Уксусная кислота
Уксусная кислота | |||
---|---|---|---|
![]() | |||
![]() | |||
Общие | |||
Систематическое наименование |
Этановая кислота | ||
Сокращения | Уксус | ||
Традиционные названия | Уксусная кислота | ||
Хим. формула | CH3COOH | ||
Физические свойства | |||
Состояние | Жидкость | ||
Молярная масса | 60,05 г/моль | ||
Плотность | 1,0492 г/см³ | ||
Поверхностное натяжение | 27,1 мН/м[4], 24,61 мН/м[4] и 22,13 мН/м[4] | ||
Динамическая вязкость |
1,056 мПа·с[5], 0,786 мПа·с[5], 0,599 мПа·с[5] и 0,464 мПа·с[5] | ||
Энергия ионизации | 10,66 эВ[1][6] | ||
Термические свойства | |||
Температура | |||
• плавления | 16,75 °C | ||
• кипения | 118,1 °C | ||
• вспышки | 103 ℉[1] и 39 ± 6 °C[2] | ||
• самовоспламенения | 427 °C[3] | ||
Пределы взрываемости |
4 об.%[1] | ||
Критическая точка | 321,6 °C, 5,79 МПа | ||
Мол. теплоёмк. | 123,4 Дж/(моль·К) | ||
Энтальпия | |||
• образования | −487 кДж/моль | ||
Давление пара | 1466,55 Па[1], 10 кПа[7] и 100 кПа[7] | ||
Химические свойства | |||
Константа диссоциации кислоты | 4,76 (Ka=1,75*10-5) | ||
Оптические свойства | |||
Показатель преломления | 1,372 | ||
Структура | |||
Дипольный момент | 1,74 Д | ||
Классификация | |||
Рег. номер CAS | 64-19-7 | ||
PubChem | 176 и 21980959 | ||
Рег. номер EINECS |
200-580-7 | ||
SMILES | |||
InChI | |||
Кодекс Алиментариус | E260 | ||
RTECS | AF1225000 | ||
ChEBI | 15366 | ||
Номер ООН | 2789 | ||
ChemSpider | 171 | ||
Безопасность | |||
Пиктограммы ECB |
![]() |
||
NFPA 704 | |||
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
![]() |
У́ксусная кислота́ (эта́новая кислота,
При стандартных условиях уксусная кислота — это одноосновная карбоновая кислота, представляющая собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом.
Соли и сложные эфиры уксусной кислоты называются ацета́тами.
История
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/71/Acetic_acid_1884_plant.jpg/150px-Acetic_acid_1884_plant.jpg)
Уксус является продуктом брожения вина и известен человеку с давних времен.
Первое упоминание о практическом применении уксусной кислоты относится к III веку до н. э. Греческий учёный
В VIII веке арабский алхимик Джабир ибн Хайян впервые изложил способы получения уксуса.
Во времена
Свойства уксусной кислоты меняются в зависимости от содержания в ней
В 1847 году немецкий химик Адольф Кольбе впервые синтезировал уксусную кислоту из неорганических материалов. Последовательность превращений включала в себя хлорирование сероуглерода до тетрахлорметана с последующим пиролизом до тетрахлорэтилена. Дальнейшее хлорирование в воде привело к трихлоруксусной кислоте, которая после электролитического восстановления превратилась в уксусную кислоту[10].
В конце XIX — начале XX века большую часть уксусной кислоты получали перегонкой древесины. Основным производителем уксусной кислоты являлась Германия — в 1910 году ею было произведено более 10 тысяч тонн кислоты, причем около 30 % этого количества было израсходовано на производство красителя индиго[8][11].
Физические свойства
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/19/AceticAcid010.png/141px-AceticAcid010.png)
Уксусная кислота — это одноосно́вная карбоновая кислота, представляющая собой бесцветную жидкость с характерным резким запахом и кислым вкусом. Гигроскопична. Смешивается с водой в любых соотношениях, а также со многими растворителями; в уксусной кислоте хорошо растворимы неорганические соединения и газы, такие как HF, HCl, HBr, HI и другие. В растворах и парах присутствует в виде циклических и линейных димеров[12].
