Історія, структура, властивості, виробництво, використання оцтової кислоти

The оцтова кислота являє собою безбарвну органічну рідину, хімічна формула якої є CH₃COOH. При розчиненні у воді ви отримуєте добре відому суміш під назвою оцет, яка використовується як добавка в їжу протягом тривалого часу. Оцет являє собою водний розчин оцтової кислоти з приблизною концентрацією 5%.

Як випливає з назви, це кислотна сполука, і тому оцет представляє значення рН нижче 7. У присутності його ацетату вона являє собою буферну систему, ефективну для регулювання рН між 2,76 і 6.76; тобто, підтримує рН в межах цього інтервалу до помірного додавання підстави або кислоти.

Її формули достатньо, щоб зрозуміти, що вона утворена об'єднанням метильної групи (СН₃) і карбоксильної групи (COOH). Після мурашиної кислоти HCOOH є однією з найпростіших органічних кислот; яка також є кінцевою точкою багатьох процесів ферментації.

Таким чином, оцтова кислота може бути отримана шляхом аеробної та анаеробної бактеріальної ферментації, а шляхом хімічного синтезу - процес карбонилирования метанолу, який є основним механізмом його виробництва.

Окрім повсякденного використання в якості збагачення салатів, в промисловості вона являє собою сировину для виробництва ацетату целюлози, полімеру, який використовується для виготовлення фотоплівки. Додатково оцтова кислота використовується в синтезі полівінілацетату, використовуваного при виготовленні клею для деревини.

Коли оцет дуже концентрований, він більше не називається таким і називається крижаною оцтовою кислотою. У цих концентраціях, хоча вона є слабкою кислотою, вона дуже корозійна і може викликати подразнення шкіри та дихальних шляхів, просто дихаючи поверхнево. Льодяна оцтова кислота знаходить застосування в якості розчинника в органічному синтезі.

Індекс

• 1 Історія
  • 1.1 1800
  • 1,2 1900
• 2 Структура оцтової кислоти
• 3 Фізико-хімічні властивості
  • 3.1 Хімічні назви
  • 3.2 Молекулярна формула
  • 3.3 Фізичний вигляд
  • 3.4 Запах
  • 3.5 Смак
  • 3.6 Точка кипіння
  • 3.7 Температура плавлення
  • 3.8 Точка спалаху
  • 3.9 Розчинність у воді
  • 3.10 Розчинність в органічних розчинниках
  • 3.11 Щільність
  • 3.12 Щільність пари
  • 3.13 Тиск пари
  • 3.14 Декомпозиція
  • 3.15 В'язкість
  • 3.16 Корозійна активність
  • 3.17 Теплота згоряння
  • 3.18 Теплота пароутворення
  • 3,19 рН
  • 3.20 Поверхневий натяг
  • 3,21 pKa
  • 3.22 Хімічні реакції
• 4 Виробництво
  • 4.1 Окисне або аеробне бродіння
  • 4.2 Анаеробна ферментація
  • 4.3 Карбонилирование метанолу
  • 4.4 Окислення ацетальдегіду
• 5 Використання
  • 5.1 Промисловий
  • 5.2 В якості розчинника
  • 5.3 Лікарі
  • 5.4 У їжі
• 6 Посилання

Історія

Чоловік, що належить до багатьох культур, використовував ферментацію численних фруктів, бобових, злакових тощо, для отримання алкогольних напоїв, продукт перетворення цукрів, таких як глюкоза, в етанолі, СН₃CH₂OH.

Напевно, тому, що початковим методом виробництва спирту і оцту є бродіння, можливо, намагаючись виробляти алкоголь у невизначений час, багато століть тому оцту отримували помилково. Зверніть увагу на схожість між хімічними формулами оцтової кислоти і етанолу.

Вже в третьому столітті до нашої ери грецький філософ Феофаст описав дію оцту на метали для виробництва пігментів, таких як свинцево-білий.

1800

У 1823 році була створена команда в Німеччині, у вигляді вежі для аеробного бродіння різних продуктів, з метою оцтової кислоти у вигляді оцту..

У 1846 році Герман Фоельбе вперше досягнув синтез оцтової кислоти за рахунок використання неорганічних сполук. Синтез розпочався з хлорування сірковуглецю і після двох реакцій завершився електролітичним відновленням до оцтової кислоти.

Наприкінці ХІХ - початку ХХ століття, завдяки дослідженням Дж. Вейцмана, почали використовувати бактерію Clostridium acetobutylicum для виробництва оцтової кислоти за допомогою анаеробного бродіння.

1900

На початку 20-го століття домінуючою технологією було одержання оцтової кислоти окисленням ацетальдегіду.

У 1925 році Генрі Дрейфус з британської компанії Celanese спроектував експериментальну установку для карбонилирования метанолу. Згодом, в 1963 році, німецька компанія BASF представила використання кобальту в якості каталізатора.

Отто Хроматка і Генріх Ебнер (1949) розробили танк із системою агітації і подачі повітря для аеробного бродіння, призначеного для виробництва оцту. Ця реалізація, з деякими адаптаціями, все ще використовується.

