Etiķskābes vēsture, struktūra, īpašības, ražošana, izmantošana

The etiķskābe ir bezkrāsains organiskais šķidrums, kura ķīmiskā formula ir CH₃COOH. Izšķīdinot ūdenī, jūs saņemat labi zināmu maisījumu, ko sauc par etiķi, ko ilgu laiku izmanto kā pārtikas piedevu. Etiķis ir etiķskābes ūdens šķīdums ar aptuveni 5% koncentrāciju..

Kā norāda tā nosaukums, tas ir skāba savienojums, un tāpēc etiķim ir zemākas pH vērtības nekā 7. Tā acetāta sāls klātbūtnē tas ir bufera sistēma, kas ir efektīva pH regulēšanā starp 2,76 un 2,77 6,76; tas nozīmē, ka pH saglabā šajā intervālā pirms mērenas bāzes vai skābes pievienošanas.

Tā formula ir pietiekama, lai saprastu, ka to veido metilgrupas savienojums (CH₃) un karboksilgrupu (COOH). Pēc skudrskābes, HCOOH, ir viena no vienkāršākajām organiskajām skābēm; kas ir arī daudzu fermentācijas procesu beigu punkts.

Tādējādi etiķskābi var ražot ar aerobo un anaerobo baktēriju fermentāciju, un ar ķīmisko sintēzi metanola karbonilēšanas process ir galvenais tās ražošanas mehānisms..

Papildus ikdienas lietošanai kā salātu mērci šajā nozarē tā ir izejviela celulozes acetāta ražošanai - polimērs, ko izmanto fotofilmu izgatavošanai. Bez tam, etiķskābi izmanto polivinilacetāta sintēzē, ko izmanto koksnes līmes ražošanā.

Kad etiķis ir ļoti koncentrēts, to vairs neuzskata par tādu, un to sauc par ledus etiķskābi. Šajās koncentrācijās, lai gan tā ir vāja skābe, tā ir ļoti kodīga un var izraisīt ādas un elpceļu kairinājumu, vienkārši ieelpojot to virspusēji. Ledus etiķskābe izmanto organisko sintēzi kā šķīdinātāju.

Indekss

• 1 Vēsture
  • 1.1 1800
  • 1,2 1900
• 2 Etiķskābes struktūra
• 3 Fizikālās un ķīmiskās īpašības
  • 3.1 Ķīmiskie nosaukumi
  • 3.2 Molekulārā formula
  • 3.3. Fiziskais izskats
  • 3.4 Smarža
  • 3.5 Garša
  • 3.6 Viršanas punkts
  • 3.7 Kušanas punkts
  • 3.8 Uzliesmošanas temperatūra
  • 3.9 Šķīdība ūdenī
  • 3.10 Šķīdība organiskos šķīdinātājos
  • 3.11. Blīvums
  • 3.12 Tvaika blīvums
  • 3.13 Tvaika spiediens
  • 3.14 Sadalīšanās
  • 3.15 Viskozitāte
  • 3.16 Kodīgums
  • 3.17 Degšanas siltums
  • 3.18 Iztvaikošanas siltums
  • 3.19 pH
  • 3.20 Virsmas spriedze
  • 3.21 pKa
  • 3.22 Ķīmiskās reakcijas
• 4 Ražošana
  • 4.1. Oksidējošā vai aerobā fermentācija
  • 4.2. Anaerobā fermentācija
  • 4.3 Metanola karbonilēšana
  • 4.4. Acetaldehīda oksidēšana
• 5 Lietojumi
  • 5.1. Rūpnieciskais
  • 5.2. Šķīdinātājs
  • 5.3 Ārsti
  • 5.4 Pārtikas produktos
• 6 Atsauces

Vēsture

Cilvēks, kas pieder pie daudzām kultūrām, ir izmantojis daudzu augļu, pākšaugu, graudaugu uc fermentāciju, lai iegūtu alkoholiskos dzērienus, cukura, piemēram, glikozes, transformācijas produktu etanolā, CH₃CH₂OH.

Iespējams, tāpēc, ka sākotnējā metode alkohola un etiķa ražošanai ir fermentācija, varbūt mēģinot ražot alkoholu nenoteiktu laiku, pirms daudziem gadsimtiem ilgi, etiķi ieguva kļūdaini. Ņemiet vērā etiķskābes un etanola ķīmisko formulu līdzību.

