2017-02-24 18:30:29

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所属类别 :
凝聚态物理学
凝聚态物理学
编辑分类
乙酸,也叫醋酸、冰醋酸,化学式CH₃COOH,是一种有机一元酸,为食醋内酸味及刺激性气味的来源。纯的无水乙酸(冰醋酸)是无色的吸湿性液体,凝固点为16.7℃(62℉),凝固后为无色晶体。尽管根据乙酸在水溶液中的解离能力它是一种弱酸,但是乙酸是具有腐蚀性的,其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。

基本信息

  • 中文名

    乙酸

  • 外文名

    Acetic Acid

  • 结构简式

    CH₃COOH

  • CAS编号

    64-19-7

  • EINECS号

    EINECS号:200-580-7

  • 熔点

    16.6℃

  • 沸点

    117.9℃

  • 水溶性

    能溶于水

  • 密 度

    1.050

  • 闪 点

    39℃

  • 分子量

    60.05

折叠 编辑本段 基本信息

【英文名称】 Acetic Acid

【其他名称】 冰醋酸,醋酸

【适应症】该品不同浓度用以治疗各种皮肤浅部真菌感染,灌洗创面及鸡眼、疣的治疗。冰醋酸可用作腐蚀剂。

【药品分类】消毒防腐剂-冰醋酸

折叠 编辑本段 基本成分

乙酸(acetic acid)分子中含有两个碳原子的饱和羧酸,是烃的重要含氧衍生物。分子式C2H4O,结构分子结构分子结构简式CHCOOH,HAC是简写式。结构式官能团为羧基,CAS编号为64-19-7。因是醋的主要成分,又称醋酸。例如在水果或植物油中主要以其化合物酯的形式存在;在动物的组织内、排泄物和血液中以游离酸的形式存在。普通食醋中含有3%~5%的乙酸。乙酸是无色液体 ,有强烈刺激性气味。相对分子量60.05,熔点16 .6℃,沸点117 .9℃,相对密度1.0492(20/4℃)密度比水大,折光率1.3716。纯乙酸在16.6℃以下时能结成冰状的固体,所以常称为冰醋酸。易溶于水、乙醇、乙醚和四氯化碳。当水加到乙酸中,混合后的总体积变小,密度增加,直至分子比为1:1 ,相当于形成一元酸的原乙酸CH3C(OH),进一步稀释体积不再变化。

折叠 编辑本段 物理性质

相对密度(水为1):1.050

相对分子量:60.05

凝固点(℃):16.6

沸点(℃):117.9

粘度(mPa.s):1.22(20℃)

20℃时蒸气压(KPa):1.5

外观及气味:无色液体,有刺鼻的醋味。

溶解性:能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。

相容性:材料:稀释后对金属有强烈腐蚀性,316#和318#不锈钢及铝可作良好的结构材料。

国家产品标准号:GB/T 676-2007

乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。乙酸的熔点为16.6℃(289.6 K)。沸点117.9℃ (391.2 K)。相对密度1.05,闪点39℃,爆炸极限4%~17%(体积)。纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体,所以无水乙酸又称为冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇,其水溶液呈弱酸性。乙酸盐也易溶于水,水溶液呈碱性。

折叠 编辑本段 化学性质

折叠 酸性

羧酸中,例如乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子质子)而释放出来,导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸,酸度系数为4.8,pKa=4.75(25℃),浓度为1mol/L的醋酸溶液(类似于家用醋的浓度)的pH为2.4,也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的。

