Fizikalna svojstva mravlje i octene kiseline. Karboksilne kiseline

Godine 1670. engleski botaničar i zoolog John Ray (1627.-1705.) izveo je neobičan pokus. U posudu je stavio crvene šumske mrave, ulio vodu, zagrijao je do vrenja i kroz posudu pustio mlaz vruće pare. Ovaj proces kemičari nazivaju destilacijom parom i naširoko se koristi za izolaciju i pročišćavanje mnogih organski spojevi. Nakon što se para kondenzirala, Rey je dobio vodenu otopinu novog kemijskog spoja. Izložio se i stoga je nazvan mravlja kiselina (moderni naziv je metan). Nazivi soli i estera metanske kiseline - formati - također su povezani s mravima (latinski formica - "mrav").

Naknadno su entomolozi - stručnjaci za insekte (od grčkog "entokon" - "kukac" i "logos" - "učenje", "riječ") utvrdili da ženke i radni mravi imaju otrovne žlijezde u trbuhu koje proizvode kiselinu. Šumski mrav ima otprilike 5 mg. Kiselina insektima služi kao oružje za obranu i napad. Gotovo da nema osobe koja nije doživjela njihove ugrize. Osjećaj jako podsjeća na opekotinu od koprive, jer se mravlje kiseline nalazi i u najfinijim dlačicama ove biljke. Kada prodru kroz kožu, otkidaju se i njihov sadržaj bolno peče.

Mravlja kiselina se također nalazi u pčelinjem otrovu, borovim iglicama, gusjenicama dudovog svilca, au malim količinama nalazi se u raznim plodovima, organima, tkivima te životinjskim i ljudskim izlučevinama. U 19. stoljeću mravlja kiselina (u obliku natrijeve soli) dobivena je umjetnim putem djelovanjem ugljičnog monoksida (II) na vlagu pri povišenoj temperaturi: NaOH + CO = HCOONa. Obrnuto, pod utjecajem koncentrirane mravlje kiseline razgrađuje se uz oslobađanje plina: HCOOH = CO + H 2 O. Ova se reakcija koristi u laboratoriju za dobivanje čistog. Kad se natrijeva sol mravlje kiseline - natrijev format - jako zagrije, dolazi do potpuno drugačije reakcije: ugljikovi atomi dviju molekula kiseline kao da su umreženi i nastaje natrijev oksalat - sol oksalne kiseline: 2HCOONa = NaOOC- COONa + H 2.

Važna razlika između mravlje kiseline i drugih je u tome što ona, poput Janusa s dva lica, ima i svojstva kiseline i ugljikovog atoma koji je dio aldehidne skupine H-CO-. Stoga mravlja kiselina reducira srebro iz svojih otopina - daje reakciju "srebrnog zrcala", koja je karakteristična za aldehide, ali nije karakteristična za kiseline. U slučaju mravlje kiseline, ovu reakciju, što je također neobično, prati oslobađanje ugljičnog dioksida kao rezultat oksidacije organska kiselina(mravlji) u anorganski (ugljen), koji je nestabilan i razlaže se: HCOOH + [O] = HO-CO-OH = CO 2 + H 2 O.

Mravlja kiselina je najjednostavnija, a ujedno i najjača karboksilna kiselina, deset puta jača od octene kiseline. Kada je njemački kemičar Justus Liebig prvi put dobio bezvodnu mravlju kiselinu, pokazalo se da je to vrlo opasan spoj. U dodiru s kožom ne samo da peče, već je i doslovno otapa ostavljajući rane koje teško zacjeljuju. Kako se prisjeća Liebigov suradnik Karl Vogt (1817.-1895.), on je do kraja života imao ožiljak na ruci - rezultat "eksperimenta" koji je proveo zajedno s Liebigom. I nije iznenađujuće - kasnije je otkriveno da bezvodna mravlja kiselina čak otapa najlon, najlon i druge polimere koji ne podnose razrijeđene otopine drugih kiselina i lužina.

