Способы применения уксусной кислоты. Уксусная кислота

Уксусная кислота (метанкарбоновая, этановая кислота) CH3COOH - бесцветная жидкость с резким запахом и кислым вкусом. Безводную уксусную кислоту называют «ледяной». Температура плавления составляет 16, 75°С, температура кипения 118, 1°; 17, 1° при давлении 10 мм. рт. столба, 42, 4° при 40 мм., 62, 2° при 100 мм., 98, 1° при 400 мм. и 109° при 560 мм. ртутного столба. Удельная теплоёмкость уксусной кислоты равна 0, 480 кал/г . град., Qсгорания209, 4 ккал/моль. Уксусная кислота принадлежит к слабым кислотам, константа диссоциации К = 1, 75 . 10 -5 . Она во всех отношениях смешивается с водой, спиртом, эфиром, бензолом и нерастворима в сероуглероде. При разбавлении уксусной кислоты водой происходит сокращение объёма раствора. Максимальная плотность 1, 0748 г/см3 отвечает моногидрату. Уксусная кислота - первая из кислот, которая стала известна человечеству (в виде уксуса, образующегося при скисании вина). В концентрированном виде она получена Шталем в 1700 году, а состав установлен Берцелиусом в 1814 году. Уксусная кислота распространена в растениях как в свободном виде, так и в виде солей и сложных эфиров; она образуется при гниении и брожении молочных продуктов. Превращение спиртовых жидкостей в уксус (3 - 15% уксусная кислота) происходит под действием бактерий «уксусного грибка» Micoderma aceti. Из перебродившей жидкости перегонкой получают 80% уксусную кислоту - уксусную эссенцию. Уксусную кислоту в ограниченном масштабе получают из «древесного уксуса» - одного из продуктов сухой перегонки древесины. Основной промышленный метод получения уксусной кислоты состоит в окислении ацетальдегида, синтезируемого из ацетилена по Кучерова реакции.Окисление производят воздухом или кислородом при 60° и катализе (СН3СОС)2Мn. Таким способом получают 95 - 97% уксусную кислоту. В присутствии ацетатов кобальта и меди при 40° получают смесь уксусной кислоты (50 - 55%), уксусного ангидрида (30 -35%) и воды (~10%). Смесь разделяют перегонкой. Техническое значение для получения уксусной кислоты имеет также окисление этилена, этилового спирта и других, а также действие серной кислотына нитроэтан. Чистую уксусную кислоту получают из технических продуктов ректификацией.Гидроксильная группа уксусной кислоты очень реакционноспособна и может обмениваться на галогены, SH, OC2H5, NH2, NHNH2, N3, NHOH и другие с образованием разных её производных, например, ацетила хлористого СН3СОСl, уксусного ангидрида (CH3CO)2O, ацетамида СН3СОNН2, азида СН3СОN3; спиртами уксусная кислота этерифицируется, образуя сложные эфиры (ацетаты) СН3СООR, простейшие из которых - легколетучие жидкости с фруктовым запахом (например, амилацетат и изоамилацетат «грушевая эссенция»), реже с цветочным запахом (трет-Бутилциклогексилацетат). Физические свойства некоторых эфиров уксусной кислоты приведены в таблице; их широко применяют как растворители (особенно этилацетат) для нитроцеллюлозных лаков, глифталевых и полиэфирных смол, в производстве киноплёнки и целлулоида, а также в пищевой промышленности и парфюмерии. В производстве полимеров значительную роль играют искусственные волокна, лаки и клеи на основе винилацетата. Уксусная кислота находит обширное и разнообразное применение. В технике к числу её наиболее распространённых реакций относится введение ацетильной группы СН3СО, с помощью которой защищают, например, в ароматических аминах NH2-группу от окисления при нитровании; получают ряд лекарственных веществ (аспирин, фенацетин и другие). Значительные количества уксусной кислоты идут на производство ацетона, ацетилцеллюлозы, синтетических красителей, используются при крашении и печатании тканей и в пищевой промышленности. Основные соли уксусной кислоты Al, Fe, Cr и другие служат протравами при крашении; они обеспечивают прочную связь красителя с текстильным волокном. Пары уксусной кислоты раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Хроническое действие паров ведёт к заболеваниям носоглотки и к конъюнктивитам. Предельно допустимая концентрация её паров в воздухе 0,005 мг/л. Растворы с концентрацией выше 30% вызывают ожоги

Cтраница 1

Концентрированная уксусная кислота также самовозгорается в смеси с перекисью натрия. Реакция протекает в виде взрыва с образованием пламени.  