乙酸酸性的体现:CH3COOH<==>CH3COO- + H+

1、与指示剂作用:可使紫色石蕊试液变为红色,使甲基橙变为红色。

2、与碱反应:CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O

2CH3COOH + Cu(OH)2=Cu(CH3COO)2 + 2H2O

3、与某些活泼金属反应:Mg + 2CH3COOH = Mg(CH3COO)2 + H2↑

Zn + 2CH3COOH = Zn(CH3COO)2 + H2↑

Fe + 2CH3COOH = Fe(CH3COO)2 + H2↑

4、与某些氧化物反应:CaO + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2O

MgO + 2CH3COOH = Mg(CH3COO)2 + H2O

PbO + 2CH3COOH = Pb(CH3COO)2 + H2O

5、与某些弱酸盐反应:2CH3COOH + Na2CO3 =2CH3COONa + CO2 ↑+ H2O

2CH3COOH + Na2S = 2CH3COONa + H2S↑

2CH3COOH + Na2SiO3 =2CH3COONa + H2SiO3↓

CH3COOH + C6H5ONa =C6H5OH (苯酚)+ CH3COONa

折叠 二聚物

乙酸的二聚体,虚线表示氢键

乙酸的晶体结构显示,分子间通过氢键结合为二聚体(亦称二缔结物),二聚体也存在于120℃的蒸汽状态。二聚体有较高的稳定性,现在已经通过冰点降低测定分子量法以及X光衍射证明了分子量较小的羧酸如甲酸、乙酸在固态及液态,甚至气态以二聚体形式存在。当乙酸与水溶和的时候,二聚体间的氢键会很快的断裂。其它的羧酸也有类似的二聚现象。(两端连接H

折叠 溶剂

液态乙酸是一个亲水(极性)质子化溶剂,与乙醇和水类似。因为介电常数为6.2,它不仅能溶解极性化合物,比如无机盐和糖,也能够溶解非极性化合物,比如油类或一些元素的分子,比如硫和碘。它也能与许多极性或非极性溶剂混合,比如水,氯仿,己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成为了化工中广泛运用的化学品。

折叠 化学反应

对于许多金属,乙酸是有腐蚀性的,例如铁、和锌,反应生成氢气和金属乙酸盐。因为在空气中表面会形成氧化铝保护层,所以铝制容器能用来运输乙酸。金属的乙酸盐也可以用乙酸和相应的碱性物质反应,比如最著名的例子:小苏打与醋的反应。除了醋酸铬(II),几乎所有的醋酸盐能溶于水。

Mg(s)+ 2 CH3COOH(aq)→ (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g)NaHCO3(s)+ CH3COOH(aq) →CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2Ol

乙酸能发生普通羧酸的典型化学反应,特别注意的是,可以还原生成乙醇,通过亲核取代机理生成乙酰氯,也可以双分子脱水生成酸酐

同样,乙酸也可以成酯或氨基化合物。如乙酸可以与乙醇在浓硫酸存在并加热的条件下生成乙酸乙酯(本反应为可逆反应,反应类型属于取代反应中的酯化反应)。

CH3COOH + CH3CH2OH<==> CH3COOCH2CH3 + H2O

440℃的高温下,乙酸分解生成甲烷二氧化碳或乙烯酮和水。

乙酸的典型化学反应:

乙酸与碳酸钠:2CH3COOH+Na2CO3==2CH3COONa+CO2↑+H2O

乙酸与碳酸钙:2CH3COOH+CaCO3→(CH3COO)2Ca+CO2↑+H2O

乙酸与碳酸氢钠:NaHCO3+CH3COOH→CH3COONa+H2O+CO2↑

乙酸与碱反应:CH3COOH+-OH-=CH3COO- +H2O

乙酸与弱酸盐反应:2CH3COOH+CO32-=2CH3COO- +H2O+CO2↑

乙酸与活泼金属单质反应:Fe+2CH3COOH→(CH3COO)2Fe+H2↑

乙酸与氧化锌反应:2CH3COOH+ZnO→(CH3COO)2Zn+H2O

乙酸与醇反应:CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O(条件是加热,浓硫酸催化,可逆反应) 

乙酸与锌反应:2CH3COOH +Zn →(CH3COO)2Zn +H2↑

乙酸与钠反应:2CH3COOH+2Na→2CH3COONa+H2↑

折叠 编辑本段 毒理学数据

1.急性毒性[17]LD50:3530mg/kg(大鼠经口);1060mg/kg(兔经皮)LC50:13791mg/m3(小鼠吸入,1h)    

2.刺激性[18]家兔经皮,50mg(24h),轻度刺激。家兔经眼:5mg(30s),轻度刺激(用水冲洗)。

3.致突变性[19] 微生物致突变:大肠杆菌300ppm(3h)。姐妹染色单体交换:人淋巴细胞5mmol/L。细胞遗传学分析:仓鼠卵巢10mmol/L。

4.其他[20] 大鼠经口最低中毒剂量(TDLo):700mg/kg(18d,产后),对新生鼠行为有影响。大鼠睾丸内最低中毒剂量(TDLo):400mg/kg(1d,雄性),对雄性生育指数有影响。

