Ацетон - химическо училище
ацетон
безцветна течност със сладка миризма [1]
смесва се с вода [1] и много органични разтворители [2]
500 ml m −3, 1200 mg m −3 [1]
5800 mg kg -1 (орално при плъхове) [1]
ацетон (необичаен ацетон) е общото наименование на органично-химичното съединение Пропанон или. Диметил кетон. Ацетонът е безцветна течност и се използва като полярен, апротонен разтворител и като изходен материал за много синтези в органичната химия. Със своята структурна характеристика на карбонилната група (> C = O), която носи две метилови групи, това е най-простият кетон.
Извличане и представяне
Ацетонът е произведен за първи път през 1606 г. от Андреас Либавий чрез нагряване на оловен (II) ацетат. През 1661 г. Робърт Бойл успява да го спечели чрез суха дестилация на дърво. [5] До средата на 20 век ферментацията на ацетон-бутанол е важен процес за производството на ацетон. Анаеробната бактерия Clostridium acetobutylicum се използва за промишлено производство.
Най-важният производствен процес на ацетон днес е процесът на кумонов хидропероксид, който е известен също като синтеза на фенол Hock:
Тук бензенът и пропенът първо се превръщат в изопропилбензен (кумен) чрез алкилиране на Friedel-Crafts в киселина. След това реагира с кислород в радикална реакция, образувайки хидропероксид, който се разлага на фенол и ацетон по време на кисела обработка.
Дехидрогенирането или оксидехидрогенирането на изопропанол се извършва като допълнителен производствен процес.
Друг начин за получаване на ацетон е нагряването на калциев ацетат, който го разгражда до ацетон и калциев оксид. (Известен като „дестилация на варова сол“)
Този процес се връща към гореспоменатия исторически синтез от Либавий през 1606г.
характеристики
Ацетонът е безцветна, ниско вискозитетна течност с характерна миризма, силно запалима и образува експлозивна смес с въздух. Точката на кипене при нормално налягане е 56 ° C. Той се смесва с вода и повечето органични разтворители във всички пропорции. Молекулата на ацетон показва кето-енолна тавтомерия; неговата рКа стойност е 20. Ацетонът също може да образува сложни съединения с катиони поради своята полярна карбонилна група.
Съединението образува азеотропни смеси с редица други разтворители. Азеотропните състави и точките на кипене могат да бъдат намерени в следващата таблица. Не се образуват азеотропи с вода, етанол, 1-пропанол, 2-пропанол, н-бутанол, бензен, толуен, етилбензен, диетилов етер, етилацетат и ацетонитрил. [6]
| Азеотропи с различни разтворители [6] | ||||||||||||
| разтворител | н-пентан | н-хексан | н-хептан | Циклохексан | Метанол | хлороформ | Въглероден тетрахлорид | Диизопропилов етер | Метилацетат | |||
| Съдържание на ацетон | в Ма% | 21-ви | 59 | 90 | 67 | 88 | 22-ри | 89 | 61 | 50 | ||
| точка на кипене | в ° С | 32 | 50 | 56 | 53 | 55 | 64 | 56 | 54 | 55 | ||
Термодинамични свойства
Според Антоан функцията на налягането на парите е резултат от log10 (P) = A− (B/(T + C)) (P в бара, T в K) с A = 4.42448, B = 1312.253 и C = −32.445 im Температурен диапазон от 259,2 до 507,6 K [7]
| Стандартна енталпия на образуването | ΔfH 0 течност ΔfH 0 газ | −249,4 kJ mol −1 [8] −218,5 kJ mol −1 [8] | като течност отколкото газ |
| Енталпия на горенето | ΔcH 0 газ | −1821,4 kJ mol −1 [9] | |
| Топлинен капацитет | cp | 125,45 J mol −1 K −1 (25 ° C) [10] 75.02 J mol −1 K −1 (25 ° C) [11] | като течност отколкото газ |
| Критична температура | Tc | 508,15 K [12] | |
| Критичен натиск | настолен компютър | 47.582 бара [12] | |
| Критична плътност | ρc | 4.63 mol·l −1 [12] | |
| Ацентричен фактор | ωc | 0,30653 [13] | |
| Енталпия на сливане | ΔfH 0 | 10,48 kJ мол -1 - [14] | в точката на топене |
| Енталпия на изпарение | ΔVH 0 | 29,1 kJ mol −1 [15] | при нормално налягане точка на кипене |
Температурната зависимост на енталпията на изпаряване може да се изчисли съгласно уравнението ΔVH 0 = A e (−βTr) (1 - Tr) β (ΔVH 0 в kJ/mol, Tr = (T/Tc) намалена температура) с A = 46.95 kJ/mol, β = 0,2826 и Tc = 508,2 K в температурния диапазон между 298 K и 363 K. [15] Специфичният топлинен капацитет може да бъде изчислен в температурния диапазон между 5 ° C и 50 ° C, като се използва линейна функция с cp = 1,337 + 2,7752 · 10 −3 · T (с cp в kJ · kg −1 · K −1 и T в K). [10]
Функция на парното налягане на ацетон
Температурна зависимост на топлината на изпаряване на ацетон
Параметри, свързани с безопасността
ацетон образува лесно запалими паро-въздушни смеси. Съединението има точка на възпламеняване под -20 ° C. Обхватът на експлозия е между 2,5 об.% (60 g/m 3) като долна граница на експлозия (LEL) и 14,3 об.% (345 g/m 3) като горна граница на експлозия (UEL). [16] Корелация на границите на експлозия с функцията на налягането на парите води до по-ниска точка на експлозия от -23 ° C и горна точка на експлозия от 8 ° C. Границите на експлозия зависят от налягането. Намаляването на налягането води до намаляване на зоната на експлозия. Долната граница на експлозия се променя само леко до налягане от 100 mbar и се увеличава само при налягания под 100 mbar. Горната граница на експлозия намалява аналогично с падащото налягане. [17]
