ОЦТОВА КИСЛОТА: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Оцтова кислота або оцтова кислота являє собою органічну безбарвна рідина , що має в хімічну формулу СН ₃ СООН. При розчиненні у воді виходить добре відома суміш під назвою оцет, яка використовується як добавка в їжу вже давно. Оцет - водний розчин оцтової кислоти з концентрацією приблизно 5%.

Як видно з назви, це кислотна сполука, і тому в оцті значення pH нижче 7. У присутності його ацетатної солі він являє собою буферну систему, ефективну для регулювання рН між 2,76 і 6,76; тобто він підтримує рН у межах цього діапазону при помірних добавках основи або кислоти.

Джерело: Піксабай

Його формули достатньо, щоб усвідомити, що вона утворюється об'єднанням метильної групи (СН ₃ ) і карбоксильної групи (СООН). Після мурашиної кислоти HCOOH є однією з найпростіших органічних кислот; що також є кінцевою точкою багатьох процесів бродіння.

Таким чином, оцтову кислоту можна отримати шляхом аеробної та анаеробної бактеріальної ферментації та хімічного синтезу, головним механізмом її виробництва є процес карбонілювання метанолу.

Окрім щоденного використання в якості заправки для салатів, у промисловості він являє собою сировину для отримання ацетату целюлози - полімеру, який використовується для виготовлення фотоплівки. Крім того, оцтова кислота використовується в синтезі полівінілацетату, що використовується при виготовленні клею для деревини.

Коли оцет став висококонцентрованим, його вже не називають таким і називають льодовиковою оцтовою кислотою. У цих концентраціях, навіть якщо це слабка кислота, вона є дуже корозійною і може викликати подразнення шкіри та дихання лише при неглибокому диханні. Льодовикова оцтова кислота знаходить застосування як розчинник в органічних синтезах.

Історія

Людина, що належить до багатьох культур, використовувала бродіння багатьох фруктів, бобових, зернових тощо для отримання алкогольних напоїв, продуктів перетворення цукрів, таких як глюкоза, в етанол, CH ₃ CH ₂ OH.

Можливо, тому, що початковим способом виробництва спирту та оцту є бродіння, можливо, намагання виробляти спирт у невизначений час, багато століть тому оцет був отриманий помилково. Зазначимо схожість між хімічними формулами оцтової кислоти та етанолу.

Ще в 3 столітті до нашої ери грецький філософ Феофаст описав дію оцту на метали для отримання пігментів, таких як свинцевий білий.

1800 рік

У 1823 році в Німеччині було сконструйовано баштове обладнання для аеробного бродіння різних продуктів, щоб отримати оцтову кислоту у вигляді оцту.

У 1846 році Герман Фольбе вперше досяг синтезу оцтової кислоти за допомогою використання неорганічних сполук. Синтез починався з хлорування сірководню і закінчувався після двох реакцій електролітичним відновленням до оцтової кислоти.

В кінці ХІХ - на початку ХХ століття, завдяки дослідженню Дж. Вайцмана, бактерія Clostridium acetobutylicum почала використовуватися для виробництва оцтової кислоти шляхом анаеробного бродіння.

1900 рік

На початку 20 століття домінуючою технологією було виробництво оцтової кислоти шляхом окислення ацетальдегіду.

У 1925 році Генрі Дрейфус з британської компанії Celanese сконструював пілотну установку для карбонілювання метанолу. Пізніше, в 1963 році, німецька компанія BASF представила використання кобальту як каталізатора.

Отто Громатка та Генріх Ебнер (1949) сконструювали резервуар із системою перемішування та подачею повітря для аеробного бродіння, призначений для виробництва оцту. Цей пристрій з деякими пристосуваннями все ще використовується.

У 1970 році північноамериканська компанія Montsanto застосувала каталітичну систему на основі родію для карбонілювання метанолу.

Пізніше компанія BP в 1990 році ввела процес Cativa із застосуванням іридієвого каталізатора з тією ж метою. Цей метод виявився більш ефективним та менш екологічно агресивним, ніж метод Монтанто.

Структура оцтової кислоти

Джерело: Піксабай

На верхньому зображенні показана структура оцтової кислоти, представлена ​​моделлю сфер і брусків. Червоні сфери відповідають атомам кисню, які, в свою чергу, належать до карбоксильної групи –СООН. Тому це карбонова кислота. У правій частині структури знаходиться метильна група –CH ₃ .

Як видно, це дуже маленька і проста молекула. Він представляє постійний дипольний момент завдяки групі –COOH, яка також дозволяє оцтовій кислоті утворювати два водневі зв’язки послідовно.

