Acetonă - școală de chimie
acetonă
lichid incolor cu miros dulce [1]
miscibil cu apa [1] și mulți solvenți organici [2]
500 ml m −3, 1200 mg m −3 [1]
5800 mg kg -1 (șobolan oral) [1]
acetonă (acetonă neobișnuită) este denumirea comună a compusului organic-chimic Propanonă sau. Dimetil cetonă. Acetona este un lichid incolor și este utilizată ca solvent polar, aprotic și ca materie primă pentru multe sinteze din chimia organică. Cu caracteristica sa structurală a grupării carbonil (> C = O), care poartă două grupări metil, este cea mai simplă cetonă.
Extragerea și prezentarea
Acetona a fost produsă pentru prima dată în 1606 de Andreas Libavius prin încălzirea acetatului de plumb (II). În 1661 Robert Boyle a reușit să o câștige prin distilarea uscată a lemnului. [5] Până la mijlocul secolului al XX-lea, fermentarea acetonă-butanol a fost un proces important pentru producția de acetonă. Bacteria anaerobă Clostridium acetobutylicum a fost utilizată pentru producția industrială.
Cel mai important proces de fabricație al acetonei în prezent este procesul de hidroperoxid de cumen, cunoscut și sub numele de sinteza fenolului Hock:
Aici, benzenul și propena sunt mai întâi transformate în izopropilbenzen (cumen) printr-o alchilare Friedel-Crafts în acid. Acesta reacționează apoi cu oxigenul într-o reacție radicală pentru a forma hidroperoxidul, care se descompune în fenol și acetonă în timpul procesării acide.
Deshidrogenarea sau oxidehidrogenarea izopropanolului se realizează ca un proces de producție suplimentar.
O altă modalitate de a produce acetonă este încălzirea acetatului de calciu, care îl descompune în acetonă și oxid de calciu. (Cunoscută sub numele de "distilare cu sare de var")
Acest proces se întoarce la sinteza istorică menționată mai sus de Libavius în 1606.
caracteristici
Acetona este un lichid incolor, cu vâscozitate redusă, cu miros caracteristic, foarte inflamabil și formează un amestec exploziv cu aerul. Punctul de fierbere la presiune normală este de 56 ° C. Este miscibil cu apa și cu majoritatea solvenților organici în toate proporțiile. Molecula de acetonă prezintă tautomerism ceto-enol; valoarea sa de pKa este de 20. Acetona poate forma și compuși complecși cu cationi datorită grupării sale carbonil polare.
Compusul formează amestecuri cu fierbere azeotropică cu un număr de alți solvenți. Compozițiile azeotrope și punctele de fierbere pot fi găsite în tabelul următor. Nu se formează azeotropi cu apă, etanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butanol, benzen, toluen, etilbenzen, dietil eter, acetat de etil și acetonitril. [6]
| Azeotropi cu diferiți solvenți [6] | ||||||||||||
| solvent | n-pentan | n-hexan | n-heptan | Ciclohexan | Metanol | cloroform | Tetraclorură de carbon | Eter diizopropilic | Acetat de metil | |||
| Conținutul de acetonă | în Ma% | 21 | 59 | 90 | 67 | 88 | 22 | 89 | 61 | 50 | ||
| Punct de fierbere | în ° C | 32 | 50 | 56 | 53 | 55 | 64 | 56 | 54 | 55 | ||
Proprietăți termodinamice
Conform lui Antoine, funcția de presiune a vaporilor rezultă din log10 (P) = A− (B/(T + C)) (P în bari, T în K) cu A = 4.42448, B = 1312.253 și C = −32.445 im Intervalul de temperatură de la 259,2 la 507,6 K [7]
| Entalpia standard de formare | ΔfH 0 lichid GasfH 0 gaz | −249,4 kJ mol −1 [8] −218,5 kJ mol −1 [8] | ca lichid decât gazul |
| Entalpia de ardere | ΔcH 0 gaz | −1821,4 kJ mol −1 [9] | |
| Capacitate termică | cp | 125,45 J mol −1 K −1 (25 ° C) [10] 75,02 J mol −1 K −1 (25 ° C) [11] | ca lichid decât gazul |
| Temperatura critica | Tc | 508,15 K [12] | |
| Presiunea critică | buc | 47.582 bari [12] | |
| Densitatea critică | ρc | 4,63 mol·l −1 [12] | |
| Factorul acid | ωc | 0,30653 [13] | |
| Entalpia fuziunii | ΔfH 0 | 10,48 kJ mol −1 [14] | la punctul de topire |
| Entalpia evaporării | ΔVH 0 | 29,1 kJ mol −1 [15] | la punctul de fierbere sub presiune normală |
Dependența de temperatură a entalpiei de vaporizare poate fi calculată conform ecuației ΔVH 0 = A e (−βTr) (1 - Tr) β (ΔVH 0 în kJ/mol, Tr = (T/Tc) temperatură redusă) cu A = 46,95 kJ/mol, β = 0,2826 și Tc = 508,2 K în intervalul de temperatură cuprins între 298 K și 363 K. [15] Capacitatea termică specifică poate fi calculată în intervalul de temperatură cuprins între 5 ° C și 50 ° C utilizând o funcție liniară cu cp = 1,337 + 2,7752 · 10 −3 · T (cu cp în kJ · kg −1 · K −1 și T în K). [10]
Funcția de presiune a vaporilor acetonă
Dependența de temperatură de căldura de vaporizare a acetonei
Parametrii legați de siguranță
