Friday, June 19, 2009

ΧΗΜΕΙΑ V

Κασσίτερος.Μέταλλο, με ατομικό αριθμό 50, ατομικό βάρος 118,7, σθένος +2 και +4. Συμβολισμός: Sn. Βρίσκεται κυρίως με τη μορφή SnO2, ως ορυκτό κασσιτερίτης, στην Αυστραλία, τη Βολιβία, τη νοτιοανατολική Ασία και αλλού. Εμφανίζεται με τρεις αλλοτροπικές μορφές: την τετραγωνική (λευκός ή ελατός), τη ρομβική (εύθρυπτος) και την κυβική (τεφρώδης). Ο συνηθισμένος λευκός κασσίτερος μετατρέπεται με ψύξη σε τεφρώδη. Αυτή είναι και η αιτία για την οποία τα επικασσιτερωμένα αντικείμενα, με την πάροδο του χρόνου, σκεπάζονται από σταχτί χρώμα που είναι γνωστό ως «λέπρα του κασσίτερου». Ο κασσίτερος είναι μέταλλο αργυρόλευκο, μαλακό, με κρυσταλλική δομή και χαρακτηριστική μυρωδιά.
Μεταλλουργία. Βγαίνει από τον κασσιτερίτη, ο οποίος προηγουμένως εμπλουτίζεται με τρεχούμενο νερό που παρασύρει τις ξένες προσμείξεις. Κατόπιν το εμπλουτισμένο μετάλλευμα φρύγεται, με αποτέλεσμα τα διάφορα μέταλλα να μετατραπούν σε οξείδια από τα οποία τα πιο πτητικά φεύγουν. Μετά, το μετάλλευμα το κατεργάζονται με H2SO4 ή HCl, οπότε τα μεταλλικά οξείδια, εκτός του SnO2, μετατρέπονται σε θειικά ή χλωριούχα άλατα, τα οποία απομακρύνονται. Τέλος, το μετάλλευμα τοποθετείται μέσα σε κάμινο και θερμαίνεται μαζί με σκόνη άνθρακα, οπότε παίρνεται ο κασσίτερος κατά την αντίδραση:
SnO2 + 2C  Sn + 2CO
Ο κασσίτερος που παίρνουμε καθαρίζεται με επανειλημμένες τήξεις.
Χημικές ιδιότητες. Σε καθαρό οξυγόνο και σε υψηλή θερμοκρασία καίγεται με λαμπρή φλόγα. Αντιδρά με διάφορες ενώσεις κατά τις αντιδράσεις:
Sn + H2SO4  SnSO4 + H2
Sn + 2HCl  SnCl2 + H2
Sn + 2H2SO4 (πυκνό θερμό)  Sn(SO4)2 + 4H2O + 2SO2
Sn + 4HNO3 (πυκνό)  H2SnO3 + 4NO2 + H2O (μετακασσιτερικό οξύ)
Sn + 2NaOH  Na2SnO2 + H2 (κασσιτερώδες νάτριο)
Χρήσεις. Από κασσίτερο κατασκευάζονται φύλλα για την περιτύλιξη τσιγάρων, τροφίμων κτλ. Χρησιμοποιείται για την επικασσιτέρωση των μετάλλων, που τα προφυλάγει από διάφορες προσβολές. Τα χάλκινα σκεύη μαγειρικής επικασσιτερώνονται για να αποφεύγονται οι δηλητηριάσεις. Τέλος ο κασσίτερος χρησιμοποιείται σε διάφορα κράματα, όπως το συγκολλητικό καλάι (Sn-Pb) ο μπρούντζος (Cu-Sn), το κράμα των τυπογραφικών στοιχείων (Pb-Sn-Sb) κ.ά.
Κετόνες.Σύνολο οργανικών ενώσεων που περιέχουν τη χαρακτηριστική
ομάδα > C = O, η οποία ονομάζεται καρβονύλιο. Οι κετόνες μαζί με τις αλδεΰδες χαρακτηρίζονται ως καρβονυλικές ενώσεις, γιατί περιέχουν και οι δύο τη χαρακτηριστική ομάδα του καρβονυλίου. Στις αλδεΰδες οι δύο ελεύθερες μονάδες συγγένειας του άνθρακα συμπληρώνονται με υδρογόνο και αλκύλιο (λεπτομέρειες για τις αλδεΰδες βλ. λ. αλδεΰδες) και στις κετόνες με δύο αλκύλια. Αν τα αλκύλια είναι όμοια, τότε η κετόνη ονομάζεται απλή, αν όμως δεν είναι όμοια, ονομάζεται μεικτή.
Οι κετόνες παίρνουν το όνομά τους από το όνομα του αντίστοιχου υδρογονάνθρακα με αντικατάσταση της κατάληξης -ιο με την κατάληξη -ονη ή μονολεκτικά από το όνομα των αλκυλίων και τη λέξη -κετόνη, η οποία μπαίνει ως κατάληξη. Έτσι, π.χ. CH3COCH3 προπανόλη ή διμεθυλο-κετόνη, CH3COCH2CH3 2-πεντακόνη ή μεθυλο-προπυλο-κετόνη (ο αριθμός 2 καθορίζει τη θέση του καρβονυλίου), CH3COCH2CH3 βουτανόνη ή μεθυλο-αιθυλοκετόνη (μεικτή).
Παρασκευές. 1) Με οξείδωση δευτεροταγών αλκοολών: R2CHOH R2CO + H2O
2) Κατά την επίδραση οργανομαγνησιακών ενώσεων σε χλωρίδια ή νιτρίλια οξέα και διάσπαση των σχηματιζόμενων ενώσεων με προσθήκη νερού.
Χημικές ιδιότητες. 1) Οι κετόνες σε ήπια οξειδωτικά μέσα είναι σταθερές. Με ισχυρά οξειδωτικά μέσα διασπώνται πάντα σε α-θέση προς το καρβονύλιο και δίνουν οξέα ή κετόνες με μικρότερο αριθμό ατόμων άνθρακα:
CH3COCH3 + 2O2  CH3COΟH + CO2 + H2O (διαφορά από τις αλδεΰδες).
2) Δε δείχνουν τάση για πολυμερισμό. Σε αλκαλικό όμως ή όξινο περιβάλλον δίνουν προϊόντα συμπύκνωσης, αλλά πάντα με απόσπαση νερού, και παίρνουμε ακόρεστες κετόνες.
3) Κατά την επίδραση μεταλλικού νατρίου, χωρίς αέρα, σχηματίζονται ισχυρά χρωματισμένα σώματα, τα μεταλλοκετύλια, τα οποία είναι παράγωγα του τρισθενή άνθρακα και ανήκουν στις ελεύθερες ρίζες.
4) Με νιτρώδεις εστέρες οι κετόνες, οι οποίες σε α-θέση προς το καρβονύλιο περιέχουν μεθυλενική ομάδα, σχηματίζουν ισονιτροδοκετόνες, σώματα τα οποία χρησιμοποιούνται για συνθέσεις.
Το σπουδαιότερο μέλος των κετονών είναι η ακετόνη ή προπανόνη ή διμεθυλοκετόνη, η οποία βρίσκεται στο ξύλοξος, από το οποίο λαμβανόταν παλιότερα βιομηχανικά. Επίσης βρίσκεται στο αίμα των διαβητικών, προερχόμενη από τη διάσπαση του ακετοξικού οξέος.
Χρησιμοποιείται ως διαλυτικό μέσο για την παρασκευή του τεχνητού μεταξιού, στη βιομηχανία εκρηκτικών υλών, για την παρασκευή χλωροφορμίου, ιωδοφορμίου, σουλφονάλης, ιονόνης κ.ά.
Κοβάλτιο.Χημικό στοιχείο που ανήκει στην VIII B ομάδα του περιοδικού συστήματος. Συμβολίζεται με Co και έχει ατομικό αριθμό 27. Βρίσκεται στους μετεωρίτες και σε ορυκτά, μαζί με μικρές ποσότητες σιδήρου, ψευδαργύρου, νικελίου. Γνωστά ορυκτά του είναι ο σμαλτίτης και ο κοβαλτίτης. Το μεταλλικό κοβάλτιο λαμβάνεται από τα ορυκτά του με φρύξη. Αρχικά σχηματίζεται οξείδιο του κοβαλτίου, το οποίο ανάγεται με υδρογόνο ή άνθρακα.
Στις ενώσεις του το κοβάλτιο έχει σθένος +2 και +3.
Ιδιότητες. Το κοβάλτιο έχει ελαφρά ρόδινο χρώμα, μαγνητικές ιδιότητες και δεν προσβάλλεται από το νερό και τους υδρατμούς. Είναι σταθερό στον αέρα. Όταν πυρωθεί, οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο προς τεταρτοξείδιο, Co3O4. Σε υψηλές θερμοκρασίες προσβάλλεται από τα αλογόνα δίνοντας αλογονίδια του κοβαλτίου, ενώ με οξυγόνο δίνει οξείδιά του.
Ενώσεις κοβαλτίου.
1. Οξείδιο κοβαλτίου (CoO). Παρασκευάζεται από τα αντίστοιχα ανθρακικά άλατα με θέρμανση. Έχει πράσινο χρώμα. Με την επίδραση αέρα οξειδώνεται προς τεταρτοξείδιο, Co3O4. Ανάγεται από το υδρογόνο και σχηματίζει μεταλλικό κοβάλτιο.
2. Υδροξείδιο κοβαλτίου (Co(OH)2). Έχει κυανό χρώμα, είναι διαλυτό στην αμμωνία (ΝΗ3) και σχηματίζεται από την αντίδραση ανιόντων υδροξειδίου (ΟΗ-) με ιόντα κοβαλτίου (Co2+).
3. Χλωριούχο κοβάλτιο (CoCl2). Στερεό με κυανό χρώμα. Διαλύεται στο νερό και την αιθανόλη και δίνει εύκολα ένυδρα άλατα. Γνωστή είναι η συμπαθητική μελάνη, η οποία είναι αραιό υδατικό διάλυμα, CoCl2, στο οποίο βρίσκονται εφυδατωμένα ιόντα (Co(H2O)6)2+ με ελαφρώς ρόδινο χρώμα. Η γραφή σε χαρτί με το σχεδόν άχρωμο αυτό διάλυμα δε διακρίνεται. Αν όμως θερμάνουμε το χαρτί, η γραφή εμφανίζεται με έντονο κυανό χρώμα λόγω απομάκρυνσης των μορίων νερού (Η2Ο) από το ένυδρο άλας.
4. Το κοβάλτιο σχηματίζει επίσης πολλά σύμπλοκα. Παράδειγμα αποτελεί η βιταμίνη Β12 και παράγωγά της. Κοβάλτιο έχει βρεθεί επίσης στο ανθρώπινο αίμα σε μικρές ποσότητες (20 ppb), όπου ppb μέρη ανά δισεκατομμύριο. Μελέτες έδειξαν ότι ορισμένα ένζυμα ενεργοποιούνται από το δισθενές κοβάλτιο.
Χρήσεις. Το κοβάλτιο βρίσκει εφαρμογές στην παρασκευή κραμάτων ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες.
Με τη μορφή του οξειδίου του (CoO) χρησιμοποιείται στην κεραμική, στη βιομηχανία χρωμάτων και στην υαλουργία. Γνωστή είναι η ύαλος κοβαλτίου, γυαλί μπλε χρώματος, η οποία κατασκευάζεται με την προσθήκη CoO στο γυαλί.
Το ραδιενεργό ισότοπο του κοβαλτίου, Co60, χρησιμοποιείται ως πηγή ακτινοβολίας γ για την ακτινοβόληση όγκων. Το ραδιενεργό Co60 σχηματίζεται κατά το βομβαρδισμό κοβαλτίου με νετρόνια και είναι γνωστό ως ράδιο των φτωχών.
Κολλοειδή διαλύματα.Διαλύματα στα οποία τα σωματίδια της ουσίας που βρίσκεται υπό διάλυση έχουν διαστάσεις μεταξύ 5-10-5 cm και 10-7 cm. Οι διαστάσεις αυτές είναι αρκετά μικρές, ώστε τα σωματίδια να μην είναι ορατά με το κοινό μικροσκόπιο και να διέρχονται μέσα από κοινούς ηθμούς (φίλτρα). Γίνονται όμως ορατά με τη χρήση υπερμικροσκοπίου, ενώ διέρχονται από υπερηθμούς.
Οι ιδιότητες των κολλοειδών διαλυμάτων μελετήθηκαν για πρώτη φορά το 1861 από τον Άγγλο επιστήμονα Γκράχαμ σε διαλύματα ζωικής κόλλας, από όπου και πήραν την ονομασία τους. Οι περισσότερες ουσίες μπορούν να σχηματίσουν κολλοειδή διαλύματα, καθώς οι ιδιότητές τους δε σχετίζονται τόσο με τη φύση του διαλύτη ή των διαλυμένων ουσιών, αλλά με το μέγεθος των σωματιδίων της διαλυμένης ουσίας.
Ιδιότητες κολλοειδών. α) Οπτικές: Τα κολλοειδή εμφανίζουν το φαινόμενο Tyndall, δηλαδή προκαλούν περίθλαση του φωτός μετατρεπόμενα σε δευτερογενείς πηγές φωτός. Για το λόγο αυτόν τα κολλοειδή διαλύματα είναι θολά και τα σωματίδιά τους διακρίνονται με τη μορφή φωτεινών κύκλων στο υπερμικροσκόπιο. Τα κολλοειδή εμφανίζουν επίσης το φαινόμενο του πολυχρωισμού, δίνοντας την εντύπωση ότι είναι πολύχρωμα όταν μια λευκή δέσμη φωτός πέσει παράλληλα στο διάλυμα, ενώ κανονικά είναι άχρωμα. Το φαινόμενο οφείλεται στο σκεδασμό του φωτός λόγω της περίθλασής του στα σωματίδια.
β) Μηχανικές. Τα κολλοειδή εμφανίζουν μεγάλη προσροφητική ικανότητα, μπορούν εύκολα δηλαδή να συγκρατούν στην επιφάνειά τους μόρια και άτομα άλλων ουσιών. Η προσροφητική τους ικανότητα είναι αυξημένη, καθώς οι διαστάσεις τους είναι αρκετά μικρές και η επιφάνειά τους μεγαλύτερη. Παράδειγμα αποτελεί ο ζωικός άνθρακας, του οποίου τα τεμαχίδια έχουν διαστάσεις κολλοειδών και ο οποίος χρησιμοποιείται για τη δέσμευση αερίων του στομάχου και για τον αποχρωματισμό διάφορων ουσιών. Τα κολλοειδή έχουν επίσης μεγάλο ιξώδες, μικρή δηλαδή ρευστότητα, όπως επίσης μικρή ταχύτητα διάχυσης και διαπίδυσης. Με τον όρο διάχυση εννοούμε την κατανομή τους σε όλη τη μάζα ενός υγρού ή αερίου, η οποία γίνεται δυσκολότερα από τα άλλα μόρια λόγω διαφοράς στο μέγεθός τους. Με τον όρο διαπίδυση εννοούμε τη δίοδό τους από πορώδη διαφράγματα.
Χαρακτηριστική είναι επίσης η κίνηση Μπράουν των κολλοειδών σωματιδίων. Πρόκειται για μια συνεχή και άτακτη κίνηση, η οποία οφείλεται στις προσκρούσεις των σωματιδίων στα μόρια του διαλύτη.
γ) Ηλεκτρικές. Τα κολλοειδή σωματίδια, όταν βρεθούν σε διάλυμα με ηλεκτρόλυση, προσροφούν εκλεκτικά το ανιόν ή το κατιόν του, οπότε αποκτούν ομώνυμο φορτίο, το οποίο τα καθιστά ικανά να αιωρούνται. Όταν με κάποιο τρόπο εξουδετερωθεί το φορτίο αυτό, τα κολλοειδή συσσωματώνονται και κατακρημνίζονται. Γνωστό είναι το φαινόμενο της ηλεκτροφόρησης των κολλοειδών, κατά το οποίο όταν εφαρμοστεί διαφορά δυναμικού, τα σωματίδια μετακινούνται προς το ένα ηλεκτρόδιο ανάλογα με το φορτίο τους.
Κράμα.Συμπαγές μείγμα μετάλλων ή μετάλλων και ορισμένων αμετάλλων. Τα διάφορα κράματα είναι από τα πιο σημαντικά υλικά που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος, ενώ η ανακάλυψή τους ανάγεται γύρω στο 1800 π.Χ., όταν λίγος κασσίτερος αναμείχθηκε με λιωμένο χαλκό και σχηματίστηκε ο ορείχαλκος. Στη σύγχρονη εποχή υπάρχει τεράστιος αριθμός κραμάτων με άπειρες εφαρμογές και συνεχώς δημιουργούνται νέα, ανάλογα με τις απαιτήσεις της τεχνολογίας.
Η προσπάθεια για την παρασκευή κράματος άρχισε από την εποχή που οι ιδιότητες των κοινών μετάλλων δεν μπορούσαν να ικανοποιήσουν τις τεχνικές εφαρμογές. Έτσι, η παρασκευή κράματος στηρίζεται στη σύντηξη προσδιορισμένων μετάλλων ή μετάλλων και αμετάλλων. Στην αρχή λιώνει το μέταλλο στο πιο υψηλό σημείο τήξης και προοδευτικά προσθέτονται τα υπόλοιπα μέταλλα.Από καθαρά επιστημονική άποψη ο ορισμός του κράματος ως μείγματος μετάλλων δεν είναι σωστός. Η αντικειμενική θεώρηση του εσωτερικού των κραμάτων με ακτίνες Χ, θερμική ανάλυση και μικροσκοπική εξέταση πιστοποιεί ότι τα κράματα παρουσιάζουν την ίδια κρυσταλλική δομή και τον ίδιο τύπο δεσμού με τα μέταλλα. Η κρυσταλλική κατασκευή βέβαια είναι περισσότερο πολύπλοκη και οι συστατικοί κρύσταλλοι ανήκουν σε διάφορους τύπους.
Αυτοί οι κρύσταλλοι μπορεί να είναι απλοί, σύνθετοι που προέρχονται από χημική αντίδραση ή σύνθετοι κρύσταλλοι που προέρχονται από διάχυση μεταξύ των συστατικών των κραμάτων, οπότε σχηματίζουν τα στερεά διαλύματα. Αυτός ο διαχωρισμός είναι υπεύθυνος για τη διάκριση των κραμάτων σε ομογενή και ετερογενή.
Βασικό χαρακτηριστικό του κράματος είναι ότι, εκτός από την εξωτερική μορφή, παρουσιάζει ιδιότητες τελείως διαφορετικές από τα συστατικά μέταλλα.
Το ατσάλι είναι κράμα σιδήρου και άνθρακα με περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,5-1,5%. Με βάση το ατσάλι σχηματίζονται πολλά άλλα κράματα, μερικά από τα οποία είναι ανθεκτικά στη διάβρωση, παρουσιάζουν ελαστικές ιδιότητες, αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες κτλ.
Τα τρία μέταλλα, σίδηρος, νικέλιο και κοβάλτιο, είναι βασικά συστατικά για το σχηματισμό κραμάτων. Κράμα των τριών με αλουμίνιο και χαλκό είναι το Alnico, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ισχυρών μαγνητών. Μια άλλη κατηγορία κραμάτων, που χαρακτηρίζονται ελαφρά, έχουν ως βασικά συστατικά το μαγνήσιο και το αργίλιο.
Τα ονόματα που δίνονται στα διάφορα κράματα είναι εμπειρικά τις περισσότερες φορές και δε δίνουν στοιχεία για τη γνώση των βασικών τους συστατικών. Βλ. και λ. κράματος, τίτλος




Μερικά από τα πιο γνωστά κράματα
Ντουραλουμίνιο (Al: 95%, Cu: 4%, Mg: 0,5%, Mn: 0,5%)
Μαγνάλιο (Al: 70-90%, Mg: 10-30%)
Γερμανικός άργυρος (Cu: 55%, Zn: 25%, Ni: 20%)
Ορείχαλκος (Cu: 66-73%, Zn: 34-27%)
Constantan (Cu, Ni)
Manganin (Cu, Mn, Ni)

Κυανίου, ενώσεις.Οι σπουδαιότερες ενώσεις του κυανίου είναι:
1) Υδροκυάνιο (HCN). Βρίσκεται στη φύση, κυρίως ενωμένο με τη μορφή του γλυκοζίτη αμυγδαλίνη, το οποίο είναι συστατικό των πικραμύγδαλων. Σχηματίζεται κατά την υδρόλυση της αμυγδαλίνης, καθώς επίσης και κατά την απευθείας ένωση άνθρακα, υδρογόνου και αζώτου. Στην πράξη παρασκευάζεται: α) κατά τη θερμική διάσπαση της τριμεθυλαμίνης, β) από σιδηροκυανιούχο κάλιο με αραιά οξέα εν θερμώ. Το άνυδρο υδροκυάνιο είναι άχρωμο, ευκίνητο, πολύ πτητικό, έχει σημείο ζέσης 26°C, χαρακτηριστική μυρωδιά πικραμύγδαλων και είναι διαλυτό στο νερό. Τα διαλύματά του είναι ασθενώς όξινα. Το υδροκυάνιο και τα άλατά του είναι ισχυρά δηλητήρια. Παρεμποδίζουν τα οξειδωτικά φαινόμενα μέσα στα κύτταρα και φέρνουν μέσα σε ελάχιστο χρόνο το θάνατο. Το υδροκυάνιο αντιδρά με τις καρβονυλικές ενώσεις (με τον καρβονυλικό διπλό δεσμό) και δίνει τις κυανιδρίνες, σώματα που χρησιμοποιούνται πάρα πολύ στις συνθέσεις. Το υδροκυάνιο δίνει απλά και σύμπλοκα άλατα. Από τα απλά άλατα διαλυτά στο νερό είναι τα αλκάλια. Τα διαλύματα των αλάτων, λόγω υδρόλυσης, παρουσιάζουν αλκαλική αντίδραση και τη χαρακτηριστική μυρουδιά του υδροκυανίου.
