Уксусная кислота

Физические свойства уксусной кислоты и ее водного раствора.

Растворение уксусной кислоты в воде сопровождается выделением тепла и, следовательно, повышением температуры раствора. Однако выделение тепла происходит только при определенном соотношений уксусной кислоты и воды. При приготовлении значительно разбавленных растворов происходит поглощение тепла, и температура понижается.

Выделение тепла происходит в результате гидратации уксусной кислоты, которая присоединяет две молекулы воды. Теплота гидратации уксусной кислоты равна +0,755 кДж/моль С2Н4О2. При дальнейшем увеличении количества воды наблюдается поглощение тепла, которое при бесконечном разбавлении составляет -1,900 кДж/моль С2Н4О2 (теплота растворения уксусной кислоты). Так как теплота растворения включает в себя теплоту гидратации, то теплота растворения гидрата С2Н4О2 будет равна — 1,145 кДж/моль.

Других соединений уксусной кислоты с водой, по-видимому, не существует, так как кривая имеет только один минимум, отвечающий 62,5% СН3СООН. Впрочем, до концентрации 62,5% кривая имеет некоторую мало заметную выпуклость, а выше 62,5% также мало заметную вогнутость. Это указывает на существование других соединений уксусной кислоты с водой, которые, однако, не являются стабильными и ярко выраженными.

Впервые соединение уксусной кислоты и воды состава С2Н4О2•2Н2О было обнаружено автором и описано им в 1939 г. Образование гидрата СН3СООН•2Н2О подтверждено исследованиями А. А. Глаголевой, а также С.Я. Левитмана и Н.Ф. Ермоленко. Последними авторами по максимуму показателя преломления предположено также существование молекулярного соединения 2СН3СООН•Н2О.

При замораживании растворов, содержащих уксусной кислоты больше 62,5%, вымерзает более концентрированная кислота, а из растворов, содержащих менее 62,5%, вымерзают более разбавленные растворы. Этим свойством иногда пользуются в промышленности для получения более концентрированной уксусной кислоты из разбавленной.

Раствор, содержащий 62,5% уксусной кислоты, при охлаждении замерзает одновременно по всей своей массе (эвтектика). Точка замерзания такого раствора находится около -24°С. Все водные растворы при замерзании уменьшаются в объеме от нуля до 4,7% в зависимости от содержания уксусной кислоты, а при плавлении кристаллов объем соответственно увеличивается.

При перегонке водных растворов уксусной кислоты содержание кислоты в парах всегда меньше, чем в растворе. При этом разница между содержанием уксусной кислоты в парах и в жидкости увеличивается по мере того, как содержание кислоты в растворе приближается к величине, соответствующей гидрату С2Н4О2•2Н2О. Эта разница максимальна, когда содержание уксусной кислоты в растворе равно 62,5%.

Если водные растворы уксусной кислоты перегонять при разных давлениях, разность между содержаниями уксусной кислоты в жидкости и в парах изменяется, а именно; при повышении давления понижается, а при понижении давления — повышается. Поэтому ректификацию выгоднее вести под вакуумом, особенно при высоких концентрациях уксусной кислоты. Однако из практических соображений ректификацию обычно проводят при давлении, несколько превышающем атмосферное.

При высоких давлениях и более высоких концентрациях возможно активное образование азеотропа уксусной кислоты, а также воды. И тогда будет невозможным процесс разделения смеси ректификацией.

Содержание солей в водных растворах уксусной кислоты вызывает повышение содержания уксусной кислоты в парах при перегонке, а при определенной концентрации соли и кислоты возможно даже образование азетропа уксусной кислоты и воды.

Получение

В промышленности

Ранними промышленными методами получения уксусной кислоты были окисление ацетальдегида и бутана.

Ацетальдегид окислялся в присутствии ацетата марганца(II) при повышенной температуре и давлении. Выход уксусной кислоты составлял около 95 % при температуре +50—+60 °С.

2CH3CHO+O2⟶2CH3COOH{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}CHO+O_{2}\longrightarrow 2CH_{3}COOH}}}

Окисление н-бутана проводилось при 150 атм. Катализатором этого процесса являлся ацетат кобальта.

