Skudrskābes (HCOOH) struktūra, lietojumi un īpašības



The skudrskābe vai metānskābeTas ir vienkāršākais un mazākais savienojums no visām organiskajām skābēm. To sauc arī par metānskābi, un tās molekulārā formula ir HCOOH, kam ir tikai viens ūdeņraža atoms, kas ir piesaistīts pie oglekļa atoma. Tās nosaukums izriet no vārda formica, kas latīņu valodā nozīmē ant.

Piecpadsmitā gadsimta dabaszinātnieki atklāja, ka dažu veidu kukaiņi (formicidae), piemēram, skudras, termīti, bites un vaboles, izpauž šo savienojumu, kas ir atbildīgs par viņu sāpīgajiem kodumiem. Arī šie kukaiņi izmanto skudrskābi kā uzbrukuma, aizsardzības un ķīmiskās signalizācijas mehānismu. 

Turiet indīgus dziedzerus, kas šo un citu skābju (piemēram, etiķskābes) izdalās kā izsmidzināmu vielu uz ārpusi. Skudrskābe ir spēcīgāka par etiķskābi (CH3COOH); tāpēc, izšķīdinot vienādos daudzumos ūdenī, skudrskābe rada šķīdumus ar zemākām pH vērtībām.

Angļu dabas zinātnieks Džons Ray sasniedza skudrskābes izolāciju 1671. gadā, destilējot no lieliem skudras daudzumiem.

No otras puses, pirmo veiksmīgo šī savienojuma sintēzi veica franču ķīmiķis un fiziķis Džozefs Gay-Lussac, izmantojot reaģentu ar ciānūdeņražskābi (HCN)..

Indekss

  • 1 Kur jūs esat?
  • 2 Struktūra
    • 2.1. Kristāla struktūra
  • 3 Rekvizīti
    • 3.1. Reakcijas
  • 4 Lietojumi
    • 4.1 Pārtikas un lauksaimniecības nozare
    • 4.2 Tekstilizstrādājumu un apavu ražošanas nozare
    • 4.3 Ceļu satiksmes drošība
  • 5 Atsauces

Kur tas ir?

Skudrskābe var būt sauszemes līmenī kā biomasas sastāvdaļa vai atmosfērā, iesaistot plašu ķīmisko reakciju spektru; To var atrast pat zem grīdām, iekšpusē eļļas vai gāzes fāzē uz tās virsmas.

Biomasas ziņā kukaiņi un augi ir šīs skābes galvenie ģeneratori. Kad tiek sadedzināti fosilie kurināmie, tie rada gāzveida skudrskābi; līdz ar to transportlīdzekļu dzinēji atmosfērā atbrīvo skudrskābi.

Tomēr Zemē ir pārmērīgs skudru skaits, un visi no tiem spēj gadā saražot tūkstošiem reižu vairāk par cilvēka rūpniecībā radīto skudrskābes daudzumu. Tāpat meža ugunsgrēki ir skudrskābes gāzveida avoti.

Sarežģītākā atmosfēras matricā augstāks, rodas fotokemiskie procesi, kas sintezē skudrskābi.

Šajā brīdī daudzi gaistošie organiskie savienojumi (GOS) tiek bojāti ultravioletā starojuma ietekmē vai arī oksidējas ar OH brīvo radikāļu mehānismiem. Bagātīgā un sarežģītā atmosfēras ķīmija ir līdz šim lielākais skudrskābes avots uz planētas.

Struktūra

Augšējā attēlā ir attēlots skudrskābes gāzes fāzes dimēra struktūra. Baltās sfēras atbilst ūdeņraža atomiem, sarkanās sfēras atbilst skābekļa atomiem un melnās sfēras atbilst oglekļa atomiem.

Šajās molekulās var redzēt divas grupas: hidroksilgrupu (-OH) un formilgrupu (-CH = O), kas abi spēj veidot ūdeņraža saites.

Šīs mijiedarbības ir O-H-O tipa, hidroksilgrupas, kas ir H un formilgrupu donori, O-donori..

Tomēr H, kas saistīts ar oglekļa atomu, trūkst šīs spējas. Šīs mijiedarbības ir ļoti spēcīgas un, pateicoties elektronu nabadzīgajam H atomam, OH grupas ūdeņradis ir skābāks; tāpēc šis ūdeņradis vēl vairāk stabilizē tiltus.

Iepriekš minētā rezultātā skudrskābe ir dimēra formā, nevis kā atsevišķa molekula.

Kristāla struktūra

Samazinoties temperatūrai, dimērs novirza ūdeņraža saites, lai kopā ar citiem dimeriem radītu visstabilāko struktūru, tādējādi radot bezgalīgu skudrskābes α un β ķēdes..

Vēl viena nomenklatūra ir "cis" un "trans" konformers. Šādā gadījumā "cis" tiek izmantota, lai apzīmētu grupas, kas orientētas vienā virzienā, un "trans" tām grupām pretējos virzienos.

