Муравьиная кислота способна действовать в качестве как окисляющего, так и восстанавливающего химиката одновременно, что позволяет широко применять данное вещество не только в медицине, но и в промышленности. Это сильнейшая карбоксильная кислота, которая была выведена в 1671 году благодаря английскому натуралисту Джону Рэю. Он обнаружил вещество в организме (в брюшных железах) красных муравьев, затем взял его в необходимом для изучения количестве и описал все свойства химиката. Муравьиная кислота встречается также в хвое, крапиве, некоторых фруктах, в выделениях гусениц шелкопряда и других насекомых. В больших количествах вещество можно получить синтетическим путем.
Химические свойства муравьиной кислоты
Данный химикат имеет огромное преимущество перед другими кислотами, так как является одновременно и карбоксильной кислотой, и альдегидом. НСООН - это химическая формула вещества, которое зарегистрировано под номером Е236 и используется в качестве пищевой добавки в промышленности. Муравьиная кислота - это жидкость, не имеющая цвета, но обладающая характерным сильным запахом. Ее производными являются формиаты (эфиры и соли) и формальдегид. Замечательно растворяется в ацетоне, глицерине, толуоле и бензоле муравьиная кислота. Химические свойства вещества позволяют смешивать его с диэтиловым эфиром, водой и этанолом.
Применение муравьиной кислоты
А безопасна ли кислота?
Очень опасна кислота в концентрированном виде, ведь даже при незначительном попадании на кожу она способна вызвать ожоги. Кроме того, в отличие от других подобных химикатов, данное вещество разрушает даже жировой подкожный слой! В случае получения ожога следует как можно быстрее обработать пораженное место элементарным раствором соли или соды. Пары кислоты способны нанести непоправимый вред человеческому здоровью, в частности, глазам и органам дыхания. Если химикат попадает в организм в больших количествах, то приводит к повреждению зрительного нерва, кашлю, изжоге, слепоте, некротическому гастроэнтериту, заболеваниям почек и печени. Следует сказать, что в малых дозах муравьиная кислота достаточно быстро перерабатывается в человеческом организме и выводится из него. При низкой концентрации консервант Е236 оказывает местноанестезирующее, противовоспалительное и ранозаживляющее действия.
Физические и термодинамические свойства
При нормальных условиях муравьиная кислота представляет собой бесцветную жидкость.
| Молекулярная масса | 46,03 |
| Температура плавления | 8,25 °C |
| Температура кипения | 100,7 °C |
| Растворимость | Растворима в , |
| Плотность ρ | 1,2196 г/см³ (при 20 °C) |
| Давление паров | 120 (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 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 CO 2 , H 2 O) | 254,58 кДж/моль |
| Число молей H 2 O на 1 моль HCOOH | m, моль HCOOH на 1 кг H 2 O | -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 |
Получение
1. Как побочный продукт в производстве жидкофазным окислением .
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 и вакуумную перегонку продукта.
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.
Химические свойства
: 1,772·10 -4 .
Муравьиная кислота кроме кислотных свойств проявляет также некоторые свойства , в частности, восстановительные. При этом она окисляется до углекислого газа. Например:
2KMnO 4 + 5HCOOH + 3H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5CO 2 + 8H 2 O
При нагревании с сильными водоотнимающимим средствами (H 2 SO 4 (конц.) или P 4 O 10) превращается в
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
1. Цель занятия: познакомить обучающихся с общими и специфическими свойствами метановой кислоты в ходе выполнения заданий кроссворда «Химия муравьиной кислоты», в том числе при решении задач на вывод формулы органического вещества (см. Приложение 1 ) (слайды 1-2 ).
2. Тип урока: урок изучения нового материала.
3. Оборудование: компьютер, проектор, экран, видеоролики химического эксперимента (окисление муравьиной кислоты перманганатом калия и разложение муравьиной кислоты под действием концентрированной серной кислоты), презентация к уроку, листы для учащихся (см. Приложение 2 ).
4. Ход урока
При изучении строения муравьиной кислоты учитель сообщает, что эта кислота отлична от остальных членов гомологического ряда предельных монокарбоновых кислот, т.к. карбоксильная группа связана не с углеводородным радикалом –R, а с Н-атомом (слайд 3 ). Учащиеся приходят к выводу, что муравьиная кислота проявляет свойства как карбоновых кислот, так и альдегидов, т.е. является альдегидокислотой (слайд 4 ).
Изучение номенклатуры проводится в процессе решения задачи (слайд 5 ): «Соли предельной одноосновной карбоновой кислоты называются формиаты. Установите название этой кислоты (по номенклатуре ИЮПАК), если известно, что она содержит 69,5% кислорода ». Решение задачи оформляется одним из учеников класса на доске. Ответ – муравьиная или метановая кислота (слайд 6 ).
