H 2 SO 4 (diff)、K 2 SO 4 と HCl (HNO 3、HBr、HI)、K 3 PO 4 など、互いに相互作用しないおよびＨ ２ ＣＯ ３ 、ＣＨ ３ ＣＯＯＫおよびＨ ２ ＣＯ ３ ；

b) 場合によっては、塩から弱い酸が強い酸に置き換わります。

CuSO 4 + H 2 S \u003d CuS ↓ + H 2 SO 4

3AgNO 3 (razb) + H 3 PO 4 = Ag 3 PO 4 ↓ + 3HNO 3.

このような反応は、得られた塩の沈殿物が得られた希薄な強酸 (H 2 SO 4 および HNO 3) に溶解しない場合に可能です。

c) 強酸に不溶な沈殿物が形成される場合、強酸と別の強酸によって形成される塩との間の反応が可能です。

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

例 7.2。 H 2 SO 4 と反応する物質の式が与えられているシリーズを示します (diff)。

1) Zn、Al 2 O 3、KCl (p-p); 3) NaNO 3 (p-p)、Na 2 S、NaF; 2) Cu (OH) 2、K 2 CO 3、Ag; 4) Na 2 SO 3、Mg、Zn (OH) 2。

解決。 シリーズ 4 のすべての物質は、H 2 SO 4 (razb) と相互作用します。

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + H 2 O + SO 2

Mg + H 2 SO 4 \u003d MgSO 4 + H 2

Zn(OH) 2 + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + 2H 2 O

行 1) では、KCl との反応 (p-p) は実現不可能です。行 2) では、Ag との反応、行 3) では、NaNO 3 (p-p) との反応は実行できません。

答え: 4)。

6. 濃硫酸は、塩との反応において非常に特殊な挙動を示します。 これは不揮発性で熱的に安定な酸であるため、H 2 SO 4 (conc) よりも揮発性が高いため、すべての強酸を固体 (!) 塩から置き換えます。

KCl (tv) + H 2 SO 4 (濃) KHSO 4 + HCl

2KCl (tv) + H 2 SO 4 (濃) K 2 SO 4 + 2HCl

強酸 (HBr、HI、HCl、HNO 3、HClO 4) によって形成される塩は、濃硫酸とのみ反応し、固体状態でのみ反応します。

例 7.3。 濃硫酸は、希硫酸とは異なり、次のように反応します。

3) KNO 3 (テレビ);

解決。 両方の酸は KF、Na 2 CO 3 および Na 3 PO 4 と反応し、H 2 SO 4 (conc) のみが KNO 3 (tv) と反応します。

答え: 3)。

酸を得る方法は非常に多様です。

無酸素酸受け取る：

• 対応するガスを水に溶解することにより：

HCl (g) + H 2 O (l) → HCl (p-p)

H 2 S (g) + H 2 O (g) → H 2 S (溶液)

• より強いまたはより揮発性の低い酸による置換による塩から：

FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 S

KCl (tv) + H 2 SO 4 (濃) = KHSO 4 + HCl

Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 SO 3

含酸素酸受け取る：

• 対応する酸性酸化物を水に溶解することにより、酸化物と酸中の酸形成元素の酸化状態は同じままです (NO 2 は例外です)。

N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HNO 3

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

P 2 O 5 + 3H 2 O 2H 3 PO 4

• 酸化性酸による非金属の酸化:

S + 6HNO 3 (濃度) = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

• 別の強酸の塩から強酸を置換することにより (結果として生じる酸に不溶性の沈殿物が形成される場合):

Ba (NO 3) 2 + H 2 SO 4 (razb) \u003d BaSO 4 ↓ + 2HNO 3

AgNO 3 + HCl = AgCl↓ + HNO 3

• より揮発性の低い酸によるその塩からの揮発性の酸の置換。

この目的のために、不揮発性の熱的に安定した濃硫酸が最もよく使用されます。

NaNO 3 (TV) + H 2 SO 4 (濃) NaHSO 4 + HNO 3

KClO 4 (テレビ) + H 2 SO 4 (濃) KHSO 4 + HClO 4

• より弱い酸をその塩からより強い酸に置き換えることにより：

Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 SO 4 = 3CaSO 4 ↓ + 2H 3 PO 4

NaNO 2 + HCl = NaCl + HNO 2

K 2 SiO 3 + 2HBr = 2KBr + H 2 SiO 3 ↓

さて、アルコールとの知り合いを完成させるために、別の有名な物質であるコレステロールの別の式を挙げます。 それが一価アルコールであることを誰もが知っているわけではありません！

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その中の水酸基を赤でマークしました。

カルボン酸

有機酸の際立った特徴は、そのような物質に酸性特性を与えるカルボキシル基 (COOH) の存在です。

酢を試したことのある人なら誰でも、それがとても酸っぱいことを知っています. その理由は、酢酸が含まれているからです。 通常、食酢には 3 ～ 15% の酢酸が含まれ、残り (ほとんど) は水分です。 希釈されていない酢酸を食べると、生命が脅かされます。

カルボン酸は、いくつかのカルボキシル基を有する場合があります。 この場合、それらは次のように呼ばれます。 二塩基性, 三者構成等...

