Ангидрид — оксид неметалла, образующий кислоту¶
Ангидрид (от лат. anhydricus — «безводный») — это оксид неметалла, который при взаимодействии с водой образует соответствующую кислоту, либо же сама кислота, из которой удалена вода. Термин широко используется в неорганической и органической химии, причём в каждой из этих областей он имеет своё, хотя и родственное, значение.
¶Неорганические ангидриды
В неорганической химии под ангидридом понимают кислотный оксид — бинарное соединение неметалла с кислородом, которое реагирует с водой с образованием кислоты. Примеры:
| Ангидрид | Формула | Образующаяся кислота |
|---|---|---|
| Диоксид серы (сернистый газ) | SO₂ | Сернистая кислота H₂SO₃ |
| Триоксид серы | SO₃ | Серная кислота H₂SO₄ |
| Диоксид углерода | CO₂ | Угольная кислота H₂CO₃ |
| Пятиоксид диазота | N₂O₅ | Азотная кислота HNO₃ |
| Триоксид диазота | N₂O₃ | Азотистая кислота HNO₂ |
| Оксид хрома(VI) | CrO₃ | Хромовая кислота H₂CrO₄ |
| Оксид фосфора(V) | P₂O₅ | Фосфорная кислота H₃PO₄ |
Обратная реакция — удаление воды из кислоты — также приводит к ангидриду. Так, при нагревании серной кислоты выше 300 °C из неё выделяется вода и остаётся SO₃. Многие ангидриды получаются именно таким способом: прокаливанием соответствующих солей или дегидратацией кислот.
Ангидриды делятся на:
- Смешанные — содержащие два разных элемента (например, хлорный ангидрид Cl₂O₇ — ангидрид хлорной кислоты HClO₄).
- Нормальные — в которых кислород связывается только с одним элементом.
По характеру реакций с водой кислотные оксиды делят на:
- Кислотные (к ним относятся собственно ангидриды кислот) — реагируют с водой, образуя кислоты, и с щелочами — образуя соли.
- Амфотерные (Al₂O₃, ZnO, Cr₂O₃) — проявляют и кислотные, и основные свойства.
- Основные (оксиды металлов) — образуют щёлочи или основные соли.
Термин «ангидрид» применим преимущественно к первым.
¶Органические ангидриды
В органической химии ангидрид — это функциональная группа или класс соединений, получаемых удалением молекулы воды из двух молекул карбоновых кислот. Общая формула простого ангидрида: (RCO)₂O. Наиболее известный представитель — уксусный ангидрид (CH₃CO)₂O, бесцветная жидкость с резким запахом, широко применяемая в синтезе ацетилсалициловой кислоты, ацетатов целлюлозы и других продуктов.
Ангидриды карбоновых кислот — активные ацилирующие агенты. Они реагируют с водой, спиртами, аминами и другими нуклеофилами, отщепляя ацильную группу RCO—. По этой реакции их получают в лаборатории и в промышленности: например, уксусный ангидрид синтезируют из кетена и уксусной кислоты либо пиролизом солей натрия или кальция уксусной кислоты.
К ангидридам также относят соединения, в которых функциональная группа —O—CO—O— связывает две карбонильные части молекулы. К ним принадлежат, в частности, дифенилкарбонат, используемый при производстве поликарбонатов.
¶Получение
Основные способы получения неорганических ангидридов:
- Прямое соединение элемента с кислородом: S + O₂ → SO₂; 2SO₂ + O₂ ⇌ SO₃ (в присутствии катализатора V₂O₅).
- Термическое разложение солей: нагревание карбонатов приводит к CO₂, нитратов — к N₂O₅ (в смеси с NO₂).
- Дегидратация кислот: 2HNO₃ → N₂O₅ + H₂O (при помощи P₂O₅).
Органические ангидриды получают:
- Обработкой ацилгалогенидов солями карбоновых кислот.
- Дегидратацией кислот (при нагревании с P₂O₅).
- Взаимодействием кетенов с кислотами.
¶Применение
Неорганические ангидриды находят широкое применение в промышленности. Триоксид серы — ключевой компонент производства серной кислоты контактным способом. Диоксид углерода используется в пищевой промышленности (газированные напитки), в огнетушителях, при сварке металлов. Пятиоксид диазота применяется при получении азотной кислоты и в качестве нитрующего агента.
Органические ангидриды — важные промежуточные продукты органического синтеза. Уксусный ангидрид задействован в производстве ацетилцеллюлозы, ацетилсалициловой кислоты (аспирина), ароматизаторов и красителей. Фталиевый ангидрид служит сырьём для пластификаторов и красителей группы фталеинов. Муравьиный ангидрид (формилен) применяется в синтезе лекарственных веществ.
¶Характерные реакции
Для ангидридов характерны реакции гидролиза, аммонолиза и спиртолиза. При гидролизе неорганический ангидрид превращается в кислоту:
SO₃ + H₂O → H₂SO₄ N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃
Органический ангидрид при гидролизе даёт две молекулы карбоновой кислоты:
(CH₃CO)₂O + H₂O → 2CH₃COOH
При взаимодействии с аминами образуются амиды, со спиртами — сложные эфиры. Эти реакции лежат в основе ацилирования — одного из важнейших преобразований в органическом синтезе.
¶История
Термин «ангидрид» ввёл в химическую номенклатуру в начале XIX века шотландский химик Томас Томсон, отражая представление о том, что ряд кислот может быть получен из оксидов неметаллов при их соединении с водой. Само латинское слово anhydricus означает «безводный» и указывает на то, что ангидрид — это кислота, лишённая воды.
Источники:
- Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы.
- Рабинович В. Л., Хомченко Г. П. Неорганическая химия.
- Некрасов Б. В. Основы общей химии.
- Дроздов А. А., Толкачёв Н. Б. Органическая химия.
- Химическая энциклопедия, т. 1.