חומצה פורמית

El חומצה בורית o חומצה מתנואית היא התרכובת הפשוטה והקטנה ביותר מבין כל החומצות האורגניות. יש לו את הנוסחה המולקולרית HCOOH עם רק אטום מימן אחד קשור לאטום פחמן. שמה בא מהמילה פורמייקה, שפירושה נמלה בלטינית. זוהי תרכובת חשובה למדי בעולם הכימיה ונמצאת בשימוש נרחב כיום.

מסיבה זו, אנו הולכים להקדיש מאמר זה לספר לכם את כל מה שאתם צריכים לדעת על חומצה פורמית, מאפייניה וחשיבותה.

תכונות עיקריות

חוקרי טבע של המאה החמש עשרה גילו שסוגים מסוימים של חרקים (קוטלי קטלניים), כגון נמלים, טרמיטים, דבורים וחיפושיות, הם מפרישים את התרכובת הזו שגורמת לנשיכות שלהם להיות כואבות. בנוסף, חרקים אלה משתמשים בתרכובת זו כמנגנון של התקפה, הגנה ואיתות כימי.

יש להם בלוטות רעילות שמוציאות חומצה זו ואחרות, כמו חומצה אצטית, מהגוף בצורה של ערפל. חומצה פורמית חזקה יותר מחומצה אצטית (CH3COOH); לכן, כמות שווה של חומצה פורמית מומסת במים תגרום לתמיסה עם pH נמוך יותר.

חוקר הטבע האנגלי ג'ון ריי השיג את הבידוד של המתחם הזה בשנת 1671, מופק ממספר רב של נמלים. מצד שני, הסינתזה המוצלחת הראשונה של תרכובת זו בוצעה על ידי הכימאי והפיזיקאי הצרפתי ג'וזף גיי-לוסאק תוך שימוש בחומצה הידרוציאנית (HCN) כמגיב.

חומצה בורית בטבע

חומצה פורמית יכולה להתקיים ברמות יבשתיות, כמרכיב של ביומסה או באטמוספירה, המשתתפת במגוון רחב של תגובות כימיות, היא אפילו יכולה להימצא מתחת לאדמה, בנפט או בשלב הגז על פניה.

מבחינת ביומסה, חרקים וצמחים הם היצרנים העיקריים של חומצה זו. כאשר דלקים מאובנים בוערים, הם מייצרים חומצה פורמית גזית; לכן, מנועי מכוניות משחררים חומצה זו לאטמוספירה.

עם זאת, יש הרבה נמלים על פני כדור הארץ, והייצור של חומצה פורמית ביניהם גדולה פי אלפי מונים מכמות החומצה המתנואית המיוצרת על ידי התעשייה האנושית בשנה אחת. שריפות יער הן גם מקור גזי לחומצה פורמית.

גבוה יותר, במטריקס האטמוספרי המורכב, מתרחשים תהליכים פוטוכימיים לסינתזה של חומצה פורמית. בשלב זה, תרכובות אורגניות נדיפות רבות (VOCs) מתכלות תחת פעולת קרינת UV או מתחמצנות על ידי מנגנון רדיקלי OH. הכימיה האטמוספירית העשירה והמורכבת היא ללא ספק המקור העיקרי לחומצה מתנואית על פני כדור הארץ.

מבנה אטומי של חומצה פורמית

האיור שלמעלה מציג את המבנה של דימר שלב הגז של חומצה פורמית. הכדורים הלבנים תואמים לאטומי מימן, האדומים לאטומי חמצן והשחורים לאטומי פחמן.

ניתן לראות שתי קבוצות במולקולות אלו: הידרוקסיל (-OH) ופורמיל (-CH=O), אשר מסוגלים ליצור קשרי מימן. אינטראקציות אלו הן מסוג OHO, כאשר קבוצת ההידרוקסיל היא תורם H וקבוצת הפורמיל היא תורמת O.

עם זאת, H הקשור לאטומי פחמן חסר יכולת זו. אינטראקציות אלו חזקות מאוד, והמימן בקבוצת OH חומצי יותר בגלל אטום H חסר האלקטרונים; לכן, המימן הזה מייצב עוד יותר את הגשר. כתוצאה מהאמור לעיל, חומצה פורמית קיימת כדימר ולא כמולקולה בודדת.

כשהטמפרטורה יורדת, הדימר מכוון את קשרי המימן שלו כדי ליצור את המבנה היציב ביותר עם דימרים אחרים, וכתוצאה מכך אינסוף שרשראות אלפא ובטא של חומצה מתנואית. מבנה הגביש הזה זה תלוי במשתנים הפיזיקליים שפועלים עליו, כמו לחץ וטמפרטורה.. לכן, השרשרת ניתנת להמרה. אם הלחץ מוגבר לרמות קיצוניות, השרשראות נדחסות מספיק כדי להיחשב כפולימר גבישי של חומצה פורמית.

נכסים

אנו הולכים להתמקד בתיאור התכונות העיקריות של חומצה פורמית:

• חומצה מתנואית היא נוזל חסר צבע בטמפרטורת החדר עם ריח חריף חזק. יש לו משקל מולקולרי של 46 גרם/מול, נקודת התכה של 8,4ºC ונקודת רתיחה של 100,8ºC, גבוהה מזו של מים.
• מתערבב עם מים וממיסים אורגניים קוטביים כגון אתר, אצטון, מתנול ואתנול.
• לעומת זאת, בממיסים ארומטיים כמו בנזן וטולואן הוא מסיס בצורה גרועה מכיוון שלחומצה פורמית יש מעט אטומי פחמן במבנה שלה.
• יש לו pKa של 3,77, שהיא חומצית יותר מחומצה אצטית, מה שניתן להסביר בגלל שקבוצת המתיל מספקת צפיפות אלקטרונים לאטום הפחמן המחומצן על ידי שני חמצן. זה מביא לירידה קלה בחומציות הפרוטונים (CH3COOH, HCOOH).
• ברגע שהחומצה מפורקת, מומר לאניון פורמט HCOO-, אשר מפנה את המטען השלילי בין שני אטומי החמצן. לכן, זהו אניון יציב ואחראי לחומציות הגבוהה של חומצה פורמית.

שימושים בחומצה פורמית

תעשיית המזון והחקלאות

מזיק כמו חומצה מתנואית, הוא משמש בריכוזים מספיקים כחומר משמר מזון בשל השפעתו האנטיבקטריאלית. מאותה סיבה שהיא משמשת בחקלאות, יש לה גם תכונות קוטל חרקים. כמו כן, יש לו השפעה חיטוי על עשבים ומסייע במניעת גזי מעיים בחיות משק.

תעשיית הטקסטיל וההנעלה

הוא משמש בתעשיית הטקסטיל לצביעת ועידון טקסטיל והוא כנראה השימוש הנפוץ ביותר בחומצה זו. חומצה פורמית משמשת לעיבוד עור והסרת חומר זה על ידי פעולת הסרת השומנים שלו. דה-פרוטונציה של חומצה פורמית הופכת לאניון הפורמט HCOO-, המעביר את המטען השלילי בין שני אטומי החמצן. לכן, זהו אניון יציב ואחראי לחומציות הגבוהה של חומצה פורמית.

בטיחות בדרכים

בנוסף לשימושים התעשייתיים שצוינו, נעשה שימוש בנגזרות חומצה פורמית (פורמט) בכבישי חורף בשוויץ ובאוסטריה כדי להפחית את הסיכון לתאונות. טיפול זה יעיל יותר משימוש במלח שולחן.

אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על חומצה פורמית, המבנה שלה והשימושים שלה.