折叠 编辑本段 制备方法

有氧发酵

在人类历史中,以醋的形式存在的乙酸,一直是用醋杆菌属细菌制备。在氧气充足的情况下,这些细菌能够从含有酒精的食物中生产出乙酸。通常使用的是苹果酒或葡萄酒混合谷物、麦芽、米或马铃薯捣碎后发酵。有这些细菌达到的化学方程式为:

C2H5OH + O2 →CH3COOH + H2O

做法是将醋菌属的细菌接种于稀释后的酒精溶液并保持一定温度,放置于一个通风的位置,在几个月内就能够变为醋。工业生产醋的方法通过提供氧气使得此过程加快。是现在商业化生产所用方法其中之一,被称为快速方法德国方法,因为首次成功是在1823年的德国。此方法中,发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入,新鲜空气从它的下方自然进入或强制对流。改进后的空气供应使得此过程能够在几个星期内完成,大大缩短了制醋的时间。

现在的大部分醋是通过液态的细菌培养基制备的,由Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提出。在此方法中,酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸,空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法,含乙酸15%的醋能够在两至三天制备完成。

无氧发酵

部分厌氧细菌,包括梭菌属的部分成员,能够将糖类直接转化为乙酸而不需要乙醇作为中间体。总体反应方程式如下:

C6H12O6 →3 CH3COOH

更令工业化学感兴趣的是,许多细菌能够从仅含单碳的化合物中生产乙酸,例如甲醇,一氧化碳二氧化碳氢气的混和物。

2 CO2 + 4 H2 →CH3COOH + 2 H2O

2 CO + 2 H2 →CH3COOH

梭菌属因为有能够直接使用糖类的能力,减少了成本,这意味着这些细菌有比醋菌属细菌的乙醇氧化法生产乙酸更有效率的潜力。然而,梭菌属细菌的耐酸性不及醋菌属细菌。耐酸性最大的梭菌属细菌也只能生产不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能够生产20%的乙酸。到现在为止,使用醋酸属细菌制醋仍然比使用梭菌属细菌制备后浓缩更经济。所以,尽管梭菌属的细菌早在1940年就已经被发现,但它的工业应用仍然被限制在一个狭小的范围。

甲醇羰基化法

大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中,甲醇和一氧化碳反应生成乙酸,方程式如下

CH3OH + CO →CH3COOH

这个过程是以碘代甲烷为中间体,分三个步骤完成,并且需要一个一般由多种金属构成的催化剂(第二步中)

⑴ CH3OH + HI →CH3I + H2O⑵ CH3I + CO →CH3COI⑶ CH3COI + H2O →CH3COOH + HI

通过控制反应条件,也可以通过同样的反应生成乙酸酐。因为一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料,所以甲基羰基化一直以来备受青睐。早在1925年,英国塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已经开发出第一个甲基羰基化制乙酸的试点装置。然而,由于缺少能耐高压(200atm或更高)和耐腐蚀的容器,此法一度受到抑制。直到1963年,德国巴斯夫化学公司用钴作催化剂,开发出第一个适合工业生产的办法。到了1968年,以铑为基础的催化剂的(cis?[Rh(CO)2I2])被发现,使得反映所需压力减到一个较低的水平并且几乎没有副产物。1970年,美国孟山都公司建造了首个使用此催化剂的设备,此后,铑催化甲基羰基化制乙酸逐渐成为支配性的孟山都法。90年代后期,英国石油成功的将Cativa催化法商业化,此法是基于钌,使用([Ir(CO)2I2]),它比孟山都法更加绿色也有更高的效率,很大程度上排挤了孟山都法。

乙醇氧化法

由乙醇在有催化剂的条件下和氧气发生氧化反应制得。

C2H5OH + O2=CH3COOH + H2O

乙醛氧化法

在孟山都法商业生产之前,大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比,此法仍然是第二种工业制乙酸的方法。

2CH3CHO+O2→2CH3COOH

乙醛可以通过氧化丁烷或轻石脑油制得,也可以通过乙烯水合后生成。当丁烷或轻石脑油在空气中加热,并有多种金属离子包括镁,钴,铬以及过氧根离子催化,会分解出乙酸。化学方程式如下:

