KYSELINA MRAVČIA (HCOOH): ŠTRUKTÚRA, POUŽITIE A VLASTNOSTI - CHÉMIA - 2026

Kyselina mravčia alebo kyselina methanoic je najjednoduchší a najmenší zo všetkých organických kyselín zlúčeniny. Je tiež známa ako kyselina metanová a jej molekulový vzorec je HCOOH, ktorý má na atóm uhlíka viazaný iba jeden atóm vodíka. Jeho názov je odvodený od slova Formica, ktoré je pre mravcov latinské.

Prírodovedci z 15. storočia zistili, že určité druhy hmyzu (formicídy), ako sú mravce, termiti, včely a chrobáky, vylučujú túto zložku zodpovednú za ich bolestivé bodnutie. Podobne, tento hmyz používa kyselinu mravčiu ako mechanizmus útoku, obrany a chemickej signalizácie.

Mravce a chrobáky vylučujú kyselinu mravčiu

Majú jedovaté žľazy, ktoré vylučujú toto a ďalšie kyseliny (napríklad kyselinu octovú) ako postrek do vonkajšej strany. Kyselina mravčia je silnejšia ako kyselina octová (CH ₃ COOH); preto kyselina mravčia rozpustená v rovnakých množstvách vo vode vytvára roztoky s nižšími hodnotami pH.

V roku 1671 sa anglickému prírodovedcovi Johnovi podarilo izolovať kyselinu mravčiu a destilovať ju z veľkého množstva mravcov.

Na druhej strane, prvá úspešná syntéza tejto zlúčeniny bola uskutočnená francúzskym chemikom a fyzikom Josephom Gay-Lussacom, s použitím kyseliny kyanovodíkovej (HCN) ako činidla.

Kde sa to nachádza?

Kyselina mravčia môže byť prítomná na suchozemských úrovniach ako zložka biomasy alebo v atmosfére a zúčastňuje sa širokého spektra chemických reakcií; Nachádza sa dokonca pod zemou, vo vnútri oleja alebo v plynnej fáze na svojom povrchu.

Z hľadiska biomasy sú hlavným zdrojom tejto kyseliny hmyz a rastliny. Po spálení fosílnych palív sa získa plynná kyselina mravčia; v dôsledku toho motory vozidiel uvoľňujú do atmosféry kyselinu mravčiu.

Zem je však domovom veľkého počtu mravcov a medzi nimi je schopná vyprodukovať tisíce krát väčšie množstvo kyseliny mravčej, ktorú ľudský priemysel vytvoril za jeden rok. Lesné požiare tiež predstavujú plynné zdroje kyseliny mravčej.

Vyššie v zložitej atmosferickej matrici sa vyskytujú fotochemické procesy, ktoré syntetizujú kyselinu mravčiu.

V tomto okamihu sa mnoho prchavých organických zlúčenín (VOC) degraduje pôsobením ultrafialového žiarenia alebo sa oxiduje mechanizmami voľných radikálov OH. Bohatá a komplexná atmosférická chémia je zďaleka prevládajúcim zdrojom kyseliny mravčej na planéte.

štruktúra

Horný obrázok znázorňuje štruktúru diméru plynnej fázy kyseliny mravčej. Biele gule zodpovedajú atómom vodíka, červené gule atómom kyslíka a čierne gule atómom uhlíka.

V týchto molekulách možno vidieť dve skupiny: hydroxyl (–OH) a formyl (–CH = O), ktoré sú schopné tvoriť vodíkové väzby.

Tieto interakcie sú typu O-HO, hydroxylové skupiny sú donormi H a formylové skupiny sú donormi O.

Avšak táto H nie je viazaná na atóm uhlíka. Tieto interakcie sú veľmi silné a v dôsledku elektrónovo slabého atómu vodíka je vodík v skupine OH kyslejšie; preto tento vodík ďalej stabilizuje mostíky.

V dôsledku vyššie uvedeného existuje kyselina mravčia ako dimér a nie ako samostatná molekula.

Kryštalická štruktúra

Ako teplota klesá, dimér nasmeruje svoje vodíkové väzby, aby vytvoril najstabilnejšiu možnú štruktúru spolu s ostatnými dimérmi, čím sa vytvorí nekonečné a a p reťazce kyseliny mravčej.

Ďalšou nomenklatúrou sú konforméry „cis“ a „trans“. V tomto prípade sa „cis“ používa na označenie skupín orientovaných rovnakým smerom a „trans“ pre tieto skupiny v opačných smeroch.

