Муравьиная кислота

Структурная формула муравьиной кислоты

Муравьиная кислота (метановая кислота) – первый представитель в ряду насыщенных одноосновных карбоновых кислот.

Формула: HCOOH

Содержание

1 Физические и термодинамические свойства
2 Получение
3 Безопасность
4 Химические свойства
5 Нахождение в природе
6 Применение
7 Производные муравьиной кислоты
8 См. также

[править] Физические и термодинамические свойства

При нормальных условиях муравьиная кислота представляет собой бесцветную жидкость.

Свойства муравьиной кислоты
Молекулярная масса	46,03 а.е.м.
Температура плавления	8,25 °C
Температура кипения	100,7 °C
Растворимость	Растворима в ацетоне, бензоле, глицерине, толуоле смешивается с водой, диэтиловым эфиром, этанолом
Плотность ρ	1,2196 г/см³ (при 20 °C)
Давление паров	120 мм. рт. ст. (при 50 °C)
Показатель преломления	1,3714 (температурный коэффициент показателя преломления 3,8·10^-4, справедлив в интервале температур 10—30°C)
Стандартная энтальпия образования ΔH	−409,19 кДж/моль (ж) (при 298 К)
Стандартная энергия Гиббса образования G	−346 кДж/моль (ж) (при 298 К)
Стандартная энтропия образования S	128,95 Дж/моль·K (ж) (при 298 К)
Стандартная мольная теплоёмкость C_p	98,74 Дж/моль·K (ж) (при 298 К)
Энтальпия плавления ΔH_пл	12,72 кДж/моль
Энтальпия кипения ΔH_кип	22,24 кДж/моль
Теплота сгорания -ΔH°₂₉₈ (конечные вещества CO₂, H₂O)	254,58 кДж/моль

Плотность водных растворов муравьиной кислоты при 20 °C
Массовое содержание HCOOH, %	1	2	4	6	8	10	12	14	16	18	22	26	30
ρ, г/см³	1,0020	1,0045	1,0094	1,0142	1,0197	1,0247	1,0297	1,0346	1,0394	1,0442	1,0538	1,0634	1,0730

Поверхностное натяжение муравьиной кислоты
Температура, °C	15	20	30
σ, Н/м	3,813·10^-2	3,758·10^-2	3,648·10^-2

Температура кипения при давлениях ниже атмосферного
Давление, кПа (мм. рт. ст.)	0,133(1)	0,667(5)	1,333(10)	2,666(20)	5,333(40)
T_кип, °C	−20,0 (кр.)	−5,0 (кр.)	+2,1 (кр.)	10,3	24,0
Давление, кПа (мм. рт. ст.)	7,999(60)	13,333(100)	26,66(200)	53,33(400)	101,32(760)
T_кип, °C	32,4	43,8	61,4	80,3	100,7

Интегральная теплота растворения при 25 °C
Число молей H₂O на 1 моль HCOOH	m, моль HCOOH на 1 кг H₂O	-ΔH_m, кДж/моль
1	55,51	0,83
2	27,75	0,87
3	18,50	0,79
4	13,88	0,71
5	11,10	0,67
6	9,25	0,62
8	6,94	0,58
10	5,55	0,56
15	3,70	0,55
20	2,78	0,55
30	1,85	0,56
40	1,39	0,57
50	1,11	0,60
75	0,740	0,65
100	0,555	0,66
∞	0,0000	0,71

[править] Получение

1. Как побочный продукт в производстве уксусной кислоты жидкофазным окислением бутана.

2. Окисление метанола

3. Реакцией монооксида углерода с гидроксидом натрия

NaOH + CO → HCOONa → (+H₂SO₄, -Na₂SO₄) HCOOH

Это основной промышленный метод, который осуществляют в две стадии: на первой стадии монооксид углерода под давлением 0,6—0,8 МПа пропускают через нагретый до 120—130°C гидроскид натрия; на второй стадии проводят обработку формиата натрия серной кислотой и вакуумную перегонку продукта.

4. Разложением щавелевых эфиров глицерина. Для этого нагревают безводный глицерин со щавелевой кислотой, при этом отгоняется вода и образуются щавелевые эфиры. При дальнейшем нагревании эфиры разлагаются, выделяя углекислый газ, причём образуются муравьиные эфиры, которые после разложения водой дают муравьиную кислоту и глицерин.

[править] Безопасность

Муравьиная кислота — самая опасная из жирных кислот. В отличие от неорганических кислот вроде серной, легко проникает через жировой слой кожи, промывание поражённого участка раствором соды необходимо произвести немедленно.

Муравьиная кислота при попадании даже небольшого её количества на кожу причиняет очень сильную боль, поражённый участок сначала белеет, как бы покрываясь инеем, потом становится похожим на воск, вокруг него появляется красная кайма. Через некоторое время боль спадает. Поражённые ткани превращаются в корку толщиной до нескольких миллиметров, заживление наступает лишь через несколько недель.

Пары даже от нескольких разлитых капель муравьиной кислоты могут вызвать сильное раздражение глаз и органов дыхания.

[править] Химические свойства

Константа диссоциации: 1,772·10^-4.

Муравьиная кислота кроме кислотных свойств проявляет также некоторые свойства альдегидов, в частности, восстановительные. При этом она окисляется до углекислого газа. Например:

2KMnO₄ + 5HCOOH + 3H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5CO₂↑ + 8H₂O

При нагревании с сильными водоотнимающимим средствами (H₂SO₄_(конц.) или P₄O₁₀) превращается в угарный газ:

HCOOH →(t) CO↑ + H₂O

[править] Нахождение в природе

В природе муравьиная кислота обнаружена в хвое, крапиве, фруктах, едких выделениях пчел и муравьев (в последних впервые обнаружена в XVII века, отсюда название).

В больших количествах муравьиная кислота образуется в качестве побочного продукта при жидкофазном окислении бутана и легкой бензиновой фракции в производстве уксусной кислоты. Муравьиную кислоту получают также гидролизом формамида (~35% от общего мирового производства); процесс состоит из нескольких стадий: карбо-нилирование метанола, взаимодействие метилформиата с безводным NH₃ и последующий гидролиз образовавшегося формамида 75%-ной H₂SO₄. Иногда используют прямой гидролиз метилформиата (реакцию проводят в избытке воды или в присутствии третичного амина), гидратацию СО в присутствии щелочи (кислоту выделяют из соли действием H₂SO₄), дегидрогенизацию СН₃ОН в паровой фазе в присутствии катализаторов, содержащих Сu, а также Zr, Zn, Cr, Mn, Mg и др. (метод не имеет промышленного значения).

[править] Применение

Применяют в протравном крашении шерсти, для получения лекарственных средств, пестицидов, растворителей, как консервант фруктовых соков и силоса, как отбеливатель при дублении кожи и для дезинфекции ёмкостей в пищевой промышленности.

В лаборатории удобно применять разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты, либо пропуская муравьиную кислоту над оксилом фосфора P₂O₅ для получения монооксида углерода. Схема реакции:

HCOOH →(t, H₂SO₄) H₂O + CO↑

Можно также обработать муравьиную кислоту хлорсульфоновой. Эта реакция идёт уже при обычной температуре по схеме:

HCOOH + ClSO₃H → H₂SO₄ + HCl + CO↑.