Οξικό οξύ
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
| Οξικό Οξύ | |
|---|---|
 |
|
| Γενικά | |
| Όνομα | Αιθανοϊκό οξύ |
| Συνώνυμα | Οξικό οξύ |
| Χημικός τύπος | C2H4O2 |
| SMILES | CC(=O)O |
| Μοριακό βάρος | 60,05 g/mol |
| Εμφάνιση | Άχρωμο υγρό |
| Αριθμός CAS | 64-19-7 |
| Αριθμός EC | 200-580-7 |
| Ιδιότητες | |
| Σημείο τήξης | 16,7°C (289,85 K) |
| Σημείο βρασμού | 118,1°C (391,25 K) |
| Ειδικό βάρος | 1,049 (20°C) |
| Οξύτητα (pKa) | 4,8 (25°C) |
| Διαλυτότητα στο νερό |
πλήρως διαλυτό |
| Ασφάλεια | |
 |
|
| Προσδιορισμός κινδύνων |
Διαβρωτικό |
| Σημείο ανάφλεξης | 43°C (316,15 Κ) |
| Θερμοκρασία Αυτανάφλεξης |
465°C (738,15 Κ) |
| Φράσεις R/S | R: 10,35 S: 1/2,23,26,45 |
| MSDS | Εξωτ. Σύνδεσμος MSDS |
| Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά |
|
Το οξικό οξύ ή αιθανοϊκό οξύ είναι ένα φυσικό οργανικό οξύ, περισσότερο γνωστό ως το ενεργό συστατικό του ξιδιού. Ανήκει στην οικογένεια των καρβοξυλικών οξέων και είναι το δεύτερο απλούστερο μέλος αυτής οικογένειας μετά το μυρμηκικό οξύ.
Η πιο γνωστή χρήση του είναι το ξίδι, το οποίο είναι αραιό διάλυμα οξικού οξέος σε νερό. Παρόλα αυτά, η μεγαλύτερη χρήση του είναι ως πρώτη ύλη στη χημική βιομηχανία για την παραγωγή σημαντικών οργανικών ενώσεων όπως ο οξικός βινυλεστέρας και ο οξικός ανυδρίτης. Επίσης, χρησιμοποιείται ως πρόσθετο τροφίμων με τον κωδικό Ε260.
Πίνακας περιεχομένων |
[Επεξεργασία] Ιδιότητες
Σε κανονικές συνθήκες είναι άχρωμο, διαβρωτικό και εύφλεκτο υγρό, με έντονη οσμή. Έχει σημείο τήξης στους 16,7°C και κάτω από τη θερμοκρασία αυτή το καθαρό οξικό οξύ στερεοποιείται σχηματίζοντας κρυστάλλους, οπότε ονομάζεται παγόμορφο (glacial). Είναι πλήρως διαλυτό στο νερό και την αιθυλική αλκοόλη αλλά αδιάλυτο στον διθειάνθρακα.
Το οξικό οξύ είναι ένα ασθενές μονοβασικό οξύ (pKa = 4,8), ασθενέστερο από τα ανόργανα οξέα. Τα τρία υδρογόνα του μεθυλίου δεν αντικαθιστώνται από μέταλλα αλλά παρόλα αυτά το οξικό οξύ αντιδρά με ορισμένα μέταλλα ή μια κατάλληλη βάση σχηματίζοντας άλατα με σύγχρονη έκλυση υδρογόνου:
2CH3COOH + Mg → (CH3COO)2Mg + H2 NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + CO2 + H2O
Σε υδατικό διάλυμα το οξικό οξύ ιονίζεται κανονικά δίνοντας ανιόν καρβοξυλίου το οποίο σταθεροποιείται εξ αιτίας του φαινομένου του συντονισμού και επομένως το σημείο ισορροπίας είναι μετατοπισμένο προς τα δεξιά:
Σε ορισμένους διαλύτες αλλά και στην κρυσταλλική μορφή του, το οξικό οξύ όπως και άλλα μονοκαρβονικά οξέα, παρουσιάζει το φαινόμενο της συζεύξεως, δηλαδή την εμφάνιση κυκλικών διμερών ενώσεων μέσω της δημιουργίας δεσμών υδρογόνου μεταξύ δύο μορίων του. Παρουσία όμως νερού, οι δεσμοί αυτοί καταστρέφονται.
Το υγρό οξικό οξύ είναι ένα πολικός διαλύτης παρόμοιος με το νερό και την αιθανόλη. Μπορεί να διαλύσει τόσο πολικές ενώσεις, όπως ανόργανα άλατα, όσο και άπολες ενώσεις όπως έλαια και χημικά στοιχεία όπως το θείο και το ιώδιο. Αναμιγνύεται εύκολα με πολλούς πολικούς και μη-πολικούς διαλύτες όπως το νερό, το χλωροφόρμιο και το εξάνιο.