Саме ці мости просторово орієнтують молекули CH ₃ COOH для формування димерів у рідкому (і газоподібному) стані.

Джерело: Піксабай

Вище на зображенні ви бачите, як дві молекули розташовані так, щоб утворювати два водневі зв’язки: OHO та OHO. Для випаровування оцтової кислоти необхідно забезпечити достатню кількість енергії для розриву цих взаємодій; тому це рідина з температурою кипіння, що перевищує температуру води (приблизно 118 ° C).

Фізичні та хімічні властивості

Хімічні назви

Кислота:

-Оцтовий

-Етаноїчні

-Етил

Молекулярна формула

C ₂ H ₄ O ₂ або CH ₃ COOH.

Зовнішність

Безбарвна рідина.

Запах

Характерний акр.

Смак

Горіння

Точка кипіння

Від 244 ° F до 760 мм рт.ст. (117,9 ° C).

Точка плавлення

(16,6 ° C) 61,9 ° F.

точка займання

112ºF (відкрита чашка) 104ºF (закрита чашка).

Розчинність у воді

10 ⁶ мг / мл при температурі 25 ° С (це можна змішувати у всіх пропорціях).

Розчинність в органічних розчинниках

Він розчинний у етанолі, етиловому ефірі, ацетоні та бензолі. Він також розчинний у тетрахлориді вуглецю.

Щільність

1,051 г / см ³ при 68 ° F (1,044 г / см ³ при 25 ° C).

Щільність пари

2,07 (щодо повітря = 1).

Тиск пари

15,7 мм рт.ст. при 25 ° С.

Розкладання

При нагріванні вище 440 ° C він розкладається, утворюючи вуглекислий газ і метан.

В'язкість

1,056 мПаскаль при 25 ° С.

Корозійність

Льодовикова оцтова кислота є дуже корозійною і її прийом всередину може спричинити важкі ураження стравоходу та пілорусу у людини.

Теплота горіння

874,2 кДж / моль.

Тепло випаровування

23,70 кДж / моль при 117,9 ° С.

23,36 кДж / моль при 25,0 ° С.

рН

Концентраційний розчин 1 М має pH 2,4

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

- І 3,4, якщо розчин 0,01М

Поверхневе натягнення

27,10 мН / м при 25 ° С.

pKa

4,76 при 25 ст.

Хімічні реакції

Оцтова кислота є корозійною для багатьох металів, виділяючи газ ₂ і утворюючи солі металів, які називаються ацетатами. За винятком ацетату хрому (II), ацетати розчинні у воді. Його реакція з магнієм представлена ​​наступним хімічним рівнянням:

Mg (s) + 2 CH ₃ COOH (ag) => (CH ₃ COO) ₂ Mg (ag) + H ₂ (g)

За рахунок відновлення оцтова кислота утворює етанол. Він також може утворювати оцтовий ангідрид від втрати води з двох молекул води.

Виробництво

Як було сказано раніше, при бродінні утворюється оцтова кислота. Це бродіння може бути аеробним (за наявності кисню) або анаеробним (без кисню).

Окислювальне або аеробне бродіння

Бактерії роду Acetobacter можуть діяти на етанолі або етиловому спирті, викликаючи його окислення до оцтової кислоти у вигляді оцту. За цим методом можна отримати оцет з концентрацією 20% оцтової кислоти.

Ці бактерії здатні виробляти оцет, діючи на різноманітні вхідні речовини, які включають різні фрукти, ферментовані бобові, солод, крупи, такі як рис або інші овочі, які містять або можуть виробляти етиловий спирт.

Хімічна реакція, яку сприяють бактерії роду Acetobacter, полягає в наступному:

CH ₃ CH ₂ OH + O ₂ => CH ₃ COOH + H ₂ O

Окислювальне бродіння здійснюється в резервуарах з механічним перемішуванням і подачею кисню.

Анаеробне бродіння

Він заснований на здатності деяких бактерій виробляти оцтову кислоту, діючи безпосередньо на цукри, не вимагаючи проміжних продуктів для отримання оцтової кислоти.

C ₆ H ₁₂ O ₆ => 3CH ₃ COOH

Бактерія, яка втручається в цей процес, - це Clostridium acetobutylicum, який здатний втручатися в синтез інших сполук, окрім оцтової кислоти.

Ацетогенні бактерії можуть виробляти оцтову кислоту, діючи на молекули, що складаються лише з одного атома вуглецю; такий випадок з метанолом і оксидом вуглецю.

Анаеробне бродіння дешевше, ніж окислювальне бродіння, але воно має обмеження, що бактерії роду Clostridium не дуже стійкі до кислотності. Це обмежує його здатність виробляти оцет з високою концентрацією оцтової кислоти, як це досягається при окислювальному бродінні.