Абсолютная уксусная кислота называется ледяной, так как при замерзании образует льдовидную массу. Способ получения ледяной уксусной кислоты в 1789 году открыл российский химик немецкого происхождения Товий Егорович Ловиц.
Давление паров (в мм. рт. ст. ):
|
Температура(°C) |
---|---|
10 | 17,1 |
40 | 42,4 |
100 | 62,2 |
400 | 98,1 |
560 | 109 |
1520 | 143,5 |
3800 | 180,3 |
- Относительная диэлектрическая проницаемость: 6,15 (+20 °C)
- Динамическая вязкостьжидкостей и газов (в мПа·с): 1,155 (+25,2 °C); 0,79 (+50 °C)
- Поверхностное натяжение: 27,8 мН/м (+20 °C)
- Удельная теплоёмкость при постоянном давлении: 2,01 Дж/г·K (+17 °C)
- Стандартная энергия Гиббса образования ΔfG0 (298 К, кДж/моль): −392,5 (ж)
- Стандартная энтропия образования ΔfS0 (298 К, Дж/моль·K): 159,8 (ж)
- Энтальпия плавления ΔHпл: 11,53 кДж/моль
- Температура вспышки в воздухе: +38 °C
- Температура самовоспламенения на воздухе: 454 °C
- Теплота сгорания: 876,1 кДж/моль
Уксусная кислота образует двойные азеотропные смеси со следующими веществами.
Вещество | tкип, °C | массовая доля уксусной кислоты |
---|---|---|
четырёххлористый углерод
|
76,5 | 3 % |
циклогексан | 81,8 | 6,3 % |
бензол | 88,05 | 2 % |
толуол | 104,9 | 34 % |
гептан | 91,9 | 33 % |
трихлорэтилен | 86,5 | 4 % |
этилбензол | 114,65 | 66 % |
о-ксилол
|
116 | 76 % |
п-ксилол
|
115,25 | 72 % |
бромоформ | 118 | 83 % |
- Уксусная кислота образует тройные азеотропные смеси
- с водой и бензолом (tкип +88 °C);
- с водой и бутилацетатом (tкип +89 °C).
- Криоскопическая постоянная: 3,6 К кг/моль
Получение
В промышленности
Ранними промышленными методами получения уксусной кислоты были окисление
Ацетальдегид окислялся в присутствии ацетата марганца(II) при повышенной температуре и давлении. Выход уксусной кислоты составлял около 95 % при температуре +50—+60 °С.
Окисление н-
Оба метода основаны на окислении продуктов
Каталитическое карбонилирование метанола
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/88/Monsanto-process-catalytic-cycle.png/300px-Monsanto-process-catalytic-cycle.png)
Важным способом промышленного синтеза уксусной кислоты является каталитическое карбонилирование метанола монооксидом углерода[14], которое происходит по формальному уравнению:
Реакция карбонилирования метанола была открыта учеными фирмы BASF в 1913 году. В 1960 году эта компания запустила первый завод, производящий уксусную кислоту этим методом[15]. Катализатором превращения служил йодид кобальта. Метод заключался в барботировании монооксида углерода при температуре 180 °С и давлениях 200—700 атм через смесь реагентов. Выход уксусной кислоты составляет 90 % по метанолу и 70 % по СО. Одна из установок была построена в Гейсмаре (шт. Луизиана) и долго оставалась единственным процессом BASF в США[16].
Усовершенствованная реакция синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола была внедрена исследователями фирмы Monsanto в 1970 году[17][18]. Это гомогенный процесс, в котором используются соли родия в качестве катализаторов, а также йодид-ионы в качестве промоторов. Важной особенностью метода является большая скорость, а также высокая селективность (99 % по метанолу и 90 % по CO)[13].
Этим способом получают чуть более 50 % всей промышленной уксусной кислоты[19].
В процессе фирмы BP в качестве катализаторов используются соединения иридия.
Биохимический способ производства
При биохимическом производстве уксусной кислоты используется способность некоторых микроорганизмов окислять
Реакция
Химические свойства
Уксусная кислота обладает всеми свойствами карбоновых кислот и иногда рассматривается как их наиболее типичный представитель (в отличие от муравьиной кислоты, которая обладает некоторыми свойствами альдегидов). Связь между водородом и кислородом карбоксильной группы (−COOH) карбоновой кислоты является сильно полярной, вследствие чего эти соединения способны легко диссоциировать и проявляют кислотные свойства.