2) Κυανιούχο νάτριο (NaCN) και κυανιούχο κάλιο (KCN). Χρησιμοποιούνται στην αναλυτική χημεία, στην παραλαβή του χρυσού από φτωχά ιδίως μεταλλεύματα, για την παρασκευή του υδροκυανίου και των σύμπλοκων αλάτων του, σε συνθέσεις, επιμεταλλώσεις κ.ά. Τα αδιάλυτα στο νερό άλατα του υδροκυανίου με βαριά μέταλλα διαλύονται σε διαλύματα κυανιούχου καλίου και δίνουν σύμπλοκα άλατα με κατιόν κάλιο και ανιόν το βαρύ μέταλλο.
3) Σιδηροκυανιούχο κάλιο. Παρασκευάζεται κατά τη θέρμανση ζωικών απορριμμάτων (αίματος, δερμάτων, κεράτων κ.ά.) με ποτάσα και σίδηρο. Ως παραπροϊόν σχηματίζει ζωικό άνθρακα, ο οποίος χρησιμοποιείται για αποχρωματισμούς. Είναι κρύσταλλοι χρώματος λεμονιού και διαλύονται στο νερό. Με οξέα εν ψυχρώ παίρνουμε υδροσιδηροκυανικό οξύ χωρίς έκλυση υδροκυανίου. Υδροκυάνιο εκλύεται κατά τη θέρμανση με αραιά οξέα. Με άλατα του σιδήρου δίνει κυανούν του Βερολίνου. Χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του τρισθενούς σιδήρου και του αζώτου σε οργανικές ενώσεις, με θειικό ψευδάργυρο για τη διαύγαση των κρασιών κτλ.
4) Σιδηρικυανιούχο κάλιο. Σχηματίζεται από το σιδηροκυανιούχο κάλιο κατά την οξείδωση με βρόμιο. Είναι κρύσταλλοι μεγάλοι, κόκκινου χρώματος, διαλυτοί στο νερό με κίτρινο χρώμα. Χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του δισθενούς σιδήρου και σε αλκαλικό διάλυμα ως ήπιο οξειδωτικό.
5) Χρυσοκυανιούχο νάτριο. Σχηματίζεται κατά την επίδραση κυανιούχου νατρίου σε χρυσούχα μεταλλεύματα. Ο χρυσός παραλαμβάνεται με ηλεκτρόλυση ή αν ρίξουμε στο διάλυμα σκόνη ψευδαργύρου.
6) Νιτροπρωσικό νάτριο. Σχηματίζεται από το σιδηροκυανιούχο νάτριο με θέρμανση με αραιό νιτρικό οξύ και εξουδετέρωση με σόδα. Είναι κρύσταλλοι διαλυτοί στο νερό. Χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του υδρόθειου, ακετόνης κ.ά.
7) Κυανικό οξύ (HOCN). Σχηματίζεται κατά τη θέρμανση κυανουρικού οξέος. Είναι ισχυρό οξύ και πολύ δραστικό. Έτσι, με αλκοόλες δίνει ουρεθάνες, με αμίνες αλκυλιωμένα παράγωγα της ουρίας, με υδραζίνη σεμικαρβαλίδιο.
8) Κυαναμίδιο (NH2CN). Σχηματίζεται κατά την επίδραση αμμωνίας σε χλωροκυάνιο, κυρίως όμως από το νατριοκυαναμίδιο κατά την επίδραση πυκνού μυρμηκικού οξέος. Είναι σώμα κρυσταλλικό, το οποίο πολυμερίζεται εύκολα σε διάφορα προϊόντα, από τα οποία σπουδαιότερο είναι η μελαμίνη. Το κυαναμίδιο με νερό δίνει ουρία και με αμμωνία γουανιδίνη. Χρησιμοποιείται για τη βιομηχανική παρασκευή της ουρίας.
9) Εστέρες του κυανικού οξέος (ROCN). Είναι σώματα ασταθή και τριμερίζονται προς εστέρες του κυανουρικού οξέος. Είναι υγρά σώματα, πτητικά, αποπνικτικής μυρουδιάς και αποστάζονται χωρίς αποσύνθεση. Με αλκαλική υδρόλυση δίνουν πρωτοταγείς αμίνες. Με αλκοόλες δίνουν αλκυλιωμένες ουρεθάνες.
10) Κροτικό οξύ. Είναι ισομερές προς το κυανικό οξύ. Παρασκευάζεται από τον κροτικό υδράργυρο κατά την επίδραση οξέων και ο κροτικός υδράργυρος παρασκευάζεται κατά την επίδραση πυκνού νιτρικού οξέος σε αλκοόλη με παρουσία υδραργύρου. Το κροτικό οξύ είναι ασταθές σώμα, ισχυρό οξύ και έχει την τάση να προσλαμβάνει διάφορα σώματα και να μετατρέπεται σε παράγωγα του τετρασθενούς άνθρακα. Με υδρόλυση δίνει μυρμηκικό οξύ και υδροξυλαμίνη.
11) Κροτικός υδράργυρος. Ξερός εκπυρσοκροτεί ισχυρά με κρούση και διασπάται σε μονοξείδιο του άνθρακα, άζωτο και υδράργυρο. Ο κροτικός υδράργυρος χρησιμοποιείται ως πυροκροτητής (καψούλι) σε μείγμα με χλωρικό κάλιο για την ανάφλεξη εκρηκτικών υλών.
12) Θειοκυανικό ή υδροροδανικό οξύ. Το θειοκυανικό οξύ και τα παράγωγά του βρίσκονται στο χυμό του κρεμμυδιού, στα ούρα κ.α. Παρασκευάζεται από τα άλατά του κατά τη θέρμανση υδατικών διαλυμάτων κυανιούχων αλάτων με θείο. Είναι σώμα κρυσταλλικό στους 0°C και σε λίγο μεγαλύτερη θερμοκρασία πολυμερίζεται προς άγνωστα προϊόντα. Είναι πολύ ισχυρό οξύ. Το ελεύθερο οξύ είναι ελάχιστα δηλητηριώδες και τα άλατά του καθόλου. Κατά την επίδραση αλογόνων σε θειοκυανικά άλατα ή με ηλεκτρόλυση παίρνουμε το διροδάνιο.
Λίπασμα.Κάθε ουσία που είναι απαραίτητη για τη διατροφή και ανάπτυξη των φυτών και την αύξηση της γονιμότητας του εδάφους. Τα συστατικά που χρησιμοποιούν τα φυτά για την ανάπτυξη και την απόδοσή τους, χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: 1. στοιχεία που τα φυτά έχουν ανάγκη σε μεγάλες ποσότητες όπως το νερό, το οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και διάφορες ενώσεις του αζώτου, του φωσφόρου, του θείου, του καλίου, του ασβεστίου και του μαγνησίου, 2. στοιχεία που τα φυτά χρειάζονται σε μικρές ποσότητες, όπως ο σίδηρος, το μαγγάνιο, το βόριο κ.ά. 3. στοιχεία που τα φυτά χρειάζονται σε ελάχιστες ποσότητες, όπως ο χαλκός, το χλώριο, το φθόριο, το ιώδιο, το κοβάλτιο, το νικέλιο.


Ως λιπάσματα παρέχονται στο έδαφος τα στοιχεία της πρώτης κατηγορίας, εκτός από το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα. Τα φυτά παίρνουν από το έδαφος τα θρεπτικά στοιχεία που έχουν ανάγκη. Το έδαφος προσπαθεί να αντικαταστήσει τα στοιχεία που χάθηκαν με τη διαλυτοποίηση των θρεπτικών εφεδρειών του. Επειδή όμως η φυσική αποκατάσταση των στοιχείων γίνεται με πολύ αργό ρυθμό και επιπλέον η εντατική καλλιέργεια, ο θερισμός και η συλλογή των καρπών απομακρύνουν τα συστατικά από την καλλιέργεια, σταδιακά το έδαφος φτωχαίνει και η προσθήκη νέων συστατικών με λιπάσματα είναι απαραίτητη.
Τα λιπάσματα διακρίνονται σε φυσικά και χημικά. Τα φυσικά λιπάσματα είναι ζωικής ή φυτικής προέλευσης, με μικρό ποσό θρεπτικών συστατικών, και χρησιμοποιούνται κυρίως για τη βελτίωση των φυσικοχημικών και βιολογικών ιδιοτήτων του εδάφους. Η μάζα των φυσικών λιπασμάτων αποτελείται κυρίως από οργανική ουσία και η αξία τους εξαρτάται από το ποσό της χουμάδας που περιέχουν. Τα φυσικά λιπάσματα βελτιώνουν τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους, δηλαδή να συγκρατεί περισσότερο νερό, τα αργιλώδη εδάφη γίνονται λιγότερο συνεκτικά και ευκολοκαλλιέργητα, ενώ τα αμμώδη συνεκτικότερα. Βελτιώνουν επίσης και τη χημική σύσταση του εδάφους, γιατί εισάγονται στοιχεία που χρησιμοποιούνται από τα φυτά. Τα φυσικά λιπάσματα ασκούν και βιολογική επίδραση, γιατί ως πηγή ενέργειας διατηρούν και αυξάνουν τους μικροοργανισμούς του εδάφους, οι οποίοι είναι απαραίτητοι για τη δημιουργία της συσσωματώδους υφής του εδάφους.
Τα ζωικής προέλευσης φυσικά λιπάσματα είναι η ζωική κοπριά και τα ούρα, ενώ φυτικής προέλευσης είναι η χλωρή λίπανση. Εκτός όμως από αυτά υπάρχουν και δευτερεύοντα φυσικά λιπάσματα, όπως είναι: 1. Η τεχνητή κοπριά από άχυρο. 2. Οι κομπόστες. 3. Τα τσίπουρα των σταφυλιών. 4. Οι ελαιοπυρήνες. 5. Τα απορρίμματα των καπνοκοπτηρίων. 6. Τα απορρίμματα των βυρσοδεψείων και των σφαγείων. 7. Τα φύκια των θαλασσών. Οι συνήθως υψηλές αποδόσεις που πετυχαίνονται από τη χρήση της κοπριάς οφείλονται στις μεγάλες ποσότητες που χρησιμοποιούνται και οι οποίες περιέχουν μεγάλες ποσότητες θρεπτικών στοιχείων. Το άζωτο της κοπριάς είναι μόνο κατά το 1/3 αφομοιώσιμο για την αύξηση της παραγωγής, σε σύγκριση με το άζωτο των χημικών λιπασμάτων. Επίσης η απόδοση της κοπριάς εξαρτάται και από την κατάστασή της, δηλαδή αν είναι νωπή ή χωνεμένη. Φυτικής προέλευσης είναι η χλωρή λίπανση, που είναι γνωστή από παλιά και αναφέρεται από διάφορους συγγραφείς (Θεόφραστος, Ξενοφώντας). Ονομάζεται έτσι η καλλιέργεια κατάλληλων φυτών και η παράχωσή τους στο έδαφος με σκοπό οι συνθήκες του εδάφους να γίνουν ευνοϊκότερες για την ανάπτυξη των επόμενων καλλιεργειών. Με τον τρόπο αυτό εμπλουτίζεται το έδαφος με οργανική ουσία, διατηρούνται οι διαλυτές τροφές του εδάφους, μεταφέρονται οι τροφές από το υπέδαφος στην επιφάνεια, βελτιώνεται το υπέδαφος κ.ά. Τέτοια φυτά είναι τα αζωτολόγα ή ψυχανθή (λούπινο, βίκος κ.ά.), τα οποία εμπλουτίζουν το έδαφος με άζωτο που δεσμεύουν από την ατμόσφαιρα. Η κάλυψή τους γίνεται όταν είναι πράσινα, οπότε αποσυντίθεται εύκολα. Πρέπει να εφαρμόζεται περιοδικά κάθε δύο ως τέσσερα χρόνια.
Τεχνητά ή χημικά λιπάσματα ονομάζονται τα θρεπτικά στοιχεία που παρασκευάζει ο άνθρωπος τεχνητά ή χημικά, και τα οποία, όταν προστεθούν στο έδαφος, αναπληρώνουν ό,τι το φυτό αφαίρεσε από αυτό για την ανάπτυξή του και διατηρούν τη γονιμότητα του εδάφους.



Τα χημικά λιπάσματα περιέχουν τα απαραίτητα κύρια θρεπτικά συστατικά άζωτο, φωσφόρο, κάλιο, ασβέστιο, σε μεγαλύτερες ποσότητες από τα φυσικά λιπάσματα και σε διαλυτή μορφή, ώστε να προσλαμβάνονται εύκολα από τα φυτά. Τα χημικά διακρίνονται σε απλά και σε σύνθετα ή μεικτά λιπάσματα. Απλά ονομάζονται εκείνα που περιέχουν ένα μόνο λιπαντικό στοιχείο, π.χ. μόνο άζωτο ή μόνο φωσφόρο ή μόνο κάλιο. Στα περισσότερα αζωτούχα λιπάσματα το άζωτο περιέχεται ως αμμωνιακό, νιτρικό ή αμμωνονιτρικό. Το αμμωνιακό άζωτο, όταν προστίθεται στο έδαφος, συγκρατείται καλά από τα κολλοειδή και δεν αποπλύνεται με τη βροχή προς τα κατώτερα στρώματα. Από τα φυτά προσλαμβάνεται ως αμμωνιακό ή, μετά τη μετατροπή του, σε νιτρικό άζωτο. Το άζωτο μπορεί να θεωρηθεί ως ο άξονας της θρέψης των φυτών, γιατί συντελεί στην ανάπτυξη της κόμης, στο χρώμα του φυτού, στην ανθοφορία, στην ωρίμανση και την ποιότητα των καρπών. Οι ποσότητες όμως του αζώτου δεν πρέπει να ξεπερνούν την κανονική δόση, γιατί τότε τα αποτελέσματα δε θα είναι ικανοποιητικά. Σπουδαίο ρόλο παίζει επίσης ο χρόνος κατά τον οποίο θα γίνει η λίπανση. Ο φωσφόρος στη φύση βρίσκεται πάντα ενωμένος χημικά με άλλα στοιχεία σε μορφή αλάτων. Είναι απαραίτητο στοιχείο για την ανάπτυξη των φυτών και συντελεί στη βλάστηση των σπόρων και στη γρήγορη ωρίμανση των καρπών. Διορθώνει επίσης και τη βλαβερή επίδραση του αζώτου, όταν αυτό βρίσκεται σε μεγάλες ποσότητες. Το κάλιο βοηθά στο σχηματισμό και την κίνηση των υδατανθράκων στα φυτά.
Στα μεικτά λιπάσματα περιέχονται περισσότερα από ένα θρεπτικά στοιχεία. Είναι πλήρη, όταν περιέχουν και τα τρία συστατικά, δηλαδή άζωτο, φωσφόρο, κάλιο και πιθανόν και ασβέστιο. Τα λιπάσματα του είδους αυτού πλεονεκτούν από τα απλά, γιατί προσαρμόζονται ανάλογα με τις απαιτήσεις των διάφορων καλλιεργειών, ώστε να πετυχαίνεται αρμονική λίπανση. Το κυριότερο από τα σύνθετα λιπάσματα είναι το νιτρικό κάλιο.
Στο λίπασμα διακρίνονται χρονολογικά δύο επιδράσεις: α) η άμεση επίδραση και β) η υπολειμματική στις επόμενες καλλιέργειες. Γενικά, ένα λίπασμα έχει τόσο μεγαλύτερη αξία όσο το αποτέλεσμά του είναι ταχύτερο και η άμεση ενέργειά του εντονότερη. Επομένως, η λίπανση έχει σκοπό να δημιουργήσει σε ένα έδαφος τις καταλληλότερες συνθήκες διατροφής των φυτών, ώστε να επιτευχθεί η μεγαλύτερη δυνατή απόδοση. Με τη λίπανση πρέπει όχι μόνο να συμπληρώνονται στο έδαφος τα συστατικά που αφαιρέθηκαν από τα φυτά, αλλά ακόμη να παρέχονται σε επαρκείς ποσότητες τα αφομοιώσιμα στοιχεία που είναι απαραίτητα για το φυτό. Η λίπανση είναι τόσο αποτελεσματικότερη, όσο το έδαφος είναι περισσότερο φτωχό σε θρεπτικά συστατικά.
Η διακύμανση που παρατηρείται στα αποτελέσματα των λιπασμάτων κατά τα διάφορα έτη οφείλεται στην επίδραση των καιρικών συνθηκών, τις οποίες ο γεωργός ελάχιστα μπορεί να επηρεάσει. Η υπερβολική λίπανση πέρα από τη βλάβη που μπορεί να προξενήσει στα φυτά επιδρά αρνητικά και στα οικοσυστήματα (βλ. λ. ευτροφισμός). Γι’ αυτό πρέπει να λαμβάνεται πάντα υπόψη η γνώμη των ειδικών.
Μεθάνιο.Κορεσμένος υδρογονάνθρακας, που έχει τύπο CΗ4 (αποτελεί το πρώτο μέλος της σειράς). Είναι πολύ διαδεδομένο στη φύση και αποτελεί το κύριο συστατικό του γαιαερίου, το οποίο εκλύεται από τις πετρελαιοπηγές. Επίσης, είναι το κύριο συστατικό των αερίων που εκλύονται στα ανθρακωρυχεία. Σχηματίζεται στα έλη (από το σάπισμα της κυτταρίνης), στα οποία και ανακαλύφθηκε το 1778 από το Αλ. Βόλτα και για το λόγο αυτόν ονομάστηκε «ελειογενές αέριο». Επίσης, σημαντικά ποσά μεθανίου παράγονται και από την ξερή απόσταξη ξύλων και λιθανθράκων.
Παρασκευές: 1. Κατά τη θέρμανση μείγματος οξικού νατρίου με νατράσβεστο (μείγμα καυστικού νάτριου και οξειδίου του ασβεστίου) κατά την αντίδραση:
CH4COONa + NaOH  Na2CO3 + CH4 (το καυστικό νάτριο μόνο του θα προσέβαλλε το γυαλί).
2. Με επίδραση νερού σε ανθρακαργίλιο Al4C3 + 12H2O  4Al(OH)3 + 3CH4.
3. Με απευθείας ένωση άνθρακα και υδρογόνου, με παρουσία καταλύτη νικελίου, σε υψηλή θερμοκρασία (1.100°C) (βιομηχανική παρασκευή).
4. Με θέρμανση υδραερίου (υδραέριο είναι μείγμα ίσων όγκων μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου), το οποίο εμπλουτίστηκε με υδρογόνο στους 300°C, με παρουσία νικελίου ως καταλύτη: CO + 3H2  CH4+H2O (βιομηχανική παρασκευή).
5. Επίσης, σημαντικά ποσά εκλύονται κατά την πυρόλυση των υδρογονανθράκων και από τα φυσικά αέρια.
Φυσικές ιδιότητες: Είναι αέριο, άχρωμο, χωρίς μυρωδιά, ελαφρότερο από τον αέρα, ελάχιστα διαλυτό στο νερό, ενώ υγροποιείται δύσκολα.
