کیمیا تهران اسید » انواع اسید » اسید استیک | Acetic acid

اسید استیک | Acetic acid

آنالیز

ایمنی

درخواست

اسید استیک چیست

مشخصات محصول استیک اسید :

نام شیمیایی : اسید استیک.
اسامی مترادف با اسید استیک : استیک اسید ، جوهر انگور ، اتیلیک اسید ، هیدروژن استات ، متانوکربوکسیلیک ، اسید اتانوئیک ، سرکه ، جوهر سرکه.
گرید محصول :

اسید استیک صنعتی.
اسید استیک آزمایشگاهی.

فرمول مولکولی : C2H4O2
خلوص : اسید استیک 99 %
جرم مولی : ۶۰٫۰۵ g mol−1
شکل ظاهری : مایع بی رنگ.
دمای ذوب : 16.5 درجه سلسیوس
نقطه اشتعال : 43 C ͦ
حلالیت در آب : قابل حل به هر نسبت

معرفی اسید استیک

اسید استیک جز اسید های کربوکسیلیک می ‌باشد و در نامگذاری آیوپاک به اسید اتانوئیک معروف است. این اسید دارای فرمول شیمیایی می‌باشد و در قسمت چشایی طعم ترشی، شبیه طعم سرکه دارد.

این اسید یک اسید ضعیف بوده زیرا تنها مقداری اسید جدا شده در محلول آبی می باشد. استیک اسید بدون آب و خالص یک مایع بدون رنگ بوده که آب را از محیط اطرافش جذب میکند و در دمای 16.5 درجه سلسیوس به شکل یک جامد کریستالی بی رنگ منجمد می شود. اسید خالص و محلول های غلیظ آن بسیار خورنده هستند.

استیک اسید یکی از ساده ترین کربوکسیلیک اسید ها است. این اسید یک معرف شیمیایی مهم بوده و یک ماده شیمیایی صنعتی مورد استفاده در تولید مواد زیر است : پلی اتیلن ترفتالات که به صورت عمده در بطری های نوشابه استفاده می شود؛ سلولز استات که به طور عمده در فیلم عکاسی استفاده می شود؛ پلی وینیل استات برای چسب چوب به علاوه فایبرها و فابریک های مصنوعی. در خانه، استیک اسید رقیق برای بازکردن لوله ها استفاده می شود. در صنعت غذا، استیک اسید تحت کد افزودنی E260 به عنوان تنظیم اسیدی و به عنوان چاشنی استفاده می شود.

اسید استیک

تقاضای جهانی استیک اسید در حدود 6.5 میلیون تن در سال (Mt/a) که حدود 1.5 Mt/a از طریق بازیافت برآورده می شود. باقی آن توسط بازار خوراک پتروشیمیایی یا منابع بیولوژیکی تولید می شود. استیک اسید رقیق تولید شده توسط تخمیر طبیعی، سرکه نامیده می شود.

باکتری های مخمر سرکه به دلیل تمایل به تولید اسید استیک به این نام معروف شده ‌اند. این باکتری ها در مواد غذایی، آب و خاک یافت می‌شوند. اسید استیک بطور طبیعی از میوه ‌ها و برخی مواد غذایی فاسد شده از فرایند تخمیر تولید می‌شوند و از قدیمی ترین ترکیبات شیمیایی شناخته شده توسط انسان می‌باشد.

نام «اسید استیک» رایج ‌ترین و رسمی‌ترین نامی است که توسط IUPAC برای این ماده بکار می‌رود. این نام از کلمه لاتین acetum، به معنی سرکه، گرفته شده ‌است. «اسید اتانوئیک» که به عنوان مترادف آن بکار می‌رود، یک نام سازمان ‌یافته ‌است که گاهی در معرفی نامگذاری مواد شیمیایی عنوان می‌شود.

«اسید استیک منجمد» یک نام سطحی برای اسید استیک بدون آب است. مثل نام آلمانی Eisessig(که به صورت تحت ‌الطفظی به معنای سرکه یخی است)، این نام، از نام کریستال ‌هایی برگرفته شده که در دمای اندکی زیر ۷/۱۶درجه سانتی‌گراد (حدود ۶۲ درجه فارنهایت) شکل می‌گیرند.

