ETIĶSKĀBE: VĒSTURE, STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Etiķskābe vai butiletiķskābes ir organisks bezkrāsas šķidrums ar to ķīmiskā formula CH ₃ COOH. Izšķīdinot ūdenī, jūs iegūstat labi zināmu maisījumu, ko sauc par etiķi, ko ilgstoši izmanto kā piedevu pārtikā. Etiķis ir etiķskābes ūdens šķīdums ar koncentrāciju aptuveni 5%.

Kā norāda nosaukums, tas ir skābs savienojums, un tāpēc etiķa pH vērtības ir zemākas par 7. Tā acetāta sāls klātbūtnē tas veido buferi, kas ir efektīvs pH regulēšanai no 2,76 līdz 2 6,76; tas ir, tas uztur pH šajā diapazonā ar mērenu bāzes vai skābes pievienošanu.

Avots: Pixabay

Tās formula ir pietiekama, lai saprastu, ka to veido metilgrupas (CH ₃ ) un karboksilgrupas (COOH) savienība . Pēc skudrskābes, HCOOH, ir viena no vienkāršākajām organiskajām skābēm; kas ir arī daudzu fermentācijas procesu beigu punkts.

Tādējādi etiķskābi var ražot, veicot aerobo un anaerobās baktēriju fermentāciju un ķīmisku sintēzi, un metanola karbonilēšanas process ir galvenais tās ražošanas mehānisms.

Papildus ikdienas lietošanai kā salātu mērci, rūpniecībā tas pārstāv arī izejmateriālu celulozes acetāta ražošanai - polimēru, ko izmanto fotofilmu izgatavošanai. Etiķskābi izmanto arī polivinilacetāta sintēzē, ko izmanto koksnes līmes ražošanā.

Kad etiķis ir kļuvis ļoti koncentrēts, tas vairs netiek saukts par sauktu un tiek saukts par ledus etiķskābi. Šajās koncentrācijās, kaut arī tā ir vāja skābe, tā ir ļoti kodīga un sekla elpošana var izraisīt ādas un elpošanas ceļu kairinājumu. Ledus etiķskābi izmanto kā šķīdinātāju organiskajās sintēzēs.

Vēsture

Cilvēks, kas pieder pie daudzās kultūrās, ir izmantota fermentāciju daudzi augļi, pākšaugi, graudaugi, uc, lai iegūtu alkoholiski dzērieni, produkts transformācijas cukuriem, piemēram, glikozes, etanolā, CH ₃ CH ₂ OH.

Droši vien tāpēc, ka sākotnējā spirta un etiķa ražošanas metode ir fermentācija, iespējams, mēģinot ražot alkoholu nenoteiktā laikā, pirms daudziem gadsimtiem etiķi ieguva kļūdas dēļ. Ņemiet vērā etiķskābes un etanola ķīmisko formulu līdzību.

Jau 3. gadsimtā pirms mūsu ēras grieķu filozofs Teofāstuss aprakstīja etiķa iedarbību uz metāliem pigmentu, piemēram, svina baltā, ražošanā.

1800. gads

1823. gadā Vācijā tika projektēts torņa formas aprīkojums dažādu produktu aerobo fermentācijai, lai iegūtu etiķskābi etiķa formā.

1846. gadā Hermans Foelbe pirmo reizi sasniedza etiķskābes sintēzi, izmantojot neorganiskus savienojumus. Sintēze sākās ar oglekļa disulfīda hlorēšanu un pēc divām reakcijām tika pabeigta ar elektrolītisku reducēšanu līdz etiķskābei.

19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā, pateicoties J. Veizmana pētījumiem, baktēriju Clostridium acetobutylicum sāka izmantot etiķskābes ražošanai ar anaerobās fermentācijas palīdzību.

1900. gads

20. gadsimta sākumā dominējošā tehnoloģija bija etiķskābes iegūšana ar acetaldehīda oksidācijas palīdzību.