Piemēram, α ķēdē formilgrupas "norāda" uz to pašu pusi (kreisajā pusē), atšķirībā no β ķēdes, kur šīs formilgrupas norāda uz pretējām pusēm (augšējais attēls).

Šī kristāliskā struktūra ir atkarīga no fizikālajiem mainīgajiem lielumiem, kas ietekmē to, piemēram, spiedienu un temperatūru. Tādējādi ķēdes ir konvertējamas; tas ir, dažādos apstākļos "cis" ķēdi var pārveidot par "trans" ķēdi, un otrādi.

Ja spiediens palielinās līdz krasiem līmeņiem, ķēdes ir pietiekami saspiestas, lai tās varētu uzskatīt par skudrskābes kristālisko polimēru.

Rekvizīti

- Skudrskābe ir šķidrums istabas temperatūrā, bezkrāsains un ar spēcīgu un iekļūstošu smaku. Tā molekulmasa ir 46 g / mol, kūst pie 8,4 ° C un viršanas temperatūra ir 100,8 ° C, augstāka nekā ūdens.

- Tas ir sajaucams ūdenī un polāros organiskos šķīdinātājos, piemēram, ēterī, acetonā, metanolā un etanolā.

- Turpretī aromātiskos šķīdinātājos (piemēram, benzolā un toluolā) tā ir nedaudz šķīstoša, jo skudrskābē tās struktūrā tikko ir oglekļa atoms..

- Tā pKa ir 3,77, vairāk skābes nekā etiķskābes, un to var izskaidrot, jo metilgrupa veicina elektronu blīvumu ar oglekļa atomu, ko oksidē divi oksigēni. Tas rada nelielu protona skābuma samazināšanos (CH3COOH, HCOOH).

- Skābe tiek deprotonēta, tā tiek pārveidota par HCOO anjonu-, kas var novirzīt negatīvo lādiņu starp diviem skābekļa atomiem. Tāpēc tas ir stabils anjons un izskaidro skudrskābes augsto skābumu.

Reakcijas

Skudrskābi var dehidrēt oglekļa monoksīdā (CO) un ūdenī. Platīna katalizatoru klātbūtnē to var sadalīt arī molekulārā ūdeņraža un oglekļa dioksīda veidā:

HCOOH (l) → H2g) + CO2(g)

Šī īpašība ļauj skudrskābi uzskatīt par drošu ūdeņraža uzglabāšanas veidu.

Lietojumi

Pārtikas un lauksaimniecības nozare

Neskatoties uz to, ka skudrskābe var būt kaitīga, tā ir piemērota koncentrācija kā konservants pārtikas produktos tā antibakteriālās iedarbības dēļ. Šī paša iemesla dēļ to izmanto lauksaimniecībā, kur tam ir arī pesticīdu darbība.

Tajā ir iekļauta arī konservējoša iedarbība uz ganībām, kas palīdz novērst zarnu gāzi vaislas dzīvniekiem.

Tekstilizstrādājumu un apavu ražošanas nozare

To izmanto tekstilrūpniecībā tekstilmateriālu krāsošanā un rafinēšanā, kas varbūt ir visbiežāk izmantotā skābe.

Skudrskābe tiek izmantota ādas apstrādē sakarā ar tās attaukošanu un matu noņemšanu.

Ceļu satiksmes drošība

Lai samazinātu negadījumu risku, papildus norādītajiem rūpnieciskajiem lietojumiem Šveicē un Austrijā ceļos izmanto skudrskābes atvasinājumus (formātus). Šī apstrāde ir efektīvāka nekā sāls izmantošana.

Atsauces

  1. Tellus (1988). Atmosfēras skudrskābe no formicīna skudras: sākotnējs novērtējums408, 335-339.
  2. B. Millet et al. (2015). Atmosfēras skudrskābes avoti un izlietnes. Atmos. Chem. Phys., 15, 6283-6304.
  3. Vikipēdija. (2018). Skudrskābe. Saturs iegūts 2018. gada 7. aprīlī no: en.wikipedia.org
  4. Acipedija. Skudrskābe. Saturs iegūts 2018. gada 7. aprīlī no: acipedia.org
  5. Dr N. K. Patels. Modulis: 2, Lekcija: 7. Skudrskābe. Saturs iegūts 2018. gada 7. aprīlī no: nptel.ac.in
  6. F. Gončarovs, M. R. Manaa, J. M. Zaug, L. E. Fried, W. B. Montgomerija. (2014). Skudrskābes polimerizācija zem augsta spiediena.
  7. Žans un Freds. (2017. gada 14. jūnijs). Termīti, kas atstāj pilskalnus. [Attēls] Saturs iegūts no: flickr.com
  8. Michelle Benningfield. (2016. gada 21. novembris). Skudrskābes izmantošana. Saturs iegūts 2018. gada 7. aprīlī no: ehowenespanol.com