食品には他にも多くの有機酸が含まれています。 それらのほんの一部を次に示します。

これらの酸の名前は、それらが含まれている食品に対応しています。 ちなみに、ここにもアルコール特有の水酸基を持つ酸があります。 そのような物質は呼ばれます ヒドロキシカルボン酸（またはヒドロキシ酸）。
各酸の下には、それが属する有機物質のグループの名前を指定する署名があります。

ラジカル

ラジカルは、化学式に影響を与えたもう 1 つの概念です。 単語自体はおそらく誰もが知っているでしょうが、化学では、過激派は政治家、反政府勢力、および積極的な立場にある他の市民とは何の関係もありません。
ここでは、それらは分子の断片にすぎません。 そして今、それらの特異性が何であるかを理解し、化学式を書く新しい方法に慣れます.

上記のテキストでは、一般化された式がすでに数回言及されています：アルコール-（R）-OHおよびカルボン酸-（R）-COOH。 -OH と -COOH は官能基であることを思い出してください。 しかし、R は部首です。 それが文字Rの形で描かれているのも不思議ではありません。

より具体的には、1価のラジカルは、1つの水素原子を欠いている分子の一部です。 水素原子を 2 つ取り除けば、2 価のラジカルになります。

化学のラジカルには独自の名前があります。 それらのいくつかは、要素の指定と同様に、ラテン語の指定さえ受けました。 さらに、式中のラジカルは、全体的な式を連想させる省略形で示される場合があります。
これらすべてを次の表に示します。

ここですべてが明確になったと思います。 アルコールの例を示したコラムに注意を向けたいだけです。 一部の基は経験式に似た形で書かれていますが、官能基は別々に書かれています。 たとえば、CH3-CH2-OH は C2H5OH に変換されます。
また、イソプロピルなどの分岐鎖の場合は、括弧付きの構造が使用されます。

別の現象があります フリーラジカル. これらは、何らかの理由で官能基から分離されたラジカルです。 この場合、式の研究を開始したときの規則の 1 つに違反しています。化学結合の数は、原子の 1 つの原子価に対応しなくなりました。 ええと、リンクの 1 つが一方の端から開いていると言えます。 分子は安定した状態に戻る傾向があるため、通常、フリーラジカルは短期間生きます。

窒素の紹介。 アミン

多くの有機化合物の一部である別の元素に精通することを提案します。 これ 窒素.
ラテン文字で表されます N価数は 3 です。

おなじみの炭化水素に窒素を加えると、どのような物質が得られるか見てみましょう。

おそらく名前から推測できるように、これらの物質はすべて一般名の下にまとめられています アミン. 官能基 ()-NH2 は アミノ基. アミンの一般式は次のとおりです。

一般に、ここには特別な革新はありません。 これらの式が明確であれば、教科書やインターネットを使用して安全に有機化学のさらなる研究に取り組むことができます.
しかし、無機化学の式についてもっと話したいと思います。 有機分子の構造を学ぶと、それらを理解するのがいかに簡単になるかがわかります。

有理式

無機化学が有機化学よりも単純であると結論付けるべきではありません。 もちろん、無機分子は、炭化水素のような複雑な構造を形成する傾向がないため、はるかに単純に見える傾向があります。 しかしその一方で、周期表を構成する100以上の元素を研究しなければなりません。 そして、これらの元素は化学的性質に従って結合する傾向がありますが、多くの例外があります.

だから、私はこれについて何も言いません。 私の記事のトピックは化学式です。 そして、すべてが比較的単純です。
無機化学で最も一般的に使用されるのは、 有理式. そして今、それらがすでに私たちになじみのあるものとどのように異なるかを理解します。

まず、別の要素であるカルシウムについて知りましょう。 これもよく見かけるアイテムです。
指定されています カルシウム価数は 2 です。 既知の炭素、酸素、水素とどのような化合物を形成するか見てみましょう。

一見すると、有理式は構造式と全体式の中間にあることがわかります。 しかし、これまでのところ、それらがどのように取得されるかはあまり明確ではありません。 これらの式の意味を理解するには、物質が関与する化学反応を考慮する必要があります。

最も純粋な形のカルシウムは、柔らかい白い金属です。 自然界では発生しません。 しかし、化学店で購入することはかなり可能です。 通常、空気に触れない特別な瓶に保管されます。 空気中の酸素と反応するからです。 実際、それが自然界には起こらない理由です。
したがって、カルシウムと酸素の反応は次のとおりです。

2Ca + O2 -> 2CaO

物質の式の前の数字の 2 は、2 つの分子が反応に関与していることを意味します。
酸化カルシウムは、カルシウムと酸素から形成されます。 この物質は水と反応するため、自然界にも存在しません。