Далее учитель сообщает учащимся (слайд 7 ), что муравьиная кислота встречается в едких выделениях жалящих гусениц и пчел, в жгучей крапиве, хвое, некоторых фруктах, в поте и моче животных и в кислых выделениях муравьев , где ее обнаружил в 1794 году немецкий химик Маргграф Андреас-Сигизмунд (слайд 8 ).
При изучении физических свойств муравьиной кислоты учитель сообщает, что это бесцветная, едкая жидкость с острым запахом и жгучим вкусом, имеющая температуры кипения и плавления близкие по значениям к воде (tкип. = 100,7 o С, tпл. = 8,4 o С). Как и вода образует водородные связи, поэтому в жидком и твердом состоянии образует линейные и циклические ассоциаты (слайд 9 ), смешивается с водой в любых соотношениях («подобное растворяется в подобном»). Далее одному из учащихся предлагается решить задачу у доски: «Известно, что плотность паров муравьиной кислоты по азоту составляет 3,29. Поэтому можно утверждать, что в газообразном состоянии муравьиная кислота существует в виде… » В ходе решения задачи обучающиеся приходят к выводу, что в газообразном состоянии муравьиная кислота существует в виде димеров – циклических ассоциатов (слайд 10 ).
Получение муравьиной кислоты (слайд 11-12 ) изучаем на следующих примерах:
1. Окислением метана на катализаторе:
2. Гидролизом циановодородной кислоты (здесь следует напомнить обучающимся, что у атома углерода одновременно не может быть более двух гидроксильных групп – происходит дегидратация с образованием карбоксильной группы):
3. Взаимодействием гидрида калия с оксидом углерода(IV):
4. Термическим разложением щавелевой кислоты в присутствии глицерина:
5. Взаимодействием угарного газа со щелочью:
6. Наиболее выгодным способом (с точки зрения экономических затрат – безотходный процесс) получения муравьиной кислоты является получение сложного эфира муравьиной кислоты (с последующим кислотным гидролизом) из угарного газа и предельного одноатомного спирта:
Так как последний способ получения муравьиной кислоты является наиболее перспективным, то обучающимся далее предлагается решить у доски следующую задачу (слайд 12 ): «Установите формулу спирта, который многократно (возвращая в цикл) используют для реакции с оксидом углерода(II), если известно, что при сгорании 30 г эфира образуется 22,4 л углекислого газа и 18 г воды. Установите название этого спирта». В ходе решения задачи обучающиеся приходят к выводу, что для синтеза муравьиной кислоты используется метиловый спирт (слайд 13 ).
При изучении действия муравьиной кислоты на организм человека (слайд 14 ) учитель сообщает обучающимся, что пары муравьиной кислоты раздражают верхние дыхательные пути и слизистые оболочки глаз, проявляет раздражающий эффект или разъедающее действие – вызывает химические ожоги (слайд 15 ). Далее школьникам предлагается найти в средствах массовой информации или в справочных изданиях способы устранения жжения, вызванные действием крапивы и укусами муравьев (проверка осуществляется на следующем уроке).
Химические свойства муравьиной кислоты начинаем изучать (слайд 16 ) с реакций с разрывом связи О-Н (замещение Н-атома):
Для закрепления материала предлагается решить следующую задачу (слайд 18 ): «При взаимодействии 4,6 г муравьиной кислоты с неизвестным предельным одноатомным спиртом образовалось 5,92 г сложного эфира (используется как растворитель и добавка к некоторым сортам рома, чтобы предать ему характерный аромат, применяется в производстве витаминов B1, А, Е). Установите формулу эфира, если известно, что выход реакции составляет 80%. Назовите сложный эфир по номенклатуре ИЮПАК». В ходе решения задачи десятиклассники приходят к выводу, что полученный сложный эфир это – этилформиат (слайд 19 ).
Учитель сообщает (слайд 20 ), что реакции с разрывом связи С-Н (у α-С-атома) для муравьиной кислоты не характерны , т.к. R=Н. А реакция с разрывом связи С-С (декарбоксилирование солей карбоновых кислот приводит к образованию алканов!) приводит к получению водорода:
В качестве примеров реакций восстановления кислоты приводим взаимодействие с водородом и сильным восстановителем – иодоводородной кислотой:
Знакомство с реакциями окисления, протекающими по схеме (слайд 21 ):
целесообразно провести в ходе выполнения задания (слайд 22 ):
«Соотнесите формулы реагентов, условий проведения реакций с продуктами реакции » (учитель может показать в качестве примера первое уравнение, а остальные предложить обучающимся как домашнее задание):
| НСООН + | Реагент, условия проведения реакции | Продукт 1 |
Продукт 2 |
|||
| 1) | Ag 2 O, NH 3 , t o C | 1) | CO | 1) | – | |
| 2) | Br 2 (р-р) | 2) | CO, H 2 O | 2) | K 2 SO 4 , MnSO 4 | |
| 3) | KMnO4, Н 2 SO 4 , t o C | 3) | H 2 O | 3) | Cu 2 Ov | |
| 4) | Сl 2 (р-р) | 4) | CO 2 | 4) | HCl | |
| 5) | Cu(OH) 2 (свежий), t o C | 5) | CO 2 , H 2 O | 5) | Agv | |
| 6) | Ir или Rh | 6) | CO 2 , H 2 | 6) | HBr | |
| 7) | H 2 O 2 | 7) | CO, H 2 | 7) | H-C(O)OOH | |
Ответы следует записать в виде последовательности цифр.
