Номер 3, страница 83 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.3. Почему низшие спирты неограниченно растворимы в воде? Какое практическое применение имеют водные растворы спиртов?

Почему низшие спирты неограниченно растворимы в воде?

Низшие спирты, такие как метанол ($CH_3OH$), этанол ($C_2H_5OH$) и пропанол ($C_3H_7OH$), неограниченно растворимы в воде благодаря особенностям их молекулярного строения, которые схожи со строением молекулы воды ($H_2O$).

Ключевую роль в этом процессе играет наличие в молекуле спирта полярной гидроксильной группы ($-OH$). Атом кислорода в этой группе обладает высокой электроотрицательностью, из-за чего на нем возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на атоме водорода — частичный положительный заряд ($\delta+$). Молекула воды также является полярной.

Благодаря полярности гидроксильной группы, молекулы низших спиртов способны образовывать водородные связи с молекулами воды. Атом водорода гидроксильной группы спирта притягивается к атому кислорода молекулы воды, а атом кислорода спирта — к атомам водорода воды. Это взаимодействие по силе сопоставимо с водородными связями между самими молекулами воды, что позволяет молекулам спирта и воды легко смешиваться друг с другом в любых соотношениях.

Углеводородный радикал ($R-$) в молекуле спирта является гидрофобным (неполярным). В низших спиртах этот радикал имеет небольшой размер, и его влияние незначительно по сравнению с сильным полярным влиянием гидроксильной группы. С увеличением длины углеводородной цепи (в высших спиртах) гидрофобные свойства усиливаются, что мешает образованию водородных связей и приводит к снижению растворимости в воде.

Ответ: Низшие спирты неограниченно растворяются в воде, так как их полярные гидроксильные группы ($-OH$) образуют прочные водородные связи с полярными молекулами воды, а небольшой размер их неполярных углеводородных радикалов не препятствует этому процессу.

Какое практическое применение имеют водные растворы спиртов?

Водные растворы спиртов, в первую очередь этанола и изопропанола, находят широкое применение в различных сферах:

• Медицина и фармацевтика: Водный раствор этанола (обычно 70%-й) является одним из самых распространенных антисептиков для дезинфекции кожи, медицинских инструментов и поверхностей. Спирты служат растворителями при изготовлении многих лекарственных препаратов, настоек и экстрактов.
• Пищевая промышленность: Этанол является основой всех алкогольных напитков. Также он используется в качестве консерванта и растворителя для пищевых ароматизаторов и красителей.
• Косметика и парфюмерия: Спирт (в основном этанол) служит основой для духов, одеколонов, лосьонов и других парфюмерно-косметических средств. Он хорошо растворяет ароматические вещества и способствует их испарению с кожи.
• Химическая промышленность: Водные растворы спиртов используются как растворители для лаков, красок, смол, а также как сырье для синтеза других органических соединений (например, сложных эфиров, уксусной кислоты).
• Техника и быт: Растворы спиртов (этанола, изопропанола) применяются как эффективные чистящие и обезжиривающие средства, например, для мытья стекол и очистки электроники. Водные растворы многоатомных спиртов (этиленгликоля, глицерина) и метанола используются в качестве низкозамерзающих жидкостей (антифризов) в системах охлаждения автомобилей и в качестве противообледенительных реагентов.
• Топливо: Этанол используется как компонент моторного топлива (биотопливо), обычно в смеси с бензином.

Ответ: Водные растворы спиртов широко применяются в качестве антисептиков, растворителей (в медицине, промышленности, парфюмерии, быту), компонентов антифризов, сырья для химического синтеза, а также в пищевой промышленности (алкогольные напитки, консерванты).