Χημικές ιδιότητες: α) Καίγεται στον αέρα με πολύ θερμαντική φλόγα και λίγο φωτιστική. Μείγματα μεθανίου και οξυγόνου ή αέρα προκαλούν κατά την ανάφλεξη εκρήξεις με καταστροφικές συνέπειες. β) Ατελής καύση του μεθανίου μπορεί να δώσει νερό και άνθρακα (αιθάλη) ή να σχηματιστεί νερό και ακετυλένιο. γ) Οξειδώνεται σε θερμό περιβάλλον, με παρουσία καταλυτών και με ισχυρή πίεση, προς μεθανόλη και μεθονόλη. δ) Οξειδώνεται και από τους υδρατμούς με παρουσία νικελίου στους 900°C και δίνει υδρογόνο και μονοξείδιο του άνθρακα. ε) Αποσυντίθεται θερμαινόμενο με απουσία αέρα και δίνει ανάλογα με τη θερμοκρασία διάφορους υδρογονάνθρακες, άνθρακα και υδρογόνο. Μέχρι τους 1.000°C το μεθάνιο είναι σταθερό. ζ) Αντιδρά με το χλώριο και ανάλογα με τις συνθήκες έχουμε: 1. στο σκοτάδι καμιά αντίδραση, 2. στο πλούσιο ηλιακό φως η αντίδραση γίνεται αυτόματα και ελευθερώνεται άνθρακας με μορφή αιθάλης, 3. στο διάχυτο φως το χλώριο αντικαθιστά βαθμιαία το υδρογόνο και παράγει διάφορα χλωροπαράγωγα. Τέτοια είναι το χλωρομεθάνιο, το οποίο είναι αέριο, το χλωροφόρμιο, υγρό, αναισθητικό και άριστος διαλύτης. Επίσης, με ανάλογο τρόπο αντιδρά με μεθάνιο και το βρόμιο, αλλά ηπιότερα. Το ιώδιο πρακτικά δεν αντιδρά, ενώ το φθόριο αντιδρά βίαια και απανθρακώνει το μεθάνιο.
Χρήσεις: Στο εμπόριο υπάρχει μέσα σε κυλίνδρους υπό πίεση και χρησιμοποιείται: α) ως καύσιμη ύλη (για θέρμανση, φωτισμό και ως κινητήρια δύναμη), β) για την παρασκευή του υδρογόνου, του ακετυλένιου και της αιθάλης, γ) για την παρασκευή αλογονοπαραγώγων (χλωροφόρμιου, τετραχλωράνθρακα), του υδροκυανίου κ.ά.
Μείγματα. Σύνθετα σώματα τα οποία παράγονται από το συνδυασμό διάφορων στοιχείων ή ενώσεων ή στοιχείων και ενώσεων «σε τυχαίες αναλογίες». Π.χ. το ακάθαρτο πετρέλαιο που λαμβάνεται από τις πετρελαιοπηγές είναι ένα μείγμα διάφορων πολύτιμων προϊόντων (ο πετρελαϊκός αιθέρας, η βενζίνη, το φωτιστικό πετρέλαιο, τα ορυκτέλαια κ.ά.). Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των μειγμάτων είναι τα παρακάτω:
α) Διατηρούν τις ιδιότητες των συστατικών από τα οποία αποτελούνται. Αποτέλεσμα αυτού του γνωρίσματος είναι ότι μπορούμε να τα διαχωρίσουμε με φυσικά και μηχανικά μέσα. β) Οι διάφορες φυσικές σταθερές των μειγμάτων δεν είναι καθορισμένες. γ) Κατά το σχηματισμό ενός μείγματος δεν παρατηρείται καμιά μεταβολή χημικής ενέργειας.
Μέθοδοι διαχωρισμού μειγμάτων.
α) Διαχωρισμός δύο υγρών. Αν το μείγμα είναι ετερογενές (δηλαδή τα συστατικά του μείγματος διακρίνονται με το μάτι, π.χ. λάδι-νερό), το ρίχνουμε σε «διαχωριστική χοάνη» (είναι ένα ειδικό χωνί που έχει στο κάτω μέρος στρόφιγγα) και μετά ανοίγουμε τη στρόφιγγα και παίρνουμε πρώτα το βαρύτερο και μετά το ελαφρότερο υγρό (π.χ. νερό-λάδι). Αν το μείγμα είναι ομογενές (τα διάφορα συστατικά του μείγματος δε διακρίνονται), ο διαχωρισμός γίνεται με κλασματική απόσταξη (βλ. λ. απόσταξη).
β) Διαχωρισμός στερεού από υγρό. Αν το μείγμα είναι ετερογενές, ο διαχωρισμός γίνεται με απόχυση, με φυγοκέντριση και με διήθηση. Στην περίπτωση του ομογενούς μείγματος ο διαχωρισμός γίνεται με απόσταξη. Π.χ. για να πάρουμε αποσταγμένο νερό, κάνουμε απόσταξη, οπότε όλα τα στερεά άλατα μέσα στο νερό μένουν στη συσκευή.
γ) Διαχωρισμός στερεών: 1. Με μηχανικές μεθόδους (κοσκίνισμα, μαγνητικό διαχωρισμό, επίπλευση). 2. Με κλασματική διάλυση (εκχύλιση), π.χ. αν θέλουμε να διαχωρίσουμε τη μαύρη πυρίτιδα (μείγμα άνθρακα, θείου και νιτρικού καλίου), ακολουθούμε την εξής διαδικασία: Ρίχνουμε την πυρίτιδα στο νερό, οπότε διαλύεται μόνο το νιτρικό κάλιο. Κάνουμε διήθηση και αφήνουμε το διάλυμα να εξατμιστεί, οπότε παραμένει το νιτρικό κάλιο κρυσταλλικό. Κατόπιν κατεργαζόμαστε το στερεό υπόλειμμα άνθρακα-θείου με διθειάνθρακα, ο οποίος διαλύει μόνο το θείο και φιλτράρουμε ξανά, οπότε ο άνθρακας μένει στο φίλτρο. Με διάλυση του διαλύματος που προκύπτει μένουν οι μικροί κρύσταλλοι οχταεδρικού θείου. Η κλασματική διάλυση βρίσκει μεγάλη εφαρμογή. 3. Με κλασματική κρυστάλλωση. Κατ' αυτή διαλύεται το μείγμα σε κατάλληλο διαλύτη και μετά κάνουμε συμπύκνωση, οπότε τα συστατικά του μείγματος, ανάλογα με τη διαλυτότητά τους, αποβάλλονται σιγά σιγά κρυσταλλικά. Η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για να πάρουμε αλάτι από το θαλασσινό νερό. 4. Με τήξη. 5. Με απόσταξη, 6. Με χλωρίωση.
δ) Διαχωρισμός αερίων: 1. Με κλασματική υγροποίηση, 2. Με κλασματική διάλυση. Π.χ. το αέριο μείγμα υδροχλωρίου και υδρογόνου διαχωρίζεται, αν διοχετεύσουμε σ' αυτό νερό, οπότε διαλύεται μόνο το υδροχλώριο.
Μέταλλα. Η μεγαλύτερη κατηγορία στοιχείων που απαντούν ελεύθερα στη φύση. Στη γενική κατηγορία των μετάλλων ανήκουν συνολικά τα 3/4 των στοιχείων, ενώ το υπόλοιπο 1/4 ανήκει στα αμέταλλα στοιχεία. Όλα τα μέταλλα εμφανίζουν πολλές κοινές φυσικές, μηχανικές και χημικές ιδιότητες, που τα διακρίνουν από τα αμέταλλα στοιχεία. Η δομή τους αποτελείται από κρυστάλλους, των οποίων οι δομικοί λίθοι είναι θετικά ιόντα, ανάμεσα στα οποία κυκλοφορούν ελεύθερα τα ηλεκτρόνια που έχουν αποσπαστεί από τα άτομά τους. Η κατανομή, όμως, των θετικών ιόντων είναι τέτοια, ώστε τα μέταλλα να εμφανίζονται ουδέτερα από ηλεκτρικής άποψης.
Φυσικές ιδιότητες μετάλλων. Είναι καλοί αγωγοί της θερμότητας και του ηλεκτρισμού. Έχουν χαρακτηριστική μεταλλική λάμψη που οφείλεται στην ικανότητά τους να ανακλούν το φως. Τα πιο πολλά είναι αργυρόλευκα ως τεφρόχροα, ενώ όλα είναι πυκνότερα του νερού, εκτός από τα αλκάλια. Αν η πυκνότητά τους είναι μικρότερη από 5 gr/cm3 ονομάζονται ελαφρά μέταλλα, ενώ, αν είναι μεγαλύτερη των 5 gr/cm3 ονομάζονται βαριά μέταλλα. Το σημείο τήξης τους ποικίλλει. Ο υδράργυρος (το μόνο υγρό μέταλλο) λιώνει στους -38,5°, ενώ το βολφράμιο στους 3.600°C.
Μηχανικές ιδιότητες μετάλλων. Είναι στοιχεία όλκιμα και ελατά, δηλαδή μπορούν να μετατραπούν σε λεπτά φύλλα και σε σύρματα αντίστοιχα. Η σκληρότητά τους κυμαίνεται σε μεγάλα όρια. Το νάτριο είναι πολύ μαλακό, ενώ το χρώμιο είναι πολύ σκληρό.
Χημικές ιδιότητες μετάλλων. Η βασική χημική ιδιότητα που διακρίνει τα μέταλλα από τα αμέταλλα είναι ότι τα μέταλλα σχηματίζουν τουλάχιστον ένα βασικό οξείδιο, ενώ τα αμέταλλα σχηματίζουν όξινα οξείδια. Κατά την ηλεκτρόλυσή τους, ως ηλεκτροθετικά, αποβάλλονται πάντα στην κάθοδο. Σε κατάσταση ατμών είναι πάντα μονοατομικά. Γενικά, είναι σώματα αναγωγικά. Ανάλογα με την επίδραση του οξυγόνου του αέρα διακρίνονται σε ευγενή μέταλλα (όσα δεν οξειδώνονται) και σε αγενή μέταλλα (όσα οξειδώνονται). Το φθόριο και το χλώριο προσβάλλουν όλα τα μέταλλα, ενώ η αντίδραση των μετάλλων με το θείο παρέχει σουλφίδια και με το άζωτο νιτρίδια. Τέλος, υπάρχουν αρκετά μέταλλα που αντιδρούν και με οξέα και με βάσεις. Αυτά λέγονται επαμφοτερίζοντα μέταλλα.
Μεταλλουργία των μετάλλων. Πολύ λίγα μέταλλα βρίσκονται αυτοφυή στη φύση, ενώ τα υπόλοιπα απαντούν με μορφή ενώσεων με άλλα στοιχεία και πολλές γαιώδεις προσμείξεις (ορυκτά). Η εξόρυξη των ορυκτών και η κατεργασία τους συνιστούν την καλούμενη μεταλλουργία. Γενικά, η μεταλλουργία περιλαμβάνει τρία στάδια: 1. Μηχανική κατεργασία και εμπλουτισμός του μεταλλεύματος. 2. Χημική κατεργασία του. 3. Καθαρισμός του λαμβανόμενου μετάλλου. Ανάλογα με το είδος του μετάλλου που θα πάρουμε τελικά και του ορυκτού στο οποίο περιέχεται αυτό, χρησιμοποιούνται για κάθε μέταλλο ειδικές μηχανικές και χημικές κατεργασίες, καθώς επίσης και ειδικός καθαρισμός του προϊόντος που θα ληφθεί.
Μεταλλοειδή. Χημικά στοιχεία τα οποία, ενώ έχουν εξωτερική εμφάνιση μετάλλου, έχουν συμπεριφορά ανάλογη με τα αμέταλλα. Από αυτά τα 11 είναι αέρια (υδρογόνο, οξυγόνο, Ν, F, CI, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), ένα υγρό (BR) και 10 στερεά (J, S, Se, Te, As, Si, C, B, Sb, Αt).
Φυσικές ιδιότητες. Είναι ως επί το πλείστον κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Είναι δυσδιάλυτα στο νερό και τα άλλα διαλυτικά μέσα. Μερικά από αυτά διαλύονται σε οργανικά διαλυτικά, όπως π.χ. τα βρόμιο, ιώδιο, θείο, σελήνιο, φωσφόρος στο διθειάνθρακα. Όλα τα στερεά αμέταλλα, εκτός από το ιώδιο, εμφανίζονται με διάφορες αλλοτροπικές μορφές.
Χημικές ιδιότητες. Τα αμέταλλα χαρακτηρίζονται από μεγάλη ηλεκτραρνητικότητα. Επομένως αυτά που απαιτούν μικρό αριθμό ηλεκτρονίων για τη συμπλήρωση του εξωτερικού φλοιού εύκολα μετατρέπονται σε αρνητικά ιόντα, με την πρόσληψη ενός ή δύο ηλεκτρονίων κατά τις αντιδράσεις τους με μέταλλα. Από τα μέταλλα της 5ης ομάδας του περιοδικού συστήματος μόνο το άζωτο εμφανίζεται ως ιόν στις ενώσεις του με πολύ δραστικά μέταλλα. Οι ενώσεις των υπόλοιπων αμέταλλων σε μέταλλα είναι ομοιοπολικές. Στις μεταξύ τους ενώσεις τα άτομά τους συγκρατούνται με ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα αμέταλλα εμφανίζονται τόσο με θετικό όσο και με αρνητικό βαθμό οξείδωσης, εκτός από το φθόριο, το οποίο εμφανίζεται πάντα με αριθμό οξείδωσης -1.
Επίσης τα αμέταλλα αντιδρούν με το οξυγόνο και σχηματίζουν οξείδια, εκτός από τα αλογόνα, τα οποία σχηματίζουν έμμεσα οξείδια, και το άζωτο, το οποίο αντιδρά μερικά με το οξυγόνο μόνο σε θερμοκρασία ανώτερη των 3.000°C. Άλλες ιδιότητες αναφέρονται στην επιμέρους εξέταση κάθε αμέταλλου στοιχείου.
Μεταλλουργία. Το σύνολο των εργασιών με τις οποίες πραγματοποιείται η εξαγωγή ενός μετάλλου από το μετάλλευμά του. Αυτή περιλαμβάνει τα εξής στάδια: α) Απαλλαγή του μεταλλεύματος από τις γαιώδεις προσμείξεις, οι οποίες σχεδόν πάντα συνυπάρχουν με αυτό. Αυτή πραγματοποιείται με το θρυμματισμό του μεταλλεύματος και στη συνέχεια είτε με πλύσιμο με πολύ νερό, το οποίο παρασύρει τις γαιώδεις προσμείξεις ως ελαφρότερες, είτε με τη μέθοδο της επίπλευσης. Το καθαρισμένο μετάλλευμα εμπλουτίζεται για να αυξηθεί η περιεκτικότητά του σε μέταλλο. β) Το δεύτερο στάδιο περιλαμβάνει την εξαγωγή του μετάλλου από το καθαρισμένο και εμπλουτισμένο μετάλλευμα. γ) Το μέταλλο που εξάγεται δεν έχει συνήθως την επιθυμητή καθαρότητα και για το λόγο αυτόν ακολουθεί νέος καθαρισμός, ο οποίος πραγματοποιείται είτε με ανάτηξη είτε ηλεκτρολυτικά.
Μέθοδοι εξαγωγής. Επειδή τα περισσότερα από τα μέταλλα βρίσκονται στα μεταλλεύματα με μορφή ενώσεων, οι μέθοδοι εξαγωγής βασίζονται στην αναγωγή τους. Τα χρησιμοποιούμενα για το σκοπό αυτόν αναγωγικά μέσα κυρίως είναι ο άνθρακας, το αργίλιο ή γενικά μέταλλο το οποίο βρίσκεται υψηλότερα στην ηλεκτροχημική σειρά από το μέταλλο που εξάγεται. Η αναγωγή γίνεται σε ορισμένες περιπτώσεις ηλεκτρολυτικά. Οι αναγωγές με άνθρακα ή αργίλιο πραγματοποιούνται στα οξείδια. Αν το μετάλλευμα είναι σουλφίδιο, τότε υποβάλλεται σε φρύξη, δηλαδή πύρωση με παρουσία άφθονου αέρα, οπότε παράγεται διοξείδιο του θείου και οξείδιο του μέταλλου. Αν το μετάλλευμα είναι ανθρακικό άλας, τότε πυρώνεται, οπότε μετατρέπεται σε οξείδιο. Π.χ. ZnCΟ3  ZnO + CO2.
α) Αναγωγή με άνθρακα: Το μετάλλευμα με μορφή οξειδίου θερμαίνεται μέσα σε καμίνια με ανάλογη ποσότητα άνθρακα, οπότε πραγματοποιείται η αντίδραση M2O + vC  2M + vCO.
Ο άνθρακας ανάγει τα οζίδια όλων των μετάλλων από το κάτω μέρος της ηλεκτροχημικής σειράς ως και τον ψευδάργυρο. Τα οξείδια των μετάλλων των πιο αναγωγικών από τον ψευδάργυρο είτε δεν ανάγονται είτε μετατρέπονται σε καρβίδια. Καρβίδιο σχηματίζει και το χρώμιο. Το οξείδιο του μαγνησίου ανάγεται από τον άνθρακα στους 2.000°C. Σε μερικές περιπτώσεις, όπως στην υψικάμινο κ.α., το πραγματικό αναγωγικό είναι το μονοξείδιο του άνθρακα. Μέσα στο καμίνι προστίθενται και διάφορες ουσίες που ονομάζονται συλλιπάσματα, οι οποίες σχηματίζουν με τις υπάρχουσες προσμείξεις εύτηκτη μάζα, τη σκουριά, η οποία, επειδή έχει μικρότερο ειδικό βάρος, επιπλέει στο λιωμένο μέταλλο και απομακρύνεται εύκολα. Με τη μέθοδο αυτήν εξάγονται ο κασσίτερος, ο μόλυβδος, το βισμούθιο, ο σίδηρος, το κοβάλτιο, ο χαλκός κ.ά.
β) Αναγωγή με αργίλιο (αργιλοθερμική μέθοδος ή μέθοδος Γκόλντσμιντ). Αυτή χρησιμοποιείται μόνο όταν το αναγόμενο μέταλλο, όπως το χρώμιο και μαγγάνιο, σχηματίζουν με τον άνθρακα καρβίδια. Είναι περισσότερο δαπανηρή από την προηγούμενη και βασίζεται στη μεγάλη τάση του αργίλιου να μετατραπεί σε τριοξείδιο του αργίλιου με έκλυση μεγάλου ποσού θερμότητας. Με τη μέθοδο αυτή εξάγονται το χρώμιο, το μαγγάνιο κ.ά.
γ) Αναγωγή με ηλεκτρόλυση. Αυτή χρησιμοποιείται για την εξαγωγή των πολύ αναγωγικών μετάλλων, τα οποία βρίσκονται επικεφαλής της ηλεκτροχημικής σειράς, δηλαδή των αλκαλίων, αλκαλικών γαιών και αργίλιου. Κατά τη μέθοδο αυτή ηλεκτρολύεται τήγμα χλωριούχου άλατος αυτών, εκτός του αργίλιου, για την εξαγωγή του οποίου χρησιμοποιείται τήγμα καθαρού τριοξειδίου του αργίλιου και κρυόλιθου. Το κάλιο και το νάτριο παίρνονται και με ηλεκτρόλυση τήγματος υδροξειδίου τους. Κατά την ηλεκτρόλυση το μέταλλο εναποτίθεται στην κάθοδο. Επίσης, ηλεκτρολυτικά παίρνονται και ο ψευδάργυρος, το χρώμιο, μαγγάνιο κ.ά.
δ) Αναγωγή με περισσότερο αναγωγικό μέταλλο (μέθοδος διάλυσης και καταβύθισης). Σε αυτήν το μέταλλο μετατρέπεται σε ευδιάλυτο στο νερό άλας, απλό ή σύμπλοκο, από το οποίο καταβυθίζεται στη συνέχεια με την προσθήκη μετάλλου, που βρίσκεται πάνω από αυτό στην ηλεκτροχημική σειρά. Έτσι, εκτός των άλλων, παίρνονται ο χρυσός και ο λευκόχρυσος, τα οποία με την επίδραση περίσσειας διαλύματος κυανιούχου νάτριου μετατρέπονται σε, ευδιάλυτα στο νερό, σύμπλοκα κυανιούχα άλατα (κυανίωση), από τα οποία καταβυθίζονται με την προσθήκη ψευδάργυρου.
Εκτός από τις παραπάνω μεθόδους εφαρμόζονται και οι εξής: 1. Η αμαλγάμωση, κατά την οποία το μέταλλο σχηματίζει με τον υδράργυρο κράμα (αμάλγαμα), από το οποίο, με απόσταξη σε χαμηλή πίεση, απομακρύνεται ο υδράργυρος και παραμένει καθαρό μέταλλο. 2. Η θερμική διάσπαση ένωσης του μετάλλου, κατά την οποία απομακρύνονται όλα τα στοιχεία και απομένει το μέταλλο. 3. Διάφορες άλλες μέθοδοι, οι οποίες εξαρτώνται από τη φύση του μετάλλου και τη σύσταση του μεταλλεύματός του.
Μίνιο. Ανόργανη χημική ένωση με χημικό τύπο Pb3O4. Λέγεται επιτεταρτοξείδιο του μολύβδου, ενώ μίνιο είναι η εμπειρική ονομασία του.