Ответы:
| 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) |
5 4 5 4 5 6 3 |
5 6 2 4 3 1 7 |
При составлении уравнений обучающиеся приходят к выводу, что во всех этих реакциях происходит окисление муравьиной кислоты, т.к. она является сильным восстановителем (слайд 23 ).
Изучение вопроса «Применение муравьиной кислоты» осуществляется при ознакомлении со схемой (слайд 24 ).
Обучающиеся уточняют использование в медицине «муравьиного спирта» (можно выйти в сеть Интернет) и называют заболевание – ревматизм (слайд 25 ).
При наличии свободного времени учитель
сообщает школьникам (слайд 26
) о том, что
раньше «муравьиный спирт» готовили настаиванием
муравьев на спирту.
Сообщает, что общий объем мирового производства
муравьиной кислоты в последние годы стал расти,
т.к. во всех странах мира наблюдается гибель пчел
от клещей (Varroa): прогрызая у пчел хитиновый
покров, они высасывают гемолимфу, и пчелы гибнут
(действенным средством против этих клещей
является муравьиная кислота).
5. Итоги урока
В конце урока учащиеся подводят итоги: оценивают работу одноклассников у доски, поясняют, с каким новым учебным материалом (общие и специфические свойства муравьиной кислоты) познакомились.
6. Литература
1. Дерябина Н.Е.
Органическая химия.
Книга 1. Углеводороды и их монофункциональные
производные. Учебник-тетрадь. – М.: ИПО «У
Никитских ворот», 2012. – С. 154-165.
2. Казеннова Н.Б.
Справочник школьника
по органической химии/Для средней школы. – М.:
Аквариум, 1997. – С. 155-156.
3. Левитина Т.П.
Справочник по
органической химии: Учебное пособие. – СПб.:
«Паритет», 2002. – С. 283-284.
4. Репетитор по химии/Под ред. А.С. Егорова
.
14-е изд. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – С. 633-635.
5. Рутзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Химия 10.
Органическая химия: Учебник для 10 кл. средней
школы. – М., 1992. – С. 110.
6. Чернобельская Г.М.
Химия: учеб.
пособие для мед. образоват. Учреждений/Г.М. Чернобельская,
И.Н. Чертков.
– М.: Дрофа, 2005. – С.561-562.
7. Эткинс П.
Молекулы: Пер. с англ. – М.:
Мир, 1991. – С. 61-62.
Муравьиная кислота – сильный восстановитель, поскольку в ее составе есть альдегидная группа:
НСООН+2OH ® (NH 4) 2 CO 3 + 2Ag + 2NH 3 + H 2 O
(реакция серебряного зеркала);
НСООН + 2Сu(OH) 2 ® CO 2 + Cu 2 O + 3H 2 O;
НСООН + Cl 2 ® CO 2 + 2HCl.
В отличие от других предельных карбоновых кислот муравьиная кислота неустойчива к действию концентрированных серной и азотной кислот: НСООН 
СО + Н 2 О.
Все дикарбоновые кислоты представляют собой твердые кристаллические вещества, растворимые в воде. Взаимное влияние атомов в молекулах дикарбоновых кислот приводит к тому, что они являются более сильными кислотами, чем одноосновные. Двухосновные кислоты вступают во все реакции, свойственные одноосновным кислотам, давая два ряда производных. Специфика их строения приводит к присущим только им реакциям термического разложения. Щавелевая и малоновая кислоты при нагревании подвергаются декарбоксилированию, остальные образуют циклические ангидриды:
НООС–СООН СО 2 + НСООН
Особые свойства непредельных карбоновых кислот
Химические свойства непредельных карбоновых кислот обусловлены как свойствами карбоксильной группы, так и свойствами двойной связи. Специфическими свойствами обладают кислоты с близко расположенной от карбоксильной группы двойной связью – a, b-непредельные кислоты. У этих кислот присоединение галогеноводородов и гидратация идут против правила Марковникова:
СН 2 =СН–СООН + НВr ® СН 2 Вr–СН 2 –СООН
Полимеры акриловой и метакриловой кислот, а также их сложных эфиров являются широко используемыми конструкционными материалами (плексиглас, оргстекло).