Mravlja kiselina našla je neočekivanu primjenu u proizvodnji takozvanih teških tekućina - vodenih otopina u kojima ni kamenje ne tone. Geolozima su takve tekućine potrebne za razdvajanje minerala po gustoći. Otapanjem metala u 90% otopini mravlje kiseline dobiva se talij format HCOOTl. Ova sol je kruto stanje, možda nije rekorder po gustoći, ali se odlikuje iznimno visokom topljivošću: 0,5 kg (!) talij formata može se otopiti u 100 g vode sobne temperature. Za zasićenu vodenu otopinu gustoća varira od 3,40 g/cm 3 (pri 20 o C) do 4,76 g/cm 3 (pri 90 o C). Otopina smjese talij formata i talij malonata, soli malonske kiseline CH 2 (COOTl) 2, ima još veću gustoću.

Kada se otope (u težinskom omjeru 1:1) u minimalna količina vode nastaje tekućina jedinstvene gustoće: 4,324 g/cm 3 pri 20 o C, a pri 95 o C gustoća otopine može se povećati do 5,0 g/cm 3. Barit (teški spar), kvarc, korund, malahit pa čak i granit plutaju u takvoj otopini!

Mravlja kiselina ima jaka baktericidna svojstva. Stoga se njegove vodene otopine koriste kao konzervans za hranu, au paru dezinficiraju posude s hranom (uključujući bačve za vino) i uništavaju pčelinje grinje. Slaba vodeno-alkoholna otopina mravlje kiseline (mravlji alkohol) upotrebljava se u medicini za utrljavanje.

Fizikalna i termodinamička svojstva

U normalnim uvjetima, mravlja kiselina je bezbojna tekućina.

Svojstva mravlje kiseline
Molekulska masa 46,03 amu
Temperatura topljenja 8,25 °C
Temperatura vrenja 100,7 °C
Topljivost Topljiv u acetonu, benzenu, glicerinu, toluenu
Gustoća ρ 1,2196 g/cm³ (na 20 °C)
Tlak pare 120 mm. Hg Umjetnost. (na 50 °C)
Indeks loma 1,3714

(temperaturni koeficijent indeksa loma 3,8 10 -4, vrijedi u temperaturnom području 10-30°C)

Standardna entalpija stvaranja ΔH −409,19 kJ/mol (l) (pri 298 K)
Standardna Gibbsova energija stvaranja G −346 kJ/mol (l) (pri 298 K)
Standardna entropija formacije S 128,95 J/mol K (l) (pri 298 K)
Standardni molarni toplinski kapacitet C str 98,74 J/mol K (l) (pri 298 K)
Entalpija taljenja ΔH pl 12,72 kJ/mol
Entalpija vrenja ΔH vri 22,24 kJ/mol
Toplina izgaranja -ΔH° 298 (konačne tvari CO 2, H 2 O) 254,58 kJ/mol
Gustoća vodenih otopina mravlje kiseline pri 20 °C
Maseni sadržaj HCOOH, % 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 22 26 30
ρ, g/cm³ 1,0020 1,0045 1,0094 1,0142 1,0197 1,0247 1,0297 1,0346 1,0394 1,0442 1,0538 1,0634 1,0730
Vrelište pri tlaku ispod atmosferskog
Tlak, kPa (mm Hg) 0,133(1) 0,667(5) 1,333(10) 2,666(20) 5,333(40)
T kip, °C −20,0 (kr.) −5,0 (kr.) +2,1 (cr.) 10,3 24,0
Tlak, kPa (mm Hg) 7,999(60) 13,333(100) 26,66(200) 53,33(400) 101,32(760)
T kip, °C 32,4 43,8 61,4 80,3 100,7
Integralna toplina otopine na 25 °C
Broj molova H 2 O po 1 molu HCOOH m, mol HCOOH po 1 kg H2O -ΔH m, kJ/mol
1 55,51 0,83
2 27,75 0,87
3 18,50 0,79
4 13,88 0,71
5 11,10 0,67
6 9,25 0,62
8 6,94 0,58
10 5,55 0,56
15 3,70 0,55
20 2,78 0,55
30 1,85 0,56
40 1,39 0,57
50 1,11 0,60
75 0,740 0,65
100 0,555 0,66
0,0000 0,71

Priznanica

1. Kao nusproizvod u proizvodnji octene kiseline oksidacijom butana u tekućoj fazi.

Ovo je glavna industrijska metoda, koja se provodi u dvije faze: u prvoj fazi, ugljični monoksid pod tlakom od 0,6-0,8 MPa prolazi kroz natrijev hidroksid zagrijan na 120-130 ° C; u drugoj fazi, natrijev format se tretira sumpornom kiselinom i proizvod se destilira pod vakuumom.