رایج‌ترین و رسمی‌ترین نام اختصاری برای اسید استیک AcOH یا HOAc است که در آن Ac مخفف گروه عاملی استیل است CH۳−C(=O)−؛ در واکنش ‌های اسیدی، علامت اختصاری HAc بکار می‌رود که در آن Ac مخفف استات آنیون (CH۳COO−) می‌باشد، هر چند که بسیاری این نامگذاری را گمراه کننده می‌دانند. باید توجه داشت که در حالتی دیگر نباید Ac را با مخفف عنصر شیمیایی اکتینیم اشتباه گرفت.

فرمول ساده اسید استیک CH۲O و فرمولی مولکولی آن C۲H۴O۲ است. حالت آخر با هدف نشان دادن بهتر ساختار، بصورت CH۳-COOH, CH۳COOH، یا CH۳CO۲H نوشته می‌شود. یونی که در نتیجه حذف پروتون (H+) از اسید استیک به جا می‌ماند «استات» آنیون نام دارد. همچنین نام «استات» به نمکی که حاوی این آنیون یا یک استر اسید استیک باشد اطلاق می‌گردد.

تاریخچه اسید استیک

اسید سیتریک

قدمت سرکه به اندازه عمر تمدن و حتی بیشتر است. اسید استیک ‌های باکتری‌ زا در همه جای جهان وجود دارند و هر فرهنگی که در آن عمل‌ آوری خمر همچون آبجو یا شراب وجود داشته، به ناچار سرکه را نیزکه نتیجه طبیعی تماس این نوشیدنی ‌های الکلی با هوا بوده کشف کرده ‌اند.

استفاده از اسید استیک در شیمی، به عهد باستان برمی‌گردد. در قرن سوم پیش از میلاد، تئوفراستوس فیلسوف یونانی تشریح کرد که سرکه چگونه بر روی فلزات اثر می‌کند تا از واکنش آنها رنگدانه ‌های مورد استفاده در کارهای هنری تولید شوند که از آن جمله می‌توان به سرب سفید (کربنات سرب) و زنگار مس اشاره کرد که ترکیبی سبز رنگ از نمک ‌های مس از جمله استات مس ۲ می‌باشد. رومیان باستان، شراب ترشیده را در ظرف‌ های سربی می‌جوشاندند تا از آن یک شربت بسیار شیرین با نام «ساپا» تهیه کنند. ساپا سرشار از استات سرب بود که به آن شکر سرب یا شکر افسانه زحل می‌گفتند و اشراف روم آن را در مسموم‌ سازی با سرب بکار می‌گرفتند. در قرن هشتم، جابر بن حیان کیمیاگر ایرانی از طریق تقطیر اسید استیک را از سرکه جدا کرد.

در دوران رنسانس، اسید استیک منجمد از طریق تقطیر خشک استات ‌های فلزی تهیه می‌شد. در قرن شانزدهم، آندریاس لیباویوس کیمیاگر آلمانی چنین رویه ‌ای را تشریح کرد و اسید استیک منجمد حاصل از این روش را با سرکه مقایسه کرد. وجود آب در سرکه بر ویژگی های اسید استیک چنان تاثیر عمیقی داشت که شیمیدان ها تا قرن‌ها معتقد بودند که اسید استیک منجمد و اسیدی که در سرکه یافت می‌شود دو ماده مختلف هستند. پیر آدت شیمیدان فرانسوی ثابت کرد که این دو در حقیقت یکی هستند.

اسید استیک و سرکه

در سال ۱۸۴۷، هرمان کولب شیمیدان آلمانی برای اولین بار از طریق مواد معدنی موفق به ساخت اسید استیک شد. ترتیب این واکنش عبارت بود از کلردار کردن دی سولفید کربن و تبدیل آن به تترا کلراید کربن، سپس از طریق تفکافتبه تتراکلورو اتیلن و از طریق کلردار کردن آبی به اسید تری کلرواستیک و در نهایت کاهش آن از طریق برقکافت به اسید استیک.