У 1970 році північноамериканська компанія Montsanto використовувала систему каталізаторів на основі родію для карбонилирования метанолу.

Згодом компанія BP в 1990 році вводить процедуру Cativa з використанням іридієвого каталізатора з тією ж метою. Цей метод виявився більш ефективним і менш екологічно агресивним, ніж метод Монсанто.

Структура оцтової кислоти

Структура оцтової кислоти, представлена ​​моделлю сфер і брусків, показана на верхньому зображенні. Червоні сфери відповідають атомам кисню, які в свою чергу належать до карбоксильної групи, -COOH. Тому він являє собою карбонову кислоту. З правого боку структури ми маємо метильну групу -CH₃.

Як видно, це дуже маленька і проста молекула. Вона має постійний дипольний момент через групу -СООН, яка також дозволяє послідовно утворювати дві водневі зв'язки оцтовою кислотою..

Саме ці мости просторово орієнтують молекули СН₃СООН утворює димери в рідкому (і газоподібному) стані.

Вгору на зображенні ми бачимо, як розташовані дві молекули для утворення двох водневих зв'язків: O-H-O і O-H-O. Для випаровування оцтової кислоти необхідно достатньо енергії для розриву цих взаємодій; саме тому вона є рідиною з температурою кипіння вище, ніж температура води (приблизно 118 ° C).

Фізико-хімічні властивості

Хімічні назви

Кислота:

-Оцтовий

-Ethanoic

-Етил

Молекулярна формула

C₂H₄O₂ або СН₃COOH.

Зовнішній вигляд

Безбарвна рідина.

Запах

Характеристика акрів.

Смак

Горіння.

Точка кипіння

244 ºF до 760 мм рт. Ст. (117,9 ºC).

Точка плавлення

61,9 ºF (16,6 ºC).

Точка запалювання

112 ° F (відкрита чашка) 104 ° F (закрита чашка).

Розчинність у воді

10⁶ мг / мл при 25 ºC (воно змішується у всіх пропорціях).

Розчинність в органічних розчинниках

Розчинний у етанолі, етиловому ефірі, ацетоні та бензолі. Він також розчинний у чотирихлористому вуглеці.

Щільність

1,051 г / см³ при 68º F (1,044 г / см³ при 25 ° С).

Щільність пари

2,07 (щодо повітря = 1).

Тиск пари

15,7 мм рт.ст. при 25 ºC.

Розкладання

При нагріванні до більш ніж 440 ° С він розкладається з утворенням діоксиду вуглецю і метану.

В'язкість

1,056 мПаскаль при 25 ºC.

Корозивність

Льодовикова оцтова кислота має високу корозійну активність, і прийом всередину може викликати серйозні травми стравоходу та пілоруса у людини..

Теплота згоряння

874,2 кДж / моль.

Випаровування тепла

23.70 кДж / моль при 117,9 ºC.

23,36 кДж / моль при 25,0 ° С.

рН

-Розчин 1 М концентрації має рН 2,4

- Для 0,1М розчину його рН становить 2,9

- І 3,4, якщо рішення 0,01М

Поверхневий натяг

27,10 мН / м при 25 ºC.

pKa

4.76 до 25 ° С.

Хімічні реакції

Оцтова кислота є корозійною для багатьох металів, що виділяє газ Н₂ і утворення солей металів під назвою ацетати. За винятком ацетату хрому (II) ацетати розчиняються у воді. Його реакція з магнієм представлена ​​наступним хімічним рівнянням:

Mg (s) + 2 CH₃СООН (ag) => (СН₃COO)₂Mg (ag) + H₂ (g)

Шляхом відновлення оцтової кислоти утворюється етанол. Він також може утворювати оцтовий ангідрид за рахунок втрати води з двох молекул води.

Виробництво

Як зазначено вище, ферментація продукує оцтову кислоту. Ця ферментація може бути аеробною (в присутності кисню) або анаеробною (без кисню).

Окисне або аеробне бродіння

Бактерії роду Acetobacter можуть діяти на етанол або етиловий спирт, виробляючи його окислення до оцтової кислоти у вигляді оцту. Оцет з концентрацією 20% оцтової кислоти може бути отриманий цим способом.

Ці бактерії здатні виробляти оцет, який діє на різні матеріали, які включають різні фрукти, ферментовані бобові, солод, злаки, такі як рис або інші овочі, які містять або можуть виробляти етиловий спирт.

Хімічна реакція, полегшена бактеріями роду Acetobacter, полягає в наступному:

CH₃CH₂OH + O₂       => CH₃COOH + H₂O

Окислювальну ферментацію проводять в резервуарах з механічним перемішуванням і з подачею кисню.

Анаеробна ферментація

Вона заснована на здатності деяких бактерій виробляти оцтову кислоту, діючи безпосередньо на цукру, не вимагаючи проміжних продуктів для виробництва оцтової кислоти..

C₆H₁₂O₆      => 3CH₃COOH

Бактерія, що бере участь у цьому процесі, є Clostridium acetobutylicum, який здатний втручатися в синтез інших сполук, крім оцтової кислоти..