1925. gadā Henrijs Dreifuss no Lielbritānijas uzņēmuma Celanese projektēja izmēģinājuma rūpnīcu metanola karbonilēšanai. Vēlāk, 1963. gadā, vācu uzņēmums BASF ieviesa kobalta izmantošanu kā katalizatoru.

Otto Hromatka un Heinrihs Ebners (1949) projektēja tvertni ar maisīšanas sistēmu un gaisa padevi aerobai fermentācijai, kas paredzēta etiķa ražošanai. Šī mašīna ar dažiem pielāgojumiem joprojām tiek izmantota.

1970. gadā Ziemeļamerikas uzņēmums Montsanto metanola karbonilēšanai izmantoja katalizatora sistēmu, kas balstīta uz rodiju.

Vēlāk BP uzņēmums 1990. gadā ieviesa Cativa procesu, izmantojot tajā pašā nolūkā irīdija katalizatoru. Šī metode izrādījās efektīvāka un mazāk videi agresīva nekā Montsanto metode.

Etiķskābes struktūra

Avots: Pixabay

Augšējā attēlā parādīta etiķskābes struktūra, kas attēlota ar lodīšu un stieņu modeli. Sarkanās sfēras atbilst skābekļa atomiem, kas savukārt pieder pie karboksilgrupas –COOH. Tāpēc tā ir karbonskābe. Labajā pusē struktūras ir metilgrupa, -CH ₃ .

Kā redzams, tā ir ļoti maza un vienkārša molekula. Tas parāda pastāvīgu dipola momentu –COOH grupas dēļ, kas arī ļauj etiķskābei veidot divas ūdeņraža saites pēc kārtas.

Tieši šie tilti telpiski orientē CH ₃ COOH molekulas , veidojot dimērus šķidrā (un gāzveida) stāvoklī.

Avots: Pixabay

Attēla augšpusē var redzēt, kā abas molekulas ir sakārtotas, veidojot divas ūdeņraža saites: OHO un OHO. Etiķskābes iztvaikošanai ir jāpiegādā pietiekami daudz enerģijas, lai pārtrauktu šo mijiedarbību; tāpēc tas ir šķidrums, kura viršanas temperatūra ir augstāka nekā ūdenim (aptuveni 118 ° C).

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Ķīmiskie nosaukumi

Skābe:

-Etiķis

-Etāniskā

-Etils

Molekulārā formula

C ₂ H ₄ O ₂ vai CH ₃ COOH.

Ārējais izskats

Bezkrāsains šķidrums.

Smarža

Raksturīgs akrs.

Garša

Dedzināšana

Vārīšanās punkts

244 ° F līdz 760 mmHg (117,9 ° C).

Kušanas punkts

61,6 ° F (16,6 ° C).

aizdegšanās punkts

112ºF (atvērtais kauss) 104ºF (slēgtais kauss).

Šķīdība ūdenī

10 ⁶ mg / mL at 25 ° C (tas ir sajaucama visās proporcijās).

Šķīdība organiskos šķīdinātājos

Tas šķīst etanolā, etilēterī, acetonā un benzolā. Tas šķīst arī tetrahlorogleklī.

Blīvums

1,051 g / cm ³ 68 ° F (1,044 g / cm ³ pie 25 ° C).

Tvaika blīvums

2,07 (attiecībā pret gaisu = 1).

Tvaika spiediens

15,7 mmHg 25 ° C temperatūrā.

Sadalīšanās

Sildot virs 440 ºC, tas sadalās, veidojot oglekļa dioksīdu un metānu.

Viskozitāte

1 056 mPascal 25 ° C temperatūrā.

Kodīgums

Ledus etiķskābe ir ļoti kodīga, un tās norīšana cilvēkam var izraisīt smagus barības vada un pilora bojājumus.

Sadegšanas siltums

874,2 kJ / mol.

Iztvaikošanas siltums

23,70 kJ / mol 117,9 ° C temperatūrā.