کریستال ‌های اسید استیک

تا سال ۱۹۱۰، اسید استیک منجمد اغلب از «تقطیر مشروبات الکلی» یا تقطیر چوب بدست می‌آمد. با استفاده از هیدروکسید کلسیم آن را جدا می‌کردند؛ سپس استات کلسیم به جا مانده را با استفاده از اسید سولفوریک اسیدی می‌کردند تا از آن اسید استیک بدست آید. در همین زمان، آلمان ۱۰٫۰۰۰ تن اسید استیک منجمد تولید می‌کرد که ۳۰درصد از آن برای تولید رنگ نیل استفاده می‌شد.

خواص شیمیایی :

قدرت اسیدی اتم هیدروژن (H) در گروه کربوکسیل (−COOH) در اسید های کربوکسیلیک همچون اسید استیک، می‌تواند به عنوان یک یون (پروتون) H+ آزاد شود و به آنها خاصیت اسیدی دهد. اسید استیک در محلول‌ های آبی یک اسید تک ‌پروتونی موثر است با ارزش ثابت تفکیک اسیدی (pKa) آن &nbsp ۰/ ۱ A ۸/۴; pH مولاریته محلول آن (در حدود انسجام سرکه خانگی) ۴/۲ است که نشان می‌دهد ۴/۰ درصد از مولکول ‌های اسید استیک تفکیک یافته‌اند.

دی مر چرخه ‌ای اسید استیک ؛ خطوط تیره نشان دهنده پیوندهای هیدروژنی هستند.

ساختار کریستالی اسید استیک نشان می‌دهد که مولکول ‌ها به صورت دی مر جفت می‌شوند که پیوند های هیدروژنی آنها را به هم متصل کرده ‌است. دی مرها را می‌توان در بخار ۱۲۰درجه سانتی گراد شناسایی کرد. این حالت ممکن است در فاز مایع اسید استیک خالص نیز رخ دهد اما در صورت وجود آب، به سرعت به هم می‌ریزد. سایر اسید های کربوکسیلیک پایین ‌تر نیز این رفتار دی‌ مرسازی را دارند.

اسید استیک به عنوان حلال

اسید استیک مایع، مانند آب و اتانول یک حلال پروتون‌دار آبدوست (مولکول قطبی) است. این ماده با ثابت دی الکتریک۲/۶، می‌تواند علاوه بر حل کردن ترکیبات قطبی همچون نمک ‌های معدنی و شکرها، ترکیبات غیر قطبی همچون روغن‌ ها و عناصر شیمیایی مثل سولفور و آیودین را در خود حل کند. این ماده با بسیاری از حلال های قطبی و غیر قطبی همچون آب، کلروفورم و هگزان مخلوط می‌شود. این خاصیت انحلال و امتزاج‌ پذیری اسید استیک آنرا به یک ماده شیمیایی پرکاربرد صنعتی تبدیل کرده‌ است.

اسید استیک

موارد مصرف و کاربرد اسید استیک

استیک انیدرید

روش تولید اسید استیک

اسید استیک، هم بطور مصنوعی و هم از طریق تخمیر باکتریایی، تولید می‌شود. امروزه روش باکتریایی تنها ۱۰ % از تولید را به خود اختصاص داده ‌است اما به دلیل اینکه قوانین جهانی مربوط به سلامت غذا بر تهیه سرکه خوراکی از مواد بیولوژیکی تاکید می‌کند، این روش همچنان برای تولید سرکه استفاده می‌شود. تقریبا حدود ۷۵ % از اسید استیک تولید شده برای استفاده ‌های صنعتی، از کربندار کردن متانول و به روشی که در زیر می‌آید تولید می‌شود. برای بقیه مصارف، از روش‌ های دیگر استفاده می‌شود.

اسید استیک را از کجا تهیه کنیم

کل تولید جهانی اسید استیک 5 میلیون تن در سال برآورد می‌شود که نیمی از آن در ایالات متحده تولید می‌شود. تولید این ماده در اروپا 1میلیون تن در سال است که میزان آن رو به کاهش نهاده؛ در ژاپن نیز تولید این ماده 0.7 میلیون تن در سال است. از سوی دیگر هر ساله 1.5میلیون تن اسید استیک بازیافت می‌شود که تولید جهانی را به 6.5 میلیون تن در سال می‌رساند.

بزرگترین تولیدکنندگان اسید استیک دست نخورده، سلانس و صنایع شیمیایی هستند. از دیگر تولیدکنندگان عمده این ماده می‌توان به ملنیوم کمیکالز، استرلینگ کمیکالز، سام سونگ، ایستمن و سوونسک اتانول کمی اشاره کرد.