2C4H10+5O2⟶4CH3COOH+2H2O{\displaystyle {\mathsf {2C_{4}H_{10}+5O_{2}\longrightarrow 4CH_{3}COOH+2H_{2}O}}}

Оба метода базировались на окислении продуктов крекинга нефти. В результате повышения цен на нефть оба метода стали экономически невыгодными, и были вытеснены более совершенными каталитическими процессами карбонилирования метанола.

Каталитическое карбонилирование метанола

Каталитическая схема процесса фирмы Monsanto

Важным способом промышленного синтеза уксусной кислоты является каталитическое карбонилирование метанола монооксидом углерода, которое происходит по формальному уравнению:

CH3OH+CO⟶CH3COOH{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}OH+CO\longrightarrow CH_{3}COOH}}}

Реакция карбонилирования метанола была открыта учеными фирмы BASF в 1913 году. В 1960 году эта компания запустила первый завод, производящий уксусную кислоту этим методом. Катализатором превращения служил йодид кобальта. Метод заключался в барботаже 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.

Усовершенствованная реакция синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола была внедрена исследователями фирмы Monsanto в 1970 году. 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)

Этим способом получают чуть более 50 % всей промышленной уксусной кислоты.

В процессе фирмы BP в качестве катализаторов используются соединения иридия.

Биохимический способ производства

При биохимическом производстве уксусной кислоты используется способность некоторых микроорганизмов окислять этанол. Этот процесс называют уксуснокислым брожением. В качестве сырья используются этанолсодержащие жидкости (вино, забродившие соки), либо же просто водный раствор этилового спирта.

Реакция окисления этанола до уксусной кислоты протекает при участии фермента алкогольдегидрогеназы. Это сложный многоступенчатый процесс, который описывается формальным уравнением:

CH3CH2OH+O2→CH3COOH+H2O{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CH_{2}OH+O_{2}\rightarrow CH_{3}COOH+H_{2}O}}}

Гидратация ацетилена в присутствии ртути и двухвалентных солей ртути

C2H2+H2O→Hg2+CH3CHO{\displaystyle {\mathsf {C_{2}H_{2}+H_{2}O{\xrightarrow{Hg^{2+}}}CH_{3}CHO}}} — Реакция Кучерова

CH3CHO→CrO3,H2SO4CH3COOH{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}CHO{\xrightarrow{CrO_{3},H_{2}SO_{4}}}CH_{3}COOH}}}

Оказание помощи

Если человек отравился уксусной кислотой, то очень важно быстро действовать для минимизирования последствий от случившегося. Рассмотрим, что надо делать:

• Прополоскать ротовую полость. Воду не проглатывать.
• Сделать зондовое промывание желудка. Потребуется 8-10 литров холодной воды. Даже кровяные примеси – не противопоказание. Потому что в первые часы отравления большие сосуды еще остаются целыми. Так что опасного кровотечения не будет. Перед промыванием нужно сделать обезболивание анальгетиками. Зонд смазывается вазелиновым маслом.
• Рвоту не вызывать! Нейтрализовать вещество можно жженой магнезией или препаратом «Альмагель».
• Нет ничего из перечисленного? Тогда пострадавшему дают лед и подсолнечное масло – надо сделать несколько глотков.
• Допустимо употребление пострадавшим смеси из молока и яиц.

Важно оказать первую помощь в течение двух часов после случившегося. По истечении данного срока слизистые оболочки сильно отекают, и уже уменьшить боль человека будет сложно

И да, ни в коем случае нельзя использовать соду. Сочетание кислоты и щелочи даст реакцию, в ходе которой выработается углекислый газ и вода. А такое образование внутри желудка может привести к летальному исходу.

Влияние уксуса на организм человека

Опасной для человека дозой служит 1 стакан (200 миллилитров) даже обыкновенного столового уксуса, если его выпить. Ледяной уксусной кислоты хватит 15 г или 20 мл, эссенции — от 20 до 40 мл. При попадании вовнутрь вещество сжигает стенки пищевода, что сопровождается невыносимой болью.

К химическому ожогу приведет попадание на кожу вещества с концентрацией от 30% и больше. Причем поражения могут быть разной степени тяжести. ЛУК при контакте с кожными покровами и слизистой провоцирует необратимый некроз тканей вследствие коагуляции.

