Уксусная кислота из этилена

Уксусная кислота

Общие
Систематическое
наименование
Этановая кислота
Традиционные названия Уксусная кислота
Хим. формула C2H4O2
Рац. формула CH3COOH
Физические свойства
Состояние Жидкость
Молярная масса 60,05 г/моль
Плотность 1,0492 г/см³
Поверхностное натяжение 27,1 ± 0,01 мН/м [1] , 24,61 ± 0,01 мН/м [1] и 22,13 ± 0,01 мН/м [1]
Динамическая вязкость 1,056 мПа·с [2] , 0,786 мПа·с [2] , 0,599 мПа·с [2] и 0,464 мПа·с [2]
Энергия ионизации 10,66 ± 0,01 эВ [3]
Термические свойства
Т. плав. 16,75 °C
Т. кип. 118,1 °C
Т. всп. 103 ± 1 °F [3] и 39 ± 6 °C [4]
Т. свспл. 427 ± 1 °C [5]
Пр. взрв. 4 ± 0,1 об.% [3]
Кр. точка 321,6 °C, 5,79 МПа
Мол. теплоёмк. 123,4 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования −487 кДж/моль
Давление пара 11 ± 1 мм рт.ст. [3] , 10 ± 1 кПа [6] и 100 ± 1 кПа [6]
Химические свойства
pKa 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
Рег. номер EINECS 200-580-7
SMILES
Кодекс Алиментариус E260
RTECS AF1225000
ChEBI 15366
Номер ООН 2789
ChemSpider 171
Безопасность
Токсичность
NFPA 704

Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

У́ксусная кислота (эта́новая кислота) CH3COOH — органическое соединение, cлабая, предельная одноосно́вная карбоновая кислота. Соли и сложные эфиры уксусной кислоты называются ацетатами.

Содержание

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 всего 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 [7] .

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 ) [7] .

Физические свойства [ править | править код ]

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.):
  • 10 (+17,1 °C)
  • 40 (+42,4 °C)
  • 100 (+62,2 °C)
  • 400 (+98,1 °C)
  • 560 (+109 °C)
  • 1520 (+143,5 °C)
  • 3800 (+180,3 °C)
  • Относительная диэлектрическая проницаемость: 6,15 (+20 °C)
  • Динамическая вязкость жидкостей 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 ΔfG 0 (298 К, кДж/моль): −392,5 (ж)
  • Стандартная энтропия образования ΔfS 0 (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).

    Получение [ править | править код ]

    В промышленности [ править | править код ]

    Ранними промышленными методами получения уксусной кислоты были окисление ацетальдегида и бутана [11] .

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

    2 C H 3 C H O + O 2 ⟶ 2 C H 3 C O O H <displaystyle <mathsf <2CH_<3>CHO+O_<2>longrightarrow 2CH_<3>COOH>>>

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

    2 C 4 H 10 + 5 O 2 ⟶ 4 C H 3 C O O H + 2 H 2 O <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 [11] .

    Каталитическое карбонилирование метанола [ править | править код ]

    Важным способом промышленного синтеза уксусной кислоты является каталитическое карбонилирование метанола моноксидом углерода [12] , которое происходит по формальному уравнению:

    C H 3 O H + C O ⟶ C H 3 C O O H <displaystyle <mathsf <3>OH+COlongrightarrow 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. [13] 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 [14] .

    Усовершенствованная реакция синтеза уксусной кислоты карбонилированием метанола была внедрена исследователями фирмы Monsanto в 1970 году. [15] [16] 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). [11]

    Этим способом получают чуть более 50 % всей промышленной уксусной кислоты. [17]

    В процессе фирмы BP в качестве катализаторов используются соединения иридия.

    Биохимический способ производства [ править | править код ]

    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 [18] .

    Реакция окисления этанола до уксусной кислоты протекает при участии фермента алкогольдегидрогеназы. Это сложный многоступенчатый процесс, который описывается формальным уравнением [19] :

    C H 3 C H 2 O H + O 2 → C H 3 C O O H + H 2 O <displaystyle <mathsf <3>CH_<2>OH+O_<2>
    ightarrow CH_<3>COOH+H_<2>O>>>

    Гидратация ацетилена в присутствии ртути и двухвалентных солей ртути [ править | править код ]

    Химические свойства [ править | править код ]

    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 M (приблизительная концентрация пищевого уксуса) имеет pH 2,4, что соответствует степени диссоциации 0,4 %.