Παρασκευάζεται με θέρμανση οξειδίου του μολύβδου σε ρεύμα οξυγόνου και σε θερμοκρασίες 450°-500°C, σύμφωνα με την αντίδραση: 3PbO + 1/2O2  Pb3O4.
Είναι σκόνη με κόκκινο χρώμα, αδιάλυτη στο νερό. Στην πραγματικότητα είναι μεικτό οξείδιο, δηλαδή μείγμα δύο οξειδίων που αποτελείται από PbO και PbO2. Με ισχυρή θέρμανση ελευθερώνει οξυγόνο και μετατρέπεται σε οξείδιο:.
Με την επίδραση νιτρικού οξέος μετατρέπεται σε καστανόχρωμο διοξείδιο του μολύβδου.
Χρησιμοποιείται στην παρασκευή του διαδεδομένου αντισκωρικού ελαιοχρώματος, που είναι γνωστό με το όνομα «μίνιο», στην κατασκευή βουλοκεριού, καθώς και στην υαλουργία για την κατασκευή κρυστάλλινων αντικειμένων.
Μόλυβδος. Χημικό στοιχείο με σύμβολο Pb και ατομικό βάρος 207. Είναι το τελευταίο στοιχείο της VIa ομάδας του περιοδικού συστήματος. Βρίσκεται κυρίως με μορφή θειούχου άλατος στο ορυκτό γαληνίτης. Από το γαληνίτη με φρύξη και αναγωγή με C παίρνουμε το καθαρό μέταλλο: PbS+3/2O2 →PbO+SO2, PbO+C→Pb+CO.
Συχνά ο μόλυβδος που παίρνουμε περιέχει άργυρο σε μικρές ποσότητες, οπότε υποβάλλεται σε ειδική κατεργασία, που ονομάζεται κυπέλλωση (βλ. λ. άργυρος). Ο μόλυβδος είναι μέταλλο κυανόλευκο, μαλακό, βαρύ (d=11,34 gr/cm3) και εύτηκτο (σ.τ. 327°C). Δίνει δύο σειρές ενώσεων με αριθμούς οξείδωσης +2 και +4. Στον αέρα περνά στην παθητική κατάσταση επικαλυπτόμενος με στρώμα βασικού ανθρακικού μολύβδου. Το ίδιο συμβαίνει και κατά την επίδραση αραιού HCI ή H2SO4. Λόγω της ιδιότητάς του αυτής χρησιμοποιείται για την επικάλυψη του εσωτερικού των θαλάμων παρασκευής Η2SΟ4. Αντίθετα, διαλύεται από πυκνά και θερμά οξέα σχηματίζοντας άλατα του δισθενή μολύβδου.
Επίσης, καίγεται και σχηματίζει οξείδιο (ΡbΟ) γνωστό ως λιθάργυρο, που είναι «επαμφοτερίζον», αφού αντιδρά και με ΝaΟΗ και σχηματίζει άλατα του μολυβδώδους οξέος.
Άλλα οξείδια είναι το επιτεταρτοξείδιο του μολύβδου ή μίνιο (Ρb3Ο4), μεικτό οξείδιο που θεωρείται και ως άλας του μολυβδικού οξέος και το διοξείδιο του μολύβδου (ΡbΟ2), που συμπεριφέρεται ως οξειδωτικό και ως όξινο οξείδιο, δίνοντας άλατα του μολυβδικού οξέος.
Από τα άλατα του δισθενή μολύβδου πιο γνωστό είναι το ΡbCΟ5 (το στουπέτσι), που χρησιμοποιείται ως λευκό χρώμα. Ως χρώμα χρησιμοποιείται και το ΡbΟ, ενώ το καθαρό μέταλλο χρησιμοποιείται στην παρασκευή βλημάτων, ως προστατευτικό κατά της ραδιενέργειας και για την παρασκευή κραμάτων, γνωστότερα από τα οποία είναι το κράμα των τυπογραφικών στοιχείων (Ρb-Sb-Sn), το καλάι (Ρb-Sn) κ.ά. Τέλος, χρησιμοποιείται στους συσσωρευτές μολύβδου, ενώ ο τετρααιθυλιούχος μόλυβδος χρησιμοποιείται ως αντικροτικό για την αύξηση της απόδοσης της βενζίνης. Στον άνθρωπο προκαλεί αργή δηλητηρίαση (μολυβδίαση) και γι' αυτό απαγορεύεται η κατασκευή σωλήνων μεταφοράς νερού από μόλυβδο.
Νάτριο. Χημικό στοιχείο με σύμβολο Νa, ατομικό αριθμό 11 και ατομικό βάρος 23. Ανήκει στα μέταλλα και μάλιστα στην ομάδα των αλκαλίων. Είναι πολύ διαδομένο (6ο κατά σειρά διάδοσης με ποσοστό συμμετοχής στο στερεό φλοιό της Γης 2,63%). Οι πιο συνηθισμένες μορφές που συναντάται είναι το μαγειρικό αλάτι ή χλωριούχο νάτριο (ΝaCI), το νίτρο της Χιλής κ.ά. Επειδή είναι πολύ δραστικό, δε βρίσκεται ποτέ ελεύθερο. Παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση του χλωριούχου άλατος ή του υδροξειδίου του. Η ηλεκτρόλυση γίνεται στο τήγμα και όχι στο διάλυμα, γιατί το παραγόμενο νάτριο αντιδρά με το νερό. Το νάτριο είναι μαλακό μέταλλο, με χρώμα αργυρόλευκο σε πρόσφατη τομή. Είναι εύτηκτο (σ.τ. 97,5°C) και ελαφρότερο από το νερό (πυκνότητα 0,97 gr/cm2).
Όπως προαναφέρθηκε είναι πολύ δραστικό μέταλλο και αυτό οφείλεται στο ότι έχει ένα μόνο ηλεκτρόνιο στη στιβάδα σθένους, το οποίο και δίνει εύκολα. Έτσι ενώνεται εύκολα με οξυγόνο, με υδρογόνο, με αλογόνα και άλλα αμέταλλα. Χαρακτηριστική είναι η περίπτωσή του με νερό, όπου ελευθερώνει υδρογόνο. Αν η ποσότητα του νατρίου είναι μεγάλη, η αντίδραση παίρνει μορφή έκρηξης. Με ηπιότερο τρόπο ελευθερώνει υδρογόνο και από άλλες ενώσεις, όπως οι αλκοόλες, οξέα κ.ά. Χρησιμοποιείται κυρίως ως αναγωγικό. Η μεγαλύτερη πάντως σημασία αποδίδεται στις ενώσεις του, οι σπουδαιότερες από τις οποίες είναι:
α) Το υδροξείδιο του νατρίου. Έχει το χημικό τύπο ΝaΟΗ. Παρασκευάζεται κατά τη διάσπαση του νερού από το μεταλλικό νάτριο δηλαδή Νa+ Η2Ο  ΝaΟΗ+1/2Η2.
Είναι άσπρη κρυσταλλική ουσία, που διαλύεται με μεγάλη ευκολία στο νερό με έκλυση θερμότητας. Είναι πολύ καυστική ουσία και έχει ισχυρές βασικές ιδιότητες. Είναι τόσο χαρακτηριστική η βασική ιδιότητά του, καθώς και του άλλου σημαντικού αλκαλίου του υδροξειδίου του καλίου, ώστε η λέξη αλκαλικότητα να θεωρείται ταυτόσημη με τη βασικότητα. Επομένως αντιδρά με οξέα, τα εξουδετερώνει και δίνει ιζήματα υδροξειδίων με πολλά μέταλλα. Χρησιμοποιείται πάρα πολύ στη χημική βιομηχανία και κυρίως στη σαπουνοβιομηχανία και στη διύλιση πετρελαίων.
β) Χλωριούχο νάτριο (το μαγειρικό αλάτι). Έχει χημικό τύπο ΝaCI. Βρίσκεται σε αναλογία 2,7% στο θαλασσινό νερό, καθώς επίσης και ως ορυκτό αλάτι. Αυτές είναι οι κυριότερες πηγές εξαγωγής του. Στην πρώτη περίπτωση αφήνεται το θαλασσινό νερό να εξατμιστεί και μαζεύεται το αλάτι. Οι δεξαμενές όπου γίνεται η εξάτμιση ονομάζονται αλυκές. Το ορυκτό αλάτι βγαίνει από ειδικά ορυχεία. Οι συνθετικές μέθοδοι παρασκευής του δεν έχουν αξία, επειδή παίρνεται πολύ εύκολα από τη φύση. Είναι άσπρο κρυσταλλικό σώμα με ευχάριστη αλμυρή γεύση. Η υγροσκοπική ιδιότητα του μαγειρικού αλατιού δεν οφείλεται στο χλωριούχο νάτριο, αλλά σε προσμείξεις. Αποτελεί συστατικό του αίματος και άλλων υγρών του σώματος και γι' αυτό είναι απαραίτητο για την κανονική λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού. Χρησιμοποιείται ως άρτυμα στη μαγειρική.
γ) Ανθρακικό νάτριο (η κοινή σόδα). Έχει χημικό τύπο Νa2Ο3. Σημαντική βιομηχανική ουσία, που παρασκευαζόταν παλιότερα κατά τη μέθοδο Leblanc από ΝaCI, Η2SΟ4, άνθρακα και CaCΟ3, ή κατά τη μέθοδο Solvay από ΝΗ3, CΟ2 και ΝaCΙ. Σήμερα παρασκευάζεται κατά τη διαβίβαση CΟ2 σε ΝaΟΗ: 2ΝaΟΗ+ CΟ2  Να2CΟ3+Η2Ο. Χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο του ΝαΟΗ στη βιομηχανία λόγω της χαμηλής τιμής του.
δ) Όξινο ανθρακικό νάτριο (η σόδα φαγητού). Έχει χημικό τύπο ΝaΗCΟ3. παρασκευάζεται κατά τη διοχέτευση CO2 σε κορεσμένο διάλυμα Νa2CΟ3. Επειδή κατά τη θέρμανση διασπάται και ελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα, χρησιμοποιείται ως διογκωτικό στη ζαχαροπλαστική με την ονομασία «Baking Powder».
ε) Νιτρικό νάτριο (ΝaΝΟ3) ή νίτρο της Χιλής που το χρησιμοποιούσαν παλιότερα ως λίπασμα.
Νερό. Ανόργανη ένωση με χημικό τύπο H2O και μοριακό βάρος 18. Είναι η πιο κοινή και πιο διαδομένη ένωση στη φύση είτε σε υγρή είτε σε στερεή (πάγος, χιόνι) είτε σε αέρια κατάσταση (υδρατμοί). Είναι το μοναδικό διαλυτικό μέσο των διάφορων κυτταρικών και εξωκυτταρικών υγρών, ενώ αποτελεί βασικό συστατικό όλων των τροφίμων ζωικής και φυτικής προέλευσης. Συμμετέχει ενεργά στην κρυσταλλική δομή πολλών αλάτων (κρυσταλλικό νερό) απ’ όπου απομακρύνεται με παρατεταμένη θέρμανση στους 105°C.
Ως το 18ο αιώνα πίστευαν ότι το νερό είναι στοιχείο. Το 1781 ο Κάβεντις ανακάλυψε ότι παράγεται κατά την καύση υδρογόνου στον αέρα, ενώ την ακριβή σύστασή του βρήκε ο Λαβουαζιέ. Στη σύγχρονη εποχή είναι γνωστό ότι το νερό αποτελείται από υδρογόνο και οξυγόνο σε αναλογία βάρους 1:8 ή σε αναλογία όγκου 1:2, γεγονός που αποδεικνύεται εύκολα είτε με σύνθεση σε ειδική συσκευή, το ευδιόμετρο, είτε με ηλεκτρόλυση νερού που περιέχει λίγο θειικό οξύ. Το νερό όμως που υπάρχει στη φύση, είτε παραμένει στάσιμο (λίμνες) είτε κινείται (υπόγεια ρεύματα, ποτάμια), δεν είναι χημικά καθαρό, αλλά περιέχει πάρα πολλά ξένα σώματα. Αυτά είτε θα αιωρούνται μέσα στο νερό είτε θα είναι διαλυμένα. Από τα αιωρούμενα σώματα μπορεί να καθαριστεί με φιλτράρισμα. Στα δίκτυα ύδρευσης των πόλεων, όπου πρέπει να φιλτραριστούν μεγάλες ποσότητες, χρησιμοποιούνται αλλεπάλληλα στρώματα από άμμο, χαλίκια και πορώδη ξυλάνθρακα. Οι διαλυμένες στο νερό ουσίες είναι συνήθως διάφορα άλατα που συνιστούν τη σκληρότητα του νερού. Από αυτά τα άλατα το Μg(ΗCΟ3)2 και Ca(ΗCΟ)2, όταν θερμανθούν, μετασχηματίζονται σε αδιάλυτα MgCΟ3 και CaCΟ3 και μπορούν με φιλτράρισμα να απομακρυνθούν. Για το λόγο αυτόν η σκληρότητα που οφείλεται σ' αυτά ονομάζεται παροδική σκληρότητα. Όλα τα άλλα άλατα (συνήθως χλωριούχα και θειικά άλατα του ασβεστίου και μαγνησίου) συνιστούν τη μόνιμη σκληρότητα. Η ύπαρξη αυτών των αλάτων στο νερό έχει ως συνέπεια: α) τη βαθμιαία απόθεσή τους στα τοιχώματα των δοχείων όπου αυτό θερμαίνεται, με αποτέλεσμα το στρώμα των αλάτων, γνωστό με την ονομασία πουρί, να παρεμποδίζει την κυκλοφορία του νερού ή την ανταλλαγή θερμότητας διαμέσου των σωληνώσεων στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, και β) το σχηματισμό αδιάλυτων αλάτων παλμιτικού στεατικού ή ελαϊκού ασβεστίου ή μαγνησίου, με αποτέλεσμα να μη μένει σαπούνι διαλυμένο στο νερό και έτσι να μην μπορεί να αναπτυχθεί η απορρυπαντική δράση του σαπουνιού.
Γι’ αυτό τα άλατα απομακρύνονται με διάφορες χημικές κατεργασίες, που λέγονται αποσκλήρυνση. Η αποσκλήρυνση γίνεται είτε με το σχηματισμό αδιάλυτων αλάτων είτε με την ανταλλαγή των ιόντων. Αυτή γινόταν παλιότερα από ειδικά πετρώματα, από τα οποία γνωστότερα είναι ο περμουτίτης, και περιοριζόταν στην ανταλλαγή ιόντων Ca++ και Mg++ από ιόντα Na+. Στη σύγχρονη εποχή γίνεται από ειδικές ρητίνες, τις ιοντοανταλλακτικές ρητίνες, που ανταλλάσσουν όλα τα κατιόντα με Η+ και όλα τα ανιόντα με ΟΗ–, τα οποία ενώνονται προς νερό Η+ + ΟΗ–→Η2Ο. Το νερό που παίρνουμε μ' αυτό τον τρόπο ονομάζεται απιονισμένο και είναι ανάλογο με το αποσταγμένο. Χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και σε εργαστήρια, είναι όμως ακατάλληλο για πόση, γιατί προκαλεί αιμόλυση.
Πρέπει να τονιστεί ότι δεν επιδιώκεται πάντα η απομάκρυνση των αλάτων που είναι σε διάλυση. Πολλές φορές το νερό περιέχει άλατα που του δίνουν θεραπευτικές ιδιότητες. Οι πηγές απ' όπου αναβλύζει αυτό το νερό λέγονται ιαματικές πηγές. Αν η θερμοκρασία του νερού είναι ψηλότερη από τη μέση θερμοκρασία του τόπου, τότε λέγονται θερμές πηγές. Άλατα επίσης πρέπει να περιέχει σε μικρή ποσότητα το πόσιμο νερό, όπως προαναφέρθηκε, το οποίο πρέπει ακόμα να είναι διαυγές, άοσμο, χωρίς χρώμα και δροσερό (7°-11°C). Στο πόσιμο νερό είναι απαραίτητος και ο βακτηριολογικός και μικροβιολογικός έλεγχος.
Το νερό είναι γνωστό και στις τρεις καταστάσεις της ύλης (στερεή, υγρή και αέρια). Τα σημεία τήξης και ζέσης του νερού χρησιμοποιήθηκαν ως βάση για τη βαθμολόγηση των θερμομέτρων. Έτσι στην κλίμακα Κελσίου το σημείο πήξης του πάγου αντιστοιχεί στο 0, ενώ το σημείο ζέσης του νερού στο 100. Αξιοσημείωτη είναι η ανωμαλία που παρουσιάζει το νερό στη μεταβολή της πυκνότητάς του με τη θερμοκρασία. Έτσι, ενώ σ' όλα τα σώματα η πυκνότητα αυξάνεται όσο ελαττώνεται η θερμοκρασία, στο νερό αυτό συμβαίνει ως τους 4°C, οπότε και αποκτά τη μεγαλύτερή του πυκνότητα 1 gr/cm3. Η σπουδαιότερη χημική ιδιότητα του νερού είναι η ικανότητά του να διαλύει μεγάλο αριθμό ουσιών, κυρίως ανόργανων. Αυτό οφείλεται στη μεγάλη διπολική ροπή του μορίου του. Ενώνεται με βασικά και όξινα οξείδια και δίνει αντίστοιχα βάσεις ή οξέα. Διασπά διάφορες ουσίες, κυρίως άλατα. Τέλος εν θερμώ διασπάται από ελεύθερα στοιχεία (Fe, C) τα οποία οξειδώνει.
Εκτός από τις συνήθεις χρήσεις του (πόσιμο, μέσο καθαριότητας), χρησιμοποιείται ως μέσο μεταφοράς θερμότητας και ως άριστο διαλυτικό.
Αν αντί του κανονικού υδρογόνου (με μαζικό αριθμό 1) χρησιμοποιηθεί το δευτέριο (ισότοπο του υδρογόνου με μαζικό αριθμό 2) ή το τρίτιο (ισότοπο με μαζικό αριθμό 3), παίρνουμε αντίστοιχα το βαρύ και υπερβαρύ νερό. Το βαρύ νερό υπάρχει στο φυσικό νερό σε αναλογία 1:6.000 περίπου και διαχωρίζεται με εξαντλητική ηλεκτρόλυση. Το βαρύ νερό χρησιμοποιείται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Νικέλιο.Χημικό στοιχείο με σύμβολο Νi και ατομικό βάρος 58,71. Ανήκει στην πρώτη τριάδα της 8ης ομάδας του περιοδικού συστήματος μαζί με το κοβάλτιο και το σίδηρο. Βρίσκεται σε διάφορα ορυκτά, από τα οποία σπουδαιότερα είναι ο νικελίτης και ο νικελιοπυρίτης. Με φρύξη αυτών και αναγωγή του οξειδίου με άνθρακα ελευθερώνεται το νικέλιο. Σ' αυτό το στάδιο όμως είναι ακάθαρτο. Για τον καθαρισμό του μετατρέπεται σε νικελοτετρακαρβονύλιο, μοριακή ένωση του νικελίου με μονοξείδιο του άνθρακα. Αυτή είναι πτητική και αφού απομονωθεί, διασπάται στους 200°C σε καθαρό μέταλλο. Σε ελεύθερη κατάσταση το νικέλιο το συναντάμε και στους μετεωρίτες.
Είναι μέταλλο αργυρόλευκο, ελατό, όλκιμο, βαρύ (d = 8,9 gr/cm3) και δύστηκτο (σ.τ. 1455°C). Είναι πολύ σταθερό απέναντι στο οξυγόνο σε συνήθη θερμοκρασία. Γι’ αυτό χρησιμοποιείται για επικάλυψη άλλων μετάλλων (επινικέλωση), καθώς και στην υδρογόνωση των ακόρεστων ελαίων προς λίπη.
Το μεγαλύτερο πάντως ποσοστό της παραγωγής του καταναλώνεται στην παρασκευή νικελιοχαλύβων και γενικότερα κραμάτων. Από αυτά το κράμα invar (Ni 36%, Fe 64%) έχει ασήμαντο συντελεστή γραμμικής διαστολής, με αποτέλεσμα το μήκος του να παραμένει ανεπηρέαστο από τη θερμοκρασία. Γι’ αυτό χρησιμοποιείται για την κατασκευή πρότυπων μέτρων και εκκρεμών. Επίσης το κράμα constantan (Cu, Ni) παρουσιάζει ασήμαντο θερμικό συντελεστή ηλεκτρικής αντίστασης και χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά όργανα ακρίβειας. Παρόμοια ιδιότητα έχουν και τα κράματα μαγγανίνη (Cu, Mn, Ni), νικελίνη (Cu, Zn, Ni, Fe) και νεάργυρος (Cu, Zn, Ni).