23,36 kJ / mol 25,0 ° C temperatūrā.

pH

-1 M koncentrācijas šķīduma pH ir 2,4

- 0,1 M šķīdumam tā pH ir 2,9

- Un 3,4, ja risinājums ir 0,01 M

Virsmas spraigums

27,10 mN / m 25 ° C temperatūrā.

pKa

4.76 pie 25 C.

Ķīmiskās reakcijas

Etiķskābe ir kodīga daudziem metāliem, izdalot H ₂ gāzi un veidojot metāla sāļus, ko sauc par acetātiem. Izņemot hroma (II) acetātu, acetāti šķīst ūdenī. Tā reakciju ar magniju attēlo šāds ķīmiskais vienādojums:

Mg (s) + 2 CH ₃ COOH (ag) => (CH ₃ COO) ₂ Mg (ag) + H ₂ (g)

Reducējot etiķskābe veido etanolu. Tas var arī veidot etiķskābes anhidrīdu, zaudējot ūdeni no divām ūdens molekulām.

Ražošana

Kā jau iepriekš tika teikts, fermentējot iegūst etiķskābi. Šī fermentācija var būt aeroba (skābekļa klātbūtnē) vai anaeroba (bez skābekļa).

Oksidējoša vai aeroba fermentācija

Acetobacter ģints baktērijas var iedarboties uz etanolu vai etilspirtu, izraisot tā oksidēšanu etiķskābē etiķa formā. Ar šo metodi var iegūt etiķi ar 20% etiķskābes koncentrāciju.

Šīs baktērijas spēj ražot etiķi, iedarbojoties uz visdažādākajām izejvielām, kas ietver dažādus augļus, raudzētus pākšaugus, iesalu, graudaugus, piemēram, rīsus vai citus dārzeņus, kas satur vai var radīt etilspirtu.

Acetobacter ģints baktēriju veicinātā ķīmiskā reakcija ir šāda:

CH ₃ CH ₂ OH + O ₂ => CH ₃ COOH + H ₂ O

Oksidējošo fermentāciju veic tvertnēs ar mehānisku maisīšanu un skābekļa padevi.

Anaerobā fermentācija

Tā pamatā ir dažu baktēriju spēja ražot etiķskābi, tieši iedarbojoties uz cukuriem, nepieprasot starpproduktus etiķskābes ražošanai.

C ₆ H ₁₂ O ₆ => 3CH ₃ COOH

Baktērija, kas iejaucas šajā procesā, ir Clostridium acetobutylicum, kas papildus etiķskābei spēj iejaukties arī citu savienojumu sintēzē.

Acetogēnās baktērijas var radīt etiķskābi, iedarbojoties uz molekulām, kuras sastāv tikai no viena oglekļa atoma; piemēram, metanols un oglekļa monoksīds.

Anaerobā fermentācija ir lētāka nekā oksidatīvā fermentācija, taču tai ir ierobežojums, ka Clostridium ģints baktērijas nav ļoti izturīgas pret skābumu. Tas ierobežo tā spēju ražot etiķi ar augstu etiķskābes koncentrāciju, piemēram, to panāk oksidatīvā fermentācijā.

Metanola karbonilēšana

Metanols var reaģēt ar oglekļa monoksīdu, iegūstot etiķskābi katalizatoru klātbūtnē

CH ₃ OH + CO => CH ₃ COOH

Izmantojot jodmetānu kā katalizatoru, metanola karbonilēšana notiek trīs posmos:

Pirmajā posmā jodskābe (HI) reaģē ar metanolu, iegūstot jodmetānu, kas otrajā posmā reaģē ar oglekļa monoksīdu, veidojot savienojumu joda acetaldehīdu (CH ₃ COI). Pēc tam CH ₃ COI tiek hidratēts, lai iegūtu etiķskābi un reģenerētu HI.

Monsanto process (1966) ir etiķskābes iegūšanas metode ar metanola katalītisko karbonilēšanu. To izstrādā ar rodija katalizatora sistēmu ar spiedienu no 30 līdz 60 atm, temperatūrā 150-200 ° C.