CaO + H2O -> Ca(OH2)

それは水酸化カルシウムであることがわかります。 その構造式 (前の表) をよく見ると、1 つのカルシウム原子と 2 つのヒドロキシル基によって形成されていることがわかります。
これらは化学の法則です。水酸基が有機物質に結合するとアルコールが得られ、金属に結合すると水酸化物が得られます。

しかし、空気中に二酸化炭素が存在するため、水酸化カルシウムは自然界には存在しません。 誰もがこのガスについて聞いたことがあると思います。 人や動物の呼吸、石炭や石油製品の燃焼、火事や火山噴火の際に形成されます。 そのため、常に空気中に存在しています。 しかし、それは水にも非常によく溶け、炭酸を形成します。

CO2 + H2O<=>H2CO3

サイン<=>は、反応が同じ条件下で両方向に進行できることを示しています。

したがって、水に溶解した水酸化カルシウムは炭酸と反応し、難溶性の炭酸カルシウムに変わります。

Ca(OH)2 + H2CO3 -> CaCO3"|v" + 2H2O

下向きの矢印は、反応の結果、物質が沈殿することを意味します。
水の存在下で炭酸カルシウムを二酸化炭素とさらに接触させると、可逆反応が起こり、酸の塩である重炭酸カルシウムが形成されます。これは水によく溶けます。

CaCO3 + CO2 + H2O<=>Ca(HCO3)2

このプロセスは、水の硬度に影響を与えます。 温度が上がると、重炭酸塩は炭酸塩に戻ります。 そのため、硬水地域ではやかんにスケールが発生します。

チョーク、石灰岩、大理石、凝灰岩、その他多くの鉱物は、主に炭酸カルシウムで構成されています。 また、サンゴ、軟体動物の殻、動物の骨などにも含まれています...
しかし、炭酸カルシウムを強火で加熱すると、酸化カルシウムと二酸化炭素になります。

自然界のカルシウム循環に関するこの短い話は、合理的な処方が必要な理由を説明するはずです. そのため、有理式は官能基が見えるように書かれています。 私たちの場合、これは次のとおりです。

イオン

イオンに慣れる時が来たと思います。 この言葉は、おそらく誰もが知っている言葉でしょう。 そして、官能基を調べた後、これらのイオンが何であるかを理解するのに費用はかかりません.

一般に、化学結合の性質は通常、一部の元素が電子を供与し、他の元素が電子を受け取ることです。 電子は負の電荷を持つ粒子です。 電子の完全なセットを持つ要素は、電荷がゼロです。 彼が電子を与えた場合、その電荷は正になり、彼がそれを受け取った場合、それは負になります。 たとえば、水素には電子が 1 つしかないため、電子は簡単に放出されて陽イオンになります。 このために、化学式には特別な記録があります。

H2O<=>H^+ + OH^-

ここで、結果としてそれがわかります 電解解離水は、プラスに帯電した水素イオンとマイナスに帯電した OH 基に分解されます。 OH^-イオンは 水酸化物イオン. イオンではなく、分子の一部であるヒドロキシル基と混同しないでください。 右上隅の + または - 記号は、イオンの電荷を示します。
しかし、炭酸が単独の物質として存在することは決してありません。 実際、それは水素イオンと炭酸イオン（または重炭酸イオン）の混合物です。

H2CO3 = H^+ + HCO3^-<=>2H^+ + CO3^2-

炭酸イオンは2-の電荷を持っています。 これは、2つの電子が結合したことを意味します。

負に帯電したイオンは呼ばれます 陰イオン. 通常、これらには酸性残留物が含まれます。
正に帯電したイオン 陽イオン. ほとんどの場合、それは水素と金属です。

ここで、おそらく有理式の意味を完全に理解できるでしょう。 陽イオンが最初に書かれ、次に陰イオンが書かれています。 数式に料金が含まれていない場合でも。

おそらく、イオンは有理式だけで記述できるわけではないことはすでにおわかりでしょう。 重炭酸アニオンの骨格式は次のとおりです。

ここでは、余分な電子を受け取った酸素原子のすぐ隣に電荷が示されているため、1 行が失われています。 簡単に言えば、各余分な電子は、構造式に示されている化学結合の数を減らします. 一方、構造式の一部のノードに + 記号がある場合は、追加のワンドがあります。 いつものように、この事実は例で実証する必要があります。 しかし、私たちの身近な物質の中には、複数の原子からなる単一の陽イオンはありません。
そして、そのような物質はアンモニアです。 その水溶液はしばしば呼ばれます アンモニア応急処置キットの一部です。 アンモニアは水素と窒素の化合物であり、有理式はNH3です。 アンモニアが水に溶けたときに起こる化学反応を考えてみましょう。

