Предельные одноатомные спирты

Предельные одноатомные спирты можно рассматривать как продукты замещения водородного атома в молекуле предельного углеводорода гидроксильной группой.

В гомологическом ряду проявляется общая закономерность: при переходе от низшего члена к высшему возрастает плотность, повышает-
ся температура кипения и понижается температура самовоспламенения. Общими свойствами спиртов являются:

замещение атома водорода в гидроксильной группе атомом металла;

замещение атома водорода в гидроксильной группе радикалом с образованием эфиров;

отщепление воды при определенных условиях;

отщепление водорода (дегидрирование) с превращением в альдегид или кетон;

Метиловый спирт (метанол). Физические и химические свойства.Метиловый спирт — легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой в любом соотношении, а также со многими органическими веществами. Температура замерзания —97,1°С. Метиловый спирт очень ядовит, отравление им приводит к потере зрения, а часто даже к смерти. Пары спирта с воздухом образуют взрывчатые смеси. Концентрационные пределы воспламенения: НПВ — 6%, ВПВ — 34,5%. При взрыве паро-воздушных смесей спирта развивается давление до 725,2 кПа. Метиловый спирт энергично реагирует с металлическим натрием, при этом выделяется водород и образуется метилат натрия.

Процесс горения метилового спирта идет по уравнению

2СН₃ОН + 3О₂ 2СО₂ + 4Н₂О + Q

Определенную пожарную опасность водные растворы спирта. Вод-
ные растворы, содержащие 25% спирта и более, являются легковоспламеняющимися жидкостями. Это необходимо учитывать при использовании в технологическом процессе водных растворов спирта, а также при его тушении.

От контакта с сильными окислителями спирт самовозгорается.

Метиловый спирт самовозгорается при контакте с хромовым ангидридом и перекисью натрия. При обычной температуре метиловый спирт не окисляется кислородом воздуха, но при повышенной температуре в присутствии катализатора образуется муравьиный альдегид.

Получение и применение.Получают метиловый спирт в промышленности преимущественно синтезом из оксида углерода и водорода, при нагревании газов до 300—400°С в присутствии катализатора (оксидов цинка, хрома и др.) и под давлением 20—30 МПа

СО + 2Н₂ СН₃ОН

Побочными продуктами синтеза являются: метан, диметиловый эфир, муравьиный альдегид и высшие спирты.

Метиловый спирт является сырьем для получения формальдегида (муравьиного альдегида), необходимого в производстве пластических масс — бакелита, карболита и др.

Многоатомные спирты

Наибольшее применение из многоатомных спиртов нашли этиленгликоль и глицерин.

Глицерин. Физические и химические свойства. Глицерин — представитель трехатомных спиртов. Это бесцветная, густая, сладкая на вкус жидкость, растворяется в воде. Растворы глицерина в воде имеют низкую температуру замерзания. При реакции с окислителями — перманганатом калия (КМпО₄), перекисью натрия (Na₂0₂), хлорной известью Са(ОС1)₂ — глицерин самовозгорается.

Атомный кислород является сильным окислителем и немедленно
реагирует с глицерином, вызывая самовозгорание его.

Хранение глицерина с сильными окислителями недопустимо, так как в случае контакта этих веществ может возникнуть пожар. Аналогично ведет себя с окислителями и этиленгликоль.

Тринитроглицерин — одно из сильнейших взрывчатых веществ, взрывается от удара, сотрясения, взрыва запала гремучей ртути, в результате саморазложения. Его применяют для приготовления нитроглицериновых порохов и динамитов.

Получение и применение. Глицерин получается в качестве побочного продукта в мыловаренной промышленности, при переработке растительных и животных жиров, являющихся глицеридами высших жирных кислот.

Глицерин в основном используют для производства тринитроглицерина и глифталевых смол (глифталей). Глифтали характеризуются высокой теплостойкостью, неплавкостыо и хорошими диэлектрическими свойствами,
их широко применяют в производстве слюдяной изоля-
ции — так называемых миканитов.