Νιτρικό οξύ. Ανόργανη χημική ένωση με μοριακό τύπο ΗΝΟ3. Στη φύση συναντούνται μόνο τα άλατά του, που είναι όλα ευδιάλυτα στο νερό. Γνωστότερα είναι το νιτρικό νάτριο ή νίτρο της Χιλής και το νιτρικό κάλιο ή νίτρο των Ινδιών, που μέχρι το τέλος του 19ου αι. ήταν τα μοναδικά λιπάσματα που χρησιμοποιούνταν στη γεωργία. Στη σύγχρονη εποχή η χρήση τους είναι περιορισμένη, εξαιτίας της συνθετικής παρασκευής του νιτρικού οξέος, που γίνεται βασικά με τις ακόλουθες δύο μεθόδους:
α) Μέθοδος Ostwald. Η μέθοδος αυτή στηρίζεται στην καταλυτική οξείδωση της αμμωνίας πάνω σε πλέγμα λευκόχρυσου και σε θερμοκρασία 1000°C σύμφωνα με την αντίδραση 4ΝΗ3+5Ο2→4ΝΟ+6Η2Ο. Το ΝΟ οξειδώνεται στη συνέχεια προς ΝΟ2 και αυτό διαλυόμενο σε νερό δίνει νιτρικό οξύ 3ΝΟ2+Η2Ο→2ΗΝΟ3+ΝΟ, ενώ το ΝΟ ξαναμπαίνει στον κύκλο της αντίδρασης.
β) Μέθοδος Birkeland-Eyde. Η μέθοδος αυτή διαφέρει από την προηγούμενη στο ότι το ΝΟ σχηματίζεται από άμεση οξείδωση του Ν2 από οξυγόνο. Αυτό πετυχαίνεται όταν φυσήξουμε ρεύμα αέρα (που είναι βασικά μείγμα Ν2 και Ο2) πάνω σε βολταϊκό τόξο. Η μέθοδος απαιτεί μεγάλα ποσά ηλεκτρικής ενέργειας και γι’ αυτό εφαρμόζεται μόνο σε χώρες με φτηνή ηλεκτρική ενέργεια. Επίσης, επειδή το νιτρικό οξύ που παίρνεται είναι αραιό, συνήθως σχηματίζουν απευθείας Ca (ΝΟ3)2 που χρησιμοποιείται ως λίπασμα (νίτρο της Νορβηγίας). Στο εργαστήριο παρασκευάζεται με την επίδραση θειικού οξέος πάνω σε νιτρικό άλας.
Το καθαρό νιτρικό οξύ είναι άχρωμο υγρό με σ.ζ. 86°C. Στο εμπόριο υπάρχει σε διάλυμα 68% κ.β. και πυκνότητα 1,41 gr/cm3, πυκνό νιτρικό οξύ, ή με πυκνότητα 1,48-1,50 gr/cm3 ατμίζον νιτρικό οξύ. Εμφανίζει τις τυπικές ιδιότητες των οξέων, αφού είναι ένα από τα ισχυρότερα οξέα. Είναι όμως παράλληλα και ισχυρότατο οξειδωτικό, οξειδώνοντας μέταλλα και αμέταλλα είτε εν ψυχρώ είτε εν θερμώ. Το αποκορύφωμα της οξειδωτικής δράσης του είναι η διάλυση των ευγενών μετάλλων (χρυσού-λευκόχρυσου) από το βασιλικό νερό που είναι μείγμα νιτρικού και υδροχλωρικού οξέος με αναλογία 1:3. Εξαιρετικής σημασίας είναι η ικανότητα του νιτρικού οξέος να προκαλεί νίτρωση. Λόγω της ιδιότητάς του αυτής χρησιμοποιείται στη βιομηχανία εκρηκτικών υλών, χρωμάτων και άλλων οργανικών υλών.
Ξήρανση.Η κατεργασία που υφίστανται τα διάφορα σώματα για την απομάκρυνση του νερού που περιέχουν. Η ξήρανση έχει εφαρμογή στις στερεές, τις υγρές και τις αέριες ουσίες.
Στο σημείο αυτό πρέπει να διευκρινιστεί ότι η ξήρανση δεν αφορά το νερό που είναι χημικά ενωμένο με το σώμα, αλλά το νερό που βρίσκεται με μορφή υγρασίας και ενδεχομένως και το κρυσταλλικό νερό. Η ξήρανση είναι η απαραίτητη προκατεργασία οποιασδήποτε μορφής χημικής ανάλυσης ή άλλης χημικής κατεργασίας. Ανάλογα με το είδος της ουσίας και το είδος της ξήρανσης χρησιμοποιείται και διαφορετική μέθοδος. Για στερεές ουσίες χρησιμοποιούνται ειδικές ηλεκτρικές συσκευές, που ονομάζονται πυριατήρια και αποτελούνται από θάλαμο θερμαινόμενο με ηλεκτρικές αντιστάσεις και εφοδιασμένο με θερμοστάτες, ώστε να ελέγχεται η θερμοκρασία. Εφόσον η ξήρανση αποβλέπει στην απομάκρυνση υγρασίας η θερμοκρασία των 105°-110° είναι αρκετή. Για την απομάκρυνση κρυσταλλικού νερού απαιτούνται υψηλότερες θερμοκρασίες, ανάλογα με την ουσία που ξεραίνεται. Όταν πρόκειται για ουσίες με χαμηλό ποσοστό υγρασίας, χρησιμοποιούνται ειδικά γυάλινα σκεύη αεροστεγώς κλειστά που περιέχουν ειδικές ουσίες οι οποίες απορροφούν την υγρασία. Οι ουσίες ονομάζονται υγροσκοπικές, ενώ τα γυάλινα σκεύη ξηραντήρες.
Για την ξήρανση αερίων χρησιμοποιούνται ειδικοί πύργοι γεμάτοι με υγροσκοπικές ουσίες, διαμέσου των οποίων διαβιβάζονται τα αέρια. Οι πύργοι αυτοί ονομάζονται πύργοι ξήρανσης. Οι υγρές ουσίες, και κυρίως οι οργανικοί διαλύτες, ξεραίνονται με τη βοήθεια υγροσκοπικών που προσθέτονται σε αυτές. Οι πιο συνηθισμένες υγροσκοπικές ουσίες είναι το CaCl2, το Na2SΟ4, το Ρ2O5, το ΚΟΗ (στερεό) και το Η2SΟ4, το οποίο όμως είναι δύσχρηστο.Τέλος για την ξήρανση φυτών ή ευαίσθητων ουσιών χρησιμοποιούνται τα ξηραντήρια, ειδικοί χώροι όπου η υγρασία απομακρύνεται με φυσικό αερισμό ή τεχνητό ρεύμα αέρα.
Ξυλόπνευμα.Οργανική χημική ένωση με τύπο CH3OH. Ονομάζεται επίσης μεθανόλη ή καρβινόλη και ανακαλύφθηκε από τον Μπόιλ στα προϊόντα της απόσταξης των ξύλων. Στη φύση βρίσκεται με μορφή εστέρων και μεθυλαιθέρων σε μερικά φυτά και το λιγνίτη και ως συστατικό των ξύλων.
Η εργαστηριακή παρασκευή της μεθυλικής αλκοόλης γίνεται με τις γενικές μεθόδους των αλκοολών (βλ. λ. αλκοόλες). Στη βιομηχανία έχουμε δύο τρόπους παρασκευής: α) Συνθετικά από το υδραέριο.
β) Από την ξερή απόσταξη των ξύλων. Μέσα σε σιδερένια δοχεία θερμαίνονται τα ξύλα, χωρίς να έρχονται σε επαφή με τον αέρα, στους 250-400°C. Κατ' αυτόν τον τρόπο μένει στον αποστακτήρα ο ξυλάνθρακας. Αν ψύξουμε τα πτητικά συστατικά της ξερής απόσταξης, θα πάρουμε ένα αέριο και ένα υγρό προϊόν. Το πρώτο το χρησιμοποιούμε για την πιο πέρα θέρμανση της εγκατάστασης· το δεύτερο είναι το καλούμενο ξύλοξος, που περιέχει, μαζί με άλλα, και οξικό οξύ. Αν προσθέσουμε γαλάκτωμα ασβέστου στο οξικό οξύ παίρνουμε το οξικό ασβέστιο, που είναι μη πτητική ουσία. Έτσι μπορούμε με κλασματική απόσταξη της ακετόνης, που περιέχεται στο ξύλοξος, να πάρουμε το ξυλόπνευμα.
Το ξυλόπνευμα είναι άχρωμο υγρό με ασθενή οσμή και σ. ζ. 64°C. Είναι πολύ καλό διαλυτικό μέσο. Μεγάλες δόσεις προκαλούν τύφλωση και θάνατο, ενώ σχετικά μικρές έχουν μεθυστική δράση. Από χημική άποψη δίνει όλες τις γενικές αντιδράσεις των αλκοολών. Στον αέρα θερμαινόμενο καίγεται προς CΟ2 και Η2Ο.
Χρησιμοποιείται ως άριστο διαλυτικό των χρωμάτων και βερνικιών, για την παρασκευή της φορμαλδεΰδης, του ακρυλικού οξέος, για τη μετουσίωση του οινοπνεύματος κ.ά.
Οινόπνευμα (ή αιθυλική αλκοόλη, η). Οργανική ένωση που ανήκει στις αλκοόλες. Ο τύπος είναι C2H5ΟΗ. Βρίσκεται σε ίχνη στην ατμόσφαιρα, στο έδαφος, στο αίμα κ.α. Σχηματίζεται σε μεγάλα ποσά κατά τη ζύμωση των σακχάρων. Ονομάζεται επίσης και αιθανόλη, αιθυλική αλκοόλη και αλκοόλη, λόγω του ότι είναι το σπουδαιότερο μέλος της σειράς.
Παρασκευές. α) Από το αιθυλένιο με μετατροπή του σε όξινο θειικό αιθυλεστέρα (προσθήκη πυκνού θειικού οξέος) και κατόπι υδρόλυσή του (με ζεστό νερό). Στην ουσία γίνεται ενυδάτωση του αιθυλενίου, η οποία είναι εύκολο να επιτευχθεί αμέσως με ειδικές συνθήκες.
β) Από το ακετυλένιο με μετατροπή του σε ακεταλδεΰδη και μετά με καταλυτική υδρογόνωσή της: Ο2Η2 + Η2Ο→CΗ3CΗΟ + Η2→3CΗ3CΗ2ΟΗ.
γ) Από τα σάκχαρα με αλκοολική ζύμωση. Αλκοολική ζύμωση είναι η διάσπαση απλών σακχάρων του τύπου C6Η12Ο6, με τη βοήθεια του φυράματος ζυμάση, προς αιθυλική αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα. Με τη μέθοδο αυτή παίρνεται το μεγαλύτερο ποσοστό της αλκοόλης: .
Φυσικές ιδιότητες. Το οινόπνευμα είναι υγρό άχρωμο (σε παχύ στρώμα κυανίζει), ευκίνητο, ευχάριστης μυρωδιάς και γεύσης δηκτικής. Βράζει στους 78,4°C. Διαλύεται εύκολα στο νερό με σύγχρονη ελάττωση του όγκου και ελευθέρωση θερμότητας. Είναι σπουδαίο διαλυτικό μέσο. Διαλύει την καμφορά, τα αιθέρια έλαια, τις ρητίνες, τα λιπαρά οξέα, το ιώδιο κ.ά.
Φυσιολογική δράση. Ο άνθρωπος πίνει την αλκοόλη από τα διάφορα αλκοολούχα ποτά. Σε μικρές ποσότητες δρα διεγερτικά και σε μεγαλύτερες μεθυστικά. Μεγάλες ποσότητες ενεργούν ως δηλητήρια και προκαλούν το θάνατο, ο οποίος μπορεί ακόμα να προκληθεί με την εισαγωγή της στο αίμα (ενδοφλέβια), οπότε πήζει το λεύκωμα. Μέσα στον οργανισμό οξειδώνεται και αποδίδει σημαντικά ποσά θερμότητας.
Αλκοολικός βαθμός. Η περιεκτικότητα σε αλκοόλη ενός αλκοολούχου ποτού μετριέται συνήθως με αλκοολικούς βαθμούς. Αλκοολικός βαθμός είναι τα κυβικά εκατοστά καθαρής αλκοόλης τα οποία περιέχονται σε 100 cm3 του αλκοολούχου υγρού. Οι αλκοολικοί βαθμοί μείγματος αλκοόλης-νερού υπολογίζονται με ειδικό όργανο που ονομάζεται αλκοολόμετρο και το οποίο είναι κατάλληλα βαθμολογημένο. Το αλκοολόμετρο βυθίζεται στο υγρό τόσο περισσότερο, όσο η περιεκτικότητα σε αλκοόλη είναι μεγαλύτερη.
Χημικές ιδιότητες. α) Αντικαθιστά το αλκοολικό υδρογόνο με νάτριο ή κάλιο. β) Οξειδώνεται και δίνει διάφορα προϊόντα οξείδωσης ανάλογα με την ποσότητα του χρησιμοποιούμενου υδρογόνου. Με ήπια οξείδωση δίνει ακεταλδεΰδη, με εντονότερη οξικό οξύ και με ισχυρή καίγεται και δίνει διοξείδιο του άνθρακα και νερό. γ) Αντιδρά με οξυγονούχα οξέα, ανόργανα και οργανικά, και δίνει εστέρες. δ) Αφυδατώνεται και δίνει, ανάλογα με τις συνθήκες, αιθυλένιο ή αιθέρα. Με παρουσία θειικού οξέος και θερμοκρασία μεγαλύτερη από 160°C δίνει αιθυλένιο και νερό, ενώ με θειικό οξύ και θερμοκρασία 140°C δίνει αιθέρα και νερό. ε) Αφυδρογονώνεται με καταλύτη χαλκό στους 300°C και δίνει ακεταλδεΰδη. στ) Αντιδρά με χλώριο και σχηματίζει χλωράλη. Αν στη χλωράλη επιδράσει καυστικό νάτριο σχηματίζεται χλωροφόρμιο. Ανάλογα αντιδρούν το βρόμιο και το ιώδιο.
Χρήσεις. Χρησιμοποιείται ως διαλυτικό μέσο, στην παρασκευή της χλωράλης, χλωροφορμίου, ιωδοφορμίου, αιθέρα, αιθυλενίου, οξικού οξέος, διάφορων φαρμάκων κ.ά. Επίσης χρησιμοποιείται ως καύσιμη ύλη, ως φωτιστικό μέσο, για την πλήρωση θερμομέτρων ελάχιστου, ως αντισηπτικό και στη διατήρηση ανατομικών παρασκευασμάτων. Η μεγαλύτερη ποσότητα της αλκοόλης χρησιμοποιείται στην παρασκευή των αλκοολούχων ποτών.
Οξαλικό οξύ.Οργανική χημική ένωση με τύπο H2C2O4 ή HOOC-COOH. Λέγεται και αιθοανοδιικό οξύ και ανήκει στα δικαρβονικά οξέα. Είναι πολύ διαδομένο στη φύση και κυρίως στα φυτά με τη μορφή αλάτων του ασβεστίου και του καλίου. Βρίσκεται επίσης σε ζωικούς οργανισμούς, ειδικά στα τοιχώματα των κυττάρων, καθώς και ως συστατικό των ούρων, όπου προκαλείται αύξηση σε ορισμένες παθολογικές καταστάσεις.
Παρασκευάζεται με διάφορους τρόπους: α) Με τη μορφή άλατος με κατεργασία διοξειδίου του άνθρακα και μεταλλικού νατρίου στους 360°C, σύμφωνα με την αντίδραση 2CO2+2Na→NaOOC-COONa. Στη συνέχεια το οξαλικό νάτριο δέχεται χημική επεξεργασία και μετατρέπεται σε ελεύθερο οξύ.
β) Με θέρμανση του μυρμηκικού νατρίου στους 400°C.
γ) Με υδρόλυση του δικυανίου σε όξινο ή αλκαλικό περιβάλλον
N≡C-C≡N+4H2O→HOOC-COOH+2NH3
δ) Με οξείδωση μονοσακχαριτών, μετά από επίδραση πυκνού διαλύματος νιτρικού οξέος, καθώς και με οξειδωτική τήξη κυτταρίνης με αλκάλια.
Είναι σώμα κρυσταλλικό στερεό, που εμφανίζεται ένυδρο με δύο μόρια νερού. Η γεύση του είναι άσχημη και ξινή, ενώ σε σχετικά μεγάλες ποσότητες (περίπου 20gr) έχει δηλητηριώδη δράση και παραλυτική επίδραση στην καρδιά. Λιώνει στους 101,5°C. Το οξαλικό οξύ είναι το πιο ισχυρό από τα δικαρβονικά οξέα και αντιδρά με αποτέλεσμα το σχηματισμό δύο σειρών αλάτων και εστέρων. Όταν θερμαίνεται απότομα ή με παρουσία θετικού οξέος, αποκαρβοξυλιώνεται, ενώ όταν επιδράσουν επάνω του ισχυρά οξειδωτικά μέσα οξειδώνεται προς διοξείδιο του άνθρακα. Χρησιμοποιείται ως αντιδραστήριο στην αναλυτική χημεία, στη βαφική για τη λεύκανση υλικών που περιέχουν κυτταρίνη, στην επεξεργασία για το τελικό φινίρισμα των μπρούντζινων αντικειμένων, στη φωτογραφία κ.α.
Οξέα.Ανόργανες και οργανικές υδρογονούχες ενώσεις σε υδατικά διαλύματα που ελευθερώνουν υδρογόνο με τη μορφή του κατιόντος. Αυτό το κοινό συστατικό των διαλυμάτων τους τούς δίνει κοινές ιδιότητες, που συμπεριλαμβάνονται στο γενικό όρο όξινη αντίδραση, και είναι οι εξής: α) Έχουν όξινη γεύση. β) Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών. γ) Αντιδρούν με βάσεις και σχηματίζουν νερό και άλατα. Την ίδια αντίδραση δίνουν και με ανυδριτικά παράγωγα των βάσεων τα βασεογόνα οξείδια. Η αντίδραση αυτή ονομάζεται εξουδετέρωση. δ) Αντιδρούν με ορισμένα μέταλλα και ελευθερώνουν Η2. ε) Είναι ηλεκτρολύτες και κατά την ηλεκτρόλυσή τους το μεν Η+ πηγαίνει στην κάθοδο και αποβάλλεται ως αέριο Η2, ενώ το υπόλοιπο μέρος του μορίου, είτε είναι στοιχείο είτε είναι ρίζα, πηγαίνει προς την άνοδο.
Τα οξέα, αν και στο διάλυμα εμφανίζονται ως ηλεκτρολύτες, στην καθαρή τους μορφή είναι ενώσεις ομοιοπολικές και τα ιόντα σχηματίζονται κατά τη διάλυσή τους με τη βοήθεια του διαλυτικού (συνήθως νερού). Οι κοινές ιδιότητες δεν εμφανίζονται με την ίδια ένταση σε όλα τα οξέα. Έτσι διακρίνονται σε ισχυρά και ασθενή οξέα. Επίσης ανάλογα με τον αριθμό των κατιόντων που ελευθερώνουν ανά μόριο διακρίνονται σε μονοβασικά, διβασικά, τριβασικά κ.ά. Τα πολυβασικά οξέα δεν είναι απαραίτητα και ισχυρά. Παράδειγμα το φωσφορικό οξύ, αν και τριβασικό, είναι κατά πολύ ασθενέστερο του υδροχλωρικού που είναι μονοβασικό.
Τα οξέα ονομάζονται από την ονομασία του ανιόντος και τη λέξη οξύ, με εξαίρεση τα οξέα που περιέχουν ανιόν αλογόνου (υδροχλωρικό οξύ). Επίσης, ανάλογα με το ανιόν, διακρίνονται σε οργανικά οξέα, αν το ανιόν είναι οργανική ρίζα, σε αλογονούχα, αν είναι αλογόνο, και σε οξυγονούχα οξέα, αν το ανιόν είναι οξυγονούχα ανιονική ρίζα. Γίνονται δεκτές δύο νεότερες θεωρίες για τα οξέα. Η πρώτη είναι η θεωρία των Μπρόστεντ και Λόουρι, σύμφωνα με την οποία οξύ είναι κάθε ουσία που μπορεί να αποδώσει το πρωτόνιο. Η δεύτερη είναι του Λιούις και ορίζει ως οξύ κάθε σώμα που μπορεί να δεχτεί ζεύγος ηλεκτρονίων. Και οι δύο αυτές θεωρίες όχι μόνο καλύπτουν παλιότερες θεωρίες, αλλά και τις επεκτείνουν. Έτσι ουσίες που παλιότερα δεν ήταν οξέα, θεωρούνται οξέα και για αντιδιαστολή ονομάζονται οξέα κατά Λιούις.