NH3 + H2O<=>NH4^+ + OH^-

同じですが、構造式を使用します。

H|N<`/H>\H + H-O-H<=>H|N^+<_(A75,w+)H><_(A15,d+)H>`/H + O`^-# -H

右側に 2 つのイオンが見えます。 それらは、1つの水素原子が水分子からアンモニア分子に移動したという事実の結果として形成されました。 しかし、この原子は電子なしで動いた。 陰イオンは私たちにとってすでになじみ深いもので、水酸化物イオンです。 そして陽イオンは呼ばれます アンモニウム. 金属と同様の特性を示します。 例えば、酸残基と結合することができます。 炭酸アニオンとアンモニウムの結合によって形成される物質は、炭酸アンモニウムと呼ばれます: (NH4)2CO3。
これは、構造式の形式で書かれた、アンモニウムと炭酸アニオンとの相互作用の反応式です。

2H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H + O^-\C|O`|/O^-<=>H|N^+<`/H><_(A75,w+)H>_(A15,d+)H`|0O^-\C|O`|/O^-|0H_(A-15,d-)N^+<_(A105,w+)H><\H>`|H

ただし、この形式では、反応式はデモンストレーション目的で提供されます。 通常、方程式は有理式を使用します。

2NH4^+ + CO3^2-<=>(NH4)2CO3

ヒルシステム

したがって、構造式と有理式はすでに学習済みであると想定できます。 しかし、さらに詳しく検討する価値のある問題がもう 1 つあります。 総式と有理式の違いは何ですか?
炭酸の有理式が H2CO3 と書かれており、そうでない理由はわかっています。 (2 つの水素陽イオンが最初に来て、その後に炭酸陰イオンが続きます。) しかし、総式が CH2O3 と書かれているのはなぜですか?

原則として、炭酸の有理式は、繰り返し要素がないため、真の式と見なすことができます。 NH4OH や Ca(OH)2 とは異なります。
しかし、要素の順序を決定する追加の規則が総式に適用されることがよくあります。 ルールは非常に単純です。最初に炭素、次に水素、そして残りの要素をアルファベット順に配置します。
CH2O3 が出てきます - 炭素、水素、酸素。 これをヒルシステムと呼びます。 ほぼすべての化学参考書で使用されています。 そしてこの記事にも。

easyChem システムについて少し

結論ではなく、easyChem システムについてお話したいと思います。 ここで説明したすべての数式をテキストに簡単に挿入できるように設計されています。 実は、この記事の数式はすべて easyChem を使って描いています。

数式を導出するためのシステムが必要なのはなぜですか? 問題は、インターネット ブラウザで情報を表示する標準的な方法は、Hypertext Markup Language (HTML) です。 テキスト処理に重点を置いています。

合理的で大まかな式は、テキストを使用して表すことができます。 アルコール CH3-CH2-OH のように、いくつかの単純化された構造式でさえ、テキストで記述することもできます。 このためには、HTML で次の表記法を使用する必要があります: CH ₃-CH ₂-おお。
もちろん、これにはいくつかの困難が伴いますが、我慢することはできます。 しかし、構造式をどのように表現するのでしょうか? 原則として、等幅フォントを使用できます。

H H | | | H-C-C-O-H | | | H H 確かに見栄えはよくありませんが、実現可能です。

実際の問題は、ベンゼン環を表現しようとするとき、および骨格式を使用するときに発生します。 ビットマップを接続するしかありません。 ラスターは別のファイルに保存されます。 ブラウザーには、gif、png、または jpeg 画像を含めることができます。
このようなファイルを作成するには、グラフィカル エディターが必要です。 たとえば、フォトショップ。 しかし、私は 10 年以上 Photoshop に慣れ親しんでおり、化学式の描写には適していないと断言できます。
分子エディターは、この作業にはるかに優れています。 しかし、それぞれが別のファイルに保存されている多数の数式では、混乱するのは非常に簡単です。
たとえば、この記事の数式の数は です。 それらはグラフィック イメージの形式で表示されます (残りは HTML ツールを使用します)。

easyChem では、すべての式をテキスト形式の HTML ドキュメントに直接保存できます。 とても便利だと思います。
さらに、この記事の総式は自動的に計算されます。 easyChem は 2 つの段階で動作するため、最初にテキスト記述が情報構造 (グラフ) に変換され、次にこの構造を使用してさまざまなアクションを実行できます。 その中で、次の機能に注目することができます: 分子量の計算、総式への変換、テキスト、グラフィックおよびテキスト レンダリングとしての出力の可能性のチェック。

