МУРАШИНА КИСЛОТА (HCOOH): СТРУКТУРА, ВИКОРИСТАННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ - ХІМІЯ - 2025

Мурашиної кислоти або метановий кислоти є найпростішим і найменшим з усіх органічних сполук кислот. Він також відомий як метанова кислота, молекулярною формулою якої є HCOOH, що має лише один атом водню, пов'язаний з атомом вуглецю. Його назва походить від слова Formica, що є латиною для мурашника.

Природознавці XV століття встановили, що певні види комах (форміциди), такі як мурахи, терміти, бджоли та жуки, виділяють цю сполуку, що відповідає за їх болісні укуси. Так само ці комахи використовують мурашину кислоту як механізм нападу, оборони та хімічної сигналізації.

Мурахи і жуки виділяють мурашину кислоту

У них є отруйні залози, які виділяють цю та інші кислоти (наприклад, оцтову кислоту) як спрей назовні. Мурашина кислота сильніше, ніж оцтова кислота (CH ₃ COOH); тому, розчиняючись у рівних кількостях у воді, мурашина кислота утворює розчини з меншими значеннями рН.

Англійському природознавцю Джону Рею вдалося виділити мурашину кислоту в 1671 році, відігнавши її від великої кількості мурашок.

З іншого боку, перший успішний синтез цієї сполуки був здійснений французьким хіміком і фізиком Джозефом Гей-Люссаком, використовуючи синильну кислоту (HCN) в якості реагенту.

Де це знаходиться?

Мурашина кислота може бути присутнім на земному рівні, як компонент біомаси або в атмосфері, бере участь у широкому спектрі хімічних реакцій; Його можна навіть знайти під землею, всередині нафти або в газоподібній фазі на її поверхні.

За біомасою комахи та рослини є основними генераторами цієї кислоти. При спалюванні викопного палива вони утворюють газоподібну мурашину кислоту; отже, двигуни транспортних засобів виділяють мурашину кислоту в атмосферу.

Однак на Землі живуть непомірна кількість мурашок, і серед усіх них вони здатні виробляти в тисячі разів кількість мурашиної кислоти, що утворюється людською промисловістю за один рік. Так само лісові пожежі являють собою газоподібні джерела мурашиної кислоти.

Вище в складній атмосферній матриці відбуваються фотохімічні процеси, що синтезують мурашину кислоту.

У цей момент багато летких органічних сполук (ЛОС) руйнуються під дією ультрафіолетового випромінювання або окислюються за допомогою механізмів вільнорадикальних ОН. Багата і складна атмосфера хімії на сьогоднішній день є переважним джерелом мурашиної кислоти на планеті.

Будова

Верхнє зображення ілюструє структуру димеру фазової кислоти газової фази. Білі сфери відповідають атомам водню, червоні - атомам кисню, а чорні - атомам вуглецю.

У цих молекулах можна побачити дві групи: гідроксил (-OH) і формил (-CH = O), обидві здатні утворювати водневі зв’язки.

Ці взаємодії мають тип O-HO, гідроксильні групи є донорами Н, а формильні групи - донорами О.

Однак Н, приєднаний до атома вуглецю, не має цієї здатності. Ці взаємодії дуже сильні, і через бідний електроном атом Н водень у групі ОН є більш кислим; тому цей водень додатково стабілізує мости.

В результаті сказаного мурашина кислота існує як димер, а не як окрема молекула.

Кристалічна структура

Коли температура падає, димер орієнтує водневі зв'язки, щоб створити найбільш стійку структуру, можливу разом з іншими димерами, створюючи таким чином нескінченні ланцюги α і β мурашиної кислоти.

Ще одна номенклатура - це конформери "cis" та "trans". У цьому випадку "cis" використовується для позначення груп, орієнтованих в одному напрямку, а "trans" для цих груп у протилежних напрямках.

Наприклад, у ланцюзі α формильні групи "вказують" на ту саму сторону (зліва), на відміну від β ланцюга, де ці формильні групи вказують на протилежні сторони (верхнє зображення).