    Читайте также:  Сколько стоит aroma rich сигареты

    На слабой диссоциации уксусной кислоты в водном растворе основана качественная реакция на наличие солей уксусной кислоты: к раствору добавляется сильная кислота (например, серная), если появляется запах уксусной кислоты, значит, соль уксусной кислоты в растворе присутствует (кислотные остатки уксусной кислоты, образовавшиеся из соли, связались с катионами водорода от сильной кислоты и получилось большое количество молекул уксусной кислоты) [20] .

    Исследования показывают, что в кристаллическом состоянии молекулы образуют димеры, связанные водородными связями [21] .

    Уксусная кислота способна взаимодействовать с активными металлами. При этом выделяется водород и образуются соли — ацетаты:

    M g + 2 C H 3 C O O H → ( C H 3 C O O ) 2 M g + H 2 ↑ <displaystyle <mathsf <3>COOH
    ightarrow (CH_<3>COO)_<2>Mg+H_<2>uparrow >>>

    Уксусная кислота может хлорироваться действием газообразного хлора. При этом образуется хлоруксусная кислота:

    C H 3 C O O H + C l 2 → C H 2 C l C O O H + H C l <displaystyle <mathsf <3>COOH+Cl_<2>
    ightarrow CH_<2>ClCOOH+HCl>>>

    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.

    Уксусная кислота в биохимии организмов [ править | править код ]

    Уксусная кислота образуется в живых организмах в процессе углеводного обмена, в том числе в организме человека в процессе биохимических реакции, в частности в цикле Кребса, утилизации алкоголя.

    Применение [ править | править код ]

    Уксусную кислоту, концентрация которой близка к 100 %, называют ледяной. 70—80%-й водный раствор уксусной кислоты называют уксусной эссенцией, а 3—15%-й — уксусом [22] . 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 органических сульфидов пероксидом водорода, в промышленности — окисление пара-ксилола кислородом воздуха в терефталевую кислоту.

    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).

    Безопасность [ править | править код ]

    Безводная уксусная кислота — едкое вещество. Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Порог восприятия запаха уксусной кислоты в воздухе находится в районе 0,4 мг/л. Предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе составляет 0,06 мг/м³, в воздухе рабочих помещений — 5 мг/м³ [10] .

    Действие уксусной кислоты на биологические ткани зависит от степени её разбавления водой. Опасными считаются растворы, в которых концентрация кислоты превышает 30 % [10] . Концентрированная уксусная кислота способна вызывать химические ожоги, инициирующие развитие коагуляционных некрозов прилегающих тканей различной протяженности и глубины [23] .

    Токсикологические свойства уксусной кислоты не зависят от способа, которым она была получена [24] . 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, глотки, пищевода и желудка; последствия всасывания уксусной эссенции — ацидоз, гемолиз, гемоглобинурия, нарушение свёртываемости крови, сопровождающееся тяжёлыми желудочно-кишечными кровотечениями. Характерно значительное сгущение крови из-за потери плазмы через обожжённую слизистую оболочку, что может вызвать шок. К опасным осложнениям отравления уксусной эссенцией относятся острая почечная недостаточность и токсическая дистрофия печени.

    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 жжёной магнезии, сырого яичного белка, киселя. Нельзя употреблять в этих целях соду, так как образующийся углекислый газ и вспенивание будет также способствовать забросу кислоты обратно в пищевод, гортань, а также может привести к прободению стенок желудка. Показано промывание желудка через зонд. Необходима немедленная госпитализация.

    Читайте также:  Донормил инструкция с алкоголем

    При ингаляционном отравлении парами требуется ополоснуть слизистые водой или 2 % раствором пищевой соды, приём внутрь молока, слабого щелочного раствора (2 % сода, щелочные минеральные воды) с последующей госпитализацией.

    Другие вопросы из категории

    будет скорость реакции при 40 0С,
    если при 20 0С она равна 0,4 моль/л.ч, а
    при повышении температуры на каждые 10 0С
    она возрастает в 3 раза?

    (газ) 2H2O (газ) + 3S (тв) (ΔH 10-11 класс химия ответов 1

    Читайте также

    напишите уравнение реакций,с помощью которых можно осуществить следующие превращения: KCI—-KCN—-2H2—-HONO—-+NH3+CH3OH,t,kat

    CH3OH—CH3CI—X—CH3—CH2NH2—CH2—CH2OH—X1 назовите продукт X1.

    2.

