Применение уксусной кислоты: в промышленности, быту, медицине

Что такое уксусная кислота

Это синтетический продукт, образованный путем брожения этанола и углеводов или после естественного скисания сухих винных сортов. Этановая кислота принимает участие в обменных процессах, осуществляющихся в организме человека. Кислую жидкость, кроме того, используют для приготовления консервации, маринадов. Определенные свойства продукта делают его незаменимым во множестве химических соединений, средствах бытового значения.

Формула

В состав уксусной кислоты входит уксус 3-9% уксус и 70-80% уксусная эссенция. Соли и эфиры продукта называются ацетатами. Обычный уксус, который используется в кулинарии, содержит яблочную, аскорбиновую, уксусную и молочную кислоты. Ежегодно в мире производят около 5 миллионов тонн этановая кислоты. Ее химическая формула имеет следующий вид: C2H4O2.

Молярная масса CHCOOH

По расчетам, молярная масса уксусной кислоты составляет 60,05 г/моль. Его можно рассчитать как:

(2 × 12.011) + (4 × 1.00794) + (2×15.999) г/моль = 60,05 г/моль

Структура уксусной кислоты

Структура уксусной кислоты, представленная моделью сфер и столбцов, показана на верхнем изображении. Красные сферы соответствуют атомам кислорода, которые, в свою очередь, принадлежат карбоксильной группе -COOH. Следовательно, это карбоновая кислота. На правой стороне структуры мы имеем метильную группу -CH3.

Как видно, это очень маленькая и простая молекула. Он имеет постоянный дипольный момент благодаря -COOH группе, которая также позволяет уксусной кислоте образовывать две водородные связи последовательно.

Именно эти мосты пространственно ориентируют молекулы СН3СООН с образованием димеров в жидком (и газообразном) состоянии.

На изображении вверху мы видим, как две молекулы расположены так, что образуют две водородные связи: O-H-O и O-H-O. Чтобы испарить уксусную кислоту, необходимо обеспечить достаточную энергию, чтобы разорвать эти взаимодействия; именно поэтому это жидкость с температурой кипения выше, чем у воды (приблизительно 118 ° C).

Концентрация

Растворы уксусной кислоты, которые применяются пищевой промышленностью, бытовой кулинарии, консервации, называются уксусом и уксусной эссенцией. Абсолютная концентрированная кислота называется ледяной, поскольку при замерзании она преобразуется в массу, напоминающую по структуре лед. Разная концентрация уксусной кислоты обуславливает следующую классификацию продукта:

• эссенция (содержит 30-80% кислоты, является компонентом медикаментов от зуда, грибков);
• ледяная (раствор 96%, используется для удаления мозолей, бородавок);
• столовый уксус (имеет концентрацию 3, 6 или 9%, активно используется для бытовых целей);
• ацетатное вещество (эфир кислоты);
• натуральный яблочный уксус (имеет низкий кислотный процент, применяется косметологами, кулинарами);
• бальзамический уксус (настоянный на определенных пряных растениях столовый продукт).

Виды уксуса

Уксусная кислота в чистом виде – вещество агрессивное, способное нанести вред здоровью.

Поэтому в быту используется ее водный раствор разной концентрации. Существуют два способа создания уксуса:

• промышленный;
• домашний.

Продукт промышленного производства может содержать в себе 3, 6 или 9 % уксусной кислоты. Концентрация домашнего уксуса еще ниже, что делает его безопаснее для применения. Также продукт домашнего производства содержит в себе витамины и другие полезные вещества. Спектр нутриентов зависит от продукта, из которого был изготовлен уксус. Наиболее часто применяют яблочное и виноградное сырье. Существует еще так называемый бальзамический уксус, сделанный из виноградного с добавлением пряных трав.

Свойства

Прозрачная жидкость обладает резким запахом, имеет плотность 1,05 г/см2. Физические свойства уксусной кислоты обуславливают ее замерзание при температуре 16,6 градусов, при этом субстанция приобретает вид прозрачных кристаллов, напоминающих лед (из-за этого концентрированную кислую жидкость называют ледяной). Кислота имеет способность активно поглощать влагу из воздуха, она может нейтрализовать основные окислы и гидраты, и, кроме того, вытеснять из углекислых солей углекислоту.

Физические свойства

Некоторые важные физические свойства уксусной кислоты перечислены ниже.

• Этановая или уксусная кислота имеет резкий уксусный запах и кислый вкус.
• Это бесцветная жидкость.
• Он закипает при 391 тыс.
• Его плотность в жидком виде составляет 1,049 г/см3.
• Он может смешиваться с водой, спиртом, эфиром во всех пропорциях.
• В воде он растворяется с выделением тепла и уменьшением объема.
• Он агрессивен по своей природе и вызывает появление волдырей при контакте с кожей.