HCOOH →(t)CO + H2O

Biti u prirodi

U prirodi se mravlja kiselina nalazi u borovim iglicama, koprivi, voću, kaustičnim izlučevinama pčela i mrava (u potonjima prvi put otkrivena u 17. stoljeću, otuda i naziv).

Mravlja kiselina se proizvodi u velikim količinama kao nusprodukt oksidacije butana i lakog benzina u tekućoj fazi u proizvodnji octene kiseline. Mravlja kiselina također se dobiva hidrolizom formamida (~35% ukupne svjetske proizvodnje); proces se sastoji od nekoliko faza: karbonilacija metanola, interakcija metil formata s bezvodnim NH 3 i naknadna hidroliza dobivenog formamida sa 75% H 2 SO 4. Ponekad se koristi izravna hidroliza metil formata (reakcija se provodi u suvišku vode ili u prisutnosti tercijarnog amina), hidratacija CO u prisutnosti lužine (kiselina se izolira iz soli djelovanjem H2 SO 4), dehidrogenacija CH 3 OH u parnoj fazi u prisutnosti katalizatora koji sadrže Cu, a također i Zr, Zn, Cr, Mn, Mg itd. (metoda nema industrijski značaj).

HCOOH → (t, H 2 SO 4) H 2 O + CO

Derivati ​​mravlje kiseline

Soli i esteri mravlje kiseline nazivaju se formati. Najvažniji derivat mravlje kiseline je formaldehid (metanal, mravlja aldehid).

vidi također

Mravlja kiselina ili metan je prirodna kemikalija koja se može sintetizirati u laboratorijima. U prirodi se najčešće javlja kod uboda insekata i to mrava i pčela.

Upravo ovaj spoj, koji uzrokuje iritaciju koja se javlja odmah nakon ugriza, ljudi naširoko koriste. Iako može biti vrlo opasna u visokim koncentracijama, tvar se često koristi u prehrambeni proizvodi kao konzervans ili na usjevima kao pesticid.

U svom čistom obliku, praktički nema boju i nema jak miris.

Znanstvenici su ovom popisu o mravima uz riječ radnik dodali još jedno zanimanje: kemičar. Primijetili su da mravi na drvetu štite svoje kolonije od bolesti koristeći snažan antibiotik napravljen od smole drveća i otrova iz njihovih tijela. Ovo je primjer životinjske farmakologije, kako neka živa bića izbjegavaju epidemije.

Poput ljudi, šumski mravi žive u gustim skupinama, s kolonijama koje broje stotine tisuća. To potiče širenje bolesti, posebno zato što su im gnijezda topla, vlažna i puna mrtvih insekata kojima se bakterije hrane. Većina vrsta mrava uspjela je izbjeći epidemije opsesivnim dotjerivanjem jedni drugih i čišćenjem svojih kolonija. Šumski mravi poduzimaju mjere opreza praveći antimikrobnu smolu za svoja gnijezda. Znanstvenici su sumnjali da bi to moglo skrivati ​​još složeniju tajnu očuvanja zdravlja. Ispostavilo se da je ta tajna spoj: mravlja kiselina: kaustična tvar koju mravi proizvode za borbu protiv prijetnji, pokoravajući svoj plijen i pročišćavajući svoje potomstvo.

Mnoge se životinje brane tvarima, ali mravlja kiselina ima jedinstveni “sinergistički učinak”.

Ova tvar je rezultat dugog evolucijskog razvoja s patogenima tijekom 50 milijuna godina, a možda i više. ovo . Stoga je mravlja kiselina našla široku primjenu.

Primjena mravlje kiseline

Za industrijsku upotrebu

Jedna od najčešćih industrijskih upotreba mravlje kiseline ili metanske kiseline je proizvodnja kože. Budući da je tvar toliko kisela da je idealna kemikalija za upotrebu u obradi kože. Iako se tvar najčešće koristi u industriji štavljenja, mravlja kiselina trenutno se koristi u procesima bojanja i završne obrade tekstila. Također se koristi kao koagulant u procesima proizvodnje gume.