Τέλος, το οξικό οξύ ανάγεται δύσκολα όπως και τα περισσότερα καρβοξυλικά οξέα. Με τη χρησιμοποίηση όμως ως αναγωγικού μέσου του λιθιοαργιλιοϋδριδίου (LiAlH4), δίνει ως προϊόν αιθανόλη. Με θέρμανση πάνω από τους 440°C αποσυντίθεται σε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο.
[Επεξεργασία] Παραγωγή
Το οξικό οξύ παράγεται τόσο συνθετικά όσο και με βιολογικό τρόπο, δηλαδή με τη βοήθεια κάποιου ενζύμου. Ο δεύτερος τρόπος χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά για την παραγωγή ξιδιού γιατί η νομοθεσία σε πολλές χώρες του κόσμου απαιτεί τόσο το επιτραπέζιο ξίδι όσο και αυτό που χρησιμοποιείται με άλλους τρόπους στα τρόφιμα να είναι βιολογικής προέλευσης.
[Επεξεργασία] Αερόβια ζύμωση[1]
Έτσι με βιολογικό τρόπο σχηματίζεται κυρίως με την οξική ζύμωση, δηλαδή την οξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης που περιέχεται στα αλκοολούχα ποτά. Η οξείδωση αυτή γίνεται με τη βοήθεια ορισμένων βακτηρίων τα οποία μεταφέρουν το ένζυμο αλκοολοξειδάση και αυτό μεταφέρει το οξυγόνο του αέρος στην αιθυλική αλκοόλη. Η αντίδραση που γίνεται είναι η εξής:
CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O
Η καθαρή αλκοόλη δεν παθαίνει οξείδωση και δε μετατρέπεται σε οξικό οξύ. Αυτό συμβαίνει γιατί δεν περιέχει τους μύκητες που παράγουν την αλκοολοξειδάση. Οι μύκητες για να ζήσουν χρειάζονται κατάλληλες αζωτούχες θρεπτικές ουσίες, τις οποίες δεν έχει η καθαρή αλκοόλη. Επομένως για να γίνει η οξοποίηση, πρέπει να υπάρχει κρασί ή γενικά αλκοολούχα ποτά που έχουν θρεπτικές ουσίες, να υπάρχουν μύκητες και κατάλληλη θερμοκρασία (συνήθως 18-35°C). Επίσης η αλκοόλη των ποτών δεν πρέπει να είναι μικρότερη του 2% και ανώτερη του 12% γιατί τότε οι μύκητες αδρανοποιούνται.
Έχουν αναπτυχθεί διάφορες μέθοδοι ζύμωσης, με απώτερο σκοπό την επιτάχυνση της διαδικασίας και την παραγωγή σε όσο το δυνατόν μικρότερο χρόνο:
- Μέθοδος της Ορλεάνης. Το αλκοολούχο ποτό μπαίνει σε μεγάλα δοχεία με τρύπες μαζί με έτοιμο ξίδι και αφήνεται για μεγάλο διάστημα. Ύστερα αφαιρείται μια ποσότητα ξιδιού και προστίθεται μια ίση ποσότητα ποτού. Αυτό συνεχίζεται όσο χρειάζεται.
- Γερμανική μέθοδος ή μέθοδος γρήγορης οξοποίησης. Εφαρμόστηκε για πρώτη φορά στη Γερμανία το 1823 και θεωρείται η πρώτη μοντέρνα εμπορική διαδικασία. Αποβλέπει στην γρήγορη μετατροπή του αλκοολούχου ποτού σε ξίδι, με την αύξηση της επιφάνειας του διαλύματος που έρχεται σε επαφή με τον αέρα, ώστε να επιταχυνθεί η οξείδωση. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διαβίβαση του διαλύματος, αναμειγμένου με ξίδι, από την κορυφή μέσα σε δρύινα βαρέλια που περιέχουν ροκανίδια εμποτισμένα με ξίδι. Από τον πυθμένα διαβιβάζεται ο αέρας είτε φυσικά είτε με κάποια μηχανική μέθοδο. Το μείγμα διαχωρίζεται σε σταγόνες, άρα αποκτά μεγάλη επιφάνεια επαφής με τον αέρα και η μετατροπή γίνεται πολύ γρήγορα, σε εβδομάδες αντί για μήνες της προηγούμενης μεθόδου.