В нем растворены сера, йод и многие другие органические соединения.

Химические свойства

Уксусная кислота является второй простейшей формой метильной группы, содержащей карбоновую кислоту, с химическим названием CH3 и связана с группой карбоновых кислот (COOH).

Другими словами, мы можем сказать, что это ацетильная группа (CH3CO), связанная с гидроксильной группой (OH).

Структура CH3COOH показывает, что она содержит гибридизацию sp 2. Этановая кислота ведет себя как димер в жидком и парообразном состоянии из-за межмолекулярной водородной связи. На рисунке 2 показана структура.

Кислотность (Реакция с металлами, щелочами)

1. Известно, что этановая кислота вступает в реакцию с активными металлами, такими как Na, с выделением водорода. Эта реакция аналогична реакции этанола.

CH3COOH + Na → CH3COONa+H2

2. Уксусная кислота вступает в реакцию с NaOH с образованием соли и воды.

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

3.CH3COOH также вступает в реакцию с карбонатом натрия и гидрокарбонатом натрия, которые являются более слабыми основаниями и выделяют CO2.

Na2CO3 + 2 CH3COOH → 2 CH3COONa + CO2 + H2O

CH3COOH + NaHCO3 → NaC3COO + H2O + CO2

Хлориды кислот

Он вступает в реакцию с тионилхлоридом и образует ацетилхлорид.

CH3COOH + SOCl2 → CH3COCl + HCl + SO2

Кислотный ангидрид

Уксусная кислота вступает в реакцию с хлоридом кислоты в присутствии основания и высвобождает уксусный ангидрид.

CH3CO2H → CH2 =C=O + H2O

CH3CO2H + CH2=C=O → (CH3CO)2O

Эфир

Когда любой спирт вступает в реакцию с любой карбоновой кислотой, он образует сложные эфиры. Когда уксусная кислота вступает в реакцию с этиловым спиртом, это приводит к образованию этилэтаноата.

CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O

CH3COOH в качестве растворителя

Уксусная кислота является полярным протонным растворителем. Это кислотный растворитель, так как он может передавать ион H+ растворяемому веществу.

Он часто используется в таких реакциях, как алкилирование Фриделя-Крафта. С его помощью можно получить терефталевую кислоту.

Некоторые важные химические свойства уксусной кислоты приведены ниже:

• Карбоксильная функциональная группа в этановой кислоте вызывает ионизацию соединения, получаемого в результате реакции: CH3COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺
• Кислотное качество уксусной кислоты обусловлено высвобождением протона, описанного выше в равновесной реакции.
• В растворе воды константа кислотной диссоциации (pKa) этановой кислоты 4,76.
• CHCOO⁻, ацетат является конъюгированным основанием уксусной кислоты.
• Уксусная кислота не диссоциирует полностью, так как видно, что рН раствора этановой кислоты с концентрацией 1,0 М составляет 2,4.
• Уксусная кислота-полярный протонный растворитель с диэлектрической проницаемостью 6,2 в жидкой форме.

Получение

Из чего делают уксусную кислоту сегодня? Для получения жидкости технического назначения используется древесный черный порошок, который содержит большое количество смолистых веществ. Самым выгодным химическим способом получения продукта является окисления этаналя или ацетальдегида, который в промышленности получают либо посредством гидратации ацетилена с солями ртути (метод называют реакцией Чугаева) или же окислением этилового спирта над раскаленной медью. Ацетальдегид самостоятельно окисляется кислородом и трансформируется в уксусную кислоту.

Раствор уксусной кислоты транспортируется на разные расстояния в автомобильных или железнодорожных цистернах, произведенных из специальных видов нержавеющих стальных материалов. На складах жидкость хранится в герметичных контейнерах, емкостях, бочках под навесами либо в специальных помещениях. Заливать и хранить кислоту в полимерной таре допускается максимум на протяжении одного месяца.

Лабораторные испытания

Обнаружить уксусную кислоту в растворе можно за счет выявления ее физических свойств, например запаха. Достаточно добавить в раствор более сильную кислоту, которая начнет вытеснять соли уксуса с выделением ее паров. Путем лабораторной перегонки CH3COONa и H2SO4 возможно получить уксусную кислоту в сухом виде.