したがって、この記事の準備には、テキスト エディターのみを使用しました。 さらに、どの式がグラフィカルでどれがテキストであるかを考える必要がありませんでした。

記事のテキスト準備の秘密を明らかにするいくつかの例を次に示します。 左の列の説明は、2 番目の列の数式に自動的に変換されます。
最初の行の有理式の記述は、表示された結果と非常によく似ています。 唯一の違いは、数値係数がインターリニアとして出力されることです。
2 行目では、展開された数式が記号で区切られた 3 つの個別の文字列として指定されます。 テキストの説明は、紙に鉛筆で数式を描くのに必要とされるものによく似ていることが容易にわかると思います。
3 行目は、文字 \ と / を使用した斜線の使用法を示しています。 ` (バックティック) 記号は、線が右から左 (または下から上) に描かれることを意味します。

easyChem システムの使用に関するより詳細なドキュメントがここにあります。

これで記事を締めくくり、化学の勉強に幸運を祈ります。

記事で使用されている用語の簡単な説明辞書

酸- 解離中にH +イオンのみが正イオンから形成される電解質：

HNO 3 ↔ H + + NO 3 -;

CH 3 COOH ↔ H + +CH 3 COO -。

すべての酸は、無機と有機 (カルボン酸) に分類され、独自の (内部) 分類もあります。

通常の条件下では、かなりの量の無機酸が液体状態で存在し、一部は固体状態 (H 3 PO 4、H 3 BO 3) で存在します。

最大 3 個の炭素原子を持つ有機酸は、移動しやすく、特徴的な刺激臭のある無色の液体です。 炭素数が 4 ～ 9 の酸は不快な臭いのある油状の液体で、炭素数が多い酸は水に溶けない固体です。

酸の化学式

塩酸 - HCl、硫酸 - H 2 SO 4、リン酸 - H 3 PO 4、酢酸 - CH 3 COOH、安息香酸 - C6H5COOH。 化学式は、分子の定性的および定量的組成（特定の化合物に含まれる原子の数と量）を示します。化学式を使用して、酸の分子量を計算できます（Ar（H）\u003d 1 amu、Ar（ Cl) \u003d 35.5 a.m.). m.u., Ar(P) = 31 a.m.u., Ar(O) = 16 a.m.u., Ar(S) = 32 a.m.u., Ar(C) = 12 a.u.m.):

Mr(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl);

Mr(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5.

Mr(H 2 SO 4) = 2×Ar(H) + Ar(S) + 4×Ar(O);

Mr(H 2 SO 4) \u003d 2 × 1 + 32 + 4 × 16 \u003d 2 + 32 + 64 \u003d 98.

Mr(H 3 PO 4) = 3×Ar(H) + Ar(P) + 4×Ar(O);

Mr(H 3 PO 4) \u003d 3 × 1 + 31 + 4 × 16 \u003d 3 + 31 + 64 \u003d 98.

Mr(CH 3 COOH) = 3×Ar(C) + 4×Ar(H) + 2×Ar(O);

Mr(CH 3 COOH) = 3x12 + 4x1 + 2x16 = 36 + 4 + 32 = 72.

Mr(C 6 H 5 COOH) = 7×Ar(C) + 6×Ar(H) + 2×Ar(O);

Mr(C 6 H 5 COOH) = 7x12 + 6x1 + 2x16 = 84 + 6 + 32 = 122.

酸の構造（グラフィック）式

物質の構造 (グラフィック) 式はより視覚的です。 分子内で原子がどのように互いに接続されているかを示します。 上記の各化合物の構造式を示しましょう。

米。 1. 塩酸の構造式。

米。 2.硫酸の構造式。

米。 3.リン酸の構造式。

米。 4. 酢酸の構造式。

米。 5. 安息香酸の構造式。

イオン式

すべての無機酸は電解質です。 水溶液中でイオンに解離することができる：

HCl ↔ H + + Cl - ;

H 2 SO 4 ↔ 2H + + SO 4 2-;

H 3 PO 4 ↔ 3H + + PO 4 3-。

問題解決の例

例 1

例 2

酒石酸：物質の一般的な説明、自然の位置、物理的および化学的特性。 酒石酸の塩の性質。 その生産...

酒石酸：構造式、特性、調製および応用

マスターウェブによる

酒石酸はカルボン酸のクラスに属します。 この物質は、その生産の主な供給源がブドウジュースであるという事実からその名前が付けられました。 後者の発酵中、酸は難溶性のカリウム塩の形で放出されます。 この物質の主な適用分野は、食品産業製品の製造です。

概要

酒石酸は、ヒドロキシル基とカルボキシル基の両方を含む非環式二塩基性水素酸のカテゴリーに属します。 このような化合物は、カルボン酸のヒドロキシル誘導体とも考えられます。 この物質には別の名前があります：

• ジオキシコハク酸;
• 歯石;
• 2,3-ジヒドロキシブタン二酸。

酒石酸の化学式はC4H6O6です。

この化合物は立体異性体が特徴で、3 つの形態で存在できます。 酒石酸の構造式を下図に示します。

最も安定なのは第 3 の形態 (メソ酒石酸) です。 D- および L- 酸は光学的に活性ですが、これらの異性体の混合物を等量摂取すると光学的に不活性になります。 そのような酸は、r-またはi-酒石酸（ラセミ体、ブドウ）とも呼ばれます。 外観は、無色の結晶または白色の粉末です。

