Химическая формула уксусной кислоты: интересные факты
Уксусная кислота - одно из самых распространенных и полезных веществ, используемых человеком на протяжении тысячелетий. Но что скрывается за простой химической формулой CH3COOH? Давайте разберемся!
История открытия уксусной кислоты
Уксус в виде кислого вина был известен еще в глубокой древности. Первое письменное упоминание о практическом использовании уксусной кислоты относится к III веку до н.э. - греческий ученый Теофраст описал ее воздействие на металлы. Уксус применялся для получения различных пигментов, в частности белых свинцовых белил, а также ярь-медянки - зеленой смеси солей меди.
В Древнем Риме был популярен напиток под названием "сапа" - прокисшее вино, настоянное в свинцовых сосудах. Этот сладкий напиток содержал много ацетата свинца Pb(CH3COO)2, также известного как свинцовый сахар или сахар Сатурна. Употребление сапы приводило к хроническим отравлениям римской знати.
В 1789 году русский химик Т.Е. Ловиц открыл метод получения безводной уксусной кислоты, названной "ледяной" из-за образования льдовидных кристаллов при замерзании. А в 1847 году немецкий химик А. Кольбе впервые синтезировал CH3COOH из неорганических веществ - хлорированных производных углерода.
Химическая формула уксусной кислоты: расшифровка
Молекула уксусной кислоты состоит из атомов углерода, водорода и кислорода. Ее молекулярная формула CH3COOH имеет следующую структуру:
- CH3 - метильная группа, содержащая 1 атом углерода и 3 атома водорода.
- CO - карбонильная группа - связь между атомами углерода и кислорода.
- OH - гидроксильная группа, к ней присоединен атом водорода.
Эти три группы атомов и образуют молекулу уксусной кислоты. А соли и сложные эфиры этой кислоты называются ацетатами. Например, поваренная соль CH3COONa - это ацетат натрия.
Физические и химические свойства
Уксусная кислота представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом и кислым вкусом. Она хорошо смешивается с водой, а также растворяет многие неорганические вещества.
По химическим свойствам уксусная кислота ведет себя как типичный представитель карбоновых кислот. Она способна отдавать протон H+, проявляя кислотные свойства. Степень диссоциации чистой кислоты невелика, показатель кислотности рКа составляет 4,76. Но в растворах ацетатов проявляется характерный запах CH3COOH.
При взаимодействии с активными металлами уксусная кислота выделяет водород и образует соли - ацетаты:
2CH3COOH + Zn → (CH3COO)2Zn + H2
Также возможно хлорирование кислоты с образованием хлорзамещенных производных, и многие другие реакции.
Промышленные способы получения
В промышленности уксусную кислоту получают различными способами. Ранее широко применялась перегонка древесины с последующей очисткой паров.
В настоящее время основным методом является каталитическое карбонилирование метанола. Реакция протекает с участием окиси углерода в присутствии катализаторов на основе солей родия или иридия:
CH3OH + CO → CH3COOH
Выход уксусной кислоты достигает 90-99% от теоретически возможного. Этим способом производится более половины всего промышленного уксуса.
Области применения уксусной кислоты
Благодаря доступности и универсальным свойствам, уксусная кислота и ее производные используются во многих областях.
Водные растворы CH3COOH концентрацией 3-15% применяются как столовый уксус в пищевой промышленности и кулинарии. Также уксусная эссенция (70-80%) используется для консервирования и удаления накипи.
В химической промышленности уксусную кислоту и ее соли применяют для синтеза лекарств, красителей, пластмасс. Она служит растворителем и реакционной средой при производстве различных веществ.
Токсичность и меры предосторожности при работе
Концентрированная уксусная кислота обладает едкими свойствами и может вызывать ожоги слизистых оболочек и кожи. Ее пары также обладают раздражающим действием.
Предельно допустимая концентрация паров CH3COOH в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м3 согласно нормам гигиены.
При работе следует использовать защитную одежду, перчатки и очки. Емкости с кислотой хранят в отдельном помещении при температуре не выше +25°C. Необходимо соблюдать осторожность и правила техники безопасности.
Интересные факты об уксусной кислоте
Уксусная кислота упоминается еще в трудах Авиценны как лекарственное и антисептическое средство. В Средние века алхимики использовали ее для растворения металлов, получения ядов и летучих веществ.
Само название происходит от латинского слова "acidus" - кислый. А вот английское название acetic acid буквально означает "уксусная кислота".
Биохимическое производство уксусной кислоты
Помимо синтеза из неорганических соединений, уксусную кислоту можно получать биотехнологическим способом при помощи микроорганизмов. Для этого используют способность некоторых бактерий окислять этанол до СН3СООН.
В качестве сырья применяют этанол или этанолсодержащие жидкости - вино, сброженные фруктовые соки. Окисление катализируется ферментами-дегидрогеназами, входящими в состав бактериальных клеток.
Данный метод позволяет получать высокочистый пищевой столовый уксус без примесей и по очень низкой себестоимости. Однако его доля в мировом производстве уксусной кислоты пока невелика.
Хранение уксусной кислоты
Для безопасного хранения уксуса необходимы следующие условия:
- Герметичная стеклянная или полимерная тара.
- Хранение в темном прохладном помещении (t не выше +25°C).
- Защита от попадания прямых солнечных лучей.
- Отдельное помещение, приспособленное для хранения едких жидкостей.
Оптимальный срок годности пищевого столового уксуса 3-5 лет при соблюдении вышеперечисленных правил. По истечении срока активность уксусной кислоты снижается.
Транспортировка уксусной кислоты
Для безопасной транспортировки уксуса используют:
- Цистерны из нержавеющей стали.
- Защита наливных отверстий резиновыми прокладками.
- Отсутствие нижнего слива, исключающее утечку жидкости.
- Специально оборудованный герметичный транспорт.
Перевозка уксусной кислоты оформляется товарно-транспортными накладными и относится к опасным грузам класса 8 по ГОСТ 19433-88. Необходимо строго соблюдать маркировку, предосторожности и скоростной режим.
Применение производных уксусной кислоты
Помимо самой CH3COOH, практическое применение находят и ее производные - соли, сложные эфиры, хлорзамещенные аналоги.
Ацетаты металлов используют в производстве красителей, как катализаторы химических реакций. Пальмитиновая и стеариновая кислоты применяются в косметологии и фармацевтике.
Хлоруксусная кислота является сырьем для получения уксусного ангидрида - важного реагента для ацетилирования в органическом синтезе. Трихлоруксусная кислота применяется как гербицид в сельском хозяйстве.