Уксусная кислота
Характеристики и физические свойства уксусной кислоты
При попадании на слизистые оболочки она вызывает ожоги. Уксусная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. Образует азеотропные смеси с бензолом и бутилацетатом.
Уксусная кислота замерзает при 16oС, её кристаллы по внешнему виду напоминают лед, поэтому 100%-ную уксусную кислоту называют «ледяной».
Некоторые физические свойства уксусной кислоты приведены в таблице ниже:
|
Температура плавления, oС |
17 |
|
Температура кипения, oС |
118 |
|
рКа |
4,76 |
|
Плотность, г/см3 |
1,0492 |
Получение уксусной кислоты
В промышленности уксусную кислоту получают каталитическим окислением н-бутана кислородом воздуха:
CH3-CH2-CH2-CH3+ [O2] = 2CH3-COOH.
Значительные количества уксусной кислоты производят путем окисления ацетальдегида, который в свою очередь получают окислением этилена кислородом воздуха на палладиевом катализаторе:
CH2=CH2 + [O2] = CH3-COH + [O2] =CH3-COOH.
Пищевую уксусную кислоту получают при микробиологическом окислении этанола (уксуснокислое брожение).
При окислении бутена-2 перманганатом калия в кислой среде или хромовой смесью происходит полный разрыв двойной связи с образованием двух молекул уксусной кислоты:
CH3-CH=CH-CH3 + [O2] = 2CH3-COOH.
Химические свойства уксусной кислоты
Уксусная кислота – это слабая одноосновная кислота. В водном растворе она диссоциирует на ионы:
CH3COOH↔H+ + CH3COOH.
Уксусная кислота обладает слабыми кислотными свойствами, которые связаны со способностью атома водорода карбоксильной группы отщепляться в виде протона.
CH2COOH + NaOH = CH3COONa + H2O.
Взаимодействие уксусной кислоты со спиртами протекает по механизму нуклеофильного замещения. В качестве нуклеофила выступает молекула спирта, атакующая атом углерода карбоксильной группы уксусной кислоты, несущий частично положительный заряд. Отличительной особенностью этой реакции (этерификации) является то, что замещение протекает у атома углерода, находящегося в состоянии sp3-гибридизации:
CH3-COOH + CH3OH = CH3O-C(O)-CH3 + H2O.
При взаимодействиистионилхлоридом уксусная кислота способна образовывать галогенангидриды:
CH3-COOH + SOCl2 = CH3-C(O)Cl + SO2↑ + HCl↑.
При действии на уксусную кислоту оксида фосфора (V) образуется ангидрид:
2CH3-COOH + P2O5 = CH3-C(O)-O-C(O)-CH3 + 2HPO3.
Взаимодействии уксусной кислоты с аммиаком получаются амиды. Вначале образуются аммониевые соли, которые при нагревании теряют воду и превращаются в амиды:
CH3-COOH + NH3↔CH3-COO—NH4+↔CH3-C(O)-NH2 + H2O.
Применение уксусной кислоты
Уксусная кислота известна с глубокой древности, её 3 – 6% растворы (столовый уксус) используют как вкусовую приправу и консервант. Консервирующее действие уксусной кислоты связано с тем, что создаваемая ею кислая среда подавляет развитие гнилостных бактерий и плесневых грибков.
Примеры решения задач
| Задание | Рассчитайте рН 0,10 М раствора уксусной кислоты. |
| Решение | Поскольку в 0,10 М растворе уксусной кислоты степень диссоциации CH3COOH h< 5% (табличные данные), то в хорошем приближении
[CH3COOH] = c(CH3COOH) = 0,10 М; [H+] = √Ka(CH3COOH) ×c(CH3COOH); [H+] = √1,75×10-5× 1,0×10-1 = 1,32×10-3M; pH = 2,88. |
| Ответ | рН 0,10 М раствора уксусной кислоты равен 2,88 |
| Задание | Как изменится рН 0,010 М раствора уксусной кислоты, если в него добавить хлорид калия до конечной концентрации 0,020 М? |
| Решение | Уксусная кислота слабая, поэтому в отсутствие постороннего электролита ионную силу можно принять равной нулю. Это дает право для вычисления рН воспользоваться термодинамической константой кислотности.
a(H+) = √K0(CH3COOH) ×c(CH3COOH); a(H+) = √1,75×10-5× 1,0×10-2 = 4,18×10-4M; pH = 3,38. Для расчета рН после добавления хлорида калия необходимо вычислить реальную константу кислотности уксусной кислоты: K(CH3COOH) = K0(CH3COOH) / γ(H+) × γ(CH3COO—). Вычисляем ионную силу, создаваемую ионами калия и хлорида: I = ½ × (0,020 × 12 + 0,020 × 12) = 0,020. При ионной силе 0,020γ(H+) = γ(CH3COO—) = 0,87. Поэтому K = 1,75×10-5 / (0,87)2 = 2,31×10-5. Следовательно, [H+] = √K0(CH3COOH) ×c(CH3COOH); [H+] = √2,31×10-5×1,0×10-2 = 4,80×10-4M. pH = 3,32. Итак, увеличение ионной силы от нуля до 0,020 вызвало изменение рН раствора уксусной кислоты всего на 0,06 единиц рН. |
| Ответ | рН изменится всего на 0,06 единиц |