自然の中のロケーション

L-酒石酸 (RR-酒石酸) および酒石酸は、ブドウ、その加工製品、および多くの果物の酸性ジュースに大量に含まれています。 この化合物は、ワインの製造中に落ちる沈殿物である酒石から初めて分離されました。 酒石酸カリウムとカルシウムの混合物です。

メソ酒石酸は自然界には存在しません。 それは人工的にのみ得ることができます-D-およびL-異性体を苛性アルカリで沸騰させること、およびマレイン酸またはフェノールを酸化することによって。

体格的特徴

酒石酸の主な物理的性質は次のとおりです。

• 分子量 - 150 a。 食べる。
• 融点: o D-または L-異性体 - 170 °C; o ブドウ酸 - 260°C; o メソ酒石酸 - 140 °C。
• 密度 - 1.66-1.76 g / cm3。
• 溶解度 - 水100 gあたり135 gの無水物質（温度20°C）。
• 燃焼熱は 1096.7 kJ/(g·mol) です。
• 比熱容量 - 1.26 kJ / (mol ∙ ° С)。
• モル熱容量 - 0.189 kJ / (mol ∙ ° С).

酸は水への溶解度が高く、熱の吸収と溶液温度の低下が見られます。

水溶液からの結晶化は、水和物の形 (2С4Н6О6) ∙ Н2Оで起こります。 結晶は菱形プリズムの形をしています。 メソ酒石酸では、角柱状または鱗状です。 73℃以上に加熱すると、無水物がアルコールから結晶化します。

化学的特性

酒石酸は、他のヒドロキシ酸と同様に、アルコールと酸のすべての特性を備えています。 官能基-COOHおよび-OHは、他の化合物と独立して反応し、相互に影響を与えることができ、この物質の化学的特性を決定します。

• 電解解離。 酒石酸は、元のカルボン酸よりも強力な電解質です。 D または L 異性体の解離度が最も高く、メソ酒石酸の解離度が最も低くなります。
• 酸性および中塩（酒石酸塩）の形成。 それらの最も一般的なものは、酸酒石酸および酒石酸カリウム、酒石酸カルシウムです。
• 異なる構造を持つ金属とのキレート錯体の形成。 これらの化合物の組成は、培地の酸性度に依存します。
• カルボキシル基の-OHの置換によるエステルの形成。

L-酒石酸を 165 °C に加熱すると、165 ～ 175 °C の範囲でメソ酒石酸と酒石酸が生成物中で優勢になります - 酒石酸、175 °C 以上ではメタ酒石酸。色。

酒石酸は、塩酸と混合して130°Cに加熱すると、部分的にメソ酒石酸に変わります。

塩の性質

酒石酸の塩の特徴の中で、以下を区別することができます：

• 酸性カリウム塩 KHC4H4O6 (酒石酸水素カリウム、酒石のクリーム): o 水とアルコールに溶けにくい。 o 長時間露光中に沈殿します。 o 無色の小さな結晶の外観を持ち、その形状は菱形、正方形、六角形、または長方形です。 o 相対密度 - 1.973。
• 酒石酸カルシウム CaC4H4O6: o 外観 - 菱形の結晶。 ○水に溶けにくい。
• 中程度のカリウム塩 K2C4H4∙0.5 H2O、酸性カルシウム塩 CaH2 (C4H4O6)2 - 水への良好な溶解度。

合成

酒石酸を製造するための原料には、次の 2 種類があります。

• 酒石石灰（搾りかす処理の製品、堆積酵母、ワイン原料からのコニャックアルコール生産廃棄物）;
• 酒石酸水素カリウム（若いワインを冷却したり、ブドウジュースを濃縮したりすると形成されます）.

ブドウの酒石酸の蓄積は、その品種と栽培された気候条件によって異なります (寒い年には少なくなります)。

酒石石灰は、最初に水で洗浄し、ろ過し、遠心分離して不純物を取り除きます。 カリウム ヒドロトレートは、ボール ミルまたはクラッシャーで 0.1 ～ 0.3 mm の粒子サイズに粉砕され、塩化物と炭酸カルシウムを使用した交換沈殿反応で石灰に加工されます。

酒石酸は反応器で生成されます。 まず、石膏スラッジを洗浄した後、水を入れ、80～90kg/m3の割合で歯石を投入します。 この塊を70〜80°Cに加熱し、塩化カルシウムとライムミルクを加えます。 歯石の分解は3〜3.5時間続き、その後懸濁液をろ過して洗浄します。

酸は、耐酸性スチール製反応器内での H2SO4 の分解によって酒石石灰から分離されます。 質量は85〜90℃に加熱されます。 プロセスの最後に余分な酸はチョークで中和されます。 溶液の酸性度は 1.5 以下でなければなりません。 次いで、酒石酸溶液を蒸発させ、結晶化する。 溶解した石膏が沈殿します。