В результате диссоциации уксусной кислоты образуется ацетат-ион CH3COO− и протон H+. Уксусная кислота является слабой одноосновной кислотой со значением pKa в водном растворе равным 4,75. Раствор с концентрацией 1,0
На слабой диссоциации уксусной кислоты в водном растворе основана
![Циклический димер уксусной кислоты; штрихами показаны водородные связи.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/23/Acetic_acid_cyclic_dimer.png/160px-Acetic_acid_cyclic_dimer.png)
Исследования показывают, что в кристаллическом состоянии молекулы образуют димеры, связанные водородными связями[23].
Уксусная кислота способна взаимодействовать с активными металлами. При этом выделяется водород и образуются соли — ацетаты:
Уксусная кислота может хлорироваться действием газообразного хлора. При этом образуется хлоруксусная кислота:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/39/Acetic_acid_organic_reactions-ru.svg/400px-Acetic_acid_organic_reactions-ru.svg.png)
Этим путём могут быть получены также дихлоруксусная (CHCl2COOH) и трихлоруксусная (CCl3COOH) кислоты.
Уксусная кислота может быть восстановлена до этанола действием алюмогидрида лития. Она также может быть превращена в хлорангидрид действием тионилхлорида. Натриевая соль уксусной кислоты декарбоксилируется при нагревании со щелочью, что приводит к образованию метана и карбоната натрия.
Взаимодействует как с растворимыми гидроксидами (щелочами), так и с нерастворимыми гидроксидами
Уксусная кислота в биохимии организмов
Уксусная кислота образуется в живых организмах в процессе
Применение
Уксусную кислоту, концентрация которой близка к 100 %, называют «ледяной». 70—80%-й водный раствор уксусной кислоты называют «уксусной эссенцией», а 3—15%-й — «уксусом»[24]. Водные растворы уксусной кислоты используются в пищевой промышленности (пищевая добавка E260) и бытовой кулинарии, а также в консервировании и для избавления от накипи. Однако количество уксусной кислоты, используемой в качестве уксуса, очень мало, по сравнению с количеством уксусной кислоты, используемой в крупнотоннажном химическом производстве.
Уксусную кислоту применяют для получения лекарственных и душистых веществ, таких как растворитель (например, в производстве ацетилцеллюлозы, ацетона). Она используется в книгопечатании и крашении.
Уксусная кислота используется как реакционная среда для проведения окисления различных органических веществ. В лабораторных условиях это, например, окисление
Поскольку пары уксусной кислоты обладают резким раздражающим запахом, возможно её применение в медицинских целях в качестве замены нашатырного спирта для выведения больного из обморочного состояния (что является нежелательным, если только это необходимо для его эвакуации из опасного места его собственными силами).
Токсикология
Безводная уксусная кислота — едкое вещество. Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе составляет 0,06 мг/м3, в воздухе рабочих помещений — 5 мг/м3[12][25]. Порог восприятия запаха уксусной кислоты в воздухе по данным[12],[26] составляет 300—500 мг/м3 (то есть в 100 раз превышает ПДК).
Местное действие уксусной кислоты на биологические ткани зависит от степени её разбавления водой. Опасными считаются растворы, в которых концентрация кислоты превышает 30 %[12]. Концентрированная уксусная кислота способна вызывать химические ожоги, инициирующие развитие коагуляционных некрозов прилегающих тканей различной протяженности и глубины[27].
Токсикологические свойства уксусной кислоты не зависят от способа, которым она была получена[28]. Смертельная разовая доза составляет примерно 20 мл (при энтеральном приёме в перерасчёте на 100 % кислоту).