2 C4H10 + 5 O2 →4 CH3COOH + 2 H2O

此反应可以在能使丁烷保持液态的最高温度和压力下进行,一般的反应条件是150℃和55atm。副产物包括丁酮,乙酸乙酯甲酸和丙酸。因为部分副产物也有经济价值,所以可以调整反应条件使得副产物更多的生成,不过分离乙酸和副产物使得反应的成本增加。

在类似条件下,使用上述催化剂,乙醛能被空气中的氧气氧化生成乙酸:

2 CH3CHO + O2 →2 CH3COOH

也能被 氢氧化铜悬浊液氧化:

2Cu(OH)2+CH3CHO→CH3COOH+Cu2O↓+2H2O 

使用新式催化剂,此反应能获得95%以上的乙酸产率。主要的副产物为乙酸乙酯,甲酸和甲醛。因为副产物的沸点都比乙酸低,所以很容易通过蒸馏除去。

乙烯氧化法

由乙烯在催化剂(所用催化剂为氯化钯:PdCl2、氯化铜:CuCl2和乙酸锰:(CH3COO)2Mn)存在的条件下,与氧气发生反应生成。此反应可以看作先将乙烯氧化成乙醛,再通过乙醛氧化法制得。

丁烷氧化法

丁烷氧化法又称为直接氧化法,这是用丁烷为主要原料,通过空气氧化而制得乙酸的一种方法,也是主要的乙酸合成方法。

2CH3CH2CH2CH3 + 5O2=4CH3COOH + 2H2O

托普索法(合成气法)

低压甲醇羰基化法以甲醇,co是由天然气或水煤气获得,甲醇是重要化工原料其货源和价格波动较大。托普索法以单一天然气或煤为原料。第一步:合成气在催化剂下生成甲醇和二甲醚;第二部:甲醇和二甲醚(两者不需提纯)和co羰基化生成醋酸。也叫两步法。

折叠 编辑本段 发展历程

乙酸在化学中的运用可以追溯到很古老的年代。在公元前3世纪,希腊哲学家泰奥弗拉斯托斯详细描述了乙酸是如何与金属发生反应生成美术上要用的颜料的,包括白铅(碳酸铅)、铜绿(铜盐的混合物包括乙酸铜)。古罗马的人们将发酸的酒放在铅制容器中煮沸,能得到一种高甜度的糖浆,叫做“sapa”。“sapa”富含一种有甜味的铅糖,即乙酸铅,这导致了罗马贵族间的铅中毒。8世纪时,波斯炼金术士贾比尔,用蒸馏法浓缩了醋中的乙酸。

文艺复兴时期,人们通过金属醋酸盐的干馏制备冰醋酸。16世纪德国炼金术士安德烈亚斯·利巴菲乌斯就描述了这种方法,并且拿由这种方法产生的冰醋酸来和由醋中提取的酸相比较。仅仅是因为水的存在,导致了醋酸的性质发生如此大的改变,以至于在几个世纪里,化学家们都认为这是两个截然不同的物质。法国化学家阿迪(Pierre Adet)证明了它们两个是相同的。

1847年,德国科学家阿道夫·威廉·赫尔曼·科尔贝第一次通过无机原料合成了乙酸。这个反应的历程首先是二硫化碳经过氯化转化为四氯化碳,接着是四氯乙烯的高温分解后水解,并氯化,从而产生三氯乙酸,最后一步通过电解还原产生乙酸。

1910年时,大部分的冰醋酸提取自干馏木材得到的煤焦油。首先是将煤焦油通过氢氧化钙处理,然后将形成的乙酸钙用硫酸酸化,得到其中的乙酸。在这个时期,德国生产了约10000吨的冰醋酸,其中30%被用来制造靛青染料。

折叠 编辑本段 鉴别方法

乙酸可以通过其气味进行鉴别(一种常见的醋味)。若加入氯化铁(III),生成产物为深红色并且会在酸化后消失,通过此颜色反应也能鉴别乙酸。乙酸与三氧化砷反应生成氧化二甲砷,通过产物的恶臭可以鉴别乙酸。

安全信息

  • 包装等级:II
  • 危险类别:8
  • 海关编码:29152100
  • 危险品运输编码:UN17928/PG2
  • WGKGermany:3
  • 危险类别码:R10;R35
  • 安全说明:S26-S36/37/39-S45-S23-S24/25
  • RTECS号:NN1650000
  • 危险品标志:C:Corrosive

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