    Стальную проволоку массой 5 г сожгли в кислороде, при этом получили 0,1 г углекислого газа. Вычислите массовую долю (в %) углерода в этой стали.

    3.

    Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следую­щие превращения:

    4. Смесь кальция и оксида кальция массой 7,8 г обработали избытком воды. В ре­зультате реакции выделилось 2,8 л водорода (н. у.). Рассчитайте массовую долю кальция в смеси. Если можно фото )

    коэффициенты,определив их методом электронного баласа.

    2)Напишите уравнение реакции:в)получение вольфрама из его высшего оксида путем востановления водородом.Реакцию разберите как окислительно-восстановительную:обозначьте степени окисления атомов и расставьте коэффециенты,определив их методом электронного баласна.

    3)Составьте уравнение реакций взаимодействия:а)натрия с серой,б)кальция с водородом,в)бария с водой,г)альминия с раствором сульфата меди(II) (в молекулярной и ионной формах).

    полученном генетическом ряду.

    2) напишите уравнение реакции , с помощью которых можно осуществить следующие превращения: C2H2—->(C,650 гр по С)X1———>(+HNO3,H2SO4(конц),t)X2———>(Fe,t)C6H5NH2.Дайте названия всех веществ. СРОЧНО.

    серной кислоты. Назовите соли. Напишите уравнения реакций, с помощью которых кислую и основную соль можно перевести в средние. 3.Вычислите массовую долю хлорида натрия в растворе если в результате электролиза 250 г этого раствора образовался газ объемом 33,6 л

    Парофазный метод получения винилацетата.

    Синтез винилацетата парофазным методом осуществляют, пропуская смесь этилена, кислорода и паров уксусной кислоты через слой твердого катализатора при высоких температуре и давлении. В качестве катализатора приме металлы группы платины, осажденные на различных пористых носителях. Содержание платиновых металлов составляет 0,1-10%(масс.) В качестве сокатализаторов используют ацетаты щелочных или щелочноземельных металлов или их смеси в количестве от 1,0 до 20%. В качестве носителя применяют активированный уголь, оксид алюминия, силикагель и др. Процесс проводят при 373-523 К и 0,5-1,0 МПа.В этих условиях конверсия этилена составляет 2-10%, уксусной кислоты -10-30% и кислорода 50-80%.Выход винилацетата колеблется от 50 до 500г/л(кат.)ч.

    Основными побочными продуктами являются диоксид углерода и вода, которые получаются в результате глубокого окисления этилена. В незначительных количествах образуются также ацетальдегид, ацетон, этилацетат, метилацетат и акролеин, количество которых не превышает одной сотой доли процента.

    Промышленные установки по производству винилацетата из этилена и уксусной кислоты парофазным методом работают по лицензиям фирм «Байер» и «Нейшнл Дистиллерс». Технологическая схема производства винилацетата, реализованная фирмой «Нейшнл Дистиллерс» , представлена на рис. 1.

    Рис.1Принципиальная технологическая схема парофазного процесса получения винилацетата

    1-испаритель уксусной кислоты

    2-подогреватель паро-газовой смеси

    10-колонна выделения уксусной кислоты

    11-стриперная (отгонка легких фракций) колонна

    12-колонна осушки ВА

    13-колонна выделения легколетучих примесей

    14-колонна выделения ВА

    III. -Уксусная кислота

    IV. -перегретая вода

    V. -Уксусная кислота

    VII. -Отходящие газы

    IX. -Сточные воды

    XI. -Легколетучие примеси

    XII. -Высококипящие примеси

    Процесс проводят в трубчатом реакторе 3, в трубки которого загружают твердый катализатор. Съем тепла экзотермической реакции осуществляется подачей перегретого конденсата в межтрубное пространство ректора. Процесс протекает при 423-473 К и 0,5-1,0 МПа. Реакционная паро-газовая смесь после охлаждения в теплообменнике поступает на конденсацию в в скруббер 6, орошаемой уксусной кислотой. Конденсат идет на ректификацию, а несконденсировавшиеся газы, в основном этилен и диоксид углерода, подают для очистки в скруббер 5, орошаемый водой, и затем в скруббер орошаемый водным раствором кали.В результате получают винилацетат-ректификат, регенирированную уксусную кислоту, а также фракцию легколетучихи высококипящих примесей, отправляемых на сжигаение. Отделение винилацетата от этилацетата осуществляется с помощью экстрактивной ректифиекации, в качестве экстрагентов применяют этиленгликоль или пропиленгликоль, а также воду и уксусную кислоту.