SKUDRSKĀBE (HCOOH): STRUKTŪRA, LIETOJUMI UN ĪPAŠĪBAS - ĶĪMIJA - 2025

Skudrskābe vai methanoic skābe ir vienkāršākā un mazākais no visa organisko skābju maisījumu. To sauc arī par metānskābi, un tā molekulārā formula ir HCOOH, kam ir tikai viens ūdeņraža atoms, kas saistīts ar oglekļa atomu. Tās nosaukums cēlies no vārda Formica, kas latīņu valodā nozīmē ant.

15. gadsimta dabaszinātnieki atklāja, ka daži kukaiņu veidi (formicīdi), piemēram, skudras, termīti, bites un vaboles, izdala šo savienojumu, kas ir atbildīgs par viņu sāpīgajiem dzēlieniem. Tāpat šie kukaiņi skudrskābi izmanto kā uzbrukuma, aizsardzības un ķīmiskās signalizācijas mehānismu.

Skudras un vaboles izdala skudrskābi

Viņiem ir indīgi dziedzeri, kas izdala šo un citas skābes (piemēram, etiķskābi) kā aerosolu uz ārpusi. Skudrskābe ir stiprāka par etiķskābi (CH ₃ COOH); tāpēc skudrskābe, izšķīdināta vienādos daudzumos ūdenī, rada šķīdumus ar zemāku pH vērtību.

Angļu dabaszinātniekam Džonam Rejam 1671. gadā izdevās izolēt skudrskābi, to destilējot no daudzām skudrām.

No otras puses, pirmo veiksmīgo šī savienojuma sintēzi veica franču ķīmiķis un fiziķis Džozefs Gejs-Lussaks, par reaģentu izmantojot ciānūdeņražskābi (HCN).

Kur tas atrodas?

Skudrskābe var būt sauszemes līmenī, kā biomasas sastāvdaļa vai atmosfērā, iesaistīta plašā ķīmisko reakciju spektrā; To var atrast pat zem zemes, eļļas iekšpusē vai gāzveida fāzē uz tās virsmas.

Biomasas ziņā kukaiņi un augi ir galvenie šīs skābes ģeneratori. Dedzinot fosilo kurināmo, tie rada gāzveida skudrskābi; līdz ar to transportlīdzekļu motori atmosfērā izdala skudrskābi.

Tomēr uz Zemes dzīvo pārmērīgi daudz skudru, un starp visām šīm tām viena gada laikā ir iespējams tūkstošiem reižu saražot skudrskābes daudzumu, ko cilvēka rūpniecība rada. Tāpat meža ugunsgrēki ir skudrskābes gāzveida avoti.

Augšpusē sarežģītajā atmosfēras matricā notiek fotoķīmiskie procesi, kas sintezē skudrskābi.

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

Uzbūve

Augšējais attēls parāda skudrskābes gāzes fāzes dimēra struktūru. Baltās sfēras atbilst ūdeņraža atomiem, sarkanās sfēras - skābekļa atomiem un melnās sfēras - oglekļa atomiem.

Šajās molekulās var redzēt divas grupas: hidroksil (–OH) un formil (–CH = O), kas abas var veidot ūdeņraža saites.

Šīs mijiedarbības ir O-HO tipa, hidroksilgrupas ir H donori un formilgrupas ir O donori.

Tomēr H, kas piestiprināts pie oglekļa atoma, šīs spējas trūkst. Šīs mijiedarbības ir ļoti spēcīgas, un, ņemot vērā elektroniem slikto H atomu, OH grupā ūdeņradis ir skābāks; tāpēc šis ūdeņradis vēl vairāk stabilizē tiltus.

Iepriekšminētā rezultātā skudrskābe pastāv kā dimērs, nevis kā atsevišķa molekula.

Kristāla struktūra

Temperatūrai pazeminoties, dimērs novirza savas ūdeņraža saites, lai kopā ar pārējiem dimeriem radītu visstabilāko struktūru, tādējādi veidojot skudrskābes bezgalīgas α un β ķēdes.

Vēl viena nomenklatūra ir konformatori "cis" un "trans". Šajā gadījumā "cis" tiek izmantots, lai apzīmētu grupas, kas orientētas vienā virzienā, un "trans" - tām grupām, kas atrodas pretējos virzienos.

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

Šī kristāliskā struktūra ir atkarīga no fizikālajiem mainīgajiem, kas uz to iedarbojas, piemēram, no spiediena un temperatūras. Tādējādi ķēdes ir konvertējamas; tas ir, dažādos apstākļos "cis" ķēdi var pārveidot par "trans" ķēdi, un otrādi.

Ja spiediens paaugstinās līdz krasam līmenim, ķēdes pietiekami saspiež, lai tās uzskatītu par skudrskābes kristālisku polimēru.

Īpašības

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

- Tas viegli sajaucas ūdenī un polāros organiskos šķīdinātājos, piemēram, ēterī, acetonā, metanolā un etanolā.

- No otras puses, aromātiskos šķīdinātājos (piemēram, benzolā un toluolā) tas nedaudz šķīst, jo skudrskābes struktūrā gandrīz nav oglekļa atoma.

- Tā pKa ir 3,77, skābāka nekā etiķskābe, ko var izskaidrot ar to, ka metilgrupa nodrošina elektronisku blīvumu oglekļa atomam, kas oksidēts ar diviem skābekļiem. Tā rezultātā nedaudz pazeminās protona (CH ₃ COOH, HCOOH) skābums .

- Deprotonated skābi, tā kļūst par HCOO ^- formāts anjonu , kas var mainīšanu negatīvo maksa starp diviem skābekļa atomiem. Līdz ar to tas ir stabils anjons un izskaidro skudrskābes augsto skābumu.

Reakcijas

Skudrskābi var dehidrēt līdz oglekļa monoksīdam (CO) un ūdenim. Platīna katalizatoru klātbūtnē tas var arī sadalīties molekulārajā ūdeņradī un oglekļa dioksīdā:

HCOOH (l) → H ₂ (g) + CO ₂ (g)

Šī īpašība ļauj skudrskābi uzskatīt par drošu ūdeņraža uzglabāšanas veidu.

Lietojumprogrammas

Pārtikas un lauksaimniecības nozare

Neskatoties uz to, cik skudrskābe var būt kaitīga, antibakteriālas iedarbības dēļ to lieto pietiekamā koncentrācijā kā konservantu pārtikā. Tā paša iemesla dēļ to izmanto lauksaimniecībā, kur tai ir arī pesticīdu iedarbība.

Tam ir arī aizsargājoša iedarbība uz ganībām, kas palīdz novērst zarnu gāzi vaislas dzīvniekiem.

Tekstilizstrādājumu un apavu rūpniecība

To izmanto tekstilrūpniecībā tekstilizstrādājumu krāsošanā un rafinēšanā, iespējams, visbiežāk lietojot šo skābi.

Skudrskābi izmanto ādas apstrādē, pateicoties tās attaukošanai un šī materiāla matu noņemšanai.

Ceļu drošība uz ceļiem

Papildus norādītajiem rūpnieciskajiem lietojumiem skudrskābes atvasinājumus (formātus) ziemā izmanto uz ceļiem, lai samazinātu negadījumu risku. Šī apstrāde ir efektīvāka nekā parastā sāls lietošana.

Atsauces

1. Tellus (1988). Skudrskābes atmosfēras skudrskābe no skudru skudrām: provizorisks novērtējums408, 335–339.
2. B. Millet et al. (2015). Atmosfēras skudrskābes avoti un izlietnes. Atmos. Chem. Phys., 15, 6283-6304.
3. Wikipedia. (2018). Skudrskābe. Saņemts 2018. gada 7. aprīlī no: en.wikipedia.org
4. Acipedia. Skudrskābe. Saņemts 2018. gada 7. aprīlī no: acipedia.org
5. Dr NK Patel. Modulis: 2, lekcija: 7. Skudrskābe. Saņemts 2018. gada 7. aprīlī no: nptel.ac.in
6. F. Gončarovs, MR Manaa, JM Zaug, LE Fried, WB Montgomery. (2014). Skudrskābes polimerizācija augstā spiedienā.
7. Žans un Freds. (2017. gada 14. jūnijs). Termīti, kas atstāj pilskalnus. . Atgūts no: flickr.com
8. Mišela Benningfīlda. (2016, 21. novembris). Skudrskābes lietojumi. Saņemts 2018. gada 7. aprīlī no: ehowenespanol.com