Проведем опыт из школьной программы по химии 8 класса. Физические свойства уксусной кислоты ярко демонстрирует химическая реакция расстворения. Достаточно добавить в раствор к веществу оксид меди и слегка нагреть его. Оксид полностью растворяется, делая раствор голубоватого цвета.

Реакции с уксусной кислотой

Уксусная кислота подвергается почти всем реакциям карбоновой кислоты.

• Уксусная кислота подвергается разложению при нагревании выше 440°C с образованием либо метана и двуокиси углерода, либо воды и этанола, указанных в уравнениях.

CH3COOH + Тепло → CO + CH4

Ch3COOH + Тепло → H2C=C=O + H2O

• При воздействии уксусной кислоты некоторые металлы, такие как магний, железо и цинк, подвергаются коррозии. Эта реакция приводит к образованию ацетатных солей. Когда магний вступает в реакцию с уксусной кислотой, он дает ацетат магния и водород, указанные в уравнении.

2CH3COOH + Mg → Mg(CH3COO)2 (ацетат магния) + H2

• Ацетатные соли образуются, когда уксусная кислота вступает в реакцию со щелочами, как описано в уравнении.

ЧКУХ + КОХ → ЧКУК + Н2О

• Соединения, образующиеся при реакции с карбонатами, представляют собой соли ацетата, воду и диоксид углерода.

2CH3COOH + Na2CO3 (карбонат натрия) → 2CH3COONa +CO2 + H2O

CH3COOH + NaHCO3 (бикарбонат натрия) → CH3COOHNa +CO2 +H2O

Воздействие на организм человека

Концентрированная уксусная кислота оказывает сильное коррозионное воздействие на глаза, кожу и слизистые оболочки. Порог чувствительности к запаху очень низкий — от 1 до 5 частей на миллион. Что обычно предотвращает вдыхание опасных для человека концентраций этой кислоты. Длительное вдыхание 100 ppm может вызвать отек легких.

Следует отметить, что попадание даже пищевого уксуса в глаза может вызвать повреждение глаз. При попадании, следует незамедлительно промыть глаза большим количеством воды.

Передозировка

Воздействие уксусной кислоты на человеческий организм схоже с влиянием соляной, серной или азотной кислот. Отличие – в более поверхностном воздействии веществ.

Примерно 12 мл чистой уксусной кислоты является смертельной для человека. Эта порция аналогична стакану столового уксуса или 20-40 мл уксусной эссенции. Пары вещества, попадая в легкие, вызывают пневмонию с осложнениями. Среди других возможных последствий передозировки – некроз тканей, геморрагия печени, нефроз с отмиранием почечных клеток.

Области применения уксусной кислоты

Фармакология и медицина

Яркий пример использования уксусной кислоты как лекарственного средства – изготовление аспирина, где эта кислота  является одним из компонентов. Ацетилсалициловое соединение получается при смешении с уксусным ангидридом.

Вещество применяется при изготовлении противовоспалительных, болеутоляющих, жаропонижающих средств. Из этановой кислоты получают производные вещества – уксуснокислые соли свинца и алюминия. Они входят в состав препаратов для ослабления болевого синдрома, при невралгии и даже при атеросклерозе.

При высокой температуре больному человеку назначают обтирание уксусом. Столовую ложку 6%-ного раствора смешивают с половиной литра теплой воды и делают компресс.

Применение в быту

Применение уксусной кислоты разнообразно: она удаляет пятна разных типов с посуды, одежды, бытовых приборов. Также она подходит для очистки воздуха от затхлого запаха. При помощи нее можно вывести ржавчину, накипь в стиральной машине. Для этого следует:

1. Залить 2 стакана 9%-ного раствора в бачок.
2. Выбрать режим стирки при температуре 90 градусов.
3. Включить опцию дополнительного ополаскивания.

Уксусная кислота в быту – незаменимая вещь. Очистка накипи уксусом поведет за собой также отсутствие неприятного затхлого запаха. Таким же образом проводится профилактика от солевых отложений в стиральной машине, только к раствору добавляется вода и сода.

Если на кузове автомобиля есть ненужная наклейка, то поможет ткань, смоченная в растворе. Кусочком тряпки следует протирать стикер до тех пор, пока он полностью не отпадет.

Химическая промышленность

Уксусная кислота используется в производстве мыла, клея, красок, ацентатов, синтетических тканей. Некоторые соли соединения наносят на металлические покрытия, чтобы гальванизировать их. Поверхность становится защищенной от воздействия внешней среды, коррозии.