روش های تولید صنعتی اسید استیک

کربونیلاسیون متانول : در این روش متانول با مونوکسید کربن در فشارهای بالا (۲۰۰atm) واکنش داده و اسید استیک تولید می‌کند. این روش از سال ۱۹۲۰ ابداع شده‌ است و به دلیل ارزان بودن متانول و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه ‌است.
اکسیداسیون بوتان : از حرارت دادن بوتان با اکسیژن هوا در حضور یون های فلزی منگنز، کبالت و کروم، پروکسید تولید می‌شود. پروکسید در اثر تجزیه اسید استیک ایجاد می‌کند.

{۲C_۴HiO + CO_۲ → ۴CH_۳COOH + ۲H_۲O}

اکسیداسیون استالدئید : استالدئید در شرایط ملایم و در حضور کاتالیزورهای ساده فلزی مثل منگنز و کروم و... توسط اکسیژن هوا اکسید شده و اسید استیک تولید می‌کند.

{۲CH_۳CHO + ۲O_۲ → ۲CH_۳COOH}

محصولات جانبی تولید شده در این واکنش مانند اسید فرمیک یا استات اتیل و... به دلیل داشتن نقطه جوش پایین تر از اسید استیک توسط تقطیر جداسازی می‌شوند. کاربرد اسید استیک به صورت سرکه به عنوان چاشنی غذا و تهیه انواع ترشی استفاده می‌شود. اسید استیک رقیق به عنوان افشانه برای از بین بردن قارچ های گیاهان استفاده می‌شود. اسید استیک گلاسیال در صنایع شیمیایی در تولید فیلم های عکاسی، تولید پلاستیک پلیاتیلن تریفتالات (PET) استفاده می‌شود. همچنین به عنوان ماده واسطه در تولید استات وینیل که ترکیب مهمی در تولید چسب و رنگ می‌باشد.

کربندارکردن متانول :

بیشتر اسید استیک جهان به روش کربندار کردن متانول تولید می‌شود. در این فرآیند، متانول و مونو اکسید کربن با یکدیگر واکنش می‌دهند تا براساس معادله شیمیایی زیر اسید استیک تولید شود :

متانول|CH۳OH+مونواکسید کربن |CO→ CH۳COOH

این فرایند که در آن یون دو متان به عنوان میانجی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در سه مرحله اتفاق می‌افتد. یک کاتالیزور که عمدتا یک کمپلکس است برای کربندار کردن مورد استفاده نیاز است.

(۱)CH۳OH+ یودید هیدروژن|HI→یودومتان|CH۳I + H۲O

(۲) CH۳I + مونواکسیدکربن |CO → CH۳COI

(۳) CH۳COI + H۲O → CH۳COOH + HI

با تغییر شرایط فرایند، می‌توان در همان کارخانه آنیدرید استیک تولید کرد. از آنجا که هم متانول و هم مونو اکسیدکربن مواد خام مناسبی هستند، کربندارکردن متانول از دیرباز به عنوان یکی از بهترین روش ها برای تولید اسید استیک به شمار می‌آمده‌ است. در سال ۱۹۲۵، هنری درفیوس از سلانس بریتانیا یک کارخانه موازی کربندارکردن متانول را تاسیس کرد. با این حال نبود مواد کاربردی که بتوانند در فشارهای بالای مورد نیاز (۲۰۰ اتمسفر یا بیشتر) حاوی مخلوط‌ های واکنشی خورنده باشند، باعث شد برای مدتی تمایل به تجاری‌ سازی این روش‌ها از بین برود.