使用分野

酒石酸の使用は、主に食品産業に関連しています。 その使用は、食欲を高め、胃と膵臓の分泌機能を高め、消化プロセスを改善するのに役立ちます. 以前は、酒石酸は酸性化剤として広く使用されていましたが、現在ではクエン酸に置き換えられています (非常に熟したブドウを処理する際のワイン製造を含む)。

ジアセチル酒石酸エステルは、パンの品質を向上させるために使用されます。 これを使用すると、パン粉の気孔率と体積が増加し、貯蔵寿命も長くなります。

酒石酸の主な応用分野は、その物理化学的特性によるものです。

• 酸性化剤および酸性度調整剤;
• 抗酸化剤;
• 防腐剤;
• 有機合成および分析化学における水による溶媒溶解の触媒。

食品業界では、この物質は次のような食品の E334 添加物として使用されています。

• 菓子、クッキー;
• 野菜と果物のジャム;
• ゼリーとジャム;
• ソフトドリンク、レモネード。

メタ酒石酸は安定剤、ワイン、シャンパンの曇り、歯石の発生を防ぐ添加剤として使用されます。

ワイン造りと醸造

酒石酸レベルが赤ワインで 0.65% 未満、白ワインで 0.7 ～ 0.8% 未満の場合、マストに酒石酸が追加されます。 調整は発酵開始前に行います。 最初に、これは試作品で行われ、次に物質が麦汁に少しずつ加えられます。 酒石酸が過剰な場合は、低温安定化が行われます。 そうしないと、市販のワインのボトルに結晶が沈殿します。

ビールの製造では、酸を使用して培養酵母を野生酵母から洗い流します。 後者によるビールの汚染は、その濁りと結婚の原因です。 少量（0.5～1.0%）の酒石酸を添加するだけで、これらの微生物を中和します。

Kievyan 通り、16 0016 アルメニア、エレバン +374 11 233 255

2. 塩基は酸と反応して塩と水を生成します（中和反応）。 例えば：

KOH + HC1 = KS1 + H 2 O;

Fe (OH) 2 + 2HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 2 + 2H 2 O

3. アルカリは酸性酸化物と相互作用して塩と水を形成します。

Ca (OH) 2 + CO 2 \u003d CaCO 2 + H 2 O.

4. 結果が不溶性塩基または不溶性塩である場合、アルカリ溶液は塩溶液と相互作用します。 例えば：

2NaOH + CuSO 4 \u003d Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4;

Va (OH) 2 + Na 2 SO 4 \u003d 2NaOH + BaSO 4 ↓

5. 不溶性塩基は、加熱すると塩基性酸化物と水に分解します。

2Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 + ZH 2 O。

6. アルカリ溶液は金属と相互作用し、両性酸化物および水酸化物 (Zn、Al など) を形成します。

2AI + 2KOH + 6H 2 O \u003d 2K + 3H 2.

根拠を得る

レシート 可溶性塩基:

a) アルカリおよびアルカリ土類金属と水との相互作用:

2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2;

b) アルカリおよびアルカリ土類金属の酸化物と水との相互作用:

Na 2 O + H 2 O \u003d 2NaOH。

2. 領収書 不溶性塩基可溶性金属塩に対するアルカリの作用:

2NaOH + FeSO 4 \u003d Fe (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4.

酸 - 水中での解離中に、水素イオンH +および他のカチオンが形成されない複合物質。

化学的特性

水溶液中の酸の一般的な特性は、酸分子の電解解離の結果として形成されるH +イオン（またはH 3 O +）の存在によるものです。

1. 酸はインジケーターの色を同じように変化させます (表 6)。

2. 酸は塩基と相互作用します。

例えば：

H 3 RO 4 + 3NaOH \u003d Na 3 PO 4 + ZH 2 O;

H 3 PO 4 + 2NaOH \u003d Na 2 HPO 4 + 2H 2 O;

H 3 PO 4 + NaOH \u003d NaH 2 PO 4 + H 2 O;

3. 酸は塩基性酸化物と相互作用します。

2HCl + CaO \u003d CaC1 2 + H 2 O;

H 2 SO 4 + Fe 2 O 3 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + ZN 2 O.

4. 酸は両性酸化物と相互作用します。

2HNO 3 + ZnO \u003d Zn (NO 3) 2 + H 2 O.

5. 酸はいくつかの中間塩と相互作用して新しい塩と新しい酸を形成します。結果が不溶性の塩または元の酸よりも弱い (またはより揮発性の) 酸である場合、反応が可能です。 例えば：

2HC1 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaCl + H 2 O + CO 2;

2NaCl + H 2 SO 4 \u003d 2HCl + Na 2 SO 4.

6. 酸は金属と相互作用します。 これらの反応の生成物の性質は、酸の性質と濃度、および金属の活性に依存します。 たとえば、希硫酸、塩酸、およびその他の非酸化性酸は、標準電極電位系列 (第 7 章を​​参照) で水素の左側にある金属と相互作用します。 反応の結果、塩と水素ガスが形成されます。

H 2 SO 4（razb））+ Zn \u003d ZnSO 4 + H 2;

2HC1 + Mg \u003d MgCl 2 + H 2.