Monsanto procesu lielā mērā aizstāja Cativa (1990) process, ko izstrādāja BP Chemicals LTD, kurā tiek izmantots iridija katalizators. Šis process ir lētāks un mazāk piesārņo.

Acetaldehīda oksidēšana

Šai oksidēšanai nepieciešami metāliski katalizatori, piemēram, naftenāti, mangāna sāļi, kobalts vai hroms.

2 CH ₃ CHO + O ₂ => 2 CH ₃ COOH

Acetaldehīda oksidēšanai var būt ļoti liela raža, kas ar piemērotiem katalizatoriem var sasniegt 95%. Reakcijas blakusproduktus destilējot atdala no etiķskābes.

Pēc metanola karbonilēšanas metodes acetaldehīda oksidēšana ir otrā forma etiķskābes rūpnieciskās ražošanas procentos.

Lietojumprogrammas

Rūpnieciskā

-Etiķskābe skābekļa klātbūtnē reaģē ar etilēnu, veidojot vinilacetāta monomēru, par reakcijas katalizatoru izmantojot pallādiju. Vinilacetāts polimerizējas par polivinilacetātu, ko izmanto kā sastāvdaļu krāsās un līmējošos materiālos.

-Reaģē ar dažādiem spirtiem, lai iegūtu esterus, ieskaitot etilacetātu un propilacetātu. Acetāta esteri tiek izmantoti kā šķīdinātāji tintes, nitrocelulozes, pārklājumu, laku un akrila lakām.

-Kondensējot divas etiķskābes molekulas, zaudējot vienu molekulas molekulu, veidojas etiķskābes anhidrīds, CH ₃ CO-O-COCH ₃ . 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. Tas spēj izšķīdināt polāros savienojumus, piemēram, neorganiskos sāļus un cukurus, bet arī izšķīdina nepolārus savienojumus, piemēram, eļļas un taukus. Turklāt etiķskābe viegli sajaucas ar polārajiem un nepolārajiem šķīdinātājiem.

-Etiķskābes sajaukšanās ar alkāniem ir atkarīga no to ķēdes pagarinājuma: palielinoties alkāna ķēdes garumam, tās sajaukšanās ar etiķskābi samazinās.

Ārsti

- Atšķaidītu etiķskābi izmanto kā antiseptisku līdzekli, to lieto lokāli, ar spēju uzbrukt baktērijām, piemēram, streptokokiem, stafilokokiem un pseidomonām. Sakarā ar šo darbību to lieto ādas infekciju ārstēšanā.

-Etiķskābi izmanto Bareta barības vada endoskopijā. Tas ir stāvoklis, kad barības vada odere mainās, kļūstot līdzīga tievās zarnas oderei.

- Šķiet, ka 3% etiķskābes želeja ir efektīvs palīglīdzeklis ārstēšanai ar maksts medikamentu Misoprostol, izraisot medicīnisku abortu vidējā trimestra laikā, īpaši sievietēm ar maksts pH 5 vai vairāk.

-Izmanto kā ķīmiskās lobīšanās aizstājēju. Tomēr ar šo lietošanu ir radušās komplikācijas, jo ir ziņots par vismaz vienu pacienta apdegumu gadījumu.

Pārtikā

Etiķis jau ilgu laiku tiek izmantots kā garšviela un aromatizētājs pārtikas produktiem, tieši tāpēc etiķskābe ir vislabāk zināma.

Atsauces

1. Byju's. (2018). Kas ir etānskābe? Atgūts no: byjus.com
2. PubChem. (2018). Etiķskābe. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Wikipedia. (2018). Etiķskābe. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Ķīmiskā grāmata. (2017). Ledus etiķskābe. Atgūts no: chemicalbook.com
5. Etiķskābe: kas tas ir un kam tas paredzēts? Atgūts no: acidoacetico.info
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 22. jūnijs). Kas ir ledus etiķskābe? Atgūts no: domaco.com