Молекула уксусной кислоты (CH3COOH)

 Теория:

Молекула уксусной кислоты — это химическое соединение с формулой CH₃COOH (или C₂H₄O₂).

Это одна из простейших карбоновых кислот, состоящая из:

Метильной группы (CH₃)

Карбоксильной группы (COOH), которая отвечает за её кислотные свойства.

Ключевые характеристики молекулы уксусной кислоты:

1. Кислотные свойства.
2. Полярность.
3. Образование водородных связей.

Основные характеристики и свойства молекулы

Молекула уксусной кислоты, также известной как этановая кислота, имеет химическую формулу CH₃COOH или C₂H₄O₂.

Это слабая одноосновная органическая кислота, принадлежащая к классу предельных карбоновых кислот.

Строение молекулы:

Молекула уксусной кислоты состоит из:

Метильной группы (-CH₃)

Карбоксильной группы (-COOH), которая определяет кислотные свойства.

В твердом состоянии молекулы уксусной кислоты образуют сеть, в которой отдельные молекулы связаны водородными связями.

В газообразном состоянии при температуре 120°C существуют димеры уксусной кислоты.

Основные характеристики:

1. Бесцветная жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом.
2. Хорошо смешивается с водой и многими органическими растворителями.
3. Является важным химическим реагентом и широко используется в промышленности.
4. В пищевой промышленности используется как регулятор кислотности (пищевая добавка E260).
5. Соли и сложные эфиры уксусной кислоты называются ацетатами.

Структура (Геометрия)

Имеет довольно сложную, которая определяется гибридизацией атомных орбиталей и отталкиванием электронных пар.

Её можно разделить на две основные части:

1. Метильная группа (CH3).
2. Карбоксильная группа (COOH)

Метильная группа (CH₃)

Атом углерода в метильной группе (CH₃) находится в sp³ -гибридизации.

Это означает, что вокруг этого углерода атомы водорода и следующий атом углерода расположены в тетраэдрической конфигурации.

Углы связей H — C — H и C — C — H в этой части молекулы составляют примерно 109,5°.

Вокруг связи C — C возможно свободное вращение, что приводит к различным конформациям молекулы.

Карбоксильная группа (COOH)

Атом углерода в карбоксильной группе (COOH) находится в sp² -гибридизации.

Это означает, что этот углерод, атом кислорода карбонильной группы (C = O) и атом кислорода гидроксильной группы (O — H), а также соседний углерод метильной группы лежат в одной плоскости.

Геометрия вокруг карбонильного углерода является тригонально-планарной.

Углы связей вокруг этого углерода составляют примерно 120°.

1. Угол O = C — O.
2. Угол O — C — C (где C — это углерод метильной группы).
3. Угол O = C — C.

Общая структура и конформация

Таким образом, молекула уксусной кислоты не является плоской целиком. У нее есть плоская карбоксильная часть и тетраэдрическая метильная часть.

Наиболее стабильная конформация уксусной кислоты (в газовой фазе и в неполярных растворителях).

Это димер, где две молекулы уксусной кислоты связаны между собой двумя сильными водородными связями между карбоксильными группами.

Это создает плоскую циклическую структуру димера.

В водных растворах ионы уксусной кислоты и недиссоциированные молекулы взаимодействуют с водой через водородные связи.

Физические свойства

Уксусная кислота (CH₃COOH) обладает рядом характерных физических свойств:

✅ Агрегатное состояние и внешний вид: При комнатной температуре это бесцветная, прозрачная жидкость.

✅ Запах: Имеет резкий, характерный, едкий запах, хорошо знакомый по обычному столовому уксусу.

✅ Вкус: Кислый (в разбавленном виде).

✅ Гигроскопичность: Уксусная кислота очень гигроскопична, то есть способна активно поглощать влагу из воздуха.

Молекулярная масса уксусной кислоты (CH₃COOH) равна 60,052 г/моль.

Растворимость:

✅ В воде: Неограниченно смешивается с водой в любых соотношениях, образуя при смешивании с водой контракцию (уменьшение объема смеси).

✅ В органических растворителях: Хорошо смешивается со многими органическими растворителями, такими как этанол, диэтиловый эфир, хлороформ, гексан.

✅ Растворяющая способность: Сама является хорошим растворителем для многих неорганических соединений, газов (например, HF, HCl, HBr, HI), а также для различных органических веществ, смол, масел.

✅ «Ледяная» уксусная кислота: Чистая (безводная) уксусная кислота с концентрацией около 100% называется «ледяной», так как при температурах ниже 16,7 °C (точка плавления) она замерзает, образуя кристаллы, похожие на лед.

Число ковалентных связей в молекуле уксусной кислоты

В молекуле уксусной кислоты (CH₃COOH) содержится 8 ковалентных связей.

В метильной группе (CH₃):

3 связи C — H (одинарные ковалентные)

Между углеродами:

1 связь C — C (одинарная ковалентная)

В карбоксильной группе (COOH):

1 связь C = O (двойная ковалентная — состоит из одной сигма- и одной пи-связи, считается как 2 ковалентные связи при подсчете).

1 связь C — O (одинарная ковалентная).

1 связь O — H (одинарная ковалентная).

Суммируем все связи:

3(C — H) + 1(C — C) + 2(C = O, т.к. двойная) + 1(C — O) + 1(O — H) = 8 ковалентных связей.

 Пример решения, задача:

Дано: рассчитать число молекул в 90г уксусной кислоты

Решение: для этого нужно знать молярную массу (M) уксусной кислоты, она равна 60,052 г/моль.

Определим количество молей (n) уксусной кислоты в 90 г.

Формула: n = m/M

Где m — масса вещества, M — молярная масса.

n(CH₃COOH) = 90 г/60,052 г/моль.

n(CH₃COOH) ≈ 1,4987 моль.

Используем число Авогадро (N_A) для расчета количества молекул.

Число Авогадро (N_A) показывает количество частиц (молекул, атомов и т.д.) в одном моле вещества, и оно равно примерно 6,022 × 10²³ моль ^-1.

Формула : N = n × N_A

Где N — количество молекул, n — количество молей.

N(CH₃COOH) = 1,4987 моль × 6,022 × 10²³ моль ^-1.

N(CH₃COOH) ≈ 9,024 × 10²³ молекул.

Ответ: ≈ 9,024 × 10²³ молекул.

Часто задаваемые вопросы: