Kwasy karboksylowe

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:

- 1 -

Kwasy karboksylowe

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 + Ag2O CO2 + H2O + 2Ag , HCOOH + 2Cu(OH)2 CO2 + 3H2O + Cu2O

h) Kwas mrówkowy pod działaniem stęŜonego H2SO4 rozpada się na wodę i tlenek węgla(II):

HCOOH



 H SO

2 

4 → CO + H2O

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:

- 2 -

Kwasy karboksylowe

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, Ŝe 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 CaCO3 + H2O + CO2

Mg(HCO

↓

↑

3)2 MgCO3 + H2O + CO2

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.

2C15H31COO¯ + Ca2+ (C15H31COO)2Ca(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 ściankach garnków, kotłów itp. powstaje kamień kotłowy, który pogarsza przewodnictwo cieplne, co w konsekwencji powoduje straty energetyczne, jak równieŜ moŜe być przyczyną powaŜnych awarii.

- 3 -