- Σήμερα η μεγαλύτερη ποσότητα ξιδιού παράγεται με μια μέθοδο που περιέγραψε πρώτος το 1949 οι Otto Hromatka και Heinrich Ebner. Το αλκοολούχο διάλυμα υφίσταται ζύμωση προς ξίδι σε μια δεξαμενή που αναδεύεται συνεχώς, ενώ το οξυγόνο τροφοδοτείται σε μορφή φυσαλίδων μέσα στο διάλυμα. Με αυτό τον τρόπο, ξίδι με 15% οξικό οξύ μπορεί να παρασκευαστεί μέσα σε 2 – 3 ημέρες.
[Επεξεργασία] Αναερόβια ζύμωση
Ορισμένα είδη αναερόβιων βακτηρίων, όπως πολλά μέλη του γένους Clostridium, μπορούν να μετατρέψουν τα σάκχαρα σε οξικό οξύ κατευθείαν χωρίς την παρουσία ενδιάμεσης αιθανόλης. Η αντίδραση που γίνεται είναι η εξής:
C6H12O6 → 3CH3COOH
Τα βακτήρια όμως αυτά είναι λιγότερο ανθεκτικά στα οξέα με αποτέλεσμα να μπορούν να παράγουν ξίδι πολύ χαμηλής περιεκτικότητας σε οξικό οξύ, σε αντίθεση με τα αερόβια που μπορούν να φτάσουν μέχρι και 20%. Έτσι, παρόλο που αυτά τα βακτήρια ήταν γνωστά από το 1940, η βιομηχανική χρήση τους παραμένει περιορισμένη.
Συνθετικά το οξικό οξύ παρασκευάζεται με τρεις διαφορετικές μεθόδους: με οξείδωση της ακεταλδεΰδης, οξείδωση του κανονικού βουτανίου και καρβοξυλίωση της μεθανόλης[2]:
[Επεξεργασία] Οξείδωση ακεταλδεΰδης
Πρώτη ύλη της μεθόδου αυτής, είναι το αιθυλένιο από το οποίο παρασκευάζεται η ακεταλδεΰδη. Η ενός σταδίου διαδικασία Wacker, περιλαμβάνει τη χρήση χλωριούχου χαλκού και μια μικρής ποσότητας χλωριούχου παλλαδίου σε υδατικό διάλυμα ως καταλύτες:
CH2=CH2 + H2O + PdCl2 → CH3CHO + 2HCl + Pd
Η απόδοση φτάνει το 95%, ενώ με περαιτέρω οξείδωση της ακεταλδεΰδης παράγεται οξικό οξύ:
2CH3CHO + O2 → 2CH3COOH
Ως καταλύτες χρησιμοποιούνται οξικό μαγγάνιο ή κοβάλτιο, σε θερμοκρασία 55 – 80°C και πίεση 1 – 5 bar. Η απόδοση φτάνει στο 95%.
[Επεξεργασία] Οξείδωση βουτανίου
Η δεύτερη αυτή συνθετική μέθοδος χρησιμοποιεί ως πρώτη ύλη το βουτάνιο το οποίο παραλαμβάνεται ως κλάσμα του πετρελαίου, ενώ η οξείδωση γίνεται με αέρα. Η διαδικασία κάνει χρήση οξικού κοβαλτίου, μαγγανίου ή χρωμίου ως καταλύτη και πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 50 – 250°C και πίεση ~55 bar:
C4H10 + O2 → CH3COOH + HCOOH + CH3CH2OH + CH3OH
Όπως φαίνεται και από την αντίδραση παράγεται μια ποικιλία προϊόντων, μυρμηκικό οξύ, μεθανόλη και άλλα τα οποία στη συνέχεια πρέπει να διαχωριστούν, κάτι που ανεβάζει το κόστος της μεθόδου. Με κατάλληλη ρύθμιση των συνθηκών της αντίδρασης μπορεί να αυξηθεί σημαντικά η απόδοση σε οξικό οξύ.
[Επεξεργασία] Καρβοξυλίωση μεθανόλης
Η τρίτη και πιο σημαντική μέθοδος περιλαμβάνει την αντίδραση της μεθανόλης με μονοξείδιο του άνθρακα, με χρήση ρόδιου ή ιωδίου ως καταλύτη, σε θερμοκρασία 175°C και πίεση 1 bar:
CH3OH + CO → CH3COOH
Η απόδοση της μεθόδου φτάνει το 99% με βάση τη μεθανόλη και το 90% με βάση το μονοξείδιο του άνθρακα. Η διαδικασία περιλαμβάνει 3 στάδια, όπως φαίνεται παρακάτω για την περίπτωση που χρησιμοποιείται ως καταλύτης το ιώδιο:
CH3OH + HI → CH3I + H2O CH3I + CO → CH3COI CH3COI + H2O → CH3COOH + HI
[Επεξεργασία] Χρήσεις[3]
Η αρχαιότερη και πιο γνωστή, αν και όχι η μεγαλύτερη, χρήση του οξικού οξέος είναι με τη μορφή του ξιδιού. Το ξίδι είναι ένα αραιό διάλυμα του οξικού οξέος σε νερό, το οποίο παράγεται συνήθως με οξείδωση της αιθυλικής αλκοόλης. Το παραγόμενο ξίδι έχει κατά το περισσότερο δυνατόν, το άρωμα, τη γεύση και το χρώμα της πρώτης ύλης που χρησιμοποιήθηκε (κρασί, μπύρα κτλ). Τα διάφορα ξίδια έχουν οξύτητα η οποία εκφράζεται σε οξικό οξύ από 4%-12% με συνηθισμένες τιμές 5 – 8%. Πάνω από 12% δεν υπάρχουν ξίδια διότι θανατώνονται οι μικροοργανισμοί.