Концентрированная уксусная кислота при попадании на кожу или слизистые оболочки может вызвать сильные ожоги. Пары уксусной кислоты при вдыхании раздражают слизистые оболочки носа и дыхательных путей.  

Концентрированная уксусная кислота, известная под названием ледяной, вызывает сильнейшие ожоги и разрушает органические вещества. Нейтрализуется нашатырным спиртом и раствором соды.  

Концентрированная уксусная кислота из поглотительных скрубберов поступает в ректификационную колонну на от-парку ацетона, а затем на вторичную ректификацию для получения товарной уксусной кислоты. Отгоняемый здесь ацетон, а также ацетон с низа колонны отгонки кетена после нейтрализации возвращается в цикл.  

Концентрированная уксусная кислота быстро впитывается белковыми веществами кожи и мышечной ткани и вызывает болезненные и труднозаживающие ожоги и язвы.  

Концентрированная уксусная кислота из поглотительных колонн 11 поступает в ректификационную колонну 10 для отделения ацетона. Сырую уксусную кислоту из колонны 10 собирают в сборник 13, откуда подают в ректификационную колонну 14 для укрепления и очистки перегонкой.  

Концентрированная уксусная кислота ядовита, растворы ее с концентрацией выше 30 % вызывают ожоги.  

Агрессивная концентрированная уксусная кислота, являющаяся неизбежным спутником катализатора К-ЮС, как показали испытания , вызывает коррозионные повреждения углеродистой стали уже в первые сутки. Далее коррозионные очаги локализуются и не развиваются ни по поверхности, ни в глубину, поскольку кислота после вулканизации улетучивается из системы. Коррозионные повреждения на массивных стальных и иных изделиях вряд ли могут быть значительными. Однако при заливке силоксановыми компаундами или герметиками например радиотехнических и других ответственных изделий с мелкими стальными, медными и латунными деталями или тонкой проволокой следует предвидеть возможность кислотной коррозии.  

Концентрированная уксусная кислота электрического тока, не проводит: лампочка прибора не светится.  

Концентрированную уксусную кислоту отбирают из низа колонны, из ее кубовой части, или из кипятильника. При достаточном числе тарелок колонны эта кислота может быть получена почти безводной и с очень небольшим содержанием увлекателя. Однако в тех случаях, когда увлекатель по отношению к уксусной кислоте является более высококипящим компонентом, выходящая из колонны кислота обычно содержит его в значительном количестве и поэтому требует дополнительной перегонки в отдельных колоннах.  

Наиболее концентрированную уксусную кислоту отбирают с верхних тарелок колонны укрепления из жидкой фазы; она, после холодильника 10 и вакуум-приемника 11, отбирается в виде раствора высокой концентрации.  

Органическая или карбоновая одноосновная кислота, молекула которой содержит два атома углерода и карбоксильную группу (получила такое название потому, что состоит из карбонильной и карбоксильной групп), называется этановая (по аналогии с алканом с таким же количеством углеродных атомов) или уксусная кислота. Она, как и все низшие алифатические представители этого класса органических соединений, обладает резким запахом. Ее химическая формула записывается в виде: CH3COOH. При комнатных условиях является бесцветной жидкостью. Плотность — 1,05 г/см³. Молярная масса равняется 60,05 г/моль. Плавится при температуре плюс 16,75 °C (ниже затвердевает, кристаллы похожи на лед, поэтому называют ледяной). Кипит при температуре плюс 118,1 °C. Показатель преломления равняется 1,372.