Jau trešajā gadsimtā pirms mūsu ēras grieķu filozofs Theophastus aprakstīja etiķa ietekmi uz metāliem, lai ražotu pigmentus, piemēram, svina balto..

1800

1823. gadā Vācijā tika izstrādāta komanda dažādu torņu aerobai fermentācijai, lai iegūtu etiķskābes etiķskābi..

1846. gadā Herman Foelbe pirmo reizi ieguva etiķskābes sintēzi, izmantojot neorganiskus savienojumus. Sintēze sākās ar oglekļa disulfīda hlorēšanu un pēc divām reakcijām tika noslēgta elektrolītiska reducēšana uz etiķskābi.

XIX gadsimta beigās un divdesmitā gadsimta sākumā, pateicoties J. Weizmann pētījumam, anaerobā fermentācijā sāka izmantot baktēriju Clostridium acetobutylicum etiķskābes ražošanai..

1900

20. gadsimta sākumā dominējošā tehnoloģija bija etiķskābes ražošana ar acetaldehīda oksidāciju.

1925. gadā Henry Dreyfus no Lielbritānijas uzņēmuma Celanese izstrādāja izmēģinājuma iekārtu metanola karbonilēšanai. Pēc tam 1963. gadā Vācijas uzņēmums BASF ieviesa kobalta izmantošanu kā katalizatoru.

Otto Hromatka un Heinrihs Ebneris (1949) izstrādāja tvertni ar ieplūdes un gaisa ieplūdi aerobai fermentācijai, kas paredzēta etiķa ražošanai. Šis agregāts ar dažiem pielāgojumiem joprojām tiek izmantots.

Ziemeļamerikas kompānija Montsanto 1970. gadā metanola karbonilēšanai izmantoja katalizatoru sistēmu, kuras pamatā bija rodijs.

Pēc tam kompānija BP 1990. gadā ievieš Cativa procedūru, lietojot irīdija katalizatoru tam pašam mērķim. Šī metode izrādījās efektīvāka un mazāk videi draudzīga nekā Montsanto metode.

Etiķskābes struktūra

Augšējā attēlā ir parādīta etiķskābes struktūra, ko attēlo sfēras un stieņu modelis. Sarkanās sfēras atbilst skābekļa atomiem, kas savukārt pieder karboksilgrupai -COOH. Tāpēc tā ir karboksilskābe. Struktūras labajā pusē ir metilgrupa, -CH₃.

Kā redzams, tā ir ļoti maza un vienkārša molekula. Tai ir pastāvīgs dipola moments, ko rada -COOH grupa, kas arī ļauj etiķskābei veidot divas ūdeņraža saites..

Tie ir tilti, kas telpiski orientē CH molekulas₃COOH, lai veidotu dimērus šķidrā (un gāzveida) stāvoklī.

Attēlā var redzēt, kā abas molekulas ir sakārtotas, veidojot divas ūdeņraža saites: O-H-O un O-H-O. Lai iztvaicētu etiķskābi, jānodrošina pietiekama enerģija, lai izjauktu šīs mijiedarbības; tāpēc tas ir šķidrums, kura viršanas temperatūra ir augstāka par ūdeni (aptuveni 118 ° C)..

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Ķīmiskie nosaukumi

Skābe:

-Aceti

-Etoāns

-Etil

Molekulārā formula

C₂H₄O₂ vai CH₃COOH.

Fiziskais izskats

Bezkrāsains šķidrums.

Smarža

Acre raksturojums.

Garša

Degšana.

Viršanas punkts

244 ° F līdz 760 mmHg (117,9 ° C).

Kušanas punkts

61,9 ° F (16,6 ° C).

Aizdegšanās punkts

112 ° F (atvērta kauss) 104 ° F (slēgta kauss).

Šķīdība ūdenī

10⁶ mg / ml pie 25 ° C (tas ir samaisāms visās proporcijās).

Šķīdība organiskos šķīdinātājos

Tas šķīst etanolā, etilēterī, acetonā un benzolā. Tas arī šķīst oglekļa tetrahlorīdā.

Blīvums

1,051 g / cm³ pie 68 ° F (1,044 g / cm³ pie 25 ° C).

Tvaika blīvums

2,07 (attiecībā pret gaisu = 1).

Tvaika spiediens

15,7 mmHg pie 25 ° C.