Η μεγαλύτερη χρήση του οξικού οξέος είναι ως πρώτη ύλη για την παραγωγή του οξικού βινυλεστέρα. Στην αντίδραση επιπλέον συμμετέχει αιθυλένιο και οξυγόνο ή ακετυλένιο παρουσία παλλαδίου ως καταλύτη:
2CH3COOH + 2CH2=CH2 + O2 → CH3COOCH=CH2 + 2H2O
Ο οξικός βινυλεστέρας χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη (μονομερές) για την παραγωγή είτε του ομοπολυμερούς του είτε συμπολυμερών με άλλα μονομερή όπως για παράδειγμα ο ακρυλικός βουτυλεστέρας. Τα πολυμερή αυτά έχουν ευρεία χρήση σήμερα ως συγκολλητικά (κυρίως για ξύλα) και ως επικαλυπτικά (πλαστικά χρώματα).
Η αμέσως επόμενη μεγαλύτερη χρήση είναι στην παραγωγή του οξικού ανυδρίτη με αντίδραση συμπύκνωσης δύο μορίων οξικού οξέος. Το προϊόν στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή οξικής κυτταρίνης, πρώτης ύλης στις μαγνητικές ταινίες, συνθετικών ινών ενώ με θέρμανση με σαλικυλικό οξύ παράγεται η ασπιρίνη (ακέτυλο-σαλικυλικό οξύ).
Επίσης χρησιμοποιείται στην παραγωγή άλλων σημαντικών οξικών εστέρων όπως ο οξικός αιθυλεστέρας και ο οξικός βουτυλεστέρας, σημαντικών διαλυτών βιομηχανικής χρήσης, ενώ το ίδιο χρησιμοποιείται ως διαλύτης στην παραγωγή του τερεφθαλικού οξέος, πρώτης ύλης των γνωστών πλαστικών μπουκαλιών PET.
Τέλος πρέπει να σημειωθεί και η χρήση του ως πρόσθετο τροφίμων (Ε260), κυρίως ως μέσο οξίνισης και αντιβακτηριδιακό.
[Επεξεργασία] Ασφάλεια - Υγεία
Το πυκνό οξικό οξύ είναι εύφλεκτο και διαβρωτικό υγρό, γι' αυτό χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή τόσο στη χρήση του όσο και στο υλικό των δεξαμενών μέσα στο οποίο θα αποθηκευτεί.
Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει κατατάξει τα διαλύματα του οξικού οξέος σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την περιεκτικότητά τους. Έτσι:[4]
| Συγκέντρωση κατά βάρος | Επισήμανση | Φράσεις R |
|---|---|---|
| ≥ 90% | Διαβρωτικό (C) | 35 |
| 25% - 90% | Διαβρωτικό (C) | 34 |
| 10% - 25% | Ερεθιστικό (Xi) | 36/38 |
Αντίθετα τα αραιά διαλύματα, όπως το ξίδι ή με τη μορφή που χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στα τρόφιμα, είναι αβλαβές και δεν έχει αναφερθεί καμία παρενέργεια στους ανθρώπους. Πρέπει μόνο να αποφεύγεται από άτομα που έχουν (πολύ σπάνια) δυσανεξία στο ξίδι[5].
[Επεξεργασία] Βιβλιογραφία
- ↑ Ηλεκτρονική Εγκυκλοπαίδεια “Επιστήμη & Ζωή”.
- ↑ Speight J. G., “Chemical and Process Design Handbook”, McGraw-Hill, 2002.
- ↑ Το οξικό οξύ στην αγγλική έκδοση της Βικιπαίδειας.
- ↑ Η σελίδα της Ε.Ε. για την ταξινόμηση και την επισήμανση των επικίνδυνων ουσιών.
- ↑ Μία σελίδα με πληροφορίες για τα πρόσθετα τροφίμων.
