Вспомните!, страница 250 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

Вспомните!

Что такое гидроксильная группа. Что вы знаете о спиртах? Где применяется глицерин? Сравните электроотрицательность кислорода и водорода.

Что такое гидроксильная группа?

Гидроксильная группа, также известная как гидроксогруппа, — это функциональная группа, которая состоит из одного атома кислорода и одного атома водорода, соединенных между собой ковалентной связью. Ее химическая формула записывается как $-OH$. Атом кислорода в этой группе также образует связь с остальной частью молекулы (обычно с атомом углерода).

Наличие гидроксильной группы является определяющим признаком таких классов органических соединений, как спирты и фенолы. Она также является составной частью карбоксильной группы ($-COOH$) в карбоновых кислотах. Свойства соединений, содержащих гидроксогруппу, во многом зависят от нее. Например, из-за высокой полярности связи $O-H$ и способности образовывать водородные связи, вещества с этой группой (как низшие спирты) часто хорошо растворимы в воде и имеют более высокие температуры кипения по сравнению с углеводородами аналогичной массы.

Ответ: Гидроксильная группа — это функциональная группа с формулой $-OH$, состоящая из атомов кислорода и водорода. Она определяет характерные химические и физические свойства спиртов, фенолов и других соединений.

Что вы знаете о спиртах?

Спирты — это органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп ($-OH$), которые присоединены к насыщенному (находящемуся в состоянии $sp^3$-гибридизации) атому углерода. Общая формула для простейших, одноатомных предельных спиртов — $C_nH_{2n+1}OH$ или $R-OH$, где $R$ — углеводородный радикал.

Спирты можно классифицировать по нескольким критериям:

1. По числу гидроксильных групп: одноатомные (одна группа $-OH$, например, метанол $CH_3OH$), двухатомные (две группы $-OH$, например, этиленгликоль $C_2H_4(OH)_2$), трехатомные (три группы $-OH$, например, глицерин $C_3H_5(OH)_3$) и многоатомные.

2. По типу атома углерода, с которым связана гидроксогруппа: первичные (группа $-OH$ у атома $C$, связанного только с одним другим атомом $C$), вторичные (у атома $C$, связанного с двумя другими) и третичные (с тремя другими).

Основные физические свойства спиртов определяются гидроксильной группой. Благодаря способности образовывать межмолекулярные водородные связи, спирты имеют аномально высокие температуры кипения по сравнению с другими классами соединений со схожей молекулярной массой (например, алканами). Низшие спирты (с 1-3 атомами углерода) неограниченно смешиваются с водой, но с ростом углеводородного радикала растворимость падает.

Ответ: Спирты — это класс органических соединений, молекулы которых содержат гидроксильные группы ($-OH$) у насыщенных атомов углерода. Они классифицируются по числу гидроксогрупп и строению радикала, а их свойства (растворимость, высокая температура кипения) обусловлены способностью к образованию водородных связей.

Где применяется глицерин?

Глицерин (пропан-1,2,3-триол) — это простейший представитель трехатомных спиртов с химической формулой $C_3H_5(OH)_3$. Это вязкая, прозрачная, бесцветная жидкость со сладким вкусом, которая хорошо растворяется в воде и является гигроскопичной (способна поглощать влагу из воздуха). Благодаря этим свойствам глицерин нашел широчайшее применение:

• Пищевая промышленность: как пищевая добавка Е422, он используется для улучшения консистенции, удержания влаги и в качестве подсластителя в кондитерских изделиях, напитках и выпечке.

• Фармацевтика и косметология: является одним из самых популярных увлажняющих компонентов в кремах, лосьонах, масках для кожи и волос. В медицине его используют для повышения вязкости и растворения лекарств, в сиропах от кашля, слабительных свечах.

• Химическая промышленность: является сырьем для производства нитроглицерина, который используется как для создания динамита, так и в качестве лекарственного средства для сердца. Также применяется в производстве антифризов, пластмасс и синтетических смол.

• Другие области: в сельском хозяйстве для обработки семян; в текстильной промышленности для смягчения тканей; в производстве электронных сигарет (как компонент жидкости); для консервации анатомических препаратов.

Ответ: Глицерин широко применяется в пищевой промышленности (добавка Е422), косметологии и фармацевтике (как увлажнитель и основа), в химической промышленности (для получения нитроглицерина, антифризов), а также в сельском хозяйстве, текстильной и табачной отраслях.

Сравните электроотрицательность кислорода и водорода.

Электроотрицательность — это мера способности атома в молекуле притягивать к себе общие электронные пары. Это одно из ключевых понятий в химии, которое помогает предсказывать тип химической связи.

Для сравнения электроотрицательности элементов чаще всего используют шкалу Полинга. По этой шкале:

• Электроотрицательность кислорода (O) равна 3,44.

• Электроотрицательность водорода (H) равна 2,20.

Из этих значений видно, что электроотрицательность кислорода значительно выше, чем у водорода. Кислород является вторым по электроотрицательности элементом после фтора, то есть он очень сильно притягивает электроны.

Такая большая разница в электроотрицательности (${\Delta\chi = 3.44 - 2.20 = 1.24}$) приводит к тому, что ковалентная связь $O-H$ является сильно полярной. Электронная плотность смещается от атома водорода к атому кислорода. В результате на атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд ($\delta^-$), а на атоме водорода — частичный положительный заряд ($\delta^+$). Именно эта полярность является причиной многих уникальных свойств воды, спиртов и других соединений, содержащих гидроксогруппу, в частности, их способности к образованию водородных связей.

Ответ: Электроотрицательность кислорода (3,44 по шкале Полинга) значительно выше, чем электроотрицательность водорода (2,20). Это приводит к сильной поляризации ковалентной связи $O-H$, где электронная плотность смещена к атому кислорода.