Sadalīšanās

Karsējot līdz vairāk nekā 440 ° C, tā sadalās, lai iegūtu oglekļa dioksīdu un metānu.

Viskozitāte

1056 mPascal pie 25 ° C.

Kodīgums

Ledus etiķskābe ir ļoti kodīga, un tās norīšana var izraisīt nopietnus barības vada un pylorus ievainojumus cilvēkam..

Degšanas siltums

874,2 kJ / mol.

Iztvaikošanas siltums

23,70 kJ / mol pie 117,9 ° C.

23,36 kJ / mol pie 25,0 ° C.

pH

-1 M koncentrācijas šķīdumam ir pH 2,4

- 0,1 M šķīdumam tā pH ir 2,9

- Un 3,4, ja šķīdums ir 0,01 M

Virsmas spriedze

27,10 mN / m pie 25 ° C.

pKa

4,76 līdz 25 ° C.

Ķīmiskās reakcijas

Etiķskābe ir kodīga daudziem metāliem, atbrīvojot H gāzi₂ un veidojot metālu sāļus, ko sauc par acetātiem. Izņemot hroma (II) acetātu, acetāti šķīst ūdenī. Tās reakcija ar magniju ir attēlota ar šādu ķīmisko vienādojumu:

Mg (s) + 2 CH₃COOH (ag) => (CH₃COO)₂Mg (ag) + H₂ (g)

Samazinot etiķskābi, tiek veidots etanols. Tas var arī veidot etiķskābes anhidrīdu, zaudējot ūdeni no divām ūdens molekulām.

Ražošana

Kā minēts iepriekš, fermentācija ražo etiķskābi. Šī fermentācija var būt aerobiska (skābekļa klātbūtnē) vai anaerobā (bez skābekļa).

Oksidējošā vai aerobā fermentācija

Acetobacter ģints baktērijas var iedarboties uz etanolu vai etilspirtu, tā oksidējoties etiķskābē etiķa veidā. Ar šo metodi var ražot etiķi ar 20% etiķskābes koncentrāciju.

Šīs baktērijas ir spējīgas ražot etiķi, darbojoties ar dažādiem izejmateriāliem, kas ietver dažādus augļus, raudzētus pākšaugus, iesalu, labību, piemēram, rīsu vai citus dārzeņus, kas satur vai var ražot etilspirtu.

Ķīmiskā reakcija, ko veicina Acetobacter ģints baktērijas, ir šāda:

CH₃CH₂OH + O₂       => CH₃COOH + H₂O

Oksidējošo fermentāciju veic tvertnēs ar mehānisku maisīšanu un skābekļa padevi.

Anaerobā fermentācija

Tas pamatojas uz dažu baktēriju spēju ražot etiķskābi, tieši iedarbojoties uz cukuru, neprasot starpproduktus etiķskābes ražošanai..

C₆H₁₂O₆      => 3CH₃COOH

Šajā procesā iesaistītā baktērija ir Clostridium acetobutylicum, kas spēj iejaukties citu savienojumu sintezēšanā papildus etiķskābei..

Acetogēnās baktērijas var ražot etiķskābi, iedarbojoties uz molekulām, ko veido tikai viens oglekļa atoms; tāds ir metanola un oglekļa monoksīda gadījums.

Anaerobā fermentācija ir lētāka nekā oksidatīvā fermentācija, bet tai ir ierobežojums, ka Clostridium ģints baktērijas ir maz rezistentas pret skābumu. Tas ierobežo tā spēju ražot etiķi ar augstu etiķskābes koncentrāciju, kā tas panākts oksidācijas fermentācijā..

Metanola metālēšana

Metanols var reaģēt ar oglekļa monoksīdu, lai katalizatoru klātbūtnē iegūtu etiķskābi

CH₃OH + CO => CH₃COOH

Izmantojot katalizatoru kā jodmetānu, metanola karbonilēšana notiek trīs posmos:

Pirmajā posmā hidrogēnskābe (HI) reaģē ar metanolu, ražojot jodmetānu, kas otrajā posmā reaģē ar oglekļa monoksīdu, veidojot savienojumu jodo acetaldehīdu (CH₃SOK). Tālāk, CH₃COI tiek hidratēts, lai iegūtu etiķskābi un atjaunotu HI.

Monsanto process (1966) ir metode etiķskābes ražošanai, katalītiski karbonilējot metanolu. Tas attīstās 30 līdz 60 atm spiedienā 150-200 ° C temperatūrā un izmantojot rodija katalizatora sistēmu..