Ацетогенні бактерії можуть продукувати оцтову кислоту, діючи на молекули, утворені тільки одним атомом вуглецю; таке є метанол і монооксид вуглецю.

Анаеробна ферментація дешевша, ніж окисна ферментація, але має обмеження, що бактерії роду Clostridium є мало стійкими до кислотності. Це обмежує його здатність виробляти оцет з високою концентрацією оцтової кислоти, як це досягається при окислювальному бродінні..

Металація метанолу

Метанол може реагувати з монооксидом вуглецю з отриманням оцтової кислоти в присутності каталізаторів

CH₃OH + CO => CH₃COOH

Використовуючи йодометан в якості каталізатора, карбонилирование метанолу відбувається в три стадії: \ t

На першій стадії гидридная кислота (HI) вступає в реакцію з метанолом, виробляючи йодометан, який реагує на другому етапі з оксидом вуглецю, утворюючи з'єднання йод ацетальдегід (СН)₃МОК). Далі CH₃COI гідратують для одержання оцтової кислоти і регенерують HI.

Процес Monsanto (1966) є способом виготовлення оцтової кислоти шляхом каталітичного карбонилирования метанолу. Розвивається при тиску від 30 до 60 атм, при температурі 150-200 ºC і з використанням каталітичної системи родію..

Процес Монсанто був значною мірою замінений процесом Cativa (1990), розробленим компанією BP Chemicals LTD, яка використовує іридієвий каталізатор. Цей процес є більш дешевим і менш забруднюючим.

Окислення ацетальдегіду

Таке окислення вимагає металевих каталізаторів, таких як нафтенати, солі марганцю, кобальт або хром.

2 CH₃CHO + O₂     => 2 СН₃COOH

Окислення ацетальдегіду може мати дуже високий вихід, який може досягати 95% з відповідними каталізаторами. Побічні продукти реакції відокремлюють від оцтової кислоти перегонкою.

Після способу карбонилирования метанолу окислення ацетальдегіду є другою формою у відсотках від промислового виробництва оцтової кислоти..

Використання

Промисловий

-Оцтова кислота реагує з етиленом у присутності кисню з утворенням вінілацетатного мономеру, в якості каталізатора реакції використовується паладій. Вінілацетат полімеризується в полівінілацетаті, який використовується як компонент фарб і адгезивного матеріалу.

-Реагує з різними спиртами для виробництва ефірів, включаючи етилацетат і пропілацетат. Ацетатні ефіри використовуються в якості розчинників для фарб, нітроцелюлози, покриттів, лаків і акрилових лаків.

-Конденсацією двох молекул оцтової кислоти, втрачаючи одну молекулу молекули, утворюється оцтовий ангідрид, CH₃CO-O-COCH₃. Це з'єднання бере участь у синтезі ацетату целюлози, полімеру, який являє собою синтетичну тканину, і використовується при виробництві фотографічних плівок.

В якості розчинника

-Це полярний розчинник, здатний утворювати водневі зв'язки. Він здатний розчиняти полярні сполуки, такі як неорганічні солі і цукру, але також розчиняє неполярні сполуки, такі як масла і жири. Крім того, оцтова кислота змішується з полярними і неполярними розчинниками.

-Змішуваність оцтової кислоти в алканах залежить від розширення ланцюга: коли довжина ланцюга алканів зростає, то змішуваність її з оцтовою кислотою зменшується.

Лікарі

-Розбавлена ​​оцтова кислота використовується як антисептик, застосовується місцево, з можливістю атакувати бактерії, такі як стрептококи, стафілококи і псевдомонади. Завдяки цій дії він застосовується при лікуванні шкірних інфекцій.

-Оцтову кислоту використовують в ендоскопії стравоходу Барретта. Це стан, при якому стравохідна оболонка змінюється, стаючи схожою на вистилку тонкої кишки.

-Гель 3% оцтової кислоти, здається, є ефективним допоміжним засобом для лікування вагінальним препаратом Мізопростол, що викликає медичний аборт у середньому триместрі, особливо у жінок з вагінальним рН 5 або більше..

-Застосовується як замінник хімічного відшарування. Проте при такому застосуванні виникли ускладнення, оскільки було повідомлено про щонайменше один випадок опіків, які зазнав пацієнт..

У їжу

Оцет використовувався як приправа та ароматизатор для продуктів харчування протягом тривалого часу, тому це найбільш відоме застосування оцтової кислоти..

Список літератури

1. Byju's (2018). Що таке етанова кислота? Отримано з: byjus.com
2. PubChem. (2018). Оцтова кислота. Отримано з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Вікіпедія. (2018). Оцтова кислота. Отримано з: en.wikipedia.org
4. Хімічна книга. (2017). Оцтова кислота льодяна. Отримано з: chemicalbook.com
5. Оцтова кислота: що це таке і для чого вона? Отримано з: acidoacetico.info
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 червня 2018). Що таке льодовикова оцтова кислота? Отримано з: thoughtco.com