acetonă formează amestecuri vapori-aer foarte inflamabile. Compusul are un punct de aprindere sub -20 ° C. Intervalul de explozie este între 2,5 vol% (60 g/m 3) ca limită inferioară de explozie (LEL) și 14,3 vol% (345 g/m 3) ca limită superioară de explozie (UEL). [16] O corelație a limitelor de explozie cu funcția de presiune a vaporilor are ca rezultat un punct de explozie mai mic de -23 ° C și un punct de explozie superior de 8 ° C. Limitele de explozie sunt dependente de presiune. O scădere a presiunii duce la o reducere a zonei de explozie. Limita inferioară de explozie se modifică ușor până la o presiune de 100 mbar și crește doar la presiuni sub 100 mbar. Limita superioară de explozie scade în mod analog cu scăderea presiunii. [17]
| Limite de explozie sub presiune redusă (măsurată la 100 ° C) [17] | ||||||||||||
| presiune | în mbar | 1013 | 800 | 600 | 400 | 300 | 250 | 200 | 150 | 100 | 50 | 25 |
| Limita inferioară de explozie (LEL) | în% vol | 2.2 | 2.2 | 2.3 | 2.3 | 2.4 | 2.4 | 2.5 | 2.6 | 2.7 | 3.6 | 5.0 |
| în g m −3 | 53 | 53 | 53 | 55 | 57 | 58 | 59 | 61 | 63 | 86 | 119 | |
| Limita superioară de explozie (UEL) | în% vol | 14.3 | 14.0 | 13.7 | 13.4 | 13.2 | 13.1 | 13.1 | 13.1 | 12.5 | 10.3 | 9.0 |
| în g m −3 | 345 | 338 | 331 | 324 | 319 | 316 | 316 | 316 | 302 | 249 | 217 | |
Presiunea maximă de explozie este de 9,7 bari. [16] Lățimea maximă a decalajului a fost stabilită ca fiind de 1,04 mm (50 ° C). [16] Aceasta are ca rezultat o alocare grupului de explozie IIA. [16] Cu o energie de aprindere minimă de 1,15 mJ, amestecurile vapori-aer sunt extrem de inflamabile. [18] [19] Temperatura de aprindere este de 535 ° C. [16] Prin urmare, substanța se încadrează în clasa de temperatură T1. Se observă o scădere accentuată a temperaturii de aprindere sub presiune crescută. [1] Conductivitatea electrică este destul de scăzută la 4,9 · 10 −7 S · m −1. [20]
| Temperaturi de aprindere sub presiune crescută [1] | ||||||||||||
| presiune | în numerar | 1 | 2 | Al 4-lea | 6.8 | 16.5 | ||||||
| Temperatura de aprindere | în ° C | 535 | 345 | 290 | 265 | 250 | ||||||
Reacții
O reacție specială aici este iodarea acetonei ca un exemplu clasic de cinetică a reacției pseudo-zero. Deoarece numai forma enol poate fi iodată, dar acetona este aproape 100% cetonă, concentrația de 2-propenol în timpul reacției poate fi considerată constantă. Legătura sa dublă C = C reacționează apoi cu iodul, despărțind un ion de iodură pentru a forma un cation mezomeric, care apoi transferă un proton către un ion de iodură. [21]
Stabilirea echilibrului ceto-enolului este catalizat de acid (și, de asemenea, de bază). Iodarea este, prin urmare, foarte accelerată de iodura de hidrogen rezultată (autocataliză). Cu toate acestea, la adăugarea bazei are loc reacția iodoformă.
Acetona reacționează în prezența benzaldehidei într-o soluție alcalină pentru a forma dibenzalacetonă. Reacția are loc în conformitate cu mecanismul general de condensare a aldolului. Benzalanilina poate fi, de asemenea, sintetizată - anilina reacționează cu acetonă în soluție alcalină, împărțind apa pentru a forma baza Schiff (azometină). Atât dibenzalacetona cât și benzalanilina sunt substanțe valoroase deoarece au legături duble foarte reactive care pot fi atacate de nucleofili.
Dacă două molecule de acetonă sunt lăsate să se dimerizeze într-o manieră asemănătoare aldolului sub influența reactivilor bazici, se formează alcool diacetonic.
utilizare
Acetona este materia primă pentru numeroase sinteze din industria chimică. Este utilizat în principal pentru fabricarea polimetilmetacrilatului (PMMA), cunoscut în mod colocvial ca sticlă acrilică sau plexiglas. În acest scop, acetona este mai întâi transformată în acetonă cianohidrină prin adăugarea de cianură de hidrogen, care separă cu ușurință apa într-un mediu acid (stabilizarea mezomerică a legăturii duble datorită conjugării cu legătura triplă a grupului nitril). 2-metilpropenenitrilul rezultat este transformat în metacrilat de metil prin adăugarea unui amestec de acid sulfuric concentrat și metanol, care este polimerizat în sticlă acrilică într-o etapă suplimentară.
Acetona este, de asemenea, utilizată ca solvent obișnuit și agent de extracție pentru rășini, grăsimi și uleiuri, colofoniu, acetat de celuloză și ca agent de îndepărtare a ojei și adeziv plastic [22]. De asemenea, este utilizat pentru a elimina contaminarea cauzată de spuma de construcție, de exemplu la curățarea pistolelor din spumă PU. Se dizolvă de multe ori volumul său în etină (acetilenă). Acetona este utilizată în multe reacții (adăugări de aldol și condensări de aldol) în chimia organică.
În unele țări, acetonă este adăugată în proporții mici (1: 2000 - 1: 5000) la benzină sau motorină pentru a obține o combustie mai completă a combustibilului.
În producția de circuite fotochimice, acetonă este utilizată pentru curățarea finală a circuitului.
Soluțiile care conțin acetonă sunt utilizate în stomatologie pentru curățarea suprafețelor pregătite de dentină și a canalelor radiculare.
biochimie
Acetona este un organism cetonic care nu poate fi metabolizat într-o măsură semnificativă