اولین فرآیند تجاری کربندارکردن متانول که در آن از کوبالت به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شد، در سال ۱۹۶۳ توسط شرکت صنایع شیمیایی BASF انجام گرفت. در سال ۱۹۶۸، یک کاتالیزور رودیومی (cis−[Rh(CO)۲I۲]−) که می‌توانست در فشار های پایین بدون تولید هیچ فراورده جانبی عمل کند کشف شد. اولین کارخانه‌ ای که از این روش استفاده کرد، در سال ۱۹۷۰ توسط شرکت صنایع شیمیایی مونسانتو آمریکا ساخته شد و از آن پس، کربندارکردن متانول با کاتالیزور رودیومی به روش غالب در تولید اسید استیک تبدیل شد. در اواخر دهه نود، شرکت صنایع شیمیایی بی‌پی استفاده تجاری از کاتالیزورکاتیوا ([Ir(CO)۲I۲]−) را که بوسیله روتنیم ارتقا یافته بود آغاز کرد. این فرایند که کاتالیزور آن ایریدیوم است طبیعت ‌دوست‌تر و کارآمدتر است و تا حد زیادی جای فرایند مونسانتو را در همان کارخانه گرفته ‌است.

اکسایش استالدئید :

پیش از تجاری شدن روش مونسانتو، بیشتر اسید استیک از طریق اکسایش استالدئید تولید می‌شد. این روش به عنوان دومین روش مهم تولید پابرجا مانده‌ است، هر چند که کربندارکردن متانول در آن، چندان مقرون به صرفه نیست. استالدئید را می‌توان از طریق اکسایش بوتان یا نفتا یا آبدار کردن اتیلن بدست آورد.

وقتی بوتان یا نفتای سبک در مجاورت یون های مختلف فلزی از جمله یون های منگنز، کوبالت، کرومیوم، پروکسید حرارت می‌بینند تجزیه می‌شوند تا براساس معادله شیمیایی زیر اسید استیک تولید کنند.

۲ بوتان|C۴H۱۰ + ۵ اکسیژن|O۲ → ۴ CH۳COOH + ۲ آب|H۲O

معمولا، این واکنش در تلفیقی از حرارت و فشاری انجام می‌شود که در عین نگهداری بوتان در حالت مایع، دما را تا حد ممکن بالا نگه دارد. شرایط واکنشی معمولا در دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد و فشار &nbsp؛ اتمسفر ۵۵ قرار دارد. ممکن است در این میان چند فراورده جانبی نیز تولید شوند از جمله بوتانون، اتیل استات ، اسید فرمیک و اسید پروپونیک. این فراورده ‌های جانبی از لحاظ تجاری با ارزش هستند و در صورتیکه از لحاظ اقتصادی مورد نیاز باشند، شرایط واکنش را تغییر می دهند تا مقادیر بیشتری از این فرآورده ‌ها بدست آید. در عین حال جداسازی اسید استیک از این فرآورده ‌های جانبی ممکن است هزینه‌ های فرایند را افزایش دهد.

تحت شرایط مشابه و با استفاده از کاتالیزورهای یکسان، همانگونه که در اکسایش بوتان صورت می‌گیرد، می‌توان در هوا، استالدئید را برای تولید اسید استیک، توسط اکسیژن اکسید کرد.

۲ استالدئید|CH۳CHO + اکسیژن|O۲ → ۲ CH۳COOH

با استفاده از کاتالیزور های جدید، می‌توان از این واکنش بیش از ۹۵ درصد اسید استیک بدست آورد. فراورده ‌های جانبی این واکنش عبارتند از اتیل استات ، اسید فرمیک و فورمالدئید که همه آنها نسبت به اسید استیک نقطه جوش پایین تری داشته و به راحتی می‌توان از طریق تقطیر آنها را جداسازی کرد.

تخمیر :

تخمیر اکسایشی :

در بیشتر تاریخ بشری، اسید استیک در حالت سرکه، توسط گروه باکتریایی «بچه سرکه» ساخته می‌شده ‌است. درصورت وجود اکسیژن کافی، این باکتری می‌تواند از انواع مختلف مواد غذایی الکل‌ دار، سرکه تولید کند. شاخص‌ترین این غذاها عبارتند از آب سیب، شراب و مخمر غلات ، حبوبات، مالت، برنج، یا مالت سیب‌زمینی. کلیت واکنش شیمیایی ‌ای که توسط این باکتری تسهیل می‌شود عبارتست از :

اتانول|C۲H۵OH + اکسیژن|O۲ → CH۳COOH + آب|H۲O

محلول رقیق الکل که با «مخمر سرکه» آغشته شده باشد، در یک محیط گرم هوادار، طی چند ماه به سرکه تبدیل می‌شود. روش ‌های صنعتی تولید سرکه، با افزایش تامین اکسیژن برای باکتری، این فرایند را تسریع می‌کنند.