Οξείδιο.Η χημική ένωση του οξυγόνου με οποιοδήποτε μέταλλο ή αμέταλλο στοιχείο. Τα οξείδια είναι ανόργανες ενώσεις. Προέρχονται από την καύση του στοιχείου ή ένωσής του στον αέρα ή από την αργή επίδραση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου πάνω στα στοιχεία ή, τέλος, σχηματίζονται κατά την αποσύνθεση οξυγονούχων ενώσεων (π.χ. C+Η2Ο →CΟ+Η2). Η ονομασία τους προκύπτει από το στοιχείο που δημιουργεί την ένωση (π.χ. CuΟ = οξείδιο του χαλκού). Αν το ίδιο στοιχείο σχηματίζει περισσότερα από ένα οξείδια, τότε για διάκριση τα ονομάζουμε μονοξείδιο, διοξείδιο κ.ο.κ., ανάλογα με τον αριθμό των ατόμων του οξυγόνου ανά μόριο οξειδίου. Τέλος, αν το οξείδιο έχει περισσότερα άτομα οξυγόνου από όσα δικαιολογεί ο αριθμός οξείδωσης του άλλου στοιχείου, λέγεται υπεροξείδιο, ενώ αν έχει λιγότερα, λέγεται υποξείδιο.
Τα κανονικά οξείδια διακρίνονται σε τέσσερις μεγάλες ομάδες, ανάλογα με τις χημικές τους ιδιότητες. Οι ομάδες αυτές είναι οι εξής:
α) Όξινα ή οξεογόνα οξείδια ή ανυδρίτες οξέων. Είναι τα κανονικά οξείδια των αμέταλλων. Μπορούν να προέλθουν ή να θεωρηθούν ότι προέρχονται από οξέα με απόσπαση νερού (π.χ. Η2CΟ3 →CΟ2+Η2Ο). Αντίστροφα προσλαμβάνουν νερό και σχηματίζουν οξέα. Επομένως σε υδατικά διαλύματα έχουν τις ιδιότητες των οξέων. Συμβαίνει να σχηματίζεται το άλας του οξέος από το οξείδιο, ενώ το ίδιο το οξύ δεν απομονώνεται. Τα οξέα που σχηματίζονται είναι τα ανόργανα οξυγονούχα οξέα. Τα όξινα οξείδια, λόγω της τάσης τους να προσλαμβάνουν νερό για να μετατραπούν σε οξύ, δρουν ως αφυδραντικά και μάλιστα συχνά πολύ ισχυρά.
β) Βασικά ή βασεογόνα οξείδια ή ανυδρίτες βάσεων. Είναι τα κανονικά οξείδια ορισμένων μετάλλων. Και αυτά, όπως και τα όξινα οξείδια, μπορούν να προέλθουν από βάσεις με απόσπαση νερού ή αντίστροφα να δώσουν βάσεις προσλαμβάνοντας νερό. Τα υδατικά τους διαλύματα δείχνουν βασική αντίδραση. Οι βάσεις που υποτίθεται ότι σχηματίζουν μόνο στα αλκάλια και στις αλκαλικές γαίες έχουν απομονωθεί. Για όλα τα άλλα μέταλλα μιλάμε απλώς για ένυδρα οξείδια.
γ) Επαμφοτερίζοντα οξείδια. Είναι τα κανονικά οξείδια ορισμένων μετάλλων συνήθως, που εμφανίζονται άλλοτε ως όξινα και άλλοτε ως βασικά οξείδια ανάλογα με το περιβάλλον. Έτσι το Αl2Ο3 σε όξινο περιβάλλον δρα ως βασικό οξείδιο, ενώ σε αλκαλικό περιβάλλον δρα ως όξινο οξείδιο.
δ) Ουδέτερα οξείδια. Είναι τα οξείδια που δεν παρουσιάζουν καμιά από τις παραπάνω ιδιότητες. Συνήθως είναι ελάχιστα διαλυτά στο νερό.
Οξειδοαναγωγή.Χημική δράση κατά την οποία μεταβάλλεται ο βαθμός οξείδωσης των δρώντων στοιχείων. Αν η μεταβολή αυτή οφείλεται σε αλγεβρική αύξηση του βαθμού οξείδωσης, τότε έχουμε οξείδωση, ενώ, αντίθετα, η αλγεβρική ελάττωση ονομάζεται αναγωγή. Τα δύο φαινόμενα είναι απόλυτα συνδεμένα, γι' αυτό και μιλάμε για οξειδοαναγωγή. Σε μια χημική αντίδραση θα συμβαίνει ταυτόχρονα οξείδωση και αναγωγή. Το ένα σώμα θα ανάγεται, ενώ ταυτόχρονα το άλλο θα οξειδώνεται.
Για να κατανοήσουμε την αλληλεξάρτηση των δύο δράσεων, θα πρέπει να εξετάσουμε τη μεταβολή κάπως πιο βαθιά. Ο βαθμός οξείδωσης του οξειδούμενου ή αναγόμενου στοιχείου, δηλαδή το σθένος με το οποίο συμπεριφέρεται στη συγκεκριμένη ένωση, εξαρτάται άμεσα από τα ηλεκτρόνια σθένους. Επομένως αλγεβρική αύξηση ή ελάττωση του σθένους θα συνεπάγεται αποβολή ή πρόσληψη ηλεκτρονίων αντίστοιχα. Δεν είναι όμως δυνατό το στοιχείο που οξειδώνεται να αποβάλει τα ηλεκτρόνια, αν δεν υπάρχει ο δέκτης αυτών των ηλεκτρονίων, ο οποίος προσλαμβάνοντας τα ηλεκτρόνια θα αναχθεί.
Έτσι καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι είναι αδύνατη η εκδήλωση οποιασδήποτε οξειδωτικής δράσης χωρίς την παράλληλη ύπαρξη αναγωγικής δράσης και αντίστροφα. Από τα δύο σώματα που μετέχουν σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής το ένα θα τείνει να οξειδωθεί, δηλαδή θα τείνει να αυξήσει αλγεβρικά το βαθμό οξείδωσής του, άρα να αποβάλλει ηλεκτρόνια, τα οποία θα προσλαμβάνει το άλλο σώμα και θα ανάγεται.
Το πρώτο σώμα που οξειδώθηκε, επειδή ταυτόχρονα προκάλεσε και την αναγωγή του δεύτερου, ονομάζεται αναγωγικό, ενώ το δεύτερο, που με την τάση του για αναγωγή προκάλεσε την οξείδωση του πρώτου, ονομάζεται οξειδωτικό. Έτσι, μπορεί να διατυπωθεί ο κανόνας: «Σε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής το οξειδωτικό ανάγεται, ενώ το αναγωγικό οξειδώνεται».
Η αναγκαία για την οξείδωση ανταλλαγή ηλεκτρονίων δεν είναι απαραίτητο να γίνει μεταξύ ενώσεων ή στοιχείων. Είναι δυνατό να γίνει και μεταξύ στοιχείων και ηλεκτροδίου, όπως συμβαίνει στην ηλεκτρόλυση. Αν παραβάλουμε μια αντίδραση οξείδωσης και μια πρωτεύουσα αντίδραση στο ηλεκτρόδιο, θα διαπιστώσουμε απόλυτη ομοιότητα. Γίνεται, λοιπόν, φανερό ότι οι δράσεις των ηλεκτροδίων κατά την ηλεκτρόλυση είναι οξειδοαναγωγικές δράσεις.
Γενικότερα όμως μπορούμε να εκμεταλλευτούμε την αποβολή των ηλεκτρονίων από το ένα σύστημα (αναγωγικό), που παίρνει μέρος στην αντίδραση οξειδοαναγωγής, και την πρόσληψη των ηλεκτρονίων από το άλλο σύστημα (οξειδωτικό) και να αποκαταστήσουμε συνεχή ροή ηλεκτρονίων, δηλαδή ηλεκτρικό ρεύμα. Η σύνδεση γίνεται από το ένα μέρος με μεταλλικό αγωγό και από το άλλο με ηλεκτρολυτικό σύνδεσμο που συνδέει τα δύο διαλύματα, δηλαδή ένα σωλήνα που περιέχει έναν ηλεκτρολύτη και επιτρέπει τη διέλευση των ηλεκτρονίων. Το δυναμικό κάθε ημιστοιχείου ονομάζεται δυναμικό οξειδοαναγωγής και εξαρτάται από τη συγκέντρωση του διαλύματος όπου εμβαπτίζεται το ηλεκτρόδιο. Για συγκέντρωση ίση με 1Ν το δυναμικό ονομάζεται κανονικό δυναμικό οξειδοαναγωγής, συμβολίζεται με το Ε0 και αποτελεί ποσοτική έκφραση της τάσης κάθε συστήματος για αποβολή ηλεκτρονίων, δηλαδή για οξείδωση. Από την τιμή των Ε0 μπορούμε επίσης να κρίνουμε αν δύο συστήματα που ανακατεύονται θα δώσουν αντίδραση οξειδοαναγωγής. Για να συμβεί αυτό, θα πρέπει η αλγεβρική διαφορά του αναγόμενου από το οξειδούμενο να είναι θετική.
Παλιότερα ως οξείδωση όριζαν την πρόσληψη οξυγόνου ή την αποβολή υδρογόνου, ενώ ως αναγωγή το αντίθετο. Στη σύγχρονη εποχή είναι γνωστό ότι η οξειδοαναγωγή είναι γενικότερο φαινόμενο και δεν έχει καμιά σχέση με την παρουσία ή όχι του οξυγόνου.
Οξείδωσης, αριθμός. Ο αριθμός των στοιχειωδών φορτίων που έχει το άτομο ενός στοιχείου, όταν συμμετέχει σε μια ένωση, με βάση την παραδοχή ότι στα περισσότερο ηλεκτροαρνητικά στοιχεία ανήκουν αποκλειστικά τα κοινά ζευγάρια ηλεκτρονίων.
Η εισαγωγή του όρου αριθμός οξείδωσης ή και βαθμίδα οξείδωσης έκανε δυνατή την περιγραφή της κατάστασης κάθε ατόμου σε σχέση με τα φορτία του, καθώς παίρνει μέρος στο σχηματισμό κάθε είδους μορίου. Έτσι, με τη βοήθεια του αριθμού οξείδωσης, προσδιορίζεται η ενωτική ικανότητα του ατόμου των διαφόρων στοιχείων, ενώ γίνεται απλούστερη η καταγραφή των χημικών τύπων και η εύρεση των συντελεστών σε ορισμένους τύπους χημικών αντιδράσεων. Για να γίνει δυνατός ο υπολογισμός του αριθμού οξείδωσης που εμφανίζει ένα στοιχείο σε μια ένωσή του, γίνονται δεκτές μερικές παραδοχές ή κανόνες, όπως πιο συχνά λέγονται. Έτσι: α) Τα άτομα ενός στοιχείου, όταν δεν είναι ενωμένα ή όταν βρίσκονται μέσα στα μόρια των στοιχείων, έχουν αριθμό οξείδωσης μηδέν. β) Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων που σχηματίζουν μια χημική ένωση είναι πάντοτε ίσο με το μηδέν. γ) Ο αριθμός οξείδωσης κάθε απλού ιόντος είναι ίσος με το φορτίο του ιόντος. δ) Το αλγεβρικό άθροισμα των αριθμών οξείδωσης όλων των ατόμων που συμμετέχουν στο σχηματισμό ενός πολυατομικού ιόντος είναι ίσος με το φορτίο του ιόντος. ε) Όλα τα μέταλλα έχουν πάντοτε θετικούς αριθμούς οξείδωσης. στ) Τα αμέταλλα, εκτός από το φθόριο που έχει αριθμό οξείδωσης -1, εμφανίζονται σε άλλες ενώσεις με θετικό και σε άλλες με αρνητικό αριθμό οξείδωσης. ζ) Το υδρογόνο σε κάθε ένωση έχει αριθμό οξείδωσης +1, εκτός από την περίπτωση που βρίσκεται ενωμένο με μέταλλα, οπότε και εμφανίζει αριθμό οξείδωσης -1. η) Το οξυγόνο έχει πάντοτε αριθμό οξείδωσης -2, εκτός από τις ενώσεις που περιέχουν υπεροξειδική γέφυρα, οπότε ο αριθμός είναι -1, και την ένωση OF2, όπου ο αριθμός είναι +2. θ) Τα μέταλλα των αλκαλίων εμφανίζουν στις ενώσεις τους αριθμό οξείδωσης +1.
Ο αριθμός οξείδωσης για ορισμένα στοιχεία μπορεί να βρεθεί με βάση τη γνώση της ηλεκτρονικής δομής τους. Το γεγονός ότι σε μερικές περιπτώσεις ο αριθμός των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας ενός ατόμου συμπίπτει με τον αριθμό οξείδωσης ήταν η αιτία της χρήσης των όρων ηλεκτρονικό σθένος, ετεροπολικό σθένος και ομοιοπολικό σθένος. Βλ. και λ. σθένος.
Οξυγόνο.Χημικό στοιχείο αμέταλλο που ανήκει στην VI ομάδα του περιοδικού συστήματος. Το σύμβολο του είναι Ο, έχει ατομικό αριθμό 8, ατομικό βάρος 16 και αριθμό οξείδωσης –2.
Προέλευση. Ελεύθερο βρίσκεται στον ατμοσφαιρικό αέρα σε αναλογία 21% κατ' όγκο. Ενωμένο βρίσκεται στο νερό και σε διάφορα ορυκτά. Είναι επίσης ένα από τα κυριότερα στοιχεία του ενόργανου κόσμου. Βρίσκεται ενωμένο με τον άνθρακα και άλλα στοιχεία σε όλους τους ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς με μορφή ενώσεων, όπως οι πρωτεΐνες, οι υδατάνθρακες, τα λίπη κ.ά.
Παρασκευή. 1. Εργαστηριακές:
α) Από τα οξείδια και υπεροξείδια με θερμική διάσπαση.
β) Από τα οξείδια και υπεροξείδια με θέρμανση με πυκνό θειικό οξύ: ΜnΟ2+Η2SΟ4→ΜnSΟ4+Η2Ο+1/2Ο2.
γ) Από οξυγονούχα άλατα με θερμική διάσπαση:. Η αποσύνθεση αυτή γίνεται ευκολότερη με ανάμειξη του χλωρικού καλίου με μαύρη σκόνη διοξειδίου του μαγγανίου, το οποίο δρα ως καταλύτης.
δ) Από οξυγονούχα άλατα με συνθέρμανση με πυκνό θειικό οξύ: 2ΚΜnΟ4 +3Η2SΟ4→Κ2SΟ4+ +2ΜnSΟ4+3Η2Ο+5/2Ο2. ε) Από τον οξύλιθο με επίδραση νερού: Να2Ο2+Η2Ο→2ΝαΟΗ+1/2Ο2.
2. Βιομηχανικές παρασκευές: α) Με απόσταξη του υγρού αέρα. Ο αέρας μπορεί να υγροποιηθεί αν υποβληθεί σε υψηλή πίεση και χαμηλή θερμοκρασία. Κατά την απόσταξη του υγρού αέρα, πρώτα εξατμίζεται το πτητικότερο άζωτο και παραμένει το οξυγόνο. β) Με ηλεκτρόλυση του νερού. Αν μικρή ποσότητα θειικού οξέος ή καυστικού νατρίου προστεθεί στο νερό εκλύεται στην άνοδο οξυγόνο και ταυτόχρονα στην κάθοδο υδρογόνο.
Ιδιότητες. α) Φυσικές. Είναι αέριο άχρωμο, άοσμο και άγευστο και υγροποιείται δύσκολα προς υγρό ανοιχτού γαλάζιου χρώματος. Είναι βαρύτερο του αέρα και δυσδιάλυτο στο νερό.
β) Χημικές. Το άτομό του έχει 6 ηλεκτρόνια στον εξωτερικό του φλοιό και τείνει να τον συμπληρώσει είτε με πρόσληψη 2 ηλεκτρονίων, είτε με σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών. Είναι γενικά πολύ δραστικό στοιχείο, ενώνεται απευθείας με τα περισσότερα στοιχεία και οι σχηματιζόμενες ενώσεις ονομάζονται οξείδια. Είναι ισχυρό οξειδωτικό μέσο. Οξειδώνει και στοιχεία και ενώσεις. Ενώνεται απευθείας με όλα τα αμέταλλα εκτός από τα ευγενή αέρια και τα αλογόνα, με τα οποία όμως ενώνεται έμμεσα. Με το άζωτο ενώνεται προς μονοξείδιο του αζώτου σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 3.000°C. Τα υπόλοιπα αμέταλλα καίγονται, όταν θερμαίνονται με περίσσεια οξυγόνου προς οξείδια στα οποία περιέχονται με το μεγαλύτερο θετικό αριθμό οξείδωσης, εκτός των S, Αs, Sb, τα οποία σχηματίζουν οξείδια με το μικρότερο θετικό αριθμό οξείδωσης. Ενώνεται απευθείας με όλα τα μέταλλα εκτός από τα ευγενή. Έτσι το κάλιο και το νάτριο στον ατμοσφαιρικό αέρα αναφλέγονται. Κατά την καύση των μετάλλων με παρουσία οξυγόνου σχηματίζονται ως επί το πλείστον οξείδια, τα οποία αντιστοιχούν στο μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσής τους. Το οξυγόνο μπορεί, με κατάλληλες συνθήκες, να οξειδώσει πάρα πολλές χημικές ενώσεις. Πολλές από αυτές καίγονται αν θερμανθούν στον αέρα ή στο καθαρό οξυγόνο, ενώ άλλες οξειδώνονται μόνο με την παρουσία καταλύτη. Έτσι τα υδρίδια των αμετάλλων εκτός από τα υδραλογόνα καίγονται από το οξυγόνο προς νερό και αμέταλλο ή οξείδιο του μετάλλου. Η2S+3/2Ο2→Η2Ο+SΟ2, 2ΝΗ3+3/2Ο2→Ν2+3Η2O.
Τα οξείδια που περιέχουν το στοιχείο με το μικρότερο αριθμό οξείδωσης μετατρέπονται σε οξείδια τα οποία περιέχουν το στοιχείο με το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης.
Τα σουλφίδια θερμαινόμενα σε ρεύμα οξυγόνου μετατρέπονται σε διοξείδιο του θείου και οξείδιο του στοιχείου με το μεγαλύτερο αριθμό οξείδωσης, εφόσον αυτό είναι δυνατό: 2FeS2+ 11/2Ο2 →Fe2O3+4SΟ2.
Οι περισσότερες οργανικές ενώσεις καίγονται αν θερμανθούν σε υψηλή θερμοκρασία με παρουσία οξυγόνου προς διοξείδιο του άνθρακα και νερό: CΗ4+2Ο2→CΟ2+2Η2Ο.
Το οξυγόνο ανιχνεύεται από την ικανότητά του να διατηρεί την καύση. Όταν βρίσκεται σε μείγμα με άλλα αέρια, μπορεί να απομακρυνθεί, συγκροτούμενο από λευκό φωσφόρο, από ερυθρό πυρωμένο χαλκό ή από αλκαλικό διάλυμα πυρογαλλόλης.
Από βιολογική άποψη παρουσιάζει μεγάλη σημασία η οξείδωση που γίνεται στον οργανισμό του πρωτοπλάσματος με σκοπό την απελευθέρωση της ενέργειας που είναι κλεισμένη, η οποία είναι απαραίτητη για την επιτέλεση των λειτουργιών της ζωής. Το οξυγόνο που απαιτείται για την οξείδωση αυτή παίρνεται από το περιβάλλον με την αναπνοή. Στον άνθρωπο και στους ανώτερους ζωικούς οργανισμούς το οξυγόνο το οποίο λαμβάνεται από τον αέρα με την αναπνοή, ενώνεται στα πνευμόνια με την ερυθρά χρωστική του αίματος, την αιμοσφαιρίνη, προς μια ασταθή ένωση, την οξυαιμοσφαιρίνη. Αυτή μεταφέρεται στους ιστούς, όπου αποδίδει το οξυγόνο, το οποίο συγκρατεί και ενώνεται με το προϊόν της καύσης, το διοξείδιο του άνθρακα. Στη συνέχεια με το φλεβικό αίμα φέρεται ξανά στα πνευμόνια, όπου αφήνει το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα, και ενώνεται ξανά με το οξυγόνο, οπότε επαναλαμβάνεται ο ίδιος κύκλος.

Οξυζενέ.Η εμπορική ονομασία της ανόργανης χημικής ένωσης «υπεροξείδιο του υδρογόνου» που έχει χημικό τύπο Η2Ο2. Στη φύση το βρίσκουμε σε ίχνη στον ατμοσφαιρικό αέρα. Συνθετικά παρασκευάζεται κατά τη διάσπαση υπεροξειδίων με Η2SΟ4 : ΒαΟ2 + Η2SΟ4→ΒαSΟ4 + Η2Ο2. Βιομηχανικά όμως παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση Η2SO4 50% σε ειδικές συσκευές.
