МРАВЧЕНА КИСЕЛИНА (HCOOH): СТРУКТУРА, УПОТРЕБА И СВОЙСТВА - ХИМИЯ - 2025

В мравчена киселина или мравчена киселина е най-простият и най-малката от всички органични киселини съединение. Известен е още като метанова киселина и молекулната му формула е HCOOH, имащ само един водороден атом, свързан към въглеродния атом. Името му произлиза от думата Formica, която е латинска за мравка.

Натуралистите от XV век откриват, че някои видове насекоми (формицидите), като мравки, термити, пчели и бръмбари, секретират това съединение, отговорно за техните болезнени ужилвания. По същия начин тези насекоми използват мравчената киселина като механизъм за атака, защита и химическа сигнализация.

Мравките и бръмбарите отделят мравчена киселина

Те имат отровни жлези, които отделят тази и други киселини (например оцетна киселина) като спрей отвън. Мравчена киселина е по-силна от оцетна киселина (CH ₃ COOH); следователно, разтворена в равни количества във вода, мравчената киселина произвежда разтвори с по-ниски стойности на рН.

Английският натуралист Джон Рей успял да изолира мравчената киселина през 1671 г., дестилирайки я от голям брой мравки.

От друга страна, първият успешен синтез на това съединение е извършен от френския химик и физик Джоузеф Гей-Лусак, използвайки циановодородна киселина (HCN) като реагент.

Къде се намира?

Мравчената киселина може да присъства на сухоземни нива, като компонент на биомаса или в атмосферата, участва в широк спектър от химически реакции; Може дори да се намери под земята, вътре в маслото или в газообразна фаза на повърхността му.

По отношение на биомасата насекомите и растенията са основните генератори на тази киселина. Когато изкопаемите горива се изгарят, те произвеждат газообразна мравчена киселина; следователно двигателите на превозните средства отделят мравчена киселина в атмосферата.

Въпреки това, Земята е дом на прекалено голям брой мравки и сред всички тях те са способни да произвеждат хиляди пъти количеството мравчена киселина, генерирано от човешката индустрия за една година. По същия начин горските пожари представляват газообразни източници на мравчена киселина.

По-високо в сложната атмосферна матрица протичат фотохимични процеси, които синтезират мравчена киселина.

На този етап много летливи органични съединения (ЛОС) се разграждат под въздействието на ултравиолетовото лъчение или се окисляват от OH свободни радикални механизми. Богатата и сложна атмосферна химия далеч е преобладаващият източник на мравчена киселина на планетата.

структура

Горното изображение илюстрира структурата на димер на фазата на мравчена киселина фаза. Белите сфери съответстват на водородните атоми, червените на кислородните атоми, а черните - на въглеродните атоми.

В тези молекули могат да се видят две групи: хидроксил (-ОН) и формил (-СН = О), и двете способни да образуват водородни връзки.

Тези взаимодействия са от тип O-HO, като хидроксилните групи са донори на Н, а формил групите - донорите на O.

Обаче Н, свързан с въглеродния атом, няма тази способност. Тези взаимодействия са много силни и поради бедния от електрон атом Н, водородът в ОН групата е по-кисел; следователно този водород допълнително стабилизира мостовете.

В резултат на горното мравчената киселина съществува като димер, а не като отделна молекула.

Кристална структура

С намаляването на температурата димерът ориентира водородните си връзки, за да генерира възможно най-стабилната структура заедно с другите димери, като по този начин създава безкрайни α и β вериги на мравчена киселина.

Друга номенклатура са консолите "cis" и "trans". В този случай "cis" се използва за обозначаване на групи, ориентирани в една и съща посока, и "trans" за тези групи в противоположни посоки.

Например, в α веригата, формилните групи "насочват" към същата страна (отляво), за разлика от β веригата, където тези формилни групи сочат към противоположни страни (горно изображение).

Тази кристална структура зависи от физическите променливи, които действат върху нея, като налягане и температура. По този начин веригите са конвертируеми; тоест, при различни условия "цис" верига може да се трансформира в "транс" верига и обратно.

Ако налягането се покачи до драстични нива, веригите се компресират достатъчно, за да се считат за кристален полимер мравчена киселина.

Имоти

- мравчената киселина е течност при стайна температура, безцветна и със силна и проникваща миризма. Има молекулно тегло 46 g / mol, топи се при 8.4ºC и има точка на кипене 100.8ºC, по-висока от тази на водата.

- Смесва се във вода и в полярни органични разтворители, като етер, ацетон, метанол и етанол.

- От друга страна, в ароматни разтворители (като бензен и толуен) той е слабо разтворим, тъй като мравчената киселина едва ли има въглероден атом в структурата си.

- Той има рКа от 3,77, по-кисел от оцетната киселина, което може да се обясни, тъй като метиловата група допринася за електронната плътност на въглеродния атом, окислен от двата кислорода. Това води до леко понижаване на киселинността на протона (CH ₃ COOH, НСООН).

- депротонирана киселина, тя се превръща в НСОО ^- анион формат, който може да преместват заряда отрицателен между двата кислородни атома. Следователно, той е стабилен анион и обяснява високата киселинност на мравчената киселина.

реакции

Мравчената киселина може да бъде дехидратирана до въглероден оксид (СО) и вода. В присъствието на платинови катализатори той също може да се разложи на молекулен водород и въглероден диоксид:

HCOOH (l) → H ₂ (g) + CO ₂ (g)

Това свойство позволява мравчената киселина да се счита за безопасен начин за съхраняване на водород.

Приложения

Хранителната и селското стопанство

Въпреки колко вредна може да бъде мравчената киселина, тя се използва в адекватни концентрации като консервант в храната поради антибактериалното си действие. По същата причина се използва в селското стопанство, където има и пестицидно действие.

Освен това има консервантно действие върху пасищата, което помага за предотвратяване на чревни газове при разплодни животни.

Текстилната и обувната промишленост

Използва се в текстилната промишленост при боядисване и рафиниране на текстил, като може би е най-честата употреба на тази киселина.

Мравчената киселина се използва в обработката на кожа поради обезмасляването й и при отстраняването на космите на този материал.

Безопасност на пътя по пътищата

В допълнение към посочените промишлени приложения, в Швейцария и Австрия по пътищата през зимата се използват производни на мравчена киселина (формати), за да се намали рискът от злополуки. Това лечение е по-ефективно от използването на обикновена сол.

Препратки

1. Телус (1988). Атмосферна мравчена киселина от мравчици мравчици: предварителна оценка408, 335-339.
2. B. Millet et al. (2015). Източници и мивки на атмосферна мравчена киселина. Atmos. Chem. Phys., 15, 6283-6304.
3. Wikipedia. (2018). Мравчена киселина. Произведено на 7 април 2018 г. от: en.wikipedia.org
4. Acipedia. Мравчена киселина. Произведено на 7 април 2018 г. от: acipedia.org
5. Д-р Н. К. Пател. Модул: 2, Лекция: 7. Мравчена киселина. Произведено на 7 април 2018 г. от: nptel.ac.in
6. Ф. Гончаров, MR Манаа, Дж. М. Зауг, LE Фрид, WB Montgomery. (2014). Полимеризация на мравчена киселина под високо налягане.
7. Жан и Фред. (14 юни 2017 г.). Термитите, напускащи могилите., Възстановено от: flickr.com
8. Мишел Бенингфийлд. (2016 г., 21 ноември). Употреба на мравчена киселина. Произведено на 7 април 2018 г. от: ehowenespanol.com