Osim upotrebe u industriji kože, tekstila i gume, derivati ​​mravlje kiseline nedavno su razvijeni za pomoć u borbi protiv leda u bogatim zemljama kao što su Austrija i Švicarska. Ove zemlje koriste formate, soli dobivene iz mravlje kiseline. Ove formulacije su učinkovitije od tradicionalnih formulacija soli i ekološki su prihvatljivije.

Kada se pravilno koriste, formati su bolji u povećanju prianjanja na skliskim površinama, kao i pomažu u modificiranju površina različite opreme za mnoge tehnologije.

Upotreba u poljoprivredi

Poljoprivreda čini vrlo visok postotak primjene mravlje ili metanske kiseline diljem svijeta. Zbog svojih prirodnih antibakterijskih svojstava, tvar je postigla visoku primjenu kao antibakterijski konzervans i pesticid. U ovoj industriji se najčešće koristi kao dodatak hrani, a često je i sastojak stočne hrane i silaže. Kada se koristi silaža, tvar ima dvostruku funkciju. Osim što pruža određenu razinu antibakterijske potpore, zapravo omogućuje silaži da započne fermentaciju na nižoj temperaturi, značajno smanjujući ukupno vrijeme potrebno za poboljšanje nutritivne vrijednosti gotovog proizvoda.

Osim toga, to je aditiv za hranu E236 koji se koristi u proizvodima za ljude.

Medicinska uporaba

Upotreba u medicini je široka, jer tvar usporava procese truljenja, djelujući kao konzervans. Sve vrste medicinskih otopina s metanolom spadaju u kliničko-farmakološku skupinu lijekova s ​​analgetskim svojstvima kao analgetik i dezinficijens.

Mjere opreza

Ovisno o tome koliko je tvar koncentrirana, može biti nevidljiva ili, naprotiv, opasna. Tijekom tipične interakcije s ovom kemikalijom, ljudi su izloženi samo vrlo niskim koncentracijama. Prilikom izlaganja visoke koncentracije, postoje mnoge opasne nuspojave koje se mogu pojaviti. Najopasniji aspekt mravlje kiseline je njezina vrlo korozivna priroda u koncentriranom obliku. Visoko koncentrirane količine mravlje kiseline mogu izazvati ozbiljne ozljede ako se udahnu, progutaju ili izravno dodirnu. U tom slučaju nastaju čirevi, mučnina, opekline, mjehurići i jaka nelagoda oko zahvaćenog područja. Ova kemikalija nalazi se u raspršenom otrovu nekih vrsta mrava i izlučevinama nekih vrsta koprive.

Međutim, u niskim koncentracijama je koristan i koristi se u kozmetologiji. Kozmetika na temelju tvari daje dobri rezultati, Kako .

Struktura, svojstva i formula

Formula mravlje kiseline

Formula mravlje kiseline – najjednostavniji je član obitelji karboksilnih kiselina a poznat je i kao metan. Molekulska formula je HCOOH. Molekule se sastoje od karboksilne skupine (COOH) s vezanim atomom vodika. U karboksilnoj skupini, atom ugljika ima dvostruku vezu koja ga povezuje s atomom kisika i jednostruku vezu koja ga povezuje s hidroksilnom (OH) skupinom.

Tvar se može sintetski proizvesti u laboratorijima i uspješno je proizvedena. U prirodi obično postoji kao bezbojna tekućina. Ova kemikalija smrzava se na +8,3 stupnja Celzija, a ključa na 100,7 stupnjeva Celzija. Ima neugodan miris i često se opisuje kao "oštar" miris.

Zbog svoje univerzalne uloge u našim životima i prirodi, mravlja kiselina je vrlo zanimljiva tvar. Pored njegove praktična aplikacija V poljoprivreda, industriji, te u obrambenim mehanizmima insekata, također dovodi do vrlo zanimljivih učinaka i interakcija.

Među njima je i njegova uloga u probavnom sustavu mravojeda. Za razliku od većine sisavaca, želudac mravojeda ne sadrži klorovodičnu kiselinu, glavnu kemijska tvar, koristi se za probavu u tijelu drugih životinja. Zbog velike koncentracije mrava u svojoj prehrani, mravojed proizvodi probavne sokove od mrava koje jede.