احتمالا اولین سرکه ‌ها، در پی اشتباه در فرایند شراب‌گیری تولید شده‌اند. اگر فراین تخمیر در حرارت بالا انجام گیرد، بچه سرکه بطور طبیعی مخمر انگور را می‌پوشاند. با افزایش تقاضای سرکه برای مصارف آشپزی، پزشکی و بهداشتی، شراب ‌فروشان خیلی سریع یاد گرفتند تا چگونه در ماه ‌های گرم پیش از آنکه انگورها برای تبدیل به شراب به اندازه کافی برسند، سایر مواد آلی را برای تولید سرکه مورد استفاده قرار دهند. از آنجا که شراب‌ فروشان از چگونگی این فرایند آگاهی لازم را نداشتند، این روش کند و گاهی ناموفق بود.

یکی از اولین روش های مدرن «روش سریع» یا «روش آلمانی» است که برای اولین بار در سال ۱۸۲۳ در آلمان بکار گرفته شد. در این فرایند، تخمیر در یک برج بسته‌ بندی شده با تراشه ‌های چوب یا زغال چوب صورت می‌گیرد. غذای الکل‌داراز بالای برج پاشیده می‌شود و اتمسفر زمین|هوای تازه یا بطور طبیعی یا بصورت تبادل حرارت اجباری از پایین تامین می‌شود. در این فرایند، تامین بهتر هوا، زمان تهیه سرکه را از چند ماه به چند هفته کاهش می‌دهد.

امروزه بیشتر سرکه‌ ها در تانکرهای کشت میکروبیولوژیکی که در زیر آب غوطه ‌ور هستند تهیه می‌شوند. این روش برای اولین باردر سال ۱۹۴۹ توسط اوتو هروماتکا و هنریخ ابنر ابداع شد. در این روش، الکل در یک تانکر که بطور مداوم محتویات آن به هم می‌خورد، به سرکه تخمیر می‌شود و اکسیژن نیز از طریق عبور حباب‌ های هوا از درون محلول تامین می‌شود.

تخمیر بدون اکسیژن :

برخی گونه ‌های باکتری ‌های بی‌هوازی از جمله چندین نوع از دسته «کلاستریدیوم» قادرند بطور مستقیم و بدون استفاده از اتانول به عنوان میانجی، شکرها را به اسید استیک تبدیل کنند. کلیت واکنش شیمیایی که توسط این باکتری انجام می‌شود عبارتست از:

گلوکوز|C۶H۱۲O۶ → ۳ CH۳COOH

جالب تر اینکه، از نظر شیمیدانان صنعتی، این باکتری‌های بی‌هوازی می‌توانند اسید استیک را از ترکیبات تک کربنی نظیر متانول، مونواکسیدکربن یا مخلوط دی‌اکسید کربن وهیدروژن تولید کنند :

۲دی‌اکسید کربن |CO۲+۴هیدروژن|H۲→ CH۳COOH + ۲ آب|H۲O

توانایی «کلوستریدیوم» دربکارگیری مستقیم شکر، یا تولید اسید استیک از مواد کم هزینه‌ تر بدین معناست که این نوع از باکتری بطور بالقوه می‌تواند نسبت به اکسایندگان اتانول نظیر «بچه سرکه»، در تولید اسید استیک کارآمدتر باشد. با این حال، باکتری «کلاستریدیوم» نسبت به «بچه سرکه» در مقابل اسید مقاومت کمتری دارد. حتی در مقایسه با برخی انواع بچه سرکه که می‌توانند با غلط ۲۰ درصدی اسید استیک سرکه تولید کنند، مقاوم ‌ترین انواع «کلاستریدیوم» تنها می‌توانند چند درصد اسید استیک در سرکه تولید کنند. در حال حاضر برای تولید سرکه، استفاده از «بچه سرکه» نسبت به استفاده از «کلاستریدیوم» و سپس تغلیظ آن، مقرون به صرفه‌ تر است. در نتیجه با وجودیکه باکتری های استوژنیک از سال ۱۹۴۰ کشف شده ‌اند استفاده صنعتی از آنها به تعدادی کاربرد بی خطر محدود شده ‌است.