Глицерин широко применяют в парфюмерной промышленности, а также в ликеро-водочной, поскольку обладает сладковатым вкусом и большой вязкостью.

Простые эфиры. Простыми эфирами называют органические вещества, молекулы которых состоят из двух углеводородных радикалов, соединенных атомом кислорода

С₂Н₅—О—С₂Н₅ - диэтиловый эфир
СН₃—О—С₃Н₇ метиллропиловый эфир
С₂Н₅-О—С₃Н₇ этилпропиловый эфир

Диэтиловый эфир. Физические и химические свойства. Диэтиловый эфир (называемый также серным и медицинским) представляет собой – бесцветную подвижную жидкость с температурой кипения 35,6 °С, замерзания 117°С. Эфир плохо растворим в воде (один объем эфира растворяется в 10 объемах воды), легче воды (плотность по отношению к воде составляет 0,714) и имеет специфический запах. Диэтиловый эфир чрезвычайно склонен к электризации. Разряды статического электричества могут возникнуть особенно в момент переливания или слива эфира и послужить причиной его воспламенения. Пары эфира почти в 2,5 раза тяжелее воздуха и образуют с ним взрывчатые смеси. Концентрационные пределы воспламенения: НПВ— 1,7%, ВПВ — 49,0%. При работе с эфиром надо всегда помнить, что его пары могут распространяться на значительные расстояния, сохраняя при этом способность к горению. Поэтому основной мерой предосторожности при обращении с эфиром является удаление его от открытого огня или других каких бы то ни было источников воспламенения.

Температура вспышки диэтилового эфира — 45 °С, а температура самовоспламенения 164°С. При поджигании эфир горит синеватым пламенем с выделением большого количества тепла

(С₂Н₅)₂О + 6О₂ 4С0₂ + 5Н₂О + 2737 кДж

Эфир самовозгорается при контакте с сильными окислителями: хлором, озоном, перекисью натрия, азотной кислотой, со смесью перманганата калия и серной кислоты, хлората калия и серной кислоты.

Хранят диэтиловый эфир в стальных цистернах
или бочках либо в стеклянных бутылях темного цвета. Для удаления перекисей в эфир добавляют сульфат железа (II) FеSО₄, который окисляется образующимися перекисями до Fе₂(S0₄)з, а затем эфир отгоняют.

Получение и применение. Диэтиловый эфир получают из этилового спирта, нагревая последний в смеси с концентрированной серной кислотой.

Эфир является хорошим растворителем органических веществ, его применяют для извлечения масла из семян, для чистки тканей, как растворитель нитроклетчатки, при изготовлении порохов, коллодия.

Альдегиды и кетоны

Альдегиды. Альдегидами называют органические веще-

О

ства, в молекулах которых содержится группа —С—Н,
называемая альдегидной. В состав этой группы входит

карбонильная группа >С=0. То, что альдегидная

группа имеет такое строение, доказывается на основании
свойств альдегидов. Альдегиды образуются при окислении первичных спиртов.

Уксусный альдегид (а ц е т а л ь д е г и д). Физические и химические свойства.Уксусный альдегид — чрезвычайно летучая, легковоспламеняющаяся жидкость с резким запахом, хорошо растворимая в воде, спирте и многих других органических растворителях.

Предельно допустимая концентрация паров уксусного альдегида в воздухе производственных помещений 5 мг/м³.

Ацетальдегид легко полимеризуется, образуя при этом паральдегид — жидкость с температурой кипения 124°С и температурой плавления 12°С. Этим свойством альдегида (свойством превращаться в паральдегид)
пользуются для его перевозки и хранения. На месте потребления паральдегид деполимеризуют нагреванием, получая уксусный альдегид.

При поджигании ацетальдегид горит светящимся пламенем.

Хранят уксусный альдегид в ледниках, а транспортируют в термопосуде.

