Kwasy karboksylowe
- 1 -
Właściwości fizyczne kwasów karboksylowych:
a) rozpuszczalność
kwasy karboksylowe zawierające od 1 do 4 atomów węgla w cząsteczce są dobrze rozpuszczalne w wodzie,
kwasy karboksylowe zawierające 5 atomów węgla rozpuszczają się w wodzie częściowo, kwasy
karboksylowe zawierające powyŜej 5 atomów węgla nie rozpuszczają się w wodzie.
b) stan skupienia
kwasy karboksylowe zawierające od 1 do 8 atomów węgla w cząsteczce są cieczami,
kwasy karboksylowe zawierające 9 i więcej atomów węgla w cząsteczce są ciałami stałymi.
c) łatwo krystalizują
d) są mało lotne.
Reakcje kwasów karboksylowych.
a) Reagują z metalami, tlenkami metali i wodorotlenkami metali tworząc sole:
b) Kwasy karboksylowe są silniejszymi kwasami od kwasu węglowego i wypierają go z jego soli:
c) Reagują z alkoholami w środowisku silnie kwaśnym tworząc estry:
np.:
d) Reagują z wodorem (redukcja) tworząc aldehydy a następnie alkohole:
Kwasy karboksylowe
- 2 -
e) Nienasycone kwasy karboksylowe odbarwiają wodę bromową (świadczy to o istnieniu wiązania
podwójnego w cząsteczce):
f) Ogrzewanie octanu sodu z bezwodnym wodorotlenkiem sodu prowadzi do otrzymania metanu:
g) Kwas mrówkowy jako jedyny daje pozytywny wynik w próbie Tollensa i Trommera:
HCOOH + Ag
2
O
CO
2
+ H
2
O + 2Ag , HCOOH + 2Cu(OH)
2
CO
2
+ 3H
2
O + Cu
2
O
h) Kwas mrówkowy pod działaniem stęŜonego H
2
SO
4
rozpada się na wodę i tlenek węgla(II):
HCOOH
→
4
2
SO
H
CO + H
2
O
i) Kwas benzoesowy ulega reakcji nitrowania (grupa –COOH kieruje na pozycje meta):
Otrzymywanie kwasów karboksylowych:
a) Utlenianie aldehydów (próba Tollensa i Trommera):
,
b) Hydroliza estrów (kwasowa):
c) Katalityczne utlenienie toluenu:
Mydła.
Mydła to sole wyŜszych kwasów karboksylowych. W wodzie są rozpuszczalne mydła metali I grupy głównej.
Mydła pozostałych metali są nierozpuszczalne w wodzie.
Dlaczego mydło myje?
W wodzie cząsteczki mydła ulegają dysocjacji elektrolitycznej:
Cząsteczka mydła składa się z dwóch części:
Kwasy karboksylowe
- 3 -
części hydrofilowej („lubiącej wodę”) (grupa karboksylowa -
część polarna) oraz części hydrofobowej („nielubiącej wody”)
nierozpuszczalnej w wodzie ale rozpuszczalnej w
rozpuszczalnikach niepolarnych (łańcuch węglowodorowy -
część niepolarna). Taki układ daje mydłu zdolność emulgowania
tłuszczów i oleju w wodzie (Emulgowanie to proces zmierzający
do przejścia dwóch nie mieszających się cieczy w stan zwany
emulsją, emulsja, układ koloidalny składający się z dwóch
nierozpuszczalnych wzajemnie cieczy, z których jedna jest
rozproszona w drugiej w postaci kropelek.). Brud składa się
z róŜnych substancji z których najtrudniej zmyć tłuszcze i inne
związki organiczne. Cząstki brudu przyczepione do podłoŜa nie
są zwilŜane przez wodę ze względu na swoje hydrofobowe własności. Po dodaniu mydła lub detergentów
cząsteczki mydła wnikają łańcuchem węglowodorowym w brud, zaś polarne końce ustawiają się
na zewnątrz w kierunku polarnego rozpuszczalnika czyli wody zgodnie z regułą - podobne rozpuszcza
podobne. MoŜemy wtedy powiedzieć, Ŝe jonowe (polarne) końce mydła rozpuszczają się w fazie wodnej,
a końce węglowodorowe (niepolarne) - w fazie olejowej. Powierzchnia brudu staję się hydrofilowa ze względu
na grupy COO¯ wystające na zewnątrz. Woda zaczyna zwilŜać brud, odrywa od powierzchni i unosi ze sobą.