Уксусная кислота применяется для производства пластмасс, ацетата целлюлозы, красителей, пестицидов. При окрашивании промышленных изделий некоторые соли связывают текстильные волокна и краситель.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности соединение используется как консервант с названием Е260. Данная пищевая добавка предназначена для натурального консервирования, сохранения пригодности продуктов при менее щадящих условиях. Применение уксусной кислоты уместно в кулинарии. Она становится ингредиентом для производства заправок для закусок, различных салатов, а также соусов и солений.

Косметология

Соединений проявляет себя и в косметологии благодаря бактерицидным свойствам. Продукт при курсовом применении позволяет избавиться от высыпаний акне. Уксус способен сжигать ороговевшие участки кожи по всему телу, эффект напоминает пемзу. Поэтому данное соединение – неплохой вариант против целлюлита, мозолей и постакне.

Для этого нужно свернуть в несколько слоев марлевую повязку и окунуть ее в уксус и поместить компресс на пораженный участок кожи на 10 минут.

Ни в коем случае нельзя допускать контакт кислоты со слизистыми оболочками – это опасно!

Посттравматические рубцы разглаживаются и меняют цвет на более привычный, потому что верхний слой кожи обновляется.

Техника безопасности при работе с уксусной кислотой

При работе с концентрированной уксусной кислотой требуются защитные очки и перчатки. Если в помещении не используются принудительные системы кондиционирования, то работы должна выполняться в вытяжном шкафу.

Концентрированная чистая уксусная кислота (ледяная) — это легковоспламеняющаяся гигроскопическая жидкость, которая легко испаряется. С воздухом пары могут образовывать взрывоопасную смесь!

Факты об уксусной кислоте

Факты об уксусной кислоте для тех, кто хочет узнать немного больше!

Молярная масса уксусной кислоты составляет 60,052 г / моль (г / моль). Молярная масса – это общая масса элемента или соединения (атомная масса), измеренная в атомных единицах массы или «amu», деленная на его количество в молях (моль). Один моль основан на числе Авогадро 6.02214076 × 1023, поскольку это число означает, что сравнение между молями и Дальтонами, другой научной единицей атомной массы, проще.

Ледяная уксусная кислота – это раствор уксусной кислоты в очень небольшом количестве воды – менее 1%. Слово ледниковый относится к его кристаллоподобной твердой форме при комнатной температуре. Другое название ледяной уксусной кислоты – безводная уксусная кислота. Эта форма является слабой кислотой, но едким ядом, вызывающим образование пузырей и ожоги. Поскольку воды для диссоциации очень мало, ледяная уксусная кислота передаст свои протоны воде в кожа или слизистые оболочки.

Поиск подходящего буферного агента для кислоты, такой как уксусная кислота, требует знания pH, Ka или pKa кислоты. PH, Ka и pKa все связаны друг с другом. Уксусная кислота имеет Ka 1,8 × 10-5 или более легкое для вычисления значение pKa 4,756. PH измеряет количество ионов водорода (H +) в любом растворе, который содержит воду, и колеблется от 0 (кислый) до 14 (основание). Чем ниже рН, тем выше концентрация ионов водорода. Ka и pKa относятся к кислотам и относятся к константе диссоциации кислоты, которая показывает, насколько вероятно, что кислота откажется от своих протонов. Высокий Ka говорит нам, что кислота является сильной и будет реагировать на любые химические вещества, добавленные к ней. РКа противоположна – чем меньше число, тем сильнее кислота. Это потому, что рКа является отрицательным логарифмом Ка.

Однако концентрированная уксусная кислота может иметь более низкий рН, чем сильная кислота. Благодаря рКа, который является постоянным значением, мы можем производить расчеты, не думая о концентрациях. PKa уксусной кислоты составляет 4.756, и это говорит нам о том, насколько вероятно, что она откажется от своих протонов в растворе. Основания измеряются в зависимости от вероятности удаления протонов из раствора.

Температура кипения уксусной кислоты составляет от 244 до 246 ° F (от 118 до 119 ° C), а ее температура плавления лежит от 61 до 62 ° F (от 16 до 17 ° C) или чуть ниже комнатной температуры. Плотность уксусной кислоты составляет 1,049 г / см 3 в жидком состоянии и 1,27 г / см 3 в твердом состоянии.

Наиболее распространенной формой уксусной кислоты является уксус который содержит 5-20% уксусной кислоты. Насколько велико разбавление (и, следовательно, сила кислоты), называется ее зернистостью. Вы можете легко рассчитать это, умножив концентрацию на 10. Уксус, содержащий 5% уксусной кислоты, будет иметь прочность зерна 50.

Ваша оценка?

Петр Иваныч

Возможно этот человек ответит на ваши вопросы

Задать вопрос