Получение и применение. Уксусный альдегид получают из ацетилена, присоединяя к нему воду (реакция Кучерова). Для этого смесь ацетилена с парами воды пропускают над катализаторами (оксиды металлов, ванадиевокислый цинк) при 400 °С.

Уксусный альдегид имеет большое значение как сырье для производства многих химических продуктов: уксусной кислоты, этилового спирта, эфира и т. д. Кроме того, ацетальдегид применяют как полупродукт в производстве красителей, лекарственных и душистых веществ.

Ацетальдегид образует с фенолом и белковыми веществами синтетические смолы, перерабатываемые в различные пластические массы. В такие же реакции вступает и формальдегид.

Кетоны. При окислении вторичных спиртов образуются кетоны. Например, при окислении вторичного пропилового спирта получается диметилкетон (ацетон).

Ацетон. Физические и химические свойства.Ацетон—бесцветная, легко воспламеняющаяся жидкость с характерным эфирным запахом. Температура кипения его 56,1°С, температура плавления минус 94,3°С, плотность 0,79 г/см¹⁵. Ацетон хорошо растворяется в воде, спиртах, эфирах, минеральных и растительных маслах, скипидаре и других веществах, является хорошим растворителем ацетилцеллюлозы, смол и жиров. Пары ацетона ядовиты, в два раза тяжелее воздуха и образуют с ним взрывчатые смеси. Концентрационные пределы воспламенения: НПВ —2,2%, ВПВ — 13%. Температурные пределы воспламенения ацетона: НПВ минус 20 °С,
ВПВ плюс 6 ^оС. При наличии источника воспламенения ацетон легко воспламеняется и горит светящимся пламенем

С₃Н₆О + 4О₂ 3СО₂ + 3Н₂О + Q

При горении ацетон прогревается в глубину, образуя гомотермический слой; скорость роста прогретого слоя 60 см/ч. Температура прогретого слоя достигает 56°С. Скорость выгорания ацетона со свободной поверхности
составляет 20 см/ч.

Определенную пожарную опасность представляют водные растворы ацетона. Водный раствор, содержащий только 10% (масс.) ацетона, является легковоспламеняющейся жидкостью с температурой вспышки 11 °С. Это свойство ацетона необходимо учитывать при использовании водных растворов его в технологическом процессе, а также при тушении горящего ацетона в резервуарах. Ацетон самовозгорается при контакте с сильными
окислителями: перекисью натрия, хромовым ангидридом, смесью серной кислоты с перманганатом калия или с бертолетовой солью (КСlO₃) и др. Температура самовоспламенения ацетона 465°С, теплота сгорания 31012,8
кДж/кг. В присутствии щелочи он реагирует с иодом, хлором и бромом с образованием соответственно йодоформа, хлороформа и бромоформа.

При действии ультрафиолетовых лучей ацетон разлагается на этан и оксид углерода.

Получение и применение ацетона. В промышленности
ацетон получают разными способами.

Первый способ заключается в окислении вторичного пропилового (изопропилового) спирта. Реакцию проводят при 650°С и в присутствии катализатора (меди, серебра и др.).

Второй (основной) промышленный способ состоит в разложении гидропероксида изопропилбензола при нагревании с серной кислотой.

Гидропероксид изопропилбензола в свою очередь полу-
чают окислением изопропилбензола (кумола).

Третий способ — разложение паров уксусной кислоты
над катализатором (например, медью) при 400°С.

Ацетон — один из самых широко используемых растворителей. Его применяют в производстве лаков, бездымного пороха, хлороформа, йодоформа, искусственных красок, при изготовлении органического стекла, в производстве кинопленок, целлулоида и др. Он служит сырьем для получения синтетического каучука, индиго, сульфонола, находит применение в производстве кожи, для обезжиривания шерсти и меха. Чистый ацетон используют при экстрагировании пищевых продуктов, витаминов и лекарственных веществ, а также в качестве растворителя для хранения ацетилена. Его можно применять как добавку к моторному топливу для повышения октанового числа.