Карбонілювання метанолу

Метанол може вступати в реакцію з оксидом вуглецю з утворенням оцтової кислоти в присутності каталізаторів

CH ₃ OH + CO => CH ₃ COOH

Використовуючи йодометан в якості каталізатора, карбонілювання метанолу відбувається в три стадії:

На першій стадії гідройодова кислота (HI) вступає в реакцію з метанолом, утворюючи йодометан, який реагує на другій стадії з оксидом вуглецю, утворюючи сполуку йоду ацетальдегід (CH ₃ COI). Потім CH ₃ COI гідратується для отримання оцтової кислоти та регенерації HI.

Процес «Монсанто» (1966) - це спосіб оцтової кислоти методом каталітичного карбонілювання метанолу. Він розробляється при тиску від 30 до 60 атм, при температурі 150-200 ° С і з використанням системи родієвого каталізатора.

Процес Монсанто значною мірою був витіснений процесом Cativa (1990), розробленим BP Chemicals LTD, який використовує каталізатор іридію. Цей процес дешевший і менш забруднює.

Окислення ацетальдегіду

Для цього окислення потрібні металеві каталізатори, такі як нафтенати, солі марганцю, кобальт або хром.

2 CH ₃ CHO + O ₂ => 2 CH ₃ COOH

Окислення ацетальдегіду може мати дуже високий вихід, який може досягати 95% за допомогою відповідних каталізаторів. Побічні продукти реакції відокремлюють від оцтової кислоти дистиляцією.

Після методу карбонілювання метанолу окислення ацетальдегіду є другою формою у відсотках від промислового виробництва оцтової кислоти.

Програми

Промислові

-Оцтова кислота реагує з етиленом у присутності кисню з утворенням мономеру вінілацетату, використовуючи паладій як каталізатор реакції. Вінілацетат полімеризується до полівінілацетату, який використовується як компонент у фарбах та клейкому матеріалі.

-Взаємодіє з різними спиртами з отриманням складних ефірів, включаючи етилацетат та пропілацетат. Ацетатні ефіри використовують як розчинники для фарб, нітроцелюлози, покриттів, лаків та акрилових лаків.

-При конденсації двох молекул оцтової кислоти, втрачаючи одну молекулу молекули, утворюється оцтовий ангідрид, CH ₃ CO-O-COCH ₃ . Ця сполука бере участь у синтезі ацетату целюлози - полімеру, який становить синтетичну тканину і використовується у виробництві фотоплівки.

Як розчинник

-Це полярний розчинник із здатністю утворювати водневі зв’язки. Він здатний розчиняти полярні сполуки, такі як неорганічні солі та цукри, але він також розчиняє неполярні сполуки, як олія та жири. Крім того, оцтова кислота може змішуватися з полярними та неполярними розчинниками.

-Змішуваність оцтової кислоти в алканах залежить від розширення їх ланцюга: зі збільшенням довжини алканового ланцюга зменшується його змішуваність з оцтовою кислотою.

Лікарі

-Розмінена оцтова кислота використовується як антисептик, застосовується місцево, з здатністю атакувати такі бактерії, як стрептококи, стафілококи та псевдомонаси. Завдяки цій дії його застосовують при лікуванні шкірних інфекцій.

-Оцтова кислота використовується в ендоскопії стравоходу Баретта. Це стан, при якому змінюється оболонка стравоходу, стаючи схожою на оболонку тонкої кишки.

- 3% -ний гель оцтової кислоти виявляється ефективним допоміжним засобом для лікування вагінальним препаратом Мізопростол, спричиняючи медичний аборт у середньому триместрі, особливо у жінок з вагінальним рН 5 і більше.

-Використовується як замінник хімічного відлущування. Однак ускладнення виникли при такому застосуванні, оскільки було зареєстровано хоча б один випадок опіку, який отримав пацієнт.

У їжу

Оцет давно використовується як приправа та ароматизатор до їжі, саме тому це найвідоміше застосування оцтової кислоти.

Список літератури

1. Б'юджу. (2018). Що таке етанова кислота? Відновлено з: byjus.com
2. PubChem. (2018). Оцтова кислота. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Вікіпедія. (2018). Оцтова кислота. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Хімічна книга. (2017). Льодовикова оцтова кислота. Відновлено з: chemicalbook.com
5. Оцтова кислота: що це таке і для чого це? Відновлено з: acidoacetico.info
6. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (22 червня 2018 р.). Що таке льодовикова оцтова кислота? Відновлено з: thinkco.com