El muurahaishappo o Metaanihappo on kaikista orgaanisista hapoista yksinkertaisin ja pienin yhdiste. Sen molekyylikaava on HCOOH, jossa vain yksi vetyatomi on sitoutunut hiiliatomiin. Sen nimi tulee sanasta formica, joka tarkoittaa muurahaista latinaksi. Se on melko tärkeä yhdiste kemian maailmassa ja sitä käytetään laajalti nykyään.
Tästä syystä aiomme omistaa tämän artikkelin kertomaan sinulle kaiken, mitä sinun tulee tietää muurahaishaposta, sen ominaisuuksista ja tärkeydestä.
Tärkeimmät ominaisuudet
XNUMX-luvun luonnontieteilijät havaitsivat, että tietyntyyppiset hyönteiset (termisidit), kuten muurahaiset, termiitit, mehiläiset ja kovakuoriaiset, ne erittävät tätä yhdistettä, joka tekee puremistaan tuskallisia. Lisäksi nämä hyönteiset käyttävät tätä yhdistettä hyökkäys-, puolustus- ja kemiallisen signaalin mekanismina.
Heillä on myrkyllisiä rauhasia, jotka poistavat tämän ja muut hapot, kuten etikkahapon, kehosta sumun muodossa. Muurahaishappo on vahvempaa kuin etikkahappo (CH3COOH); siksi yhtä suuri määrä muurahaishappoa liuotettuna veteen johtaa liuokseen, jonka pH on alhaisempi.
Englantilainen luonnontieteilijä John Ray saavutti tämän yhdisteen eristämisen vuonna 1671, uutettu suuresta määrästä muurahaisia. Toisaalta tämän yhdisteen ensimmäisen onnistuneen synteesin suoritti ranskalainen kemisti ja fyysikko Joseph Gay-Lussac käyttämällä syaanivetyhappoa (HCN) reagenssina.
muurahaishappo luonnossa
Muurahaishappoa voi esiintyä maan tasolla, biomassan komponenttina tai ilmakehässä, osallistuen monenlaisiin kemiallisiin reaktioihin, sitä voi esiintyä jopa maan alla, öljyssä tai kaasufaasissa pinnallaan.
Biomassan osalta hyönteiset ja kasvit ovat tämän hapon tärkeimpiä tuottajia. Kun fossiiliset polttoaineet palavat, ne tuottavat kaasumaista muurahaishappoa; siksi autojen moottorit vapauttavat tämän hapon ilmakehään.
Kuitenkin, maan päällä elää paljon muurahaisia, ja niiden välinen muurahaishapon tuotanto on tuhansia kertoja suurempi kuin ihmisen teollisuuden vuodessa tuottaman metaanihapon määrä. Metsäpalot ovat myös kaasumainen muurahaishapon lähde.
Ylempänä, monimutkaisessa ilmakehän matriisissa, tapahtuu fotokemiallisia prosesseja muurahaishapon synteesiä varten. Tässä vaiheessa monet haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) hajoavat UV-säteilyn vaikutuksesta tai hapettuvat OH-radikaalimekanismin vaikutuksesta. Rikas ja monimutkainen ilmakehän kemia on ylivoimaisesti tärkein metaanihapon lähde maapallolla.
Muurahaishapon atomirakenne
Yllä oleva kuva esittää muurahaishapon kaasufaasidimeerin rakenteen. Valkoiset pallot vastaavat vetyatomeja, punaiset happiatomeja ja mustat hiiliatomeja.
Näissä molekyyleissä voidaan nähdä kaksi ryhmää: hydroksyyli (-OH) ja formyyli (-CH=O), jotka pystyvät muodostamaan vetysidoksia. Nämä vuorovaikutukset ovat OHO-tyyppisiä, jolloin hydroksyyliryhmä on H-donori ja formyyliryhmä on O-donori.
Hiiliatomeihin sitoutuneelta H:lta puuttuu kuitenkin tämä kyky. Nämä vuorovaikutukset ovat erittäin voimakkaita, ja OH-ryhmän vety on happamampaa elektronivajaan H-atomin vuoksi; Täten, tämä vety stabiloi edelleen siltaa. Edellä olevan seurauksena muurahaishappo esiintyy dimeerinä eikä yksittäisenä molekyylinä.
Kun lämpötila laskee, dimeeri suuntaa vetysidoksiaan luodakseen stabiilimman rakenteen muiden dimeerien kanssa, mikä johtaa äärettömiin metaanihapon alfa- ja beetaketjuihin. Tämä kristallirakenne Se riippuu siihen vaikuttavista fysikaalisista muuttujista, kuten paineesta ja lämpötilasta.. Siksi merkkijono on muunnettavissa. Jos painetta nostetaan äärimmäisille tasoille, ketjut puristuvat tarpeeksi kokoon, jotta niitä voidaan pitää muurahaishapon kiteisenä polymeerinä.
ominaisuudet
Keskitymme muurahaishapon pääominaisuuksien kuvaamiseen:
- metaanihappo on väritön neste huoneenlämpötilassa, jolla on voimakas pistävä haju. Sen molekyylipaino on 46 g/mol, sulamispiste 8,4 ºC ja kiehumispiste 100,8 ºC, korkeampi kuin veden.
- Sekoittuu veden ja polaaristen orgaanisten liuottimien, kuten eetterin, asetonin, metanolin ja etanolin, kanssa.
- Sitä vastoin aromaattisissa liuottimissa, kuten bentseenissä ja tolueenissa, se liukenee huonosti, koska muurahaishapon rakenteessa on vähän hiiliatomeja.
- Sen pKa on 3,77, joka on happamampi kuin etikkahappo, mikä voidaan selittää sillä, että metyyliryhmä antaa elektronitiheyden kahden hapen hapettamalle hiiliatomille. Tämä johtaa protonien (CH3COOH, HCOOH) happamuuden lievään laskuun.
- Kun happo on deprotonoitunut, muunnetaan formiaattianioniksi HCOO-, joka siirtää negatiivisen varauksen kahden happiatomin välillä. Siksi se on stabiili anioni ja on vastuussa muurahaishapon korkeasta happamuudesta.
Muurahaishapon käyttö
Elintarvike- ja maatalousteollisuus
Yhtä haitallista kuin metaanihappo, sitä käytetään riittävinä pitoisuuksina elintarvikkeiden säilöntäaineena antibakteerisen vaikutuksensa vuoksi. Samasta syystä kuin sitä käytetään maataloudessa, sillä on myös hyönteismyrkkyjä. Sillä on myös antiseptinen vaikutus ruohoihin ja se auttaa estämään suolistokaasujen muodostumista tuotantoeläimillä.
Tekstiili- ja jalkineteollisuus
Sitä käytetään tekstiiliteollisuudessa tekstiilien värjäämiseen ja jalostukseen, ja se on luultavasti tämän hapon yleisin käyttötarkoitus. Muurahaishappoa käytetään nahan käsittelyyn ja tämän materiaalin karvanpoistoon sen rasvaa poistava vaikutus. Muurahaishapon deprotonoituminen muuttuu formiaattianioniksi HCOO-, joka siirtää negatiivisen varauksen kahden happiatomin välillä. Siksi se on stabiili anioni ja on vastuussa muurahaishapon korkeasta happamuudesta.
Liikenneturvallisuus
Määritellyn teollisen käytön lisäksi muurahaishappojohdannaisia (formaattia) käytetään talviteillä Sveitsissä ja Itävallassa onnettomuusriskin vähentämiseksi. Tämä hoito on tehokkaampaa kuin ruokasuolan käyttö.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää muurahaishaposta, sen rakenteesta ja sen käytöstä.