Napríklad v a reťazci formylové skupiny „bodujú“ na rovnakú stranu (vľavo), na rozdiel od p reťazca, kde tieto formylové skupiny ukazujú na opačné strany (horný obrázok).

Táto kryštalická štruktúra závisí od fyzikálnych premenných, ktoré na ňu pôsobia, ako je tlak a teplota. Reťazce sú teda konvertibilné; to znamená, že za rôznych podmienok môže byť „cis" reťazec transformovaný na „trans" reťazec a naopak.

Ak tlak stúpne na drastické úrovne, reťazce sa stlačia natoľko, aby sa považovali za kryštalický polymér kyseliny mravčej.

vlastnosti

- Kyselina mravčia je kvapalina pri izbovej teplote, bezfarebná a so silným a prenikavým zápachom. Má molekulovú hmotnosť 46 g / mol, topí sa pri 8,4 ° C a má teplotu varu 100,8 ° C, vyššiu ako je teplota vody.

- Je miešateľný s vodou a s polárnymi organickými rozpúšťadlami, ako sú éter, acetón, metanol a etanol.

- Na druhej strane je v aromatických rozpúšťadlách (ako je benzén a toluén) mierne rozpustný, pretože kyselina mravčia má vo svojej štruktúre sotva jeden atóm uhlíka.

- Má pKa 3,77, kyslejšie ako kyselina octová, čo sa dá vysvetliť, pretože metylová skupina poskytuje elektronickej hustote atómu uhlíka oxidovaného dvoma kyslíkmi. To má za následok mierne zníženie kyslosti protónu (CH ₃ COOH, HCOOH).

- deprotonovaný kyseliny, stáva sa HCOO ^- formát anión , ktorý môže relokovateľné negatívny náboja medzi dvoma atómami kyslíka. V dôsledku toho je to stabilný anión a vysvetľuje vysokú kyslosť kyseliny mravčej.

reakcie

Kyselina mravčia sa môže dehydratovať na oxid uhoľnatý (CO) a vodu. V prítomnosti platinových katalyzátorov sa môže rozkladať aj na molekulárny vodík a oxid uhličitý:

HCOOH (l) → H ₂ (g) + CO ₂ (g)

Táto vlastnosť umožňuje, aby sa kyselina mravčia považovala za bezpečný spôsob skladovania vodíka.

aplikácia

Potravinársky a poľnohospodársky priemysel

Napriek tomu, ako škodlivá môže byť kyselina mravčia, vďaka antibakteriálnemu pôsobeniu sa používa ako konzervačná látka v potravinách. Z rovnakého dôvodu sa používa v poľnohospodárstve, kde má tiež pesticídny účinok.

Má tiež konzervačný účinok na pastviny, čo pomáha predchádzať črevnému plynu u chovných zvierat.

Textilný a obuvnícky priemysel

Používa sa v textilnom priemysle na farbenie a zušľachťovanie textílií, čo je asi najčastejšie použitie tejto kyseliny.

Kyselina mravčia sa používa pri spracovaní kože vďaka jej odmasťovaciemu účinku a pri odstraňovaní chĺpkov tohto materiálu.

Bezpečnosť na cestách

Okrem uvedeného priemyselného použitia sa deriváty kyseliny mravčej (formáty) používajú vo Švajčiarsku a Rakúsku na cestách počas zimy, aby sa znížilo riziko nehôd. Toto ošetrenie je účinnejšie ako použitie bežnej soli.

Referencie

1. Tellus (1988). Kyselina mravčia v atmosfére z mravcov mravčej: predbežné hodnotenie408, 335-339.
2. B. Millet a kol. (2015). Zdroje a zátoky kyseliny mravčej v atmosfére. Atmos. Chem. Phys., 15, 6283 - 6304.
3. Wikipedia. (2018). Kyselina mravčia. Zdroj: 7. apríla 2018, z: en.wikipedia.org
4. Acipedia. Kyselina mravčia. Zdroj: 7. apríla 2018, z: acipedia.org
5. NK Patel. Modul: 2, Prednáška: 7. Kyselina mravčia. Získané 7. apríla 2018, z: nptel.ac.in
6. F. Goncharov, MR Manaa, JM Zaug, LE Fried, WB Montgomery. (2014). Polymerizácia kyseliny mravčej pod vysokým tlakom.
7. Jean a Fred. (14. júna 2017). Termiti opúšťajúci kopce. , Získané z: flickr.com
8. Michelle Benningfieldová. (2016, 21. novembra). Použitie kyseliny mravčej. Našiel sa 7. apríla 2018 z: ehowenespanol.com