El kwas mrówkowy o Kwas metanowy jest najprostszym i najmniejszym związkiem spośród wszystkich kwasów organicznych. Ma wzór cząsteczkowy HCOOH z tylko jednym atomem wodoru związanym z atomem węgla. Jego nazwa pochodzi od słowa formica, co po łacinie oznacza mrówkę. Jest to dość ważny związek w świecie chemii i dziś szeroko stosowany.
Z tego powodu zamierzamy poświęcić ten artykuł, aby opowiedzieć Ci wszystko, co musisz wiedzieć o kwasie mrówkowym, jego właściwościach i znaczeniu.
Główne cechy
Piętnastowieczni przyrodnicy odkryli, że niektóre rodzaje owadów (termobójcze), takie jak mrówki, termity, pszczoły i chrząszczewydzielają ten związek, który sprawia, że ich ukąszenia są bolesne. Ponadto owady te wykorzystują ten związek jako mechanizm ataku, obrony i sygnalizacji chemicznej.
Mają toksyczne gruczoły, które w postaci mgiełki wydalają z organizmu ten i inne kwasy, takie jak kwas octowy. Kwas mrówkowy jest silniejszy niż kwas octowy (CH3COOH); dlatego równa ilość kwasu mrówkowego rozpuszczonego w wodzie spowoduje powstanie roztworu o niższym pH.
Angielski przyrodnik John Ray osiągnął izolację tego związku w 1671 r, wyekstrahowany z dużej liczby mrówek. Z drugiej strony, pierwszą udaną syntezę tego związku przeprowadził francuski chemik i fizyk Joseph Gay-Lussac, stosując jako odczynnik kwas cyjanowodorowy (HCN).
kwas mrówkowy w naturze
Kwas mrówkowy może występować na ziemi, jako składnik biomasy lub w atmosferze, uczestnicząc w wielu reakcjach chemicznych, a nawet znaleźć się pod ziemią, w ropie czy w fazie gazowej na jego powierzchni.
Pod względem biomasy głównymi producentami tego kwasu są owady i rośliny. Podczas spalania paliw kopalnych powstaje gazowy kwas mrówkowy; dlatego silniki samochodowe uwalniają ten kwas do atmosfery.
Jednak na ziemi żyje dużo mrówek, a produkcja kwasu mrówkowego między nimi jest tysiące razy większa niż ilość kwasu metanowego wytwarzana przez przemysł ludzki w ciągu jednego roku. Pożary lasów są również gazowym źródłem kwasu mrówkowego.
Wyżej, w złożonej matrycy atmosferycznej, zachodzą fotochemiczne procesy syntezy kwasu mrówkowego. W tym momencie wiele lotnych związków organicznych (LZO) ulega degradacji pod wpływem promieniowania UV lub utlenia się w mechanizmie rodnikowym OH. Bogata i złożona chemia atmosfery jest zdecydowanie główne źródło kwasu metanowego na Ziemi.
Struktura atomowa kwasu mrówkowego
Powyższy rysunek przedstawia strukturę dimeru fazy gazowej kwasu mrówkowego. Białe sfery odpowiadają atomom wodoru, czerwone atomom tlenu, a czarne atomom węgla.
W tych cząsteczkach można zobaczyć dwie grupy: hydroksyl (-OH) i formyl (-CH=O), które są zdolne do tworzenia wiązań wodorowych. Oddziaływania te są typu OHO, gdzie grupa hydroksylowa jest donorem H, a grupa formylowa jest donorem O.
Jednak H związany z atomami węgla nie ma tej zdolności. Oddziaływania te są bardzo silne, a wodór w grupie OH jest bardziej kwaśny ze względu na atom H z niedoborem elektronów; Zatem, ten wodór dodatkowo stabilizuje most. W wyniku powyższego kwas mrówkowy istnieje jako dimer, a nie jako pojedyncza cząsteczka.
Wraz ze spadkiem temperatury dimer orientuje swoje wiązania wodorowe, tworząc najbardziej stabilną strukturę z innymi dimerami, co skutkuje nieskończonymi łańcuchami alfa i beta kwasu metanowego. Ta struktura krystaliczna Zależy to od zmiennych fizycznych, które na nią oddziałują, takich jak ciśnienie i temperatura.. Dlatego ciąg jest wymienny. Jeśli ciśnienie wzrośnie do ekstremalnych poziomów, łańcuchy są wystarczająco ściśnięte, aby można je było uznać za krystaliczny polimer kwasu mrówkowego.
właściwości
Skupimy się na opisie głównych właściwości kwasu mrówkowego:
- kwas metanolowy to bezbarwna ciecz w temperaturze pokojowej o silnym, ostrym zapachu. Ma masę cząsteczkową 46 g/mol, temperaturę topnienia 8,4ºC i temperaturę wrzenia 100,8ºC, wyższą niż woda.
- Mieszalny z wodą i polarnymi rozpuszczalnikami organicznymi, takimi jak eter, aceton, metanol i etanol.
- Wręcz przeciwnie, w rozpuszczalnikach aromatycznych, takich jak benzen i toluen, jest słabo rozpuszczalny, ponieważ kwas mrówkowy ma w swojej strukturze niewiele atomów węgla.
- Ma pKa 3,77, który jest bardziej kwaśny niż kwas octowy, co można wytłumaczyć tym, że grupa metylowa zapewnia gęstość elektronową atomowi węgla utlenionemu dwoma tlenami. Powoduje to nieznaczny spadek kwasowości protonów (CH3COOH, HCOOH).
- Gdy kwas zostanie zdeprotonowany, przekształca się w anion mrówczanowy HCOO-, który przenosi ładunek ujemny między dwoma atomami tlenu. Dlatego jest stabilnym anionem i odpowiada za wysoką kwasowość kwasu mrówkowego.
Zastosowania kwasu mrówkowego
Przemysł spożywczy i rolniczy
Tak szkodliwy jak kwas metanowy, jest stosowany w wystarczających stężeniach jako konserwant żywności ze względu na działanie antybakteryjne. Z tego samego powodu, dla którego jest stosowana w rolnictwie, ma również właściwości owadobójcze. Działa również antyseptycznie na trawy i pomaga zapobiegać gazom jelitowym u zwierząt gospodarskich.
Przemysł tekstylny i obuwniczy
Jest stosowany w przemyśle tekstylnym do barwienia i uszlachetniania tekstyliów i jest prawdopodobnie najczęstszym zastosowaniem tego kwasu. Kwas mrówkowy jest używany do obróbki skóry i depilacji tego materiału poprzez: jego działanie odtłuszczające. Deprotonacja kwasu mrówkowego przekształca się w anion mrówczanowy HCOO-, który delokalizuje ładunek ujemny między dwoma atomami tlenu. Dlatego jest stabilnym anionem i odpowiada za wysoką kwasowość kwasu mrówkowego.
Bezpieczeństwo na drodze
Oprócz określonych zastosowań przemysłowych pochodne kwasu mrówkowego (format) są stosowane na drogach zimowych w Szwajcarii i Austrii aby zmniejszyć ryzyko wypadków. Ten zabieg jest skuteczniejszy niż użycie soli kuchennej.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom można dowiedzieć się więcej o kwasie mrówkowym, jego budowie i zastosowaniach.