Ця кристалічна структура залежить від фізичних змінних, що діють на неї, таких як тиск і температура. Таким чином, ланцюги конвертовані; тобто за різних умов ланцюг «цис» може бути перетворений у «транс» ланцюг, і навпаки.

Якщо тиск піднімається до різкого рівня, ланцюги стискаються досить, щоб вважатись кристалічним полімером мурашиної кислоти.

Властивості

- Мурашина кислота - це рідина кімнатної температури, безбарвна і з сильним і проникаючим запахом. Має молекулярну масу 46 г / моль, плавиться при 8,4 ° С і температура кипіння на 100,8 ° С вище, ніж у води.

- Він змішується у воді та в полярних органічних розчинниках, таких як ефір, ацетон, метанол та етанол.

- З іншого боку, в ароматичних розчинниках (таких як бензол і толуол) він мало розчинний, оскільки мурашина кислота навряд чи має атом вуглецю в своїй структурі.

- Він має pKa 3,77, більш кислотний, ніж оцтова кислота, що можна пояснити, оскільки метильна група сприяє електронній щільності до атома вуглецю, окисленого двома оксигенами. Це призводить до незначного зниження кислотності протона (CH ₃ COOH, HCOOH).

- депротонованої кислота, вона стає НИМ ^- формат аніон , який може делокалізует негативний заряд між двома атомами кисню. Отже, він є стабільним аніоном і пояснює високу кислотність мурашиної кислоти.

Реакції

Мурашина кислота може бути зневоднена до оксиду вуглецю (СО) та води. У присутності платинових каталізаторів він також може розкладатися на молекулярний водень та вуглекислий газ:

HCOOH (l) → H ₂ (g) + CO ₂ (g)

Ця властивість дозволяє мурашину кислоту вважати безпечним способом зберігання водню.

Програми

Харчова та сільськогосподарська промисловість

Незважаючи на те, наскільки шкідливою може бути мурашина кислота, її використовують у достатній концентрації як консервант у їжі завдяки антибактеріальній дії. З тієї ж причини його використовують у сільському господарстві, де він також має пестицидну дію.

Він також має консервативну дію на пасовищах, що допомагає запобігти газовам кишечника у племінних тварин.

Текстильна та взуттєва промисловість

Він використовується в текстильній промисловості при фарбуванні та рафінуванні текстилю, будучи, мабуть, найчастішим використанням цієї кислоти.

Мурашина кислота використовується в обробці шкіри завдяки її знежирювальній дії та при видаленні волосся цього матеріалу.

Безпека дорожнього руху на дорогах

Крім зазначених промислових цілей, похідні мурашиної кислоти (формати) застосовуються у Швейцарії та Австрії на дорогах протягом зими, щоб зменшити ризик аварій. Таке лікування є більш ефективним, ніж використання звичайної солі.

Список літератури

1. Теллус (1988). Атмосферна мурашина кислота від мурашиних мурашок: попередня оцінка408, 335-339.
2. Б. Міллет та ін. (2015). Джерела та раковини атмосферної мурашиної кислоти. Атмос. Хім. Фіз., 15, 6283-6304.
3. Вікіпедія. (2018). Мурашина кислота. Отримано 7 квітня 2018 року з: en.wikipedia.org
4. Акіпедія. Мурашина кислота. Отримано 7 квітня 2018 року з: acipedia.org
5. Д-р Н. К. Патель. Модуль: 2, Лекція: 7. Мурашина кислота. Отримано 7 квітня 2018 року з: nptel.ac.in
6. Ф. Гончаров, MR MR Манаа, Дж. М. Зауг, Л. Фрід, В. Б. Монтгомері. (2014). Полімеризація мурашиної кислоти під високим тиском.
7. Жан і Фред. (14 червня 2017 р.). Терміти, що залишають кургани. . Відновлено з: flickr.com
8. Мішель Беннінгфілд. (2016 р., 21 листопада). Використання мурашиної кислоти. Отримано 7 квітня 2018 року з: ehowenespanol.com