Ljudsko tijelo također sintetizira male količine metan mravlje kiseline iz metanola koji unosimo i udišemo. Određena količina metanola ulazi u tijelo s aspartamom. Aspartam je prehrambeni aditiv E951, zamjena za šećer koji se u tijelu razgrađuje na aminokiseline: asparaginsku, fenilalanin i metanol. Međutim, te su kemikalije u našim tijelima obično previše razrijeđene da bi bile opasne.

Iako može biti vrlo opasna u neprirodno visokim koncentracijama, mravlja kiselina zapravo je svestran i iznimno koristan aditiv hrani u industrijskoj kemiji. Kada se konzumira u normalnim količinama, naše ga tijelo vrlo brzo i lako apsorbira.

Međutim, utvrđeno je da konzumacija visoko koncentriranih količina mravlje kiseline može uzrokovati oštećenja unutarnjih organa.

Metanski kotao.

Kemijska svojstva

Kemijska formula mravlje kiseline: HCOOH. Ovo je jedan od prvih predstavnika monobaznih karbonski setovi. Supstanca je prvi put izolirana 1670. godine iz šumskog (crvenog) mrava. U prirodnom okruženju nalazi se u pčelinjem otrovu, koprivi i iglicama crnogoričnog drveća, izlučevinama meduza i voću.

Fizička svojstva

Racemična formula metanske kiseline: CH2O2. Tvar u normalnim uvjetima ima izgled bezbojne tekućine, koja je visoko topljiva u, aceton , toluen I benzen . Molarna masa = 46,02 grama po molu. Esteri ( etil eter i metil eter) i soli metana nazivaju se formati .

Kemijska svojstva

Na temelju strukturne formule mravlje kiseline mogu se zaključiti o njezinim kemijskim svojstvima. Mravlja kiselina je sposobna izlagati svojstva kompleta te neka svojstva aldehida (reakcije redukcije).

Tijekom oksidacije mravlje kiseline, na primjer, ona se aktivno oslobađa ugljični dioksid. Tvar se koristi kao konzervans (šifra E236). Mravlja kiselina reagira sa octena kiselina jao (koncentriran) i razlaže se na ugljični monoksid a obična voda uz oslobađanje topline. Kemijski spoj reagira sa natrijev hidroksid . Tvar ne stupa u interakciju s klorovodičnom kiselinom, srebrom, natrijevim sulfatom i tako dalje.

Dobivanje mravlje kiseline

Tvar nastaje kao nusprodukt tijekom oksidacije butan i proizvodnje otopina octa . Može se dobiti i hidrolizom formamid I metil format (s viškom vode); tijekom hidratacije CO u prisutnosti bilo koje lužine. Kvalitativna reakcija za detekciju metanska kiselina može biti reakcija na algedigs . Uloga oksidansa može biti amonijačna otopina srebrovog oksida i Cu(OH)2. Koristi se reakcija srebrnog zrcala.

Primjena mravlje kiseline

Tvar se koristi kao antibakterijsko sredstvo i konzervans pri pripremi hrane za dugotrajno skladištenje; proizvod značajno usporava procese truljenja i truljenja. Kemijski spoj koristi se u procesu bojanja vune; kao insekticid u pčelarstvu; tijekom nekih kemijske reakcije(djeluje kao otapalo). U prehrambenoj industriji proizvod je označen E236. U medicini se kiselina koristi u kombinaciji s (“pervomur” ili performanska kiselina ) kao antiseptički , za liječenje bolesti zglobova.

farmakološki učinak

Lokalni anestetik, ometanje, protuupalno, lokalno nadražujuće, poboljšava metabolizam tkiva.

Farmakodinamika i farmakokinetika

Metanska kiselina, kada se nanese na površinu epidermisa, nadražuje živčane završetke kože i mišićnog tkiva, aktivira specifične refleksne reakcije, potiče proizvodnju neuropeptidi I enkefalini . Time se smanjuje osjetljivost na bol i povećava vaskularna propusnost. Tvar potiče procese oslobađanja kinini I histamin , širi krvne žile, potiče imunološke procese.

Indikacije za upotrebu

Lijek se koristi za liječenje instrumenata i opreme prije operacije. Tvar se koristi lokalno u otopinama za liječenje reumatskih bolova, periartritis , poli- I monoartritis .

Kontraindikacije

Proizvod se ne smije koristiti ako je prisutan, na mjestu nanošenja ili ako na koži postoje rane ili ogrebotine.

Nuspojave

Metanska kiselina može izazvati lokalne reakcije, svrbež, crvenilo, iritaciju kože, ljuštenje kože, alergije .

Upute za uporabu (način i doziranje)

Lijek se koristi lokalno, u kombinaciji s drugim tvarima. Lijek se nanosi na zahvaćeno područje i nježno utrlja.

Predozirati

Nema dokaza o predoziranju lijekom.

Interakcija

Lijek je kompatibilan s drugim lijekovima.

posebne upute

Tvar se ne smije uzimati oralno ili nanositi na sluznicu; izbjegavati kontakt s očima.

DEFINICIJA

Mravlja kiselina- bezbojna tekućina (struktura molekule prikazana je na sl. 1). Dobro se otapa u acetonu, benzenu, glicerinu i toluenu.

Može se miješati s vodom, dietileterom, etanolom.

Riža. 1. Građa molekule mravlje kiseline.

Stol 1. Fizička svojstva mravlja kiselina.

Dobivanje mravlje kiseline

Glavna metoda za proizvodnju mravlje kiseline je oksidacija zasićenog metana (1), metilnog alkohola (2), formaldehida (metan aldehid) (3):

CH 4 + 3[O] → H-COOH + H 2 O (t = 150 - 200 o C, p = 30 - 60 atm) (1);

CH3-OH + [O] → H-COOH (2);

H-C(O)H + [O] → HCOOH (3).

Kemijska svojstva mravlje kiseline

U Vodena otopina mravlja kiselina može disocirati na ione:

H-COOH↔H-COO - + H + .

Mravlja kiselina ima kemijska svojstva, karakterističan za otopine anorganskih kiselina, tj. u interakciji s metalima (1), njihovim oksidima (2), hidroksidima (3) i slabim solima (4):

2H-COOH + Zn → (HCOO) 2 Zn + H 2 (1);

2H-COOH + CuO → (HCOO) 2 Cu + H 2 O (2);

H-COOH + KOH → H-COOK + H 2 O (3);

2H-COOH + NaHCO 3 → HCOONa + H 2 O + CO 2 (4).

Zagrijavanjem iu prisutnosti koncentrirane sumporne kiseline, mravlja kiselina reagira s alkoholima i stvara estere:

H-COOH + C 2 H 5 OH ↔ H-C(O)-O-C 2 H 5 + H 2 O.

Primjena mravlje kiseline

Mravlja kiselina se široko koristi za proizvodnju estera koji se koriste u parfumeriji, štavljenju kože, tekstilna industrija(kao sredstvo za bojenje), kao otapalo i konzervans.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

PRIMJER 2

Vježbajte Mravlja kiselina mase 5,40 g stavljena je u posudu obujma 4,50 l i zagrijana na temperaturu od 200 °C. Tlak pare bio je 43,7 kPa. Odredite broj molekula dimera mravlje kiseline u plinovitoj fazi.
Riješenje U parama se mravlja kiselina nalazi dijelom u obliku dimera, a dijelom u obliku pojedinačnih molekula:

2HCOOH → (HCOOH) 2 .

Početna količina mravlje kiseline:

n(HCOOH) = m(HCOOH)/M(HCOOH) = 5,4 / 60 = 0,09 mol.

Neka x mol HCOOH uđe u reakciju dimerizacije, tada nastaje x/2 mol dimera (HCOOH) 2 i ostaje (0,09 - x) mol HCOOH. Ukupna količina tvari u plinovitoj fazi jednaka je:

n = PV / (RT) = 43,7 × 4,50 / (8,31 × 473) = 0,05 = x/2 + (0,09 - x),

odakle je x = 0,08 mol.

Broj molekula dimera mravlje kiseline u plinovitoj fazi jednak je:

N[(HCOOH) 2 ] = n × NA = 0,08 / 2 × 6,02 × 10 23 = 2,408 × 10 22.

Odgovor 2.408×10 22 molekula (HCOOH) 2 .