Powstaje wtedy micela (taka jak na rysunku obok). Odpychanie się ładunków jednoimiennych powoduje,
Ŝ
e micele są rozproszone. Mycie i pranie polega na utworzeniu emulsji składającej się z wody i cząstek brudu
zlepionych substancjami niepolarnymi (tłuszcze, oleje i inne substancje organiczne), a więc
nierozpuszczalnych w wodzie.
Detergenty to środki piorące, nie zawierające mydła. Są to głównie sole sodowe kwasów sulfonowych, oraz
wodosiarczanów wyŜszych alkoholi. Detergenty są składnikami proszku do prania, płynów do mycia naczyń,
są równieŜ w środkach zapobiegających elektryzowaniu się tkanin, w szamponach, i temu podobnych.
Detergenty posiadają wiele cennych właściwości, odróŜniających je od mydeł, takich jak:
- tworzenie w twardej wodzie rozpuszczalnych soli wapniowych i magnezowych,
- wykazywanie znacznie większej zdolności piorącej,
- zdolność dobrego zwilŜania powierzchni róŜnych materiałów (jako wodne roztwory),
- wiele detergentów posiada obojętny odczyn, co powoduje, iŜ bardzo dobrze,
- sprawdzają się one przy praniu wełny, będącej tkaniną ulegającą zniszczeniu podczas prania w odczynie
zasadowym,
- posiadają wysoką zdolność piorącą, w relatywnie niskich temperaturach.
Twardość wody
Twardość wody powodują rozpuszczone w niej sole wapnia, magnezu i metali wielowartościowych. RozróŜnia
się następujące rodzaje twardości wody
- twardość węglanowa (Tw)
- twardość niewęglanowa zwana stałą (Ts)
- twardość ogólna lub całkowita (To)
Twardość węglanowa (Tw) zwana teŜ przemijającą spowodowana jest obecnością kwaśnych węglanów wapnia
i magnezu. Twardość tę moŜna usunąć przez zagotowanie wody.
Ca(HCO
3
)
2
CaCO
3
↓
+ H
2
O + CO
2
↑
Mg(HCO
3
)
2
MgCO
3
↓
+ H
2
O + CO
2
↑
Twardość niewęglanowa (Ts) spowodowana jest zawartością w wodzie chlorków, azotanów, siarczanów,
krzemianów i innych rozpuszczalnych soli wapnia i magnezu.
W gospodarstwie domowym nadmierna twardość wody powoduje większe zuŜycie środków piorących. W tym
wypadku jony wapnia i magnezu wiąŜą się z resztą kwasu tłuszczowego i wytrącają się w postaci trudno
rozpuszczalnych soli wyŜszych kwasów tłuszczowych.
2C
15
H
31
COO¯ + Ca
2+
(C
15
H
31
COO)
2
Ca
(osad)
Nadmierna twardość wody jest zjawiskiem niepoŜądanym zarówno w procesach przemysłowych (kotły
parowe, układy chłodnicze, przemysł włókienniczy), jak i dla celów konsumpcyjnych. Podczas ogrzewania na
ś
ciankach garnków, kotłów itp. powstaje kamień kotłowy, który pogarsza przewodnictwo cieplne, co
w konsekwencji powoduje straty energetyczne, jak równieŜ moŜe być przyczyną powaŜnych awarii.