Нейтрализовать разрушающее действие поможет незамедлительное и обильное промывание поврежденного участка большим количеством воды с обычным мылом, которое впитает кислоту с образованием хлопьев. Так происходит из-за щелочной реакции среды мыла. После промывания потребуется обработать обожженное место фурацилином или любым другим антисептиком.

Сколько допускается употреблять уксусной кислоты человеку, науке до сих пор не известно. Случаи ухудшения здоровья человека в результате дефицита в рационе этого вещества медицине не известны.

Людям, страдающим язвой, гастритом или другими заболеваниями пищеварительного тракта продукты, содержащие вещество, употреблять не рекомендуется, так как оно раздражает, а иногда и разрушает слизистую. Что обуславливает появление изжоги, а в тяжелых случаях— ожог пищеварительного тракта. Редко, но встречается индивидуальная непереносимость.

Рекомендуем: Как избавиться от тли в саду — горчица и уксус помогут

История[править | править код]

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 Теофраст впервые описал действие уксуса на металлы, приводящее к образованию некоторых используемых в искусстве пигментов. Уксус применялся для получения свинцовых белил, а также ярь-медянки (зелёной смеси солей меди, содержащей, помимо прочего, ацетат меди).

В Древнем Риме готовили специально прокисшее вино в свинцовых горшках. В результате получался очень сладкий напиток, который называли «сапа». Сапа содержала большое количество ацетата свинца — очень сладкого вещества, которое также называют свинцовым сахаром или сахаром Сатурна. Высокая популярность сапы была причиной хронического отравления свинцом, распространённого среди римской аристократии.

В VIII веке арабский алхимик Джабир ибн Хайян впервые изложил способы получения уксуса.

Во времена Эпохи Возрождения уксусную кислоту получали путём возгонки ацетатов некоторых металлов (чаще всего использовался ацетат меди (II)) (при сухой перегонке ацетатов металлов получается ацетон, вполне промышленный способ до середины XX века).

Свойства уксусной кислоты меняются в зависимости от содержания в ней воды. В связи с этим многие века химики ошибочно считали, что кислота из вина и кислота из ацетатов являются двумя разными веществами. Идентичность веществ, полученных различными способами, была показана немецким алхимиком XVI века Андреасом Либавиусом (нем. Andreas Libavius) и французским химиком Пьером Огюстом Аде (фр. Pierre Auguste Adet).

Завод, производящий уксусную кислоту. 1884 год

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.

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.

История

Уксус был известен на раннем этапе развития цивилизации как естественный результат воздействия воздуха на пиво и вино , поскольку бактерии, продуцирующие уксусную кислоту, присутствуют во всем мире. Использование уксусной кислоты в алхимии простирается в 3 веке до н.э., когда греческий философ Теофраст описал , как уксус действовал на металлы для производства пигментов , используемые в данной области техники, в том числе белого свинца ( карбонат свинца ) и медянки , зеленую смесь медных солей в том числе меди (II) ацетат . Древние римляне варили кислое вино для производства сладкого сиропа, называемого сапа . Сапа, которую производили в свинцовых горшках, была богата ацетатом свинца , сладким веществом, также называемым сахаром свинца или сахаром Сатурна , что способствовало отравлению свинцом среди римской аристократии.

В 16-го века немецким алхимиком Либавий описано производство ацетона из сухой перегонки ацетата свинца, кетоновой декарбоксилирования . Присутствие воды в уксусе настолько сильно влияет на свойства уксусной кислоты, что на протяжении веков химики считали, что ледяная уксусная кислота и кислота, содержащаяся в уксусе, — это два разных вещества. Французский химик Пьер Адэ доказал их идентичность.

Кристаллизованная уксусная кислота.

В 1845 году немецкий химик Герман Кольбе впервые синтезировал уксусную кислоту из неорганических соединений . Эта последовательность реакций состояла из хлорирования из сероуглерода в четыреххлорист углерода , с последующим пиролизом до тетрахлорэтилена и водного хлорирования к трихлоруксусной кислоте , и заключил с электролитическим сокращением до уксусной кислоты.

К 1910 году большая часть ледяной уксусной кислоты была получена из пирогенного щелока , продукта перегонки древесины. Уксусную кислоту выделяли обработкой известковым молоком , а затем полученный ацетат кальция подкисляли серной кислотой для извлечения уксусной кислоты. В то время Германия производила 10 000 тонн ледяной уксусной кислоты, около 30% которой использовалось для производства красителя индиго .

Поскольку и метанол, и окись углерода являются товарным сырьем, карбонилирование метанола долгое время казалось привлекательными предшественниками уксусной кислоты. Анри Дрейфус из British Celanese разработал пилотную установку карбонилирования метанола еще в 1925 году. Однако отсутствие практических материалов, которые могли бы содержать коррозионную реакционную смесь при необходимых высоких давлениях (200 атм или более), препятствовало коммерциализации этих способов. Первый коммерческий процесс карбонилирования метанола, в котором использовался кобальтовый катализатор, был разработан немецкой химической компанией BASF в 1963 году. В 1968 году был открыт катализатор на основе родия ( цис — [Rh (CO) ₂ I ₂ ] — ), который мог работать. эффективно при более низком давлении практически без побочных продуктов. Американская химическая компания Monsanto Company построила первый завод, использующий этот катализатор в 1970 году, и катализируемое родием карбонилирование метанола стало доминирующим методом производства уксусной кислоты (см. Процесс Monsanto ). В конце 1990-х годов химическая компания BP Chemicals выпустила на рынок катализатор Cativa ([Ir (CO) ₂ I ₂ ] — ), который для большей эффективности промотирован иридием . Этот процесс Cativa, катализируемый иридием, является более экологичным и более эффективным и в значительной степени вытеснил процесс Monsanto, часто на тех же производственных предприятиях.

Межзвездная среда

Межзвездная уксусная кислота была открыта в 1996 году группой под руководством Дэвида Мерингера с использованием бывшего массива Ассоциации Беркли-Иллинойс-Мэриленд в радиообсерватории Хат-Крик и бывшего миллиметрового массива, расположенного в радиообсерватории Оуэнс-Вэлли . Впервые он был обнаружен в молекулярном облаке Sagittarius B2 North (также известном как источник большой молекулы Sgr B2 Heimat ). Уксусная кислота является первой молекулой, обнаруженной в межзвездной среде с использованием только ; Во всех предыдущих молекулярных открытиях ISM, сделанных в миллиметровом и сантиметровом режимах длин волн, радиотелескопы с одной тарелкой были, по крайней мере, частично ответственны за обнаружение.

Уксусная кислота формула. Уксусная кислота

Характеристики и физические свойства уксусной кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Уксусная (этановая) кислота представляет собой бесцветную жидкость, обладающую резким раздражающим запахом.

При попадании на слизистые оболочки она вызывает ожоги. Уксусная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. Образует азеотропные смеси с бензолом и бутилацетатом.

Уксусная кислота замерзает при 16oС, её кристаллы по внешнему виду напоминают лед, поэтому 100%-ную уксусную кислоту называют «ледяной».

Некоторые физические свойства уксусной кислоты приведены в таблице ниже:

Получение уксусной кислоты

В промышленности уксусную кислоту получают каталитическим окислением н-бутана кислородом воздуха:

Значительные количества уксусной кислоты производят путем окисления ацетальдегида, который в свою очередь получают окислением этилена кислородом воздуха на палладиевом катализаторе:

Пищевую уксусную кислоту получают при микробиологическом окислении этанола (уксуснокислое брожение).

При окислении бутена-2 перманганатом калия в кислой среде или хромовой смесью происходит полный разрыв двойной связи с образованием двух молекул уксусной кислоты:

Химические свойства уксусной кислоты

Уксусная кислота – это слабая одноосновная кислота. В водном растворе она диссоциирует на ионы:

Уксусная кислота обладает слабыми кислотными свойствами, которые связаны со способностью атома водорода карбоксильной группы отщепляться в виде протона.