Представители этого класса органических соединений слабее, чем серная или соляная, но если сравнить с то наиболее сильной будет уксусная кислота. Химические свойства ее определяются входящими в состав молекулы карбонильной и гидроксильной групп. Они влияют настолько сильно друг на друга, что химические свойства вещества лишь в незначительной степени напоминают свойства карбонильных соединений (альдегидов, амидов, кетонов, сложных эфиров) или спиртов. Происходит ионизация связи O—H за счет оттягивания электронов карбонильной группой. Поэтому связь намного легче диссоциирует, чем в спиртах. Смещение электронов от гидроксильной группы к карбонильной частично понижает на углеродном атоме положительный заряд, что затрудняет атаку его нуклеофилом. Поэтому многие вещества, легко взаимодействующие с карбонильными соединениями, не реагируют с CH3COOH.

В незначительной степени уксусная кислота способна, диссоциировать с образованием ионов водорода: CH3COOH +H2O ↔ CH3CO2ˉ + H3O+. Для нее характерны основаниями, в результате которых образуются соли: NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O. Соли карбоновых кислот, как правило, растворимы в воде. Это свойство облегчает их извлечение из природных источников. Поэтому кислоты были в числе первых выделены из органических веществ. Так, например, этановая была получена из прокисшего вина. Прочные водородные связи образуются между молекулами CH3COOH, за счет этого в органических растворителях и в газовой фазе она существует в виде димера.

Уксусная кислота с водой способна смешиваться в любых соотношениях. Она меняет свои свойства в зависимости от концентрации. Умеренно агрессивна по отношению к металлам, включая железо, магний и цинк. При этом получаются водород и соли, называемые ацетатами: Mg + 2 CH3COOH → (CH3COO)2Mg + H2. Так как алюминий образует пассивирующую кислотостойкую пленку то алюминиевые цистерны, наряду с цистернами из нержавеющей стали, применяются для транспортировки CH3COOH.

В промышленности уксусная кислота получается окислением одноименного альдегида: 2CH3COH + O2 → 2CH3COOH. Из 800 кг альдегида получают тонну CH3COOH. Но более современный способ получения — это жидкофазное окисление бутана кислородом воздуха при температуре 150—170 °С и давлении 50 атм: CH3CH2CH2CH3 + 2O2 →2CH3COOH + 2 H2O. На самом деле реакция протекает намного сложнее, чем показано на схеме. Кроме уксусной кислоты, образуется еще ряд побочных продуктов. Оба эти способа вытеснены (из-за повышения цен на нефть) методом карбонилирования метанола: CO + CH3OH →CH3COOH. Процесс протекает в присутствии катализатора, которым являются соли родия, и промоторов (активаторов) — йодид ионов. Способность некоторых микроорганизмов подвергать ферментации с последующим окислением в CH3COOH, используется в биохимическом производстве: C2H5OH + O2→ CH3COOH + H2O. Процесс очень сложный и протекает в несколько ступеней.

Уксусная кислота выпускается по ГОСТ 19814-74 (синтетическая и регенерированная), ГОСТ 18270-72 (особой чистоты) и ГОСТ 61-75 (реактивная). Это важный химический реагент и промышленный химикат, в основном используется в производстве, служит для получения пластических масс, искусственного волокна, красителей, кинопленки и прочее. Она является сырьем для получения винилацетата, который используется в процессе получения сэвилена (как сомономер этилена). Применение уксусной кислоты обусловлено ее химическими и физическими свойствами. Соли CH3COOH являются протравами, служащими для закрепления красителей на волокне.

В домашних хозяйствах разбавленная уксусная кислота очень часто используется, как средство для удаления накипи. В пищевой промышленности применяется под кодом пищевой добавки E260, как регулятор кислотности и в качестве приправы. Пищевая добавка одобрена для использования в ЕС, США, Австралии и Новой Зеландии. В пищевой промышленности ее применяют для консервирования продуктов в виде уксуса с концентрацией CH3COOH в воде от 3 до 15 % или с основного вещества, равной 70 %. Ряд уксусной кислоты используются в кондитерском производстве.