Карбоновые кислоты

В состав всех органических кислот входит группа
О

II

—С—ОН, или —СООН, которая носит название карб-
оксильной; она содержит подвижный водород. При действии на кислоту металлом из каждой молекулы кислоты вытесняется только тот атом водорода, который входит в состав карбоксильной группы. По числу карбоксильных групп кислоты разделяют на одноосновные, двухосновные и т. д. Например, уксусная кислота (СН₃—СООН) является одноосновной кислотой, а щавелевая кислота (НООС—СООН) двухосновной.

Уксусная кислота. Физические и химические
свойства.Уже в глубокой древности был известен уксус, который образовывался при скисании спиртных напитков. Спиртные напитки (ви-
но, пиво и т. д.), хорошо сохраняющиеся в закрытых сосудах, быстро превращаются в уксус при хранении в открытой посуде.

Безводная (или 90%-ная) уксусная кислота при температуре выше 165 °С — бесцветная жидкость, ниже этой температуры представляет собой кристаллическую массу, похожую ни лед, поэтому ее иногда называют ледяной кислотой. Она хорошо растворяется в воде, спирте,
эфире и многих других веществах; 70—80%-ный водный
раствор кислоты называется, уксусной эссенцией.

Уксусная кислота хорошо растворяет серу, фосфор и другие неорганические вещества. При действии на нее некоторых металлов образуется соль и выделяется водород.

Так как уксусная кислота принадлежит к числу сравнительно слабых кислот, водород выделяется медленнее, чем при взаимодействии металлов с соляной или серной кислотой. При взаимодействии уксусной кислоты с основаниями и основными оксидами также образуются соли.

Уксусная кислота самовозгорается при контакте с хромовым ангидридом, перекисью натрия и другими сильными окислителями.

Получение и применение. В настоящее время значительные количества уксусной кислоты получают окислением уксусного альдегида (ацетальдегида) в присутствии катализатора

О О

II 1!

СН₃—С—Н +О СН₃—С—ОН

Уксусная кислота образуется также при сухой перегонке дерева. Она переходит в подсмольную воду вместе с метиловым спиртом и ацетоном. Подсмоленную воду обрабатывают гашеной известью, образовавшийся
ацетат кальция кипятят с разбавленной серной кислотой
и отгоняют уксусную кислоту.

Применение уксусной кислоты весьма многообразно.
Ее широко используют в пищевой и текстильной промышленности, в производствах искусственного волокна, пластических масс, красителей (например, индиго), лекарственных веществ (например, аспирина), душистых веществ, растворителей для лаков. В последнее время уксусную кислоту стали применять в производстве трудновоспламеняющейся кинопленки.

Непредельные карбоновые кислоты. Среди непредельных одноосновных кислот известны кислоты с одной, двумя и тремя двойными связями. Непредельные кислоты являются более сильными, чем предельные, в чем и сказывается влияние двойной связи.

Олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты в виде эфиров глицерина распространены в природе (жиры и масла).

Физические и химические свойства. Непредельные одноосновные карбоновые кислоты — маслянистые жидкости, нерастворимые в воде и легче се. Они, как и все карбоновые кислоты, способны взаимодействовать с солями, щелочами и оксидами металлов.

Непредельные карбоновые кислоты на воздухе при определенных условиях способны к самовозгоранию.

Получение и применение. Практическое применение нашли олеиновая и акриловая кислоты. Олеиновую кислоту получают из жиров как побочный продукт па стеариновых заводах, а также из оливкового, подсолнечного
и других масел. Щелочные соли олеиновой кислоты (мыла) применяют для промывания шерсти, свинцовые соли — в медицине для приготовления свинцового пластыря. Олеат алюминия используют для изготовления на-
палма. Высокомолекулярные соединения, полученные полимеризацией акриловой кислоты (полиакрилаты) и ее эфиров, нашли широкое применение в производстве органического стекла (плексигласа).