Το καθαρό οξυζενέ είναι διαυγές, άχρωμο και ελαιώδες υγρό με πυκνότητα 1,47 gr/cm3. Αν θερμανθεί προσεκτικά βράζει στους 151°C, ενώ στερεοποιείται στους –0,89°C. Συνήθως όμως υπάρχει στο εμπόριο σε υδατικό διάλυμα 3% ή 6% ή πυκνό 30%, το γνωστό ως perhydrol. Η περιεκτικότητα όμως των διαλυμάτων του οξυζενέ συνήθως εκφράζεται σε όγκους οξυγόνου που ελευθερώνει ένας όγκος διαλύματος, αν το περιεχόμενο σ' αυτόν οξυζενέ διασπαστεί κατά την αντίδραση 2Η2Ο2→2Η2Ο+Ο2. Η αντίδραση αυτή συχνά γίνεται χωρίς εξωτερική επίδραση και γι' αυτό κατά τη συσκευασία του προσθέτονται συντηρητικά. Αντίθετα, ξένα σώματα καταλύουν την αντίδραση, καθώς επίσης και το ένζυμο καταλάση που βρίσκεται στο αίμα. Γι’ αυτό κατά τον καθαρισμό πληγών με οξυζενέ προκαλείται έντονος αφρισμός. Το οξυζενέ παρουσιάζει έντονη οξειδωτική δράση και γι' αυτό χρησιμοποιείται ως απολυμαντικό και λευκαντικό. Η οξειδωτική του δράση χρησιμοποιείται και στην αποκατάσταση παλιών ελαιογραφιών, όπου ο περιεχόμενος στα χρώματα μόλυβδος έχει μετατραπεί σε μαύρο PbS λόγω του υδρόθειου που υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Με τη χρήση του οξυζενέ οξειδώνεται σε λευκό ΡbSO4 και έτσι η ελαιογραφία ξαναβρίσκει το αρχικό της χρώμα. Το παράδοξο είναι ότι το οξυζενέ εμφανίζει και αναγωγική δράση· η περιεκτικότητα μάλιστα των διαλυμάτων του στηρίζεται στην αναγωγική του δράση πάνω στο υπερμαγγανικό κάλιο.
Οργανικές ενώσεις. Οι χημικές ενώσεις που περιέχουν άνθρακα. Με τις ενώσεις αυτές ασχολείται ειδικός κλάδος της χημείας, η οργανική χημεία. Αποτέλεσαν αντικείμενο μελέτης από ειδικό κλάδο της χημείας, γιατί ο αριθμός τους είναι πολύ μεγάλος (είναι γνωστές περισσότερες από 1. 000.000 οργανικές ενώσεις, ενώ οι γνωστές ανόργανες ενώσεις δεν ξεπερνούν τις 50.000) και η σπουδαιότητά τους είναι τεράστια, καθώς χρησιμοποιούνται σε όλους σχεδόν τους τεχνικούς και παραγωγικούς τομείς. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι το πετρέλαιο και τα παράγωγά του, τα πλαστικά κ.ά. είναι οργανικές ενώσεις.
Ως τις αρχές του 19ου αι. οι γνώσεις των ανθρώπων για τις οργανικές ενώσεις ήταν σχεδόν ανύπαρκτες ή στηρίζονταν σε καθαρά φιλοσοφικές έννοιες.
Ως οργανικές ενώσεις θεωρούσαν αυτές που βρίσκονται στο φυτικό και ζωικό κόσμο και πίστευαν ότι οι ενώσεις αυτές είχαν τελείως διαφορετικές ιδιότητες από τις υπόλοιπες χημικές ενώσεις. Υποστηριζόταν ότι οι ενώσεις αυτές δεν μπορούσαν να παρασκευαστούν στο εργαστήριο, γιατί ο άνθρωπος δεν είχε στη διάθεσή του την καλούμενη «ζωική δύναμη», που ήταν το άγνωστο αλλά απαραίτητο συστατικό κάθε οργανικής ένωσης. Η μυστηριώδης αυτή ζωική δύναμη (vis vitalis) υπήρχε μόνο στους ζωντανούς οργανισμούς και τα συστατικά που την αποτελούσαν. Έτσι, «εκ προοιμίου», ο άνθρωπος δεν μπορούσε να παρασκευάσει ενώσεις οργανικές. Αυτή όμως η αντίληψη κατέρρευσε μετά την παρασκευή της ουρίας από το Βέλερ (1828). Το γεγονός αυτό αποτέλεσε επανάσταση για την εποχή του και έθεσε τις βάσεις για τη συστηματική πια απομόνωση των οργανικών ενώσεων και τη συνθετική παρασκευή τους.


Αν και δεν υπάρχει απόλυτη διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στις ανόργανες και τις οργανικές ενώσεις, ως κυριότερα χαρακτηριστικά μπορούμε να αναφέρουμε την αστάθεια του μορίου των οργανικών ενώσεων σε σχέση με των ανόργανων, το σχηματισμό των οργανικών ενώσεων μέσω μοριακών αντιδράσεων και όχι ιοντικών, που συνήθως χαρακτηρίζουν την ανόργανη χημεία, το μεγάλο αριθμό ατόμων των μορίων πολλών οργανικών ενώσεων –πολλές φορές εκατοντάδες χιλιάδες ή και εκατομμύρια– πράγμα αλληλένδετο με το φαινόμενο του πολυμερισμού, και τέλος, το φαινόμενο της ισομέρειας.
Ο μεγάλος αριθμός των οργανικών ενώσεων οφείλεται στην ικανότητα των ατόμων του άνθρακα να ενώνονται είτε με άτομα άλλων στοιχείων είτε μεταξύ τους για σχηματισμό των ανθρακικών αλυσίδων σε πολλούς συνδυασμούς. Οι αλυσίδες του άνθρακα μπορούν να είναι μικρές ή μεγάλες, ευθείες ή με διακλαδώσεις, ανοιχτές ή κλειστές σε διάφορα σχήματα δακτυλίων. Είναι γνωστές ενώσεις του άνθρακα που περιέχουν ενωμένα μεταξύ τους, χωρίς την ενδιάμεση παρεμβολή άλλου στοιχείου, ως 100 άτομα άνθρακα. Οι ελεύθερες μονάδες χημικής συγγένειας για κάθε άτομο άνθρακα είναι 4. Αυτές χρησιμοποιούνται για την ένωση των ατόμων του άνθρακα μεταξύ τους καθώς επίσης και την ένωση με άτομα άλλου στοιχείου. Οι οργανικές ενώσεις στις οποίες όλα τα άτομα του άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους με απλούς δεσμούς λέγονται κορεσμένες. Αντίθετα, εκείνες στις οποίες δύο τουλάχιστον άτομα άνθρακα συνδέονται με διπλό ή τριπλό δεσμό λέγονται ακόρεστες ενώσεις.
Ανάλογα με τον τρόπο σύνδεσης των ατόμων του άνθρακα στο μόριό τους, οι οργανικές ενώσεις ταξινομούνται σε διάφορες κατηγορίες (βλ. πίνακα).
1. Άκυκλες ή αλειφατικές ή λιπαρές ενώσεις. Είναι οι ενώσεις που περιέχουν στο μόριό τους ανοιχτή αλυσίδα ατόμων άνθρακα.
2. Κυκλικές. Είναι οι ενώσεις που περιέχουν στο μόριό τους κλειστή αλυσίδα ατόμων άνθρακα, που συνήθως λέγεται δακτύλιος. Διαιρούνται στις εξής κατηγορίες:
α) Ισοκυκλικές ή καρβοκυκλικές, όταν ο δακτύλιος αποτελείται μόνο από άτομα άνθρακα. Διακρίνονται σε αρωματικές, όταν περιέχουν στο μόριό τους έναν τουλάχιστο εξαμελή δακτύλιο από άτομα άνθρακα, που συνδέονται μεταξύ τους κατά τελείως ξεχωριστό τρόπο, και σε αλεικυκλικές, που είναι όλες οι υπόλοιπες ισοκυκλικές ενώσεις εκτός των αρωματικών.
β) Ετεροκυκλικές, όταν ο δακτύλιος σχηματίζεται με τη συμμετοχή ενός ή περισσότερων ατόμων άλλου στοιχείου, το οποίο λέγεται ετεροάτομο και που πρέπει να είναι τουλάχιστο δισθενές.
Η μελέτη των περισσότερων ανόργανων ενώσεων τελειώνει με την εύρεση του εμπειρικού μοριακού τύπου τους. Δε συμβαίνει όμως το ίδιο και με τις οργανικές ενώσεις, γιατί, λόγω της πολυπλοκότητας του συνδυασμού των ατόμων του άνθρακα στο μόριό τους, είναι δυνατό στον ίδιο εμπειρικό μοριακό τύπο να αντιστοιχούν όχι σπάνια περισσότερες από μία ενώσεις που διαφέρουν πολύ στις φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Το φαινόμενο αυτό λέγεται ισομέρεια. Υπάρχουν και μερικές ανόργανες ενώσεις που εμφανίζουν το φαινόμενο αυτό, η συχνότητα όμως με την οποία απαντάται το φαινόμενο στις οργανικές ενώσεις είναι κατά πολύ μεγαλύτερη από την αντίστοιχη των ανόργανων ενώσεων.
Το φαινόμενο της ισομέρειας είναι μια χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ οργανικών και ανόργανων χημικών ενώσεων. Άλλες χαρακτηριστικές διαφορές είναι ο αριθμός των ενώσεων, η πολυμέρεια, η ηλεκτρονική δομή, οι χημικές αντιδράσεις κ.ά.
Επίσης, οι οργανικές ενώσεις κατατάσσονται ανάλογα με τη συχνότητα που βρίσκονται σε αυτές διάφορα στοιχεία, εκτός από τον άνθρακα. Έτσι τα στοιχεία διαιρούνται σε τρεις ομάδες: α) υδρογόνο, οξυγόνο, άζωτο, β) αλογόνα, θείο, γ) φωσφόρος, αρσενικό και μέταλλα. Τα στοιχεία της πρώτης ομάδας βρίσκονται συχνότερα στις οργανικές ενώσεις από ό,τι τα στοιχεία των δύο άλλων ομάδων.
Περιοδικός πίνακας. Η διευθέτηση των διάφορων χημικών στοιχείων σε έναν πίνακα, με βάση τον ατομικό αριθμό τους. Οι προσπάθειες για τη συστηματική κατάταξη των χημικών στοιχείων ανάγονται στην εποχή των αλχημιστών. Οι πρώτες, όμως, σοβαρές απόπειρες σημειώθηκαν, όταν έγινε δυνατός ο ακριβής υπολογισμός των ατομικών βαρών των στοιχείων.
Πρώτος ο Γερμανός χημικός Ντέμπεραϊνερ το 1817 κατέταξε ορισμένα γνωστά στοιχεία σε τριάδες κατά τέτοιο τρόπο, ώστε το χημικό ισοδύναμο και οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του μεσαίου στοιχείου να είναι ο μέσος όρος των αντίστοιχων ποσοτήτων της τριάδας. Όταν αργότερα ανακαλύφθηκαν και άλλα στοιχεία με ιδιότητες ανάλογες προς τις ιδιότητες στοιχείων καταταγμένων ήδη σε τριάδες, δημιουργήθηκε η σκέψη ότι δεν είναι απαραίτητο τα στοιχεία να περιορίζονται σε τρία τον αριθμό, αλλά μπορεί να είναι περισσότερα. Η σκέψη αυτή υλοποιήθηκε στον τελλουρικό κοχλία του Μπ. ντε Σανκουρτουά (1862) και στο νόμο των οκτάδων του Νιούλαντς (1863). Ο τελλουρικός κοχλίας ήταν ένας κύλινδρος χωρισμένος σε 16 ίσα μέρη και κάθε μέρος αντιπροσώπευε μία μονάδα ατομικού βάρους. Πάνω στον κύλινδρο αυτό και υπό γωνία 45° προς τις κατακόρυφες γραμμές χαράχτηκε ελικοειδής γραμμή, κάθε πλήρης στροφή της οποίας αντιστοιχούσε σε 16 μονάδες ατομικού βάρους. Πάνω σ’ αυτό το σύστημα τοποθετήθηκαν τα στοιχεία σύμφωνα με το ατομικό τους βάρος και παρατηρήθηκε ότι στην ίδια κατακόρυφο βρίσκονταν στοιχεία με όμοιες ιδιότητες. Αντίθετα ο Νιούλαντς κατέταξε τα στοιχεία σε ομάδες κατά αυξανόμενο ατομικό βάρος και παρατήρησε ότι το 8ο στοιχείο παρουσίαζε ομοιότητες με το πρώτο κ.ο.κ. Αυτό ίσχυε απόλυτα από το λίθιο ως το ασβέστιο, από το οποίο και πέρα παρουσιάζονταν πολλές ατέλειες.
Με το έδαφος προπαρασκευασμένο μ' αυτές τις εργασίες, ο Ρώσος χημικός Μεντελέγιεφ κατέταξε τα στοιχεία σ' έναν πίνακα, ο οποίος και σήμερα ακόμη αποτελεί τη βάση της συστηματικής κατάταξης των στοιχείων. Πρέπει να σημειωθεί ότι την ίδια εποχή στην ίδια κατάταξη κατέληξε και ο Γερμανός χημικός Μέγιερ, βασισμένος στις φυσικές ιδιότητες των στοιχείων και δουλεύοντας ανεξάρτητα από το Μεντελέγιεφ. Σύμφωνα με την ανακοίνωση του Μεντελέγιεφ, που έγινε το 1869, τα στοιχεία κατατάσσονταν κατ' αυξανόμενο ατομικό βάρος σε σειρές που περιείχαν επτά στοιχεία, με αποτέλεσμα τα στοιχεία με ανάλογες ιδιότητες να βρίσκονται στην ίδια στήλη. Αυτή ήταν η βασική αρχή, πάνω στην οποία στηρίχτηκε ο Μεντελέγιεφ και η οποία διατυπώθηκε ως νόμος της περιοδικότητας των στοιχείων ως εξής: «Οι ιδιότητες των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους βάρους». Όπου ο νόμος αυτός δε φαινόταν να επαληθεύεται απόλυτα, ο Μεντελέγιεφ υποστήριξε ότι το ατομικό βάρος του στοιχείου ήταν λανθασμένο και ότι θα έπρεπε να βρίσκεται αλλού, ενώ εκείνη τη θέση έπρεπε να την καταλάβει κάποιο άλλο στοιχείο που δεν είχε ανακαλυφθεί ακόμα (την εποχή εκείνη ήταν γνωστά μόνο 64 στοιχεία). Την τολμηρή αυτή υπόθεση τη συνόδευε με προβλέψεις για το ατομικό βάρος και τις ιδιότητες των στοιχείων. Τα ονόμασε με το όνομα των στοιχείων που βρίσκονταν πάνω από τον κενό χώρο και το πρόθεμα εκα- για το πρώτο κενό, και δβι- για το δεύτερο. Έτσι καθόρισε τα ατομικά βάρη και τις ιδιότητες του εκα-βόριου, του εκα-αργίλιου, του εκα-πυριτίου, εκα-μαγγανίου, δβι-μαγγανίου και εκα-ταντάλιου· η ανακάλυψη των στοιχείων γάλλιου, σκάνδιου, γερμάνιου, τεχνήτιου, ρήνιου και πολώνιου τον δικαίωσαν πλήρως, γεγονός που αποτέλεσε το μεγάλο θρίαμβο του Μεντελέγιεφ.
Εκτός από τις κενές θέσεις το περιοδικό σύστημα του Μεντελέγιεφ είχε και τις εξής καινοτομίες. Κατέτασσε το υδρογόνο στην πρώτη σειρά μόνο του πάνω από το λίθιο. Οι πέντε περίοδοί του αποτελούνταν από δέκα σειρές, εκτός του υδρογόνου, που όριζε μόνο του μία σειρά. Δηλαδή οι δύο πρώτες περίοδοι είχαν από μια σειρά, στις δύο επόμενες η περιοδικότητα στις ιδιότητες ερχόταν σε κάθε δεύτερη σειρά, ενώ η πέμπτη περίοδος είχε τρεις σειρές. Έτσι δημιουργήθηκαν επτά ομάδες χωρισμένες σε δύο υποομάδες η καθεμιά.
Τέλος, κατέταξε τα στοιχεία Fe, Co, Ni, Rn, Rh, Pd, Ir, Pt και Au σε τρεις τριάδες στο τέλος του περιοδικού συστήματος, επειδή είχαν συνεχόμενα ατομικά βάρη και όμοιες ιδιότητες, σχηματίζοντας την όγδοη ομάδα. Ο περιοδικός πίνακας του Μεντελέγιεφ παρέμεινε αναλλοίωτος –αν εξαιρέσουμε τις προσθήκες νέων στοιχείων μεταξύ των οποίων και τα ευγενή αέρια, που αποτέλεσαν ξεχωριστή ομάδα, τη μηδενική–, ώσπου το 1913 ο Βρετανός φυσικός Μόσλεϊ, στηριζόμενος σε πειραματικές μετρήσεις συχνότητας φασμάτων, συμπέρανε ότι: «Υπάρχει μια θεμελιώδης ποσότητα που αυξάνει κανονικά από στοιχείο σε στοιχείο. Η ποσότητα αυτή είναι ο αριθμός των θετικών φορτίων του πυρήνα και συμπίπτει με τον αύξοντα αριθμό του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα». Επομένως οι ιδιότητες γίνονταν τώρα περιοδική συνάρτηση του ατομικού αριθμού. Με βάση τα νέα στοιχεία, οι Ράμσεϊ και Βέρνερ τροποποίησαν τον περιοδικό πίνακα του Μεντελέγιεφ, δημιουργώντας τον εκτεταμένο περιοδικό πίνακα στον οποίο κάθε περίοδος έχει μία σειρά με 2 στοιχεία η πρώτη, με 8 στοιχεία η δεύτερη και τρίτη, και με 18 οι επόμενες τρεις, ενώ η έβδομη περίοδος είναι ασυμπλήρωτη (φτάνει ως το ουράνιο, ενώ περιέχει και στοιχεία που προήλθαν από τεχνητή μεταστοιχείωση, τα γνωστά υπερουράνια στοιχεία).
Στην έκτη και έβδομη περίοδο ανήκουν αντίστοιχα οι λανθανίδες και οι ακτινίδες, σειρές από 14 στοιχεία (της δεύτερης τα 11 τελευταία είναι τα υπερουράνια), που είχαν συνεχόμενους ατομικούς αριθμούς και ίδιες ιδιότητες, δηλαδή ανήκαν, από άποψη ιδιοτήτων, στην ίδια θέση με το λανθάνιο και το ακτίνιο αντίστοιχα και γι' αυτό τοποθετούνται στο τέλος ως παραρτήματα.
Στον εκτεταμένο περιοδικό πίνακα τα στοιχεία ανήκουν σε 7 Α ομάδες και 7 Β που προήλθαν από τον οριστικό διαχωρισμό των υποομάδων του Μεντελέγιεφ. Οι Β ομάδες μαζί με την όγδοη ομάδα, που τώρα βρίσκεται στο κέντρο του περιοδικού πίνακα, αποτελούν τα μεταβατικά στοιχεία, όλα με μεταλλικές ιδιότητες. Επίσης, μεταλλικές ιδιότητες έχουν και τα στοιχεία Ι, IIΑ και IIIΑ ομάδων εκτός του βορίου, καθώς και τα τελευταία στοιχεία των άλλων ομάδων πλην της ομάδας των αλογόνων (VIIΑ) και της ομάδας των ευγενών αερίων, τα στοιχεία της οποίας είναι η κατάληξη κάθε περιόδου.
Σήμερα η θέση κάθε στοιχείου στον περιοδικό πίνακα είναι άμεση συνάρτηση της ηλεκτρονικής του διαμόρφωσης και προδίδει πολλές από τις ιδιότητές του, καθώς και τα σθένη του.
Πετρέλαιο. Ελαιώδες και παχύρρευστο υγρό με καστανό χρώμα, που βρίσκεται σε μεγάλο βάθος κάτω από την επιφάνεια της γης. Έχει χαρακτηριστική οσμή, φθορίζει ελαφρά, είναι αδιάλυτο στο νερό και ελαφρότερο από αυτό, με πυκνότητα 0,79-0,94. Αποτελείται από κορεσμένους κυρίως υδρογονάνθρακες του τύπου των παραφινών ή κυκλικούς, ανάλογα με την προέλευσή του (π.χ. τα αμερικανικά πετρέλαια περιέχουν παραφίνες, ενώ τα ρωσικά κυκλικούς υδρογονάνθρακες). Επίσης, περιέχει σε μικρότερο ποσοστό κυκλικούς υδρογονάνθρακες, όπως π.χ. τα ινδονησιακά πετρέλαια, που αποτελούνται κατά 40% από κυκλικούς υδρογονάνθρακες. Οι υδρογονάνθρακες περιέχουν στο μόριό τους από ένα ως πενήντα άτομα άνθρακα.