Monsanto process lielā mērā tika aizstāts ar BP Chemicals LTD izstrādāto Cativa procesu (1990), kurā izmantots irīdija katalizators. Šis process ir lētāks un mazāk piesārņojošs.

Acetaldehīda oksidēšana

Šai oksidācijai ir nepieciešami tādi metālu katalizatori kā naftenāti, mangāna sāļi, kobalta vai hroms.

2 CH₃CHO + O₂     => 2 CH₃COOH

Acetaldehīda oksidācijai var būt ļoti augsts iznākums, kas var sasniegt 95% ar atbilstošiem katalizatoriem. Reakcijas blakus produkti tiek atdalīti no etiķskābes, destilējot.

Pēc metanola karbonilēšanas metodes acetaldehīda oksidēšana ir otrā forma, kas izteikta procentos no etiķskābes rūpnieciskās ražošanas..

Lietojumi

Rūpnieciskais

-Etiķskābe reaģē ar etilēnu skābekļa klātbūtnē, veidojot vinilacetāta monomēru, kā pallādiju izmanto kā reakcijas katalizatoru. Vinilacetāts polimerizējas polivinilacetātā, ko izmanto kā krāsu un līmes sastāvdaļu.

-Reaģē ar dažādiem spirtiem esteru ražošanā, ieskaitot etilacetātu un propilacetātu. Acetāta esteri tiek izmantoti kā tintes, nitrocelulozes, pārklājumu, laku un akrila laku šķīdinātāji..

-Kondensējot divas etiķskābes molekulas, zaudējot vienu molekulas molekulu, veidojas etiķskābes anhidrīds, CH₃CO-O-COCH₃. Šis savienojums ir iesaistīts celulozes acetāta, polimēra, kas veido sintētisku audumu, sintēzē un tiek izmantots fotofilmu ražošanā..

Kā šķīdinātājs

-Tas ir polārs šķīdinātājs ar spēju veidot ūdeņraža saites. Tā spēj izšķīdināt polāros savienojumus, piemēram, neorganiskos sāļus un cukurus, bet arī izšķīst ne polārus savienojumus, piemēram, eļļas un taukus. Turklāt etiķskābe ir sajaucama ar polāriem un ne polāriem šķīdinātājiem.

-Etiķskābes sajaukšanās ar alkāniem ir atkarīga no šo ķēžu paplašināšanas: palielinoties alkānu ķēdes garumam, samazinās tā sajaukšanās ar etiķskābi.

Ārsti

-Atšķaidītu etiķskābi izmanto kā antiseptisku līdzekli, lietojot to lokāli, ar spēju uzbrukt baktērijām, piemēram, streptokokiem, stafilokokiem un pseudomonam. Šīs darbības dēļ to lieto ādas infekciju ārstēšanā.

-Barrett barības vada endoskopijā izmanto etiķskābi. Tas ir stāvoklis, kurā mainās barības vada gļotādas, kļūstot līdzīgas tievās zarnas oderei.

-Šķiet, ka 3% etiķskābes gēls ir efektīvs adjuvants ārstēšanai ar maksts narkotiku Misoprostolu, izraisot medicīnisko abortu vidējā trimestrī, īpaši sievietēm ar 5 vai vairāk vaginālo pH līmeni.

-To lieto kā ķīmiskās lobīšanās aizstājēju. Tomēr, lietojot šo preparātu, ir radušās komplikācijas, jo ziņots par vismaz vienu pacienta apdegumu..

Pārtikas produktos

Etiķis ilgu laiku ir izmantots kā garšviela un garšviela, tāpēc tas ir vislabāk zināms etiķskābes pielietojums..

Atsauces

1. Byju ir (2018). Kas ir etānskābe? Saturs iegūts no: byjus.com
2. PubChem. (2018). Etiķskābe. Saturs iegūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Vikipēdija. (2018). Etiķskābe. Saturs iegūts no: en.wikipedia.org
4. Ķīmiskā grāmata. (2017). Ledus etiķskābe. Saturs iegūts no: chemicalbook.com
5. Etiķskābe: kāda tā ir un kāda tā ir? Izgūti no: acidoacetico.info
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. jūnijs). Kas ir ledus etiķskābe? Saturs iegūts no: thinkco.com