Свойства оксикислот
Оксикислоты вступают в реакции, характерные для карбоновых кислот и спиртов, обладают также специфическими свойствами. Они более сильные кислоты, чем соответствующие карбоновые. Это объясняется существованием внутримолекулярной водородной связи между группами ОН и СООН в a и b-оксикислотах; более сильную водородную связь образует карбоксилат-анион, получающийся при диссоциации оксикислот. С солями некоторых металлов, напр. Fe(III), Cu(II), a-оксикислоты образуют комплексные соединения.
Особое свойство оксикислот – их превращение при нагревании.
1. a-Аминокислоты – межмолекулярная дегидратация, димеризация, образование лактидов :
2. b-Аминокислоты – внутримолекулярная дегидратация, образование непредельных кислот :
2. g и d-Аминокислоты – межмолекулярная дегидратация, образование лактонов :
Образование лактонов с более удаленной гидроксильной группой (больше 7 атомов углерода в молекуле) затруднено.
Оксикислоты широко распространены в природе, их остатки входят в состав сфинголипидов животных и растений. Оксикислоты играют важную роль в биохимических процессах. Лимонная кислота и яблочная кислота – ключевые продукты цикла трикарбоновых кислот; b- и g-оксикислоты – промежуточные продукты метаболизма жирных кислот, а молочная кислота – метаболизма углеводов.
Метановая к-та .
Химические свойства
Химическая формула муравьиной кислоты: HCOOH . Это один из первых представителей одноосновных карбоновых к-т. Вещество впервые выделили в 1670 году из лесного (рыжего) муравья. В естественной среде содержится в яде пчел, крапивы и иголках хвойных деревьев, выделениях медуз, фруктах.
Физические свойства
Рацемическая формула метановой кислоты: CH2O2 . Вещество при нормальных условиях имеет вид бесцветной жидкости, которая хорошо растворима в , ацетоне , толуоле и бензоле . Молярная масса = 46,02 грамм на моль. Эфиры (этиловый эфир и метиловый эфир) и соли метановой к-ты получили название формиаты .
Химические свойства
По структурной формуле Муравьиной кислоты можно сделать выводы и ее химических свойствах. Муравьиная кислота способна проявлять свойства к-т и некоторые из свойств альдегидов (восстановительные реакции).
При окислении Муравьиной кислоты, например, активно выделяется углекислый газ. Вещество применяют в качестве консервирующего агента (код Е236 ). Муравьиная кислота взаимодействует с уксусной кислотой (концентрированной) и разлагается на моноксид углерода и обычную воду с выделением тепла. Химическое соединение реагирует с гидроксидом натрия . Вещество не взаимодействует с соляной кислотой, серебром, натрия сульфатом и так далее.
Получение муравьиной кислоты
Вещество образуется в виде побочного продукта при оксислении бутана и производстве уксусной к-ты . Также ее можно получить путем гидролиза формамида и метилформиата (с избытком воды); при гидратации СО в присутствии какой-либо щелочи. Качественной реакцией для обнаружения метановой кислоты может служить реакция на альгедигы . В роли окислителя может выступать аммиачный р-р оксида серебра и Си(ОН)2 . Используется реакция серебряного зеркала.
Применение муравьиной кислоты
Вещество используют в качестве антибактериального агента и консерванта при заготовке корма на длительное хранение, средство значительно замедляет процессы распада и гниения. Химическое соединение применяют в процессе покраски шерсти; в качестве инсектицида в пчеловодстве; при проведении некоторых химических реакций (выступает в роли растворителя). В пищевой промышленности средство имеет маркировку E236 . В медицине кислоту применяют в комбинации с («первомур» или пермуравьиная кислота ) в качестве антисептика , для лечения заболеваний суставов.
Фармакологическое действие
Местноанестезирующее, отвлекающее, противовоспалительное, местнораздражающее, улучшающее тканевой метаболизм.
Фармакодинамика и фармакокинетика
Метановая кислота при нанесении на поверхность эпидермиса раздражает нервные окончания кожи, мышечной ткани, активирует специфические рефлекторные реакции, стимулирует выработку нейропептидов и энкефалинов . При этом снижается болевая чувствительность и повышается проницаемость сосудов. Вещество стимулирует процессы либерации кининов и гистамина , расширяет сосуды, стимулирует иммунологические процессы.
Показания к применению
Лекарственное средство применяют для обработки инструментов и оборудования перед операцией. Вещество используют местно в составе растворов для лечения ревматических болей, радикулита , периартритов , поли- и моноартритов .
Противопоказания
Средство нельзя использовать при наличии , в месте нанесения, если есть раны и ссадины на коже.