Последствиями приёма внутрь концентрированной уксусной кислоты являются тяжёлый ожог слизистой оболочки полости рта,
В качестве первой помощи при приёме уксусной кислоты внутрь следует выпить большое количество жидкости. Вызов рвоты является крайне опасным, так как вторичное прохождение кислоты по пищеводу усугубит ожог, также кислое содержимое может попасть в дыхательные пути. Допускается в целях нейтрализации кислоты и защиты слизистой приём
При ингаляционном отравлении парами требуется ополоснуть слизистые водой или 2 % раствором
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0002.html
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics (англ.) / W. M. Haynes — 95 — Boca Raton: CRC Press, 2014. — P. 16—19. — ISBN 978-1-4822-0868-9
- ↑ http://www.cdc.gov/niosh/ipcsneng/neng0363.html
- ↑ 1 2 3 CRC Handbook of Chemistry and Physics (англ.) / W. M. Haynes — 95 — Boca Raton: CRC Press, 2014. — P. 6—182. — ISBN 978-1-4822-0868-9
- ↑ 1 2 3 4 CRC Handbook of Chemistry and Physics (англ.) / W. M. Haynes — 95 — Boca Raton: CRC Press, 2014. — P. 6—232. — ISBN 978-1-4822-0868-9
- ↑ David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
- ↑ 1 2 CRC Handbook of Chemistry and Physics (англ.) / W. M. Haynes — 95 — Boca Raton: CRC Press, 2014. — P. 6—95. — ISBN 978-1-4822-0868-9
- ↑ 1 2 3 Martin, Geoffrey. Industrial and Manufacturing Chemistry (неопр.). — Part 1, Organic. — London: Crosby Lockwood, 1917. — С. 330—31.
- ↑ Acetic acid - New World Encyclopedia (англ.). www.newworldencyclopedia.org. Дата обращения: 9 июля 2023. Архивировано 9 июля 2023 года.
- ↑ Goldwhite, Harold. Short summary of the career of the German organic chemist, Hermann Kolbe (англ.) // New Haven Section Bull. Am. Chem. Soc. : journal. — 2003. — September (vol. 20, no. 3). Архивировано 4 марта 2009 года.
- 29 мая 2009 года.
- ↑ 1 2 3 4 Уксусная кислота . Дата обращения: 8 сентября 2009. Архивировано 5 июня 2008 года.
- ↑ 1 2 3 Реутов О. А. Органическая химия. — М.: Изд-во МГУ, 1999. — Т. 4.
- ↑ Advances in Organometallic Chemistry . Дата обращения: 3 октября 2017. Архивировано 17 сентября 2014 года.
- ↑ Acetic Acid Production and Manufacturing Process . Дата обращения: 13 сентября 2009. Архивировано 6 октября 2009 года.
- ↑ Б. Лич. Катализ в промышленности. Том 1. — Москва: Мир, 1986. — 324 с.
- ↑ U.S. Patent 3 769 329
- ↑ Патент США
- ↑ Экологический фактор, или Окружающая среда как стимул эволюции промышленной химии . Дата обращения: 11 сентября 2009. Архивировано 28 января 2010 года.
- ↑ Кандидат биологических наук Н. Кустова. Уксус. Что это такое и как его делают . Интернет-ресурс «Всякая всячина». Дата обращения: 2 сентября 2010. Архивировано из оригинала 20 октября 2009 года.
- ↑ Биотехнология органических кислот и белковых препаратов: Учебное пособие (недоступная ссылка)
- ↑ Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. § 8. Реакции ионного обмена // Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. — 7-е изд. — М.: Просвещение, 1976. — С. 15—18. — 2 350 000 экз.
- .
- ↑ Уксус — статья из Большой советской энциклопедии.
- ↑ (Роспотребнадзор). № 2400. Этановая кислота (уксусная кислота) // ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» / утверждены А.Ю. Поповой. — Москва, 2018. — С. 162. — 170 с. — (Санитарные правила). Архивировано 12 июня 2020 года.
- ISSN 1424-1307. цитируется по: Odor Threshold Values Архивная копия от 11 июля 2020 на Wayback Machinep. 73.
- ↑ Уксусная кислота : Медицинский портал Eurolab . Дата обращения: 8 сентября 2009. Архивировано 15 декабря 2010 года.
- ↑ www.textra-vita.com/technology Глава 17. Уксусная кислота 7. Токсиколого-гигиеническая оценка . Дата обращения: 16 мая 2011. Архивировано из оригинала 25 мая 2012 года.