Взаимодействие уксусной кислоты со спиртами протекает по механизму нуклеофильного замещения. В качестве нуклеофила выступает молекула спирта, атакующая атом углерода карбоксильной группы уксусной кислоты, несущий частично положительный заряд. Отличительной особенностью этой реакции (этерификации) является то, что замещение протекает у атома углерода, находящегося в состоянии sp-гибридизации:

При взаимодействиистионилхлоридом уксусная кислота способна образовывать галогенангидриды:

При действии на уксусную кислоту оксида фосфора (V) образуется ангидрид:

Взаимодействии уксусной кислоты с аммиаком получаются амиды. Вначале образуются аммониевые соли, которые при нагревании теряют воду и превращаются в амиды:

Применение уксусной кислоты

Уксусная кислота известна с глубокой древности, её 3 – 6% растворы (столовый уксус) используют как вкусовую приправу и консервант. Консервирующее действие уксусной кислоты связано с тем, что создаваемая ею кислая среда подавляет развитие гнилостных бактерий и плесневых грибков.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 2

Как правильно развести уксусный концентрат

Уксусный раствор широко применяется в повседневной жизни. Различные рецепты яблочного уксуса используются:

• в быту — для чистки поверхностей и отбеливания вещей;
• в кулинарии — для маринования мяса, рыбы, овощей, заправки салатов, закусок, супов, приготовления десертов;
• в медицине — для очищения организма от шлаков и устранения воспалительных процессов;
• в косметологии — в приготовлении масок, лосьонов, обертываний для омоложения, похудения, улучшения внешнего вида.

Можно купить в магазине уже готовый к применению девятипроцентный столовый уксус. Это недорогой и доступный продукт. Но некоторые используют концентрированную уксусную эссенцию, которую предварительно разбавляют водой в определенном соотношении. Хозяйки утверждают, что таким образом экономятся средства на покупке обычного столового уксуса. Еще одно преимущество: самостоятельное регулирование концентрации уксусной кислоты.

А какой уксус покупаете вы?

70%6% и 9%

В каждом случае, в зависимости от поставленных задач, разводится уксус в различных пропорциях. В рецептах встречается указание: “Разведите уксусную эссенцию до концентрации 40%”. Или “Используйте для этого рецепта уксусный раствор концентрацией не более 6%”. Как добиться оптимальной концентрации без специальных приборов с минимальными погрешностями?

Добиться нужной концентрации уксуса можно и без специальных приспособлений

Легкий и быстрый способ

Легкий и быстрый способ развести уксусный концентрат — вооружится кухонной меркой. Этот способ удобен тем, что не нужно отсчитывать миллилитры и граммы. Ориентируйтесь по отметкам на мерке и получайте столько уксуса нужной вам концентрации, сколько требуется. Ниже приводится таблица соотношения одной части уксуса к N частей воды в зависимости от того, какая концентрация готового продукта вам нужна. При этом одна часть по объему может быть произвольной — от 10 мл до 100 мл.

Например, если нужно много уксуса концентрацией 30%, то, согласно таблице, вы берете 100 мл. уксусной эссенции и 150 мл воды. В итоге получаете 250 мл уксуса 9%-ой концентрации. Если нужно консерванта немного, то смешайте столовую ложку концентрата уксуса и 7 ст.л. воды. В результате получится 8 ст.л. уксуса концентрацией 9%.

Если решили выяснить пользу яблочного уксуса с медом для организма, для очищения организма и похудения, эти советы не подходят. Уксус, полученный из уксусной эссенции не самый полезный для человека, он беден витаминами и аминокислотами, которые есть в натуральном яблочном.

Видео пошагово показывает, как развести 70%-ый уксус.

Самый точный способ

Точный способ подойдет тем, кто хорошо владеет математическими знаниями, не ленится считать и готов применить специальную формулу. Чтобы получить 9%-ый столовый уксус для заправки салатов или для маринования мяса, применяется такая формула:

100 гр. х 70% : 9

От полученного результата отнимите 100, так как за начальный объем бралось 100 мл. уксусной эссенции. Полученное число — это и будет то количество воды, которое нужно для получения 9%-го уксуса. В этом случае результат равняется 778. Отнимаем 100, получаем 678. Отмеряем это количество воды и смешиваем со 100 мл. уксусной эссенции. В результате получится 778 мл 9%-ого столового консерванта.

Пользуетесь ли вы таблицей разведения уксусной эссенции?

ДаНет

С использованием столовой ложи запомните: чтобы получить порцию уксуса нужной концентрации, ст л. эссенции разбавляется семью ложками чистой воды. Снимите пробу и по желанию добавьте еще уксусной кислоты или воды.

Столовая ложка на кухне заменяет измерительные приборы и весы