酸化性酸 (任意の濃度の濃硫酸、硝酸 HNO 3) も、水素の後の一連の標準電極電位にある金属と相互作用して、塩と酸還元生成物を形成します。 例えば：

2H 2 SO 4 (濃) + Zn = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;

酸の入手

1.無酸素酸は、単純な物質から合成し、その後生成物を水に溶解することによって得られます。

S + H 2 \u003d H 2 S.

2. オキソ酸は、酸酸化物と水との相互作用によって得られます。

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4。

3. ほとんどの酸は、塩と酸を反応させることで得られます。

Na 2 SiO 3 + H 2 SO 4 \u003d H 2 SiO 3 + Na 2 SO 4。

両性水酸化物

1.中性媒体（純水）では、両性水酸化物はほとんど溶解せず、イオンに解離しません。 それらは酸やアルカリに溶けます。 酸性およびアルカリ性媒体中の両性水酸化物の解離は、次の式で表すことができます。

Zn+ OH - Zn(OH)H + + ZnO

A1 3+ + ゾーン - Al(OH) 3 H + + AlO+ H 2 O

2. 両性水酸化物は、酸とアルカリの両方と反応して、塩と水を形成します。

両性水酸化物と酸との相互作用:

Zn(OH) 2 + 2HCl + ZnCl 2 + 2H 2 O;

Sn (OH) 2 + H 2 SO 4 \u003d SnSO 4 + 2H 2 O.

両性水酸化物とアルカリとの相互作用:

Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O;

Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2;

Pb(OH) 2 + 2NaOHNa 2 。

塩 - 酸分子中の水素原子が金属原子に置換された生成物、または塩基分子中の水酸化物イオンが酸性残基によって置換された生成物。

塩の一般的な化学的性質

1. 水溶液中の塩はイオンに解離します。

a) 中塩は酸残基の金属陽イオンと陰イオンに解離する:

NaCN \u003d Na + + CN -;

6) 酸性塩は、金属陽イオンと錯陰イオンに解離します。

KHSO 3 \u003d K + + HSO 3 -;

c) 塩基性塩は酸残基の複雑な陽イオンと陰イオンに解離します。

AlOH（CH 3 COO）2 \u003d AlOH 2+ + 2CH 3 COO -。

2. 塩は金属と相互作用して、新しい塩と新しい金属を形成します。 この金属は、電気化学的電圧シリーズでその右側にある金属のみを塩溶液から置換できます。

CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu。

可溶性塩はアルカリと反応して、新しい塩と新しい塩基を形成します。 得られた塩基または塩が沈殿する場合、反応は可能です。

例えば：

FeCl 3 + 3KOH \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3KS1;

K 2 CO 3 + Ba (OH) 2 \u003d BaCO 3 ↓ + 2KOH。

4. 塩は酸と反応して、新しい弱酸または新しい不溶性塩を形成します。

Na 2 CO 3 + 2HC1 \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O.

塩がこの塩を形成する酸と反応すると、酸性塩が得られます（これは、塩が多塩基酸によって形成される場合に可能です）。

例えば：

Na 2 S + H 2 S \u003d 2NaHS;

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2.

5. 塩の 1 つが沈殿すると、塩は互いに相互作用して新しい塩を形成します。

AgNO 3 + KC1 = AgCl↓ + KNO 3 .

6. 多くの塩は加熱すると分解します。

MgCO 3 MgO+ CO 2 ;

2NaNO 3 2NaNO 2 + O 2 。

7. 塩基性塩は酸と相互作用して中塩と水を形成します。

Fe（OH）2 NO 3 + HNO 3 \u003d FeOH（NO 3）2 + H 2 O;

FeOH (NO 3) 2 + HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + H 2 O.

8.酸性塩はアルカリと相互作用して中塩と水を形成します。

NaHSO 4 + NaOH = Na 2 SO 3 + H 2 O;

KN 2 RO 4 + KOH \u003d K 2 HRO 4 + H 2 O.

塩を得る

塩を得るためのすべての方法は、無機化合物の最も重要なクラスの化学的性質に基づいています。 塩を得るための 10 の古典的な方法を表に示します。 7。

塩を取得するための一般的な方法に加えて、いくつかのプライベートな方法も可能です。

1. 両性金属、酸化物、水酸化物とアルカリとの相互作用。

2. いくつかの酸性酸化物との塩の融合。

K 2 CO 3 + SiO 2 K 2 SiO 3 + CO 2。

3. ハロゲンとアルカリの相互作用:

2KOH + Cl 2 KCl + KClO + H 2 O。

4.ハロゲンとハロゲンの相互作用：

2KVg + Cl 2 = 2KS1 + Br 2.