| Граници на експлозия при намалено налягане (измерено при 100 ° C) [17] | ||||||||||||
| натиск | в mbar | 1013 | 800 | 600 | 400 | 300 | 250 | 200 | 150 | 100 | 50 | 25-ти |
| Долна граница на експлозия (LEL) | в об.% | 2.2 | 2.2 | 2.3 | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 3.6 | 5.0 |
| в g m −3 | 53 | 53 | 53 | 55 | 57 | 58 | 59 | 61 | 63 | 86 | 119 | |
| Горна граница на експлозия (UEL) | в об.% | 14.3 | 14.0 | 13.7 | 13.4 | 13.2 | 13.1 | 13.1 | 13.1 | 12.5 | 10.3 | 9.0 |
| в g m −3 | 345 | 338 | 331 | 324 | 319 | 316 | 316 | 316 | 302 | 249 | 217 | |
Максималното налягане при експлозия е 9,7 бара. [16] Максималната ширина на процепа беше определена на 1,04 mm (50 ° C). [16] Това води до присвояване на взривна група IIA. [16] С минимална енергия на възпламеняване от 1,15 mJ, смесите пара-въздух са изключително запалими. [18] [19] Температурата на запалване е 535 ° C. [16] Следователно веществото попада в температурен клас T1. Рязък спад на температурата на запалване се наблюдава при повишено налягане. [1] Електрическата проводимост е доста ниска при 4.9 · 10 −7 S · m −1. [20]
| Температури на запалване при повишено налягане [1] | ||||||||||||
| натиск | в брой | 1 | 2 | 4-ти | 6.8 | 16.5 | ||||||
| Температура на запалване | в ° С | 535 | 345 | 290 | 265 | 250 | ||||||
Реакции
Специална реакция тук е йодирането на ацетон като класически пример за кинетика на реакция на псевдо нулев ред. Тъй като само енолната форма може да се йодира, но ацетонът е почти 100% кетон, концентрацията на 2-пропенол по време на реакцията може да се счита за постоянна. Неговата двойна връзка C = C реагира с йод, отделяйки йодиден йон, образувайки мезомерен катион, който след това прехвърля протон в йодиден йон. [21]
Установяването на кето-енолното равновесие е катализирано с киселина (а също и с основа). Следователно йодирането се ускорява значително от получения водороден йодид (автокатализа). При добавяне на основа обаче протича йодоформната реакция.
Ацетонът реагира в присъствието на бензалдехид в алкален разтвор, образувайки дибензалацетон. Реакцията протича съгласно общия механизъм на кондензация на алдола. Бензаланилин също може да бъде синтезиран - анилинът реагира с ацетона в алкален разтвор, разделяйки водата, образувайки Schiff база (азометин). И дибензалацетонът, и бензаланилинът са ценни вещества, тъй като имат много реактивни двойни връзки, които могат да бъдат атакувани от нуклеофилите.
Ако се остави две ацетонови молекули да се димеризират по алдолоподобен начин под въздействието на основни реагенти, се образува диацетонов алкохол.
използване
Ацетонът е изходният материал за множество синтези в химическата промишленост. Използва се главно за производство на полиметилметакрилат (PMMA), известен като акрилно стъкло или плексиглас. За тази цел ацетонът първо се превръща в ацетон цианохидрин чрез добавяне на циановодородна киселина, която лесно се разделя с вода в кисела среда (мезомерно стабилизиране на двойната връзка поради конюгация с тройната връзка на нитрилната група). Полученият 2-метилпропеннитрил се превръща в метил метакрилат чрез добавяне на смес от концентрирана сярна киселина и метанол, който се полимеризира до акрилно стъкло в следващ етап.
Ацетонът се използва и като обикновен разтворител и екстрахиращ агент за смоли, мазнини и масла, колофон, целулозен ацетат и като средство за отстраняване на лак и пластмасово лепило [22]. Използва се и за отстраняване на замърсявания, причинени от строителна пяна, например при почистване на пистолети от PU пяна. Той се разтваря многократно по своя обем в етин (ацетилен). Ацетонът се използва в много реакции (добавки на алдол и кондензация на алдол) в органичната химия.
В някои страни ацетонът се добавя в малки пропорции (1: 2000 - 1: 5000) към бензин или дизел, за да се постигне по-пълно изгаряне на горивото.
В производството на фотохимични платки ацетонът се използва за окончателно почистване на платката.
Разтвори, съдържащи ацетон, се използват в стоматологията за почистване на подготвени дентинови повърхности и коренови канали.
биохимия
Ацетонът е кетонно тяло, което не може да се метаболизира в значителна степен. Следователно се освобождава през белите дробове или в изключителни случаи чрез урината (ацетонурия, симптом на захарен диабет). Други кетонни тела са ацетилацетон и хидроксиметил бутират. Те могат да бъдат обработени в метаболизма.
токсикология
Ацетонът причинява сухота на кожата, тъй като обезмаслява кожата. Следователно, трябва да намажете засегнатите места след контакт. Вдишването на по-големи дози причинява бронхиално дразнене, умора и главоболие. Много високи дози имат наркотичен ефект.