Τα κοιτάσματα πετρελαίου βρίσκονται σε βάθος συνήθως 1,5 χλμ. από την επιφάνεια της γης, αν και μερικές φορές πετρέλαιο ανακαλύπτεται και σε βάθη μεγαλύτερα από 7 χλμ. Το πετρέλαιο βρίσκεται σε στεγανούς θυλάκους μέσα σε ιζηματογενή πετρώματα που, σχεδόν πάντα, διατάσσονται παράλληλα σε μεγάλες οροσειρές.
Το πετρέλαιο σχηματίστηκε πριν από τουλάχιστον 10 εκατομμύρια χρόνια, από λείψανα υδρόβιων οργανισμών, παρόμοιων με εκείνους που αποτελούν το πλαγκτόν (μονοκύτταρων ή πολυκύτταρων μικροοργανισμών, όπως τα διάτομα, τα φύκια, διάφορα μαλάκια κτλ.), που ζούσαν σε μικρό βάθος και σε μικρή απόσταση από την ξηρά. Μετά το θάνατό τους οι μικροοργανισμοί αυτοί παρασύρονταν στο βυθό της θάλασσας και σκεπάζονταν από το ίζημα που μετέφεραν τα θαλάσσια ρεύματα στην περιοχή εκείνη, όλο και πιο βαθιά. Σιγά σιγά το υλικό αυτό αποσυντέθηκε και μεταβλήθηκε σε υδρογονάνθρακες. Η μεταβολή αυτή έγινε πιθανόν με τη βοήθεια άλλων μικροοργανισμών (βακτηριδίων) σε συνθήκες πολύ υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας περίπου 250°C. Η ανεύρεση στο πετρέλαιο ουσιών που προέρχονται από την αποσύνθεση της χλωροφύλλης και της αιμίνης, καθώς και άλλων που έχουν άμεση σχέση με τον ενόργανο κόσμο, συνηγορεί υπέρ της θεωρίας αυτής. Τα κοιτάσματα πετρελαίου που έχουν ανακαλυφθεί έχουν σχηματιστεί από την αρχή ακόμα του παλαιοζωικού αιώνα ως και τις πρόσφατες περιόδους του καινοζωικού αιώνα.
Κοιτάσματα πετρελαίου υπάρχουν κυρίως στην περιοχή της Μέσης Ανατολής και της Κασπίας θάλασσας (Περσικός Κόλπος, Σ. Αραβία, Ιράν, Ιράκ, Κουβέιτ, Αζερμπαϊτζάν), όπου εξορύσσεται το μεγαλύτερο ποσοστό της παγκόσμιας παραγωγής, στη Λιβύη, την Αλγερία, τη Νιγηρία, την Ινδονησία, τις ΗΠΑ, τη Βενεζουέλα, το Μεξικό, την Αργεντινή, τη Βόρεια θάλασσα, τη Ρωσία, τη Ρουμανία κ.α.
Το πετρέλαιο ήταν γνωστό από την αρχαιότητα, αλλά έβρισκε περιορισμένες εφαρμογές. Χρησιμοποιούνταν κυρίως ως φωτιστικό μέσο, καθώς επίσης για την ταρίχευση των νεκρών μαζί με την άσφαλτο κτλ. Για πρώτη φορά βιομηχανική εκμετάλλευση έγινε το 1859 στην Πενσιλβάνια των ΗΠΑ, οπότε παραδόθηκαν στο εμπόριο 59.000 τόνοι πετρελαίου.
Στη συνέχεια η πρακτική σημασία ενός πετρελαιοφόρου κοιτάσματος εκφράστηκε σε «βεβαιωμένα αποθέματα», όρος που αναφέρεται στην ποσότητα πετρελαίου που μπορεί να εξαχθεί με οικονομικά συμφέροντες όρους.
Η μέθοδος ανακάλυψης και μεταφοράς πετρελαίου στην επιφάνεια της γης ονομάζεται γεώτρηση. Μία τέτοια εργασία μπορεί να γίνει τόσο στην ξηρά όσο και στη θάλασσα, όταν το κοίτασμα πετρελαίου βρίσκεται κάτω από το βυθό της θάλασσας. Το κύριο όργανο είναι ένα περιστρεφόμενο τρυπάνι που αντικατέστησε ολοκληρωτικά τη «δια κρούσης» γεώτρηση που γινόταν στο παρελθόν. Όσο το τρυπάνι προχωράει σε μεγαλύτερο βάθος, τόσο περισσότερα επιμήκη μεταλλικά τμήματα συνδέονται με αυτό έτσι, ώστε τελικά αποκτά μήκος ίσο με το βάθος όπου βρίσκεται.
Το τρυπάνι, και ολόκληρο το γεωτρητικό σύστημα, περιβάλλεται από ένα σωλήνα, ο οποίος φτάνει έτσι στο βάθος, όπου βρίσκεται το πετρέλαιο που, με τη σειρά του, μπορεί να αντληθεί ως την επιφάνεια της γης ή, αν η πίεση στο βάθος που βρίσκεται είναι αρκετή, να εκσφενδονιστεί έξω με πίεση (εκρηκτικό πηγάδι πετρελαίου). Αν η πίεση είναι χαμηλή, μπορεί να μη γίνει χρήση αναρροφητικής αντλίας, αλλά να προκληθούν εκρήξεις μέσα στο πηγάδι προκειμένου το πετρέλαιο να πιεστεί προς τα πάνω. Επίσης, χρησιμοποιείται υδροχλωρικό οξύ, προκειμένου να αυξήσει τη διαπερατότητα των πετρωμάτων από το πετρέλαιο. Το πετρέλαιο, που συνήθως υπάρχει μαζί με φυσικό αέριο, διαχωρίζεται από εκείνο πριν να αποθηκευτεί και το φυσικό αέριο καίγεται, αν η ποσότητά του δε δικαιολογεί βιομηχανική εκμετάλλευση. Χαρακτηριστικό γνώρισμα του σημείου άντλησης πετρελαίου είναι η ύπαρξη ενός σιδερένιου πύργου (derrick) πάνω από αυτό, παρόμοιου με τις κολόνες ρεύματος υψηλής τάσης, ο οποίος συγκρατεί το γεωτρύπανο ή το σωλήνα άντλησης.
Επειδή οι πετρελαιοπηγές βρίσκονται συνήθως πολύ μακριά από τον τόπο παραλαβής του πετρελαίου, το πετρέλαιο μεταφέρεται με πετρελαιαγωγούς σωλήνες ως το λιμάνι, όπου θα παραληφθεί από τα δεξαμενόπλοια. Εκεί παραμένει προσωρινά αποθηκευμένο σε ειδικές δεξαμενές.
ΔΙΥΛΙΣΙΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ. Το πετρέλαιο, χάρη στη μηχανή εσωτερικής καύσης, έγινε η σημαντικότερη πηγή ενέργειας. Ένα μέρος του πετρελαίου χρησιμοποιείται ακατέργαστο σε μηχανές Ντίζελ πλοίων, αυτοκινήτων κ.ά., καθώς και για θέρμανση. Το μεγαλύτερο, όμως, μέρος του υφίσταται καθαρισμό και κλασματική απόσταξη. Ο καθαρισμός γίνεται με φυσικά και χημικά μέσα για την απομάκρυνση των όξινων και βασικών ουσιών. Η ουδέτερη μάζα που απομένει, δηλαδή οι υδρογονάνθρακες, υποβάλλονται σε κλασματική απόσταξη και διαχωρίζονται ανάλογα με το σημείο βρασμού τους. Όλη αυτή η διαδικασία συστηματικής κατεργασίας, καθαρισμού και απόσταξης, ονομάζεται διύλιση.
Η κατεργασία αυτή έχει ως σκοπό τον αποχωρισμό των κλασμάτων από το πετρέλαιο και την απομάκρυνση μερικών προσμείξεων που περιέχονται σ’ αυτό. Τα διάφορα κλάσματα διαχωρίζονται από το πετρέλαιο με κλασματική απόσταξη, που γίνεται σε ειδικές εγκαταστάσεις, τα διυλιστήρια. Το ακάθαρτο πετρέλαιο εισάγεται μέσα σε υψηλό μεταλλικό πύργο. Μέσα στον πύργο επικρατεί τέτοια θερμοκρασία, ώστε να μπορούν να εξαερωθούν τα πτητικά συστατικά του πετρελαίου. Στην αρχή εκλύονται τα αέρια που είναι διαλυμένα μέσα στο πετρέλαιο και οι περισσότεροι πτητικοί υδρογονάνθρακες, καθώς και τα υγραέρια προπάνιο και βουτάνιο. Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιούνται ως καύσιμη ύλη στη βιομηχανία και στην οικιακή κατανάλωση. Στη συνέχεια, σε θερμοκρασία 40°-100°C αποστάζουν οι ελαφροί διαλύτες (πετρελαϊκός αιθέρας ή γαζολίνη) που βρίσκουν μεγάλη εφαρμογή στα υγρά καθαρισμού και ως διαλύτες στην καθημερινή χρήση. Σε θερμοκρασία 50°-200°C αποστάζει η βενζίνη, που χρησιμοποιείται ως διαλύτης και ως καύσιμο μηχανών εσωτερικής καύσης με σύστημα ανάφλεξης (μπουζί). Σε θερμοκρασία 70°-250°C αποστάζουν τα καύσιμα των αεριωθουμένων (Jet fuels), ενώ στους 200°-300°C αποστάζει το φωτιστικό πετρέλαιο, που χρησιμοποιείται ως φωτιστικό μέσο και ως καύσιμο αεριωθουμένων. Στη θερμοκρασία των 200°-360°C αποστάζει το ακάθαρτο πετρέλαιο (νάφθα), που χρησιμοποιείται ως καύσιμο μηχανών εσωτερικής καύσης χωρίς σύστημα ανάφλεξης (μηχανές Ντίζελ). Σε πολύ υψηλή θερμοκρασία αποστάζει το μαζούτ (ακάθαρτο πετρέλαιο), που χρησιμοποιείται ως καύσιμη ύλη για τη θέρμανση των σπιτιών και ως καύσιμο μηχανών εξωτερικής καύσης και μηχανών Ντίζελ. Σε θερμοκρασία 400°C αποστάζουν τα διάφορα ορυκτέλαια (βαριά έλαια), που είναι χρήσιμα για τη λίπανση των μηχανών. Αν σταματήσουμε την απόσταξη πριν από τους 400°C, εξατμίσουμε αργά το λαμβανόμενο προϊόν και το αποχρωματίσουμε με ζωικό άνθρακα, παίρνουμε τη βαζελίνη, η χρήση της οποίας ως λιπαντικού και ως συστατικού διάφορων φαρμακευτικών προϊόντων είναι ευρεία. Με τη στερεά παραφίνη, που προκύπτει αν ψυχτούν τα ορυκτέλαια σε θερμοκρασία κάτω του μηδενός, παρασκευάζονται τα κεριά, ενώ η υγρή παραφίνη (προϊόν ανώτερων κλασμάτων του πετρελαίου) χρησιμεύει πολύ στη φαρμακευτική.
Με την απομάκρυνση της βαζελίνης και της παραφίνης απομένει η άσφαλτος, που χρησιμεύει στην επίστρωση των οδών, στην προφύλαξη των ξύλων από σάπισμα και ως μονωτικό.
Τα συστατικά που εξαερώνονται ανεβαίνουν προς το πάνω μέρος του πύργου και υγροποιούνται σε διάφορα ύψη, συγκρατούμενα σε ειδικούς δίσκους. Τα περισσότερο πτητικά συστατικά ανεβαίνουν ως την κορυφή του πύργου, όπου επικρατεί χαμηλότερη θερμοκρασία, ενώ τα λιγότερο πτητικά συστατικά υγροποιούνται χαμηλότερα. Κατ' αυτό τον τρόπο γίνεται ο διαχωρισμός των συστατικών του πετρελαίου.
Το αργό πετρέλαιο προτού μπει στον πύργο καθαρίζεται με αραιό θειικό οξύ ή με υγρό διοξείδιο του θείου. Στη συνέχεια διαβιβάζονται σ' αυτό αραιά διαλύματα αλκαλίων για να απομακρυνθεί το Η2SΟ4 ή το SΟ2 και, τέλος, ξεπλένεται με νερό. Τα διάφορα κλάσματα που προκύπτουν μετά την κλασματική απόσταξη (διύλιση) καθαρίζονται με οξέα, αλκάλια και νερό, εφόσον δεν είχε γίνει καθαρισμός του αργού πετρελαίου, πριν να περάσει αυτό στον πύργο.
Οι οργανικές ενώσεις του πετρελαίου λέγονται γενικά «πετροχημικά». Η βιομηχανία των πετροχημικών ασχολείται με την πυρόλυση των ανώτερων κλασμάτων του πετρελαίου για την παρασκευή βενζίνης. Κατά την πυρόλυση του πετρελαίου λαμβάνονται: υδρογόνο, μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, αιθυλένιο, βενζόλιο, βουταδιένιο και πολλοί άλλοι αρωματικοί και μη υδρογονάνθρακες. Από τις παραπάνω ενώσεις, και με κατάλληλη χημική επεξεργασία, λαμβάνονται: αλκοόλη, ισοπροπυλική αλκοόλη, γλυκερίνη, ακετόνη και άλλες ενώσεις. Κατ' αυτό τον τρόπο, αναπτύχθηκαν πάρα πολύ οι βιομηχανίες των πλαστικών υλών, των τεχνητών υφαντικών υλών, των φαρμάκων, του καουτσούκ κτλ. Σ' όλες αυτές τις βιομηχανίες πρώτη ύλη είναι το πετρέλαιο, με αποτέλεσμα να είναι σήμερα ένα από τα πιο πολύτιμα αγαθά του ορυκτού πλούτου.
Πετροχημεία.Η παρασκευή προϊόντων από πρώτες ύλες που εξάγονται από το πετρέλαιο, δηλαδή από κορεσμένους και ακόρεστους υδρογονάνθρακες.
Το μείγμα των υδρογονανθράκων που αποτελούν το πετρέλαιο χωρίζεται με κλασματική απόσταξη (βλ. λ. πετρέλαιο) και παραλαμβάνονται μείγματα κορεσμένων και ακόρεστων υδρογονανθράκων με τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα. Στη συνέχεια, τα μείγματα αυτά χωρίζονται σε κορεσμένους και ακόρεστους υδρογονάνθρακες με την επίδραση θειικού οξέος. Το θειικό οξύ συγκρατεί τους ακόρεστους με μορφή εστέρων, ενώ οι κορεσμένοι, στη συνέχεια, είναι εύκολο να απομακρυνθούν. Οι θειικοί εστέρες αποδίδουν πάλι ακόρεστους υδρογονάνθρακες ή χρησιμοποιούνται αυτούσιοι στην πετροχημική βιομηχανία. Οι κορεσμένοι χρησιμοποιούνται σε μικρότερη κλίμακα.
Η πετροχημεία εμφανίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1920 με την αξιοποίηση των αερίων που προέκυπταν από την πυρόλυση (βλ. λ. πετρέλαιο). Ωστόσο, μόνο μετά το β’ παγκόσμιο πόλεμο εφαρμόστηκε σε μεγάλη κλίμακα, οπότε απέκτησε τεράστια σημασία, εκτεταμένη εφαρμογή και απεριόριστες δυνατότητες. Το φάσμα των προϊόντων της περιλαμβάνει υφάσματα, καλλυντικά, ελαστικά, πλαστικά, απορρυπαντικά, διαλυτικά χρωμάτων, λιπάσματα κτλ. Ένα μέρος των προϊόντων αυτών παρασκευάζεται στις μονάδες πετρελαιοβιομηχανίας, αλλά τα περισσότερα από άλλες βιομηχανίες, στις οποίες η πετρελαιοβιομηχανία παρέχει απλώς τις πρώτες ύλες. Αξίζει να σημειωθεί ότι στην πετροχημεία δε χρησιμοποιείται παρά ένα μικρό μέρος του συνόλου της κατανάλωσης πετρελαίου. Χαρακτηριστικό, επίσης, της σημασίας της πετροχημείας είναι το γεγονός ότι περίπου το μισό της παγκόσμιας παραγωγής ελαστικού είναι συνθετικό, το οποίο κατά μεγάλο μέρος παράγεται από το πετρέλαιο.
Επειδή το πετρέλαιο δεν αποτελείται από μόρια ενός μόνο τύπου, αλλά είναι μείγμα πολλών και διάφορων ειδών, παρέχει τη δυνατότητα παρασκευής μίας τεράστιας ποικιλίας προϊόντων που έχουν συνήθως εντελώς διαφορετικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, παρέχει πυρασφαλή προϊόντα, λιπαντικά και αντιοξειδωτικά έλαια βαρύτερα από το νερό, ουσίες μικρής ευαισθησίας στις μεταβολές της θερμοκρασίας κτλ.
Η βιομηχανία συνθετικού ελαστικού παραλαμβάνει από το πετρέλαιο τις περισσότερες από τις πρώτες ύλες της και τα προϊόντα της πολλές φορές υπερέχουν σε σχέση με το φυσικό ελαστικό. Ένας τέτοιος τύπος συνθετικού ελαστικού δεν προσβάλλεται από οξέα. Η ιδιότητά του αυτή το κάνει εξαιρετικά χρήσιμο για την κατασκευή σωλήνων, περιβλημάτων, επενδύσεων δαπέδων και άλλων ειδών που ενδεχομένως έρχονται σε επαφή με οξέα. Ένα άλλο συνθετικό ελαστικό, που έχει ως πρώτη ύλη το βουτυλένιο, χρησιμοποιείται για την κατασκευή σαμπρελών, καθώς επίσης και εξωτερικών ελαστικών τροχών. Διατηρεί τον αέρα περίπου δέκα φορές περισσότερο από ό,τι το κοινό λάστιχο και δε χρειάζεται φούσκωμα παρά τρεις ή τέσσερις φορές το χρόνο.
Καλλυντικά και φαρμακευτικά προϊόντα, όπως κρέμες, λοσιόν, κραγιόν, αρώματα, αλοιφές κτλ., περιέχουν συστατικά που παρέχονται από το πετρέλαιο. Συνθετικά υφάσματα, όπως το νάιλον και το ντάκρον, συνθετικά δέρματα, ολόκληρη η τεράστια κλίμακα των προϊόντων που ονομάζονται «πλαστικά» αποτελούν προϊόντα της πετροχημικής βιομηχανίας.
Τέλος, μερικά χημικά προϊόντα, που η παρασκευή τους ανήκε στο κεφάλαιο της ανόργανης χημείας, σήμερα παρασκευάζονται στο πλαίσιο της πετροχημικής βιομηχανίας. Ένα τέτοιο προϊόν είναι το θειικό οξύ, για την παραγωγή του οποίου, ως πρώτη ύλη, χρησιμοποιείται φυσικό αέριο ή πετρέλαιο με μεγάλη περιεκτικότητα υδρόθειου.
Μεγάλη σπουδαιότητα για τη βιομηχανία πλαστικών έχουν οι υδρογονάνθρακες της σειράς του αιθυλενίου (ολεφίνες) του τύπου ακόρεστοι, δηλαδή CνΗ2ν, που έχουν ένα διπλό δεσμό. Έτσι, το αιθυλένιο, το πρώτο μέλος της σειράς (C2Η4), παθαίνει πολυμερισμό με παρουσία του φωσφορικού οξέος ως καταλύτη. Τα προϊόντα που λαμβάνονται έχουν μεγάλο μοριακό βάρος. Μέσω ενδιάμεσων οξειδωμένων προϊόντων λαμβάνονται άλλες κατηγορίες πλαστικών και συνθετικών υφασμάτων, όπως είναι το ντάκρον.
Το δεύτερο μέλος της σειράς των ολεφινών, το προπυλένιο, χρησιμεύει ως πρώτη ύλη για άλλη κατηγορία πλαστικών, αφού επίσης υποστεί πολυμερισμό. Τα δύο ισομερή τρίτα μέλη της σειράς, τα βουτυλένια, χρησιμεύουν μεταξύ άλλων για την παρασκευή ενός τύπου συνθετικού καουτσούκ.
Από την ομόλογη σειρά των υδρογονανθράκων με δύο διπλούς δεσμούς, το βουταδιένιο χρησιμεύει σε μεγαλύτερη κλίμακα από το βουτυλένιο στην παρασκευή του συνθετικού καουτσούκ, καθώς και στην παρασκευή νάιλον.
Το ακετυλένιο, το πρώτο μέλος της σειράς των ακόρεστων υδρογονανθράκων με έναν τριπλό δεσμό, χρησιμεύει ως πρώτη ύλη για την παρασκευή ενός τύπου συνθετικού καουτσούκ, καθώς επίσης για πλαστικά και συνθετικές υφαντικές ίνες.
Οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες χρησιμοποιούνται και αυτοί στην πετροχημεία και ή παραλαμβάνονται από το πετρέλαιο ή παρασκευάζονται από τους άκυκλους υδρογονάνθρακες που αυτό περιέχει.

No comments:

Post a Comment