Муравьиная кислота, получение, свойства, химические реакции |

Муравьиная кислота, получение, свойства, химические реакции | Кислород

3. Взаимодействие с основными оксидами

Карбоновые кислоты реагируют с основными оксидами с образованием солей карбоновых кислот и воды.

Например, уксусная кислота взаимодействует с оксидом бария с образованием ацетата бария и воды.
Например, уксусная кислота реагирует с оксидом меди (II)

2СН3СООН    CuO  = H2О     ( CH3COO)2 Cu

Видеоопыт взаимодействия уксусной кислоты с оксидом меди (II) можно посмотреть здесь.

Химические свойства одноосновных насыщенных карбоновых кислот

Одноосновные карбоновые кислоты обладают высокой реакционной способностью, причем в молекуле кислоты присутствуют одновременно несколько реакционных центров:

  • О-Н-Кислотный центр. За счет подвижного водорода ОН группы характерно проявление кислотных свойств.
  • Электрофильный центр – атом углерода карбоксильной группы. Благодаря этому центру кислоты и их производные вступают в реакции нуклеофильного замещения.
  • Основный центр – оксогруппа (карбонильная группа), имеющая пару электронов. Способна к протонированию (присоединению водорода), в реакциях нуклеофильного замещения.
  • С-Н – кислотный центр – возникает в алкильном радикале у α-углеродного атома благодаря индуктивному эффекту карбоксильной группы. При этом возникает возможность реакции конденсации, а также замещения водорода при этом центре.

реакционные центры карбоновых кислот

I. Реакции с разрывом в карбоксильной группе связи O─H

  • Диссоциация кислот в водных растворах происходит с отщеплением водорода:

R-COOH ↔ R-COO− Н

Карбоновые кислоты в водных растворах частично подвергаются электролитической диссоциации, которая по сравнению с минеральными кислотами незначительна. Все органические кислоты являются слабыми, тем не менее, они имеют свойственные минеральным кислотам химические свойства.  Самая сильная среди одноосновных кислот – муравьиная (Н-СООН).

Заместители в молекуле кислоты способствуют возникновению индукционного эффекта, вследствие чего кислотность кислоты, а значит и ее сила уменьшается или растет в зависимости от природы заместителя. Так, электронодонорые заместители (например, алкильные заместители) понижают кислотность (силу) кислот, а электроноакцепторные (например, Cl, Вr, I) – увеличивают кислотность (силу) кислот.

Изменение силы кислот

Это отражается в значениях их констант кислотности.

Водные растворы карбоновых кислот изменяют окраску индикаторов.

  • Образование солей карбоновых кислот

а)Взаимодействие кислот с металлами, стоящими в ряду напряжения металлов до водорода, приводит к образованию соли и выделению водорода:

Взаимодействие кислот с металлами

б) Взаимодействие кислот с основными и амфотерными оксидами приводит к образованию соли и воды:

2Н–СООН СаО → (Н–СОО)2Са Н2О

2С2Н5–СООН ZnО → (С2Н5–СОО)2Zn Н2О

в) Реакция нейтрализации — взаимодействие кислот с щелочами, нерастворимыми основаниями и амфотерными гидроксидами к образованию соли и воды:

2Н–СООН Са(ОH)2 → (Н–СОО)2Сa 2Н2О

2С2Н5–СООН Zn(ОH)2 → (С2Н5–СОО)2Zn 2Н2О

2СН3–СООН КОН → Н–СООК Н2О

г) Взаимодействие кислот с аммиаком NH3 и гидроксидом аммония NH4OH:

 Н–СООН NH3 → Н–СООNH4 (формиат аммония)

СН3–СООН NH4OH → СН3–СООNH4  Н2О

г) Взаимодействие кислот с солями, образованными более слабыми или летучими кислотами:

Взаимодействие кислот с солями

II. Реакции, протекающие с разрывом C─O связи (замещение OH-группы)

Гидроксильная группа карбоновых кислот очень реакционноспособна и может замещаться многими атомными группами или отдельными атомами, например, Сl, SH, NH2, NHNH2, N3, NHOH

Этерификация

Механизм реакции этерификации:

механизм этерификации

  • Взаимодействие с аммиаком с образованием амидов кислот. На первой стадии реакции образуется аммониевая соль, на второй стадии при нагревании соли происходит отщепление воды и образование амида кислоты:

взаимодействие кислоты с аммиаком

  • Взаимодействие с галогенирующими агентами. Чаще всего используют хлорсодержащие соединения (галогениды фосфора — PCl3, PCl5, тионилхлорид — SO2Cl):

Образование хлорангидридов кислот

  • Межмолекулярная дегидратация. Реакция протекает под действием температуры, в присутствии водоотнимающего агента – Р2О5 с образованием ангидридов кислот:

Межмолекулярная дегидратации кислот

Исключением является муравьиная кислота межмолекулярная дегидратация которой приводит к образованию окиси углерода СО:

дегидратация муравьиной кислоты

III. Реакции с разрывом связей C─H у α-углеродного атома углеводородного радикала

Реакции замещения. В молекуле карбоновой кислоты атомы водорода при втором атоме углерода (α-углеродного атома) являются наиболее подвижными по сравнению с другими водородными атомами. Поэтому они способны замещаться, например, на атом галогена в присутствии красного фосфора с образованием α-галогенкарбоновых кислот:

кислоты_реакция замещения

IV. Восстановление карбоновых кислот

Карбоксильная группа восстанавливается с большим трудом. Чтобы восстановить ее до метильной группы, требуется длительное нагревание с концентрированной йодистоводородной кислотой и фосфором и даже в этом случае восстановление протекает не до конца. Прямое восстановление карбоновых кислот водородом достигается применением высоких давлений и температур в присутствии катализаторов (Cu, Co, Zn-Cr-Cu-Cd катализатор)

по способу Шраута-Нормана. Этот способ используют в промышленности для получения из высших жирных кислот первичных спиртов, которые используют в получении моющих средств. Наиболее легко восстановление кислот происходит с помощью алюмогидрида лития (LiAlH4) или диборана (B2H6):

восстановление карбоновых кислот

V. Окисление (горение) карбоновых кислот.

Карбоновые кислоты, в отличие от альдегидов, довольно устойчивы к действию окислителей. И только муравьиная кислота, благодаря особенностям своего строения может окисляться до углекислого газа.

Однако все кислоты могут гореть в кислороде (жесткое окисление), образуя углекислый газ (СО2) и воду:

горение карбоновых кислот

VIДекарбоксилирование карбоновых кислот

  • Одноосновные карбоновые кислоты довольно устойчивы, отщепление их карбоксильной группы в виде СО2 происходит при высокой температуре:

декарбоксилирование кислот

  • Наличие в молекуле кислоты электроноакцепторных заместителей в α-положении облегчает процесс декарбоксилирования:

декарбоксилирование монохлоруксусной кислоты

  • При сплавлении натриевых солей карбоновых кислот с NaOH, также происходит декарбоксилирование:

декарбоксилирование натриевых солей карбоновых кислот

  • Синтез Кольбе. При электролизе растворов или расплавов карбоновых кислот или их солей происходит декарбоксилирование с образованием алканов:

электролиз карбоновых кислот. Реакция Кольбе

Безопасность

Опасность муравьиной кислоты зависит от концентрации. Согласно классификации Европейского союза, концентрация до 10 % обладает раздражающим эффектом, больше 10 % — разъедающим.

При контакте с кожей 100%-я жидкая муравьиная кислота вызывает сильные химические ожоги. Попадание даже небольшого её количества на кожу причиняет сильную боль, поражённый участок сначала белеет, как бы покрываясь инеем, потом становится похожим на воск, вокруг него появляется красная кайма.

Кислота легко проникает через жировой слой кожи, поэтому промывание поражённого участка раствором соды необходимо произвести немедленно. Контакт с концентрированными парами муравьиной кислоты может привести к повреждению глаз и дыхательных путей. Случайное попадание внутрь даже разбавленных растворов вызывает явления тяжёлого некротического гастроэнтерита.

Муравьиная кислота быстро метаболизируется и выводится организмом. Тем не менее, муравьиная кислота и формальдегид, образующиеся при отравлении метанолом, вызывают повреждение зрительного нерва и ведут к слепоте.

По данным ПДК в воздухе рабочей зоны равна 1 мг/м3 (максимально-разовая). Может попадать в организм при вдыхании. Порог восприятия запаха может достигать, например, 453 мг/м3. можно ожидать, что использование широко распространённых фильтрующих СИЗОД в сочетании с «заменой фильтров по появлении запаха под маской» (как это почти всегда рекомендуется в РФ поставщиками СИЗОД) приведёт к чрезмерному воздействию муравьиной кислоты на, по крайней мере, часть работников — из-за запоздалой замены противогазных фильтров. Для защиты от неё следует использовать более эффективные изменение технологии и средства коллективной защиты.

В промышленности

1. Выделяют из природных продуктов

(жиров, восков, эфирных и растительных масел)

 2. Окисление алканов кислородом воздуха ( в присутствии катализаторов – солей марганца или при нагревании под давлением)

Обычно образуется смесь кислот. При окислении бутана единственным продуктом является уксусная кислота:

3. Окисление алкенов и алкинов

При жестком окислении алкенов кипящим раствором KMnO4 в кислой среде происходит полный разрыв двойной связи:

При жестком окислении (нагревание, концентрированные растворы, кислая среда) происходит расщепление углеродного скелета молекулы алкина по тройной связи и образуются карбоновые кислоты:

4. Окисление гомологов бензола (получение бензойной кислоты)

Для получения бензойной кислоты можно использовать окисление монозамещенных гомологов бензола кислым раствором перманганата калия:

Муравьиная кислота, структурная формула, химические, физические свойства

1

H

ВодородВодород

1,008

1s1

2,2

Бесцветный газ

пл=-259°C

кип=-253°C

2

He

ГелийГелий

4,0026

1s2

Бесцветный газ

кип=-269°C

3

Li

ЛитийЛитий

6,941

2s1

0,99

Мягкий серебристо-белый металл

пл=180°C

кип=1317°C

4

Be

БериллийБериллий

9,0122

2s2

1,57

Светло-серый металл

пл=1278°C

кип=2970°C

5

B

БорБор

10,811

2s2 2p1

2,04

Темно-коричневое аморфное вещество

пл=2300°C

кип=2550°C

6

C

УглеродУглерод

12,011

2s2 2p2

2,55

Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал

пл=3550°C

кип=4830°C

7

N

АзотАзот

14,007

2s2 2p3

3,04

Бесцветный газ

пл=-210°C

кип=-196°C

8

O

КислородКислород

15,999

2s2 2p4

3,44

Бесцветный газ

пл=-218°C

кип=-183°C

9

F

ФторФтор

18,998

2s2 2p5

4,0

Бледно-желтый газ

пл=-220°C

кип=-188°C

10

Ne

НеонНеон

20,180

2s2 2p6

Бесцветный газ

пл=-249°C

кип=-246°C

11

Na

НатрийНатрий

22,990

3s1

0,93

Мягкий серебристо-белый металл

пл=98°C

кип=892°C

12

Mg

МагнийМагний

24,305

3s2

1,31

Серебристо-белый металл

пл=649°C

кип=1107°C

13

Al

АлюминийАлюминий

26,982

3s2 3p1

1,61

Серебристо-белый металл

пл=660°C

кип=2467°C

14

Si

КремнийКремний

28,086

3s2 3p2

1,9

Коричневый порошок / минерал

пл=1410°C

кип=2355°C

15

P

ФосфорФосфор

30,974

3s2 3p3

2,2

Белый минерал / красный порошок

пл=44°C

кип=280°C

16

S

СераСера

32,065

3s2 3p4

2,58

Светло-желтый порошок

пл=113°C

кип=445°C

17

Cl

ХлорХлор

35,453

3s2 3p5

3,16

Желтовато-зеленый газ

пл=-101°C

кип=-35°C

18

Ar

АргонАргон

39,948

3s2 3p6

Бесцветный газ

пл=-189°C

кип=-186°C

19

K

КалийКалий

39,098

4s1

0,82

Мягкий серебристо-белый металл

пл=64°C

кип=774°C

20

Ca

КальцийКальций

40,078

4s2

1,0

Серебристо-белый металл

пл=839°C

кип=1487°C

21

Sc

СкандийСкандий

44,956

3d1 4s2

1,36

Серебристый металл с желтым отливом

пл=1539°C

кип=2832°C

22

Ti

ТитанТитан

47,867

3d2 4s2

1,54

Серебристо-белый металл

пл=1660°C

кип=3260°C

23

V

ВанадийВанадий

50,942

3d3 4s2

1,63

Серебристо-белый металл

пл=1890°C

кип=3380°C

24

Cr

ХромХром

51,996

3d5 4s1

1,66

Голубовато-белый металл

пл=1857°C

кип=2482°C

25

Mn

МарганецМарганец

54,938

3d5 4s2

1,55

Хрупкий серебристо-белый металл

пл=1244°C

кип=2097°C

26

Fe

ЖелезоЖелезо

55,845

3d6 4s2

1,83

Серебристо-белый металл

пл=1535°C

кип=2750°C

27

Co

КобальтКобальт

58,933

3d7 4s2

1,88

Серебристо-белый металл

пл=1495°C

кип=2870°C

28

Ni

НикельНикель

58,693

3d8 4s2

1,91

Серебристо-белый металл

пл=1453°C

кип=2732°C

29

Cu

МедьМедь

63,546

3d10 4s1

1,9

Золотисто-розовый металл

пл=1084°C

кип=2595°C

30

Zn

ЦинкЦинк

65,409

3d10 4s2

1,65

Голубовато-белый металл

пл=420°C

кип=907°C

31

Ga

ГаллийГаллий

69,723

4s2 4p1

1,81

Белый металл с голубоватым оттенком

пл=30°C

кип=2403°C

32

Ge

ГерманийГерманий

72,64

4s2 4p2

2,0

Светло-серый полуметалл

пл=937°C

кип=2830°C

33

As

МышьякМышьяк

74,922

4s2 4p3

2,18

Зеленоватый полуметалл

субл=613°C

(сублимация)

34

Se

СеленСелен

78,96

4s2 4p4

2,55

Хрупкий черный минерал

пл=217°C

кип=685°C

35

Br

БромБром

79,904

4s2 4p5

2,96

Красно-бурая едкая жидкость

пл=-7°C

кип=59°C

36

Kr

КриптонКриптон

83,798

4s2 4p6

3,0

Бесцветный газ

пл=-157°C

кип=-152°C

37

Rb

РубидийРубидий

85,468

5s1

0,82

Серебристо-белый металл

пл=39°C

кип=688°C

38

Sr

СтронцийСтронций

87,62

5s2

0,95

Серебристо-белый металл

пл=769°C

кип=1384°C

39

Y

ИттрийИттрий

88,906

4d1 5s2

1,22

Серебристо-белый металл

пл=1523°C

кип=3337°C

40

Zr

ЦирконийЦирконий

91,224

4d2 5s2

1,33

Серебристо-белый металл

пл=1852°C

кип=4377°C

41

Nb

НиобийНиобий

92,906

4d4 5s1

1,6

Блестящий серебристый металл

пл=2468°C

кип=4927°C

42

Mo

МолибденМолибден

95,94

4d5 5s1

2,16

Блестящий серебристый металл

пл=2617°C

кип=5560°C

43

Tc

ТехнецийТехнеций

98,906

4d6 5s1

1,9

Синтетический радиоактивный металл

пл=2172°C

кип=5030°C

44

Ru

РутенийРутений

101,07

4d7 5s1

2,2

Серебристо-белый металл

пл=2310°C

кип=3900°C

45

Rh

РодийРодий

102,91

4d8 5s1

2,28

Серебристо-белый металл

пл=1966°C

кип=3727°C

46

Pd

ПалладийПалладий

106,42

4d10

2,2

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1552°C

кип=3140°C

47

Ag

СереброСеребро

107,87

4d10 5s1

1,93

Серебристо-белый металл

пл=962°C

кип=2212°C

48

Cd

КадмийКадмий

112,41

4d10 5s2

1,69

Серебристо-серый металл

пл=321°C

кип=765°C

49

In

ИндийИндий

114,82

5s2 5p1

1,78

Мягкий серебристо-белый металл

пл=156°C

кип=2080°C

50

Sn

ОловоОлово

118,71

5s2 5p2

1,96

Мягкий серебристо-белый металл

пл=232°C

кип=2270°C

51

Sb

СурьмаСурьма

121,76

5s2 5p3

2,05

Серебристо-белый полуметалл

пл=631°C

кип=1750°C

52

Te

ТеллурТеллур

127,60

5s2 5p4

2,1

Серебристый блестящий полуметалл

пл=450°C

кип=990°C

53

I

ИодИод

126,90

5s2 5p5

2,66

Черно-серые кристаллы

пл=114°C

кип=184°C

54

Xe

КсенонКсенон

131,29

5s2 5p6

2,6

Бесцветный газ

пл=-112°C

кип=-107°C

55

Cs

ЦезийЦезий

132,91

6s1

0,79

Мягкий серебристо-желтый металл

пл=28°C

кип=690°C

56

Ba

БарийБарий

137,33

6s2

0,89

Серебристо-белый металл

пл=725°C

кип=1640°C

57

La

ЛантанЛантан

138,91

5d1 6s2

1,1

Серебристый металл

пл=920°C

кип=3454°C

58

Ce

ЦерийЦерий

140,12

f-элемент

Серебристый металл

пл=798°C

кип=3257°C

59

Pr

ПразеодимПразеодим

140,91

f-элемент

Серебристый металл

пл=931°C

кип=3212°C

60

Nd

НеодимНеодим

144,24

f-элемент

Серебристый металл

пл=1010°C

кип=3127°C

61

Pm

ПрометийПрометий

146,92

f-элемент

Светло-серый радиоактивный металл

пл=1080°C

кип=2730°C

62

Sm

СамарийСамарий

150,36

f-элемент

Серебристый металл

пл=1072°C

кип=1778°C

63

Eu

ЕвропийЕвропий

151,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=822°C

кип=1597°C

64

Gd

ГадолинийГадолиний

157,25

f-элемент

Серебристый металл

пл=1311°C

кип=3233°C

65

Tb

ТербийТербий

158,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1360°C

кип=3041°C

66

Dy

ДиспрозийДиспрозий

162,50

f-элемент

Серебристый металл

пл=1409°C

кип=2335°C

67

Ho

ХольмийХольмий

164,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1470°C

кип=2720°C

68

Er

ЭрбийЭрбий

167,26

f-элемент

Серебристый металл

пл=1522°C

кип=2510°C

69

Tm

ТулийТулий

168,93

f-элемент

Серебристый металл

пл=1545°C

кип=1727°C

70

Yb

ИттербийИттербий

173,04

f-элемент

Серебристый металл

пл=824°C

кип=1193°C

71

Lu

ЛютецийЛютеций

174,96

f-элемент

Серебристый металл

пл=1656°C

кип=3315°C

72

Hf

ГафнийГафний

178,49

5d2 6s2

Серебристый металл

пл=2150°C

кип=5400°C

73

Ta

ТанталТантал

180,95

5d3 6s2

Серый металл

пл=2996°C

кип=5425°C

74

W

ВольфрамВольфрам

183,84

5d4 6s2

2,36

Серый металл

пл=3407°C

кип=5927°C

75

Re

РенийРений

186,21

5d5 6s2

Серебристо-белый металл

пл=3180°C

кип=5873°C

76

Os

ОсмийОсмий

190,23

5d6 6s2

Серебристый металл с голубоватым оттенком

пл=3045°C

кип=5027°C

77

Ir

ИрридийИрридий

192,22

5d7 6s2

Серебристый металл

пл=2410°C

кип=4130°C

78

Pt

ПлатинаПлатина

195,08

5d9 6s1

2,28

Мягкий серебристо-белый металл

пл=1772°C

кип=3827°C

79

Au

ЗолотоЗолото

196,97

5d10 6s1

2,54

Мягкий блестящий желтый металл

пл=1064°C

кип=2940°C

80

Hg

РтутьРтуть

200,59

5d10 6s2

2,0

Жидкий серебристо-белый металл

пл=-39°C

кип=357°C

81

Tl

ТаллийТаллий

204,38

6s2 6p1

Серебристый металл

пл=304°C

кип=1457°C

82

Pb

СвинецСвинец

207,2

6s2 6p2

2,33

Серый металл с синеватым оттенком

пл=328°C

кип=1740°C

83

Bi

ВисмутВисмут

208,98

6s2 6p3

Блестящий серебристый металл

пл=271°C

кип=1560°C

84

Po

ПолонийПолоний

208,98

6s2 6p4

Мягкий серебристо-белый металл

пл=254°C

кип=962°C

85

At

АстатАстат

209,98

6s2 6p5

2,2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=302°C

кип=337°C

86

Rn

РадонРадон

222,02

6s2 6p6

2,2

Радиоактивный газ

пл=-71°C

кип=-62°C

87

Fr

ФранцийФранций

223,02

7s1

0,7

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

пл=27°C

кип=677°C

88

Ra

РадийРадий

226,03

7s2

0,9

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=700°C

кип=1140°C

89

Ac

АктинийАктиний

227,03

6d1 7s2

1,1

Серебристо-белый радиоактивный металл

пл=1047°C

кип=3197°C

90

Th

ТорийТорий

232,04

f-элемент

Серый мягкий металл

91

Pa

ПротактинийПротактиний

231,04

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

92

U

УранУран

238,03

f-элемент

1,38

Серебристо-белый металл

пл=1132°C

кип=3818°C

93

Np

НептунийНептуний

237,05

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

94

Pu

ПлутонийПлутоний

244,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

95

Am

АмерицийАмериций

243,06

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

96

Cm

КюрийКюрий

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

97

Bk

БерклийБерклий

247,07

f-элемент

Серебристо-белый радиоактивный металл

98

Cf

КалифорнийКалифорний

251,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

99

Es

ЭйнштейнийЭйнштейний

252,08

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

100

Fm

ФермийФермий

257,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

101

Md

МенделевийМенделевий

258,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

102

No

НобелийНобелий

259,10

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

103

Lr

ЛоуренсийЛоуренсий

266

f-элемент

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

104

Rf

РезерфордийРезерфордий

267

6d2 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

105

Db

ДубнийДубний

268

6d3 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

106

Sg

СиборгийСиборгий

269

6d4 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

107

Bh

БорийБорий

270

6d5 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

108

Hs

ХассийХассий

277

6d6 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

109

Mt

МейтнерийМейтнерий

278

6d7 7s2

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

110

Ds

ДармштадтийДармштадтий

281

6d9 7s1

Нестабильный элемент, отсутствует в природе

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

Муравьиная кислота, формула, характеристики:

Муравьиная кислота (также – метановая кислота) – органическое вещество, относящееся  к насыщенным одноосновным карбоновым кислотам.

Химическая формула муравьиной кислоты CH₂O₂. Рациональная формула муравьиной кислоты HCOOH. Изомеров не имеет.

Строение молекулымуравьиной кислоты: 

Муравьиная кислота (метановая кислота) – простейшая карбоновая кислота, родоначальник класса карбоновых кислот.

Муравьиная кислота – бесцветная жидкость, обладающая резко пахнущим запахом.

Муравьиная кислота – легковоспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки 60 °С, температурой самовоспламенения 504 °С.

Водный раствор, содержащий 85% муравьиной кислоты, также является горючей жидкостью с температурой вспышки (в открытом тигле) 71 °С, температурой воспламенения 83 °С.

При температуре выше 69°C муравьиная кислота может образовывать взрывоопасныe смеси пар/воздух.

Растворима в ацетоне, бензоле, глицерине, толуоле. Смешивается с водой, диэтиловым эфиром, этанолом.

В качестве пищевой добавки муравьиная кислота зарегистрирована как E236.

Муравьиная кислота своё название получила  из-за того, что была впервые выделена в 1670 году английским натуралистом Джоном Рэйем из рыжих лесных муравьёв.

В природе муравьиная кислота содержится в яде пчел, в крапиве, хвое, выделениях медуз, фруктах (яблоках, малине, клубнике, авокадо и пр.).

Соли и анионы муравьиной кислоты называются формиатами.

Название муравьиной кислоты на английском – formic acid.

Муравьиная кислота обладает токсическим действием, опасна для жизни и здоровья (опасность зависит от концентрации), обладает разъедающими свойствами.

Номенклатура карбоновых кислот

Предельные одноосновные карбоновые кислоты.

Тривиальное названиеСистематическое название Название соли иэфираФормула кислоты
МуравьинаяМетановаяФормиат (метаноат)HCOOH
УксуснаяЭтановаяАцетат (этаноат)CH3COOH
ПропионоваяПропановаяПропионат (пропаноат)CH3CH2COOH
МаслянаяБутановаяБутират (бутаноат)CH3(CH2)2COOH
ВалериановаяПентановаяПентаноат CH3(CH2)3COOH
КапроноваяГексановаяГексаноатCH3(CH2)4COOH
ПальмитиноваяГексадекановаяПальмитат С15Н31СООН
СтеариноваяОктадекановаяСтеарат С17Н35СООН

Таблица. Непредельные одноосновные карбоновые кислоты.

Тривиальное названиеСистематическое название Название соли иэфираФормула кислоты
АкриловаяПропеноваяАкрилатCH2=CH–COOH  
Метакриловая2-МетилпропеноваяМетакрилатCH2=C(СH3)–COOH 
Кротоноваятранс-2-БутеноваяКротонатСН3 -CH=CH–COOH 
Олеиновая9- цис-ОктадеценоваяОлеатСН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН
Линолевая9,12-цис-ОктадекадиеноваяЛинолеатСН3(СН2)4(СН=СНСН2)2(СН2)6СООН
Линоленовая9,12,15-цис-ОктадекатриеноваяЛиноленоатСН3СН2(СН=СНСН2)3(СН2)6СООН

Таблица. Двухосновные карбоновые кислоты.

Тривиальное названиеСистематическое название Название соли иэфираФормула кислоты
ЩавелеваяЭтандиоваяОксалатНООС – COOH
МалоноваяПропандиоваяМалонатНООС-СН2-СООН
ЯнтарнаяБутандиоваяСукцинатНООС-(СН2)2-СООН
ГлутароваяПентандиоваяГлутаратНООС-(СН2)3-СООН
АдипиноваяГександиоваяАдипинатНООС-(СН2)4-СООН
Малеиноваяцис-БутендиоваяМалеинатцис-НООССН=СНСООН
Фумароваятранс-БутендиоваяФумараттранс-НООССН=СНСООН

Таблица. Ароматические карбоновые кислоты.

Общие способы получения карбоновых кислот

1. Окисление первичных спиртов и альдегидов под действием различных окислителей

Окисление спиртов 

В качестве окислителей применяют KMnO4 и K2Cr2O7.

Например: Муравьиная кислота, получение, свойства, химические реакции |

Окисление альдегидов

Для окисления альдегидов используются те же реагенты, что и для спиртов.

При окислении перманганатом калия происходит обесцвечивание фиолетово-розового раствора.

При окислении дихроматом калия — цвет меняется с оранжевого на зеленый.

А также для них характерны реакции «серебряного зеркала» и окисление гидроксидом меди (II) – качественные реакции альдегидов:

2. Гидролиз галогензамещенных углеводородов, содержащих три атома галогена у одного атома углерода

В результате реакции образуются спирты, содержащие три группы ОН у одного атома углерода. Такие спирты неустойчивы и отщепляют воду с образованием карбоновой кислоты:

3. Получение карбоновых кислот из цианидов (нитрилов)

Этот способ позволяет наращивать углеродную цепь при получении исходного цианида. Дополнительный атом углерода вводят в состав молекулы, используя реакцию замещения галогена в молекуле галогенуглеводорода цианидом натрия:Муравьиная кислота, получение, свойства, химические реакции |

Образующийся нитрил уксусной кислоты CH3-CN  (ацетонитрил, метилцианид) при нагревании гидролизуется с образованием ацетата аммония:

При подкислении раствора выделяется кислота:

4. Использование реактива Гриньяра (по схеме)

5. Гидролиз галогенангидридов кислот

С водой низшие хлорангидриды реагируют чрезвычайно энергично, образуя соответствующую карбоновую кислоту и соляную кислоту:

Окисление — муравьиная кислота
— большая энциклопедия нефти и газа, статья, страница 3

Cтраница 3

Возможно, что более широкая область рабочих потенциалов будет наблюдаться на ртути с другими катионами. Лимитирующей анодной реакцией является окисление муравьиной кислоты до двуокиси углерода и йога водорода.
[31]

Возможно, что более широкая область рабочих потенциалов будет наблюдаться на ртути с другими катионами. Лимитирующей анодной реакцией является окисление муравьиной кислоты до двуокиси углерода и иона водорода.
[32]

Из всего количества потребленного перманга-ната вычиталось количество, пошедшее на окисление муравьиной кислоты, разность пересчитывалась на метиловый спирт.
[33]

В работе [6] нами было показано, что многие особенности кинетики окисления муравьиной кислоты на платиновом электроде связаны с тем, что окислению подвергаются частицы, хемосорбированные на равномерно-неоднородной поверхности.
[34]

По этому полному уравнению видно, что метанол, превращаясь в муравьиную кислоту, теряет четыре электрона. Так как при окислении метанола в формальдегид теряются два электрона, очевидно, что степень окисления муравьиной кислоты выше, чем у формальдегида и метанола.
[35]

По Файглю определение может быть основано на идентификации не формальдегида, а образующейся наряду с ним муравьиной кислоты. С этой целью к реакционному раствору добавляют немного бромной воды и доказывают присутствие углекислого газа, выделяющегося при окислении муравьиной кислоты, с помощью баритовой воды.
[37]

В кислых растворах количество электричества при катодном импульсе в растворе фона и в растворе муравьиной кислоты не менялось, что указывает на полное отсутствие адсорбированных органических частиц в области потенциалов окисления муравьиной кислоты. С другой стороны, когда в раствор вводился метиловый спирт, количество электричества, затраченное на адсорбцию и абсорбцию водорода, уменьшалось тем больше, чем продолжительнее было время адсорбции при данном потенциале и чем выше была концентрация спирта. Это говорит о том, что методика катодных импульсов может быть применена и к палладиевому электроду.
[39]

Однако основные измерения в этой работе были выполнены в неравновесных условиях в процессе наложения циклических треугольных импульсов со скоростью наложения потенциала 30 мв / сек, поэтому они не могут быть использованы для обсуждения механизма окисления муравьиной кислоты в стационарных условиях.
[40]

Обнаружена также высокая концентрация фор-миатдегидрогеназы. Поскольку превращение щавелевой кислоты в глиоксиловую включает восстановление субстрата, можно думать, что фор-миатдегидрогеназа и обеспечивает это восстановление. В связи с этим возникает две проблемы: во-первых, не ясна природа этого восстановительного процесса и то, как он связан с окислением муравьиной кислоты, и, во-вторых, не ясна также природа реакции декарбоксилирова-ния, ведущей к превращению щавелевой кислоты в муравьиную. В неочищенных бесклеточных экстрактах наблюдалось быстрое декарбоксилирование щавелевой кислоты в присутствии каталитических количеств АТФ, однако после частичной очистки активность этих экстрактов оказывалась незначительной даже в присутствии АТФ и кофермента А.
[41]

Для дегидрирования перекисью водорода в присутствии простых и комплексных солей железа можно применять самые различные субстраты, и они действительно использовались для измерения активности. Согласно Баху и Шодату [200, 176], применяют йодистый водород. Образующийся йод можно удобно определять титрованием. Бателли и Штерн [201] измеряют окисление муравьиной кислоты. Из леикосоединении в качестве субстратов может служить, согласно Кастле и Шедду [202, 182], фенолфталеин ( восстановленный фенолфталеин), согласно Адлеру и Фюрту [203, 204], — лейкомалахитовый зеленый. Вильштеттер и Штоль [206] предпочитают в опытах с ферментами пирогаллоловый метод, по которому образующийся пурпурогаллин экстрагируется эфиром и колориме-трируется.
[42]

Эти поляризационные кривые сильно отличаются от стационарных кривых окисления муравьиной кислоты на гладком платиновом электроде. Здесь же ток падает с ростом потенциала еще задолго до начала адсорбции ( в заметной степени) кислорода на палладии. Адсорбция кислорода ускоряет при фг 0 75 в процесс торможения, но не является ответственным за появление максимума. На поверхности палладие-вого электрода, покрытого слоем адсорбированного кислорода, скорость окисления муравьиной кислоты очень мала. Это хорошо видно из рис. 14, на котором приведены поляризационные кривые окисления муравьиной кислоты, снятые при наложении потенциала со скоростью 0 0125 в / сек в катодном и анодном направлениях.
[43]

Совместные исследования хемосорбции и электроокисления муравьиной кислоты на платиновом электроде показывают, что при потенциалах отрицательнее 0 35 в ( отн. Скорость электроокисления экспоненциально возрастает с ростом заполнения поверхности хемосорбированными органическими частицами. При потенциалах выше 0 35 в скорость окисления и скорость адсорбции становятся соизмеримы, что приводит к изменению тафелевского наклона поляризационной кривой, а также к снижению заполнения поверхности адсорбированными частицами. Как и в случае окисления метанола на платиновом электроде, замедленной стадией процесса окисления муравьиной кислоты является окисление органической частицы, образующейся при адсорбции и дегидрировании молекулы муравьиной кислоты, адсорбированными частицами ОН.
[44]

Совместные исследования хемосорбции и электроокисления муравьиной кислоты на-платиновом электроде показывают, что при потенциалах отрицательнее 0 35 е ( отн. Скорость электроокисления экспоненциально возрастает с ростом заполнения поверхности хемосорбированными органическими частицами. При потенциалах выше 0 35 в скорость окисления и скорость адсорбции становятся соизмеримы, что приводит к изменению тафелевского наклона поляризационной кривой, а также к снижению заполнения поверхности адсорбированными частицами. Как и в случае окисления метанола па платиновом электроде, замедленной стадией процесса окисления муравьиной кислоты является окисление органической частицы, образующейся при адсорбции и дегидрировании молекулы муравьиной кислоты, адсорбированными частицами ОН.
[45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Отличительные свойства муравьиной кислоты

В молекуле метановой (муравьиной) кислоты сочетаются две группы – карбонильная и карбоксильная. Поэтому наряду со всеми свойствами кислот она обладает свойствами альдегидов:

  • Окисление муравьиной кислоты:

окисление муравьиной кислоты

  • Взаимодействие муравьиной кислоты с аммиачным раствором оксида серебра (I) (реакция «серебрянного зеркала») – качественная реакция:

Взаимодействие муравьиной кислоты с оксидом серебра

  • Взаимодействие муравьиной кислоты с раствором гидроксида меди(II):

Взаимодействие муравьиной кислоты с гидроксидом меди

  • Дегидратация муравьиной кислоты при нагревании с концентрированной H2SO4:

дегидратация муравьиной кислоты в присутствии Н2SO4

  • При нагревании солей муравьиной кислоты (формиатов), они переходят в соли двухосновной щавелевой кислоты (оксалаты):

образование оксалата натрия

Получение карбоновых кислот

  • Присоединение натрий алкилов к двуокиси углерода:

СH3Na CO2 = CH3COONa

  • Присоединение алкилмагниевых солей (реактив Греньяра) к двуокиси углерода:

C2H5MgCl CO2 = C2H5COOMgCl

C2H5COOMgCl H2O = C2H5COOH Mg(OH)Cl

  • Способ Реппе. Нагревание олефинов, окиси углерода и воды в присутствии катализатора Ni(CO)4 при 200 атм и 270°С:

CH2=CH2 CO H2O = CH3-CH2COOH

  • Окисление первичных спиртов и альдегидов кислородом воздуха в присутствии катализаторов или хромовой кислотой, KМnО4и K2Сr2О7:

Получение кислот_окисление спиртов

  • Окисление парафинов – промышленный способ:

RCH2CH2R’ 5/2O2 = RCOOH R’COOH H2O

Окисление осуществляют при катализе реакции солями кобальта или марганца.

R-COOR` КОН →R-COOK R`OH

R-COOK HCl →  R-COOH KCl

Омыление жиров

  • Гидролиз галоидных алкилов осуществляют основанием или водой при катализе апротонными кислотами, например, FeCl3

R-CCl3 3NaOH→ [R-C(OH)3] →R-COOH Н2О 3NaCl

CH3CN 2Н2О →CH3COONH4.

CH3COONH4  HCl  → СН3СООН NH4Cl

  • Гидролиз ангидридов карбоновых кислот:

(RCO)2O H2O = 2RCOOH

  • Гидролиз галогенангидридов карбоновых кислот:

RCOHal H2O = RCOOH HHal

  • Метод Арндта и Эйстерта основан на взаимодействии хлорангидрида кислоты с диазометаном. Образующийся диазокетон обрабатывают водой в присутствии серебра, платины или меди:

RCOCl 2CH2N2 = RCONH2 CH3Cl N2

RCONH2 HOH = RCH2СOOH N2

Сложные эфиры

Получение сложных эфиров происходит в реакции этерификации (лат. aether — эфир), заключающейся во взаимодействии карбоновой кислоты
и спирта.

Названия сложных эфиров формируются в зависимости от того, какой кислотой и каким спиртом эфир образован. Примеры:

  • Метановая кислота метанол = метиловый эфир метановой кислоты (метилформиат)
  • Этановая кислота этанол = этиловый эфир уксусной кислоты (этилацетат)
  • Метановая кислота этанол = этиловый эфир метановой кислоты (этилформиат)
  • Пропановая кислота бутанол = бутиловый эфир пропионовой кислоты (бутилпропионат)


Для сложных эфиров характерной реакцией является гидролиз — их разложение. Возможен щелочной гидролиз, при котором образуется соль
кислоты и спирт, и кислотный гидролиз, при котором образуются исходные спирт и кислота.

Кислотный гидролиз протекает обратимо, щелочной — необратимо.
Реакция щелочного гидролиза по-другому называется реакция омыления, и напомнит о себе, когда мы дойдем до темы жиров.

Специфические способы получения важнейших кислот

Способы получения НСООН

1. Взаимодействие оксида углерода (II) с гидроксидом натрия

Муравьиную кислоту получают нагреванием  под давлением гидроксида натрия и оксида углерода (II) под давлением и обработкой полученного формиата натрия серной кислотой:

2. Каталитическое окисление метана

3. Декарбоксилирование щавелевой кислоты

Муравьиную кислоту можно получить при нагревании щавелевой кислоты:

Способы получения СН3СООН

Получение уксусной кислоты для химических целей

1. Синтез из ацетилена

Данный способ получения уксусной кислоты основан на окислении уксусного альдегида, который в свою очередь получают из ацетилена по реакции Кучерова (ацетилен получают из очень доступного сырья — метана):

2. Каталитическое окисление бутана

Большое значение имеет способ получения уксусной кислоты, основанный на окислении бутана кислородом воздуха:

Процесс получения уксусной кислоты из метана является многостадийным (метан – ацетилен – уксусный альдегид – уксусная кислота). Ее получение окислениям будана сокращает число стадий, что дает большой экономический эффект.

3. Каталитическое карбонилирование метанола   

Получение уксусной кислоты для пищевых целей

4. Уксуснокислое брожение этанола

Уксусную кислоту для пищевых целей получают уксуснокислым брожением жидкостей, содержащих спирт (вино. пиво):

Карбоновые кислоты

Структурная изомерия

Для  предельных карбоновых кислот характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета и межклассовая изомерия.

Структурные изомеры – это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета характерна для карбоновых кислот, которые содержат не менее четырех атомов углерода.

Например. Формуле С4Н8О2 соответствуют бутановая и 2-метилпропановая кислота

Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Карбоновые кислоты изомерны сложным эфирам. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — CnH2nО2.

Например. Межклассовые изомеры с общей формулой С2Н4О2: уксусная кислота СН3–CОOH  и метилформиат H–COOCH3
Уксусная кислотаМетиловый эфир муравьиной кислоты
СН3–CОOHHCOOCH3

Общую формулу  СnH2nO2 могут также иметь многие другие полифункциональные соединения, например:  альдегидоспирты, непредельные диолы, циклические простые диэфиры и т.п.

Физические свойства

Низшие жирные кислоты – это легкоподвижные с резким запахом жидкости, средние члены – масла с неприятным прогорклым запахом, высшие – твердые кристаллические вещества без запаха.

Муравьиная, уксусная и пропионовая кислоты смешиваются с водой в любых соотношениях, с ростом молекулярной массы растворимость быстро уменьшается, для высших членов гомологического ряда она равна нулю.

Температуры кипения и плавления увеличиваются с ростом числа атомов углерода, но не равномерно. Кислоты с четным числом атомов углерода имеют более высокие температуры плавления, по сравнению со следующими за ними кислотами с нечетным числом атомов углерода.

Кислоты_физические свойства

Такое своеобразное различие между карбоновыми кислотами с четным и нечетным числом атомов углерода отчасти проявляется и в химических и биологических свойствах.

Карбоновые кислоты сильно ассоциированы и показывают вдвое больший молекулярный вес, чем это следует из их простой молекулярной формулы даже при температурах, выше их температур кипения.

Как и у спиртов ассоциация обусловлена наличием ОН-группы, водородный атом которой связывается водородной связьюс атомом кислорода другой молекулы кислоты.

Димер карбоновой кислоты

Физические свойства муравьиной кислоты:

Наименование параметра:Значение:
Цветбез цвета
Запахрезкий запах
Вкускислый
Агрегатное состояние (при 25 °C и атмосферном давлении 1 атм.)жидкость
Плотность (при 25 °C и атмосферном давлении 1 атм.), г/см31,2196
Плотность (при 25 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м31219,6
Температура плавления, °C8,25
Температура кипения, °C100,7
Тройная точка, °C8,25 при 2,2 кПа
Критическая точка, °C315 при 5,81 МПа
Температура вспышки, °C60
Температура самовоспламенения, °C504
Константа диссоциации1,772⋅10-4
Константа диссоциации кислоты3,75
Взрывоопасные концентрации смеси с воздухом, % объёмныхот 18 до 57
Удельная теплота сгорания, МДж/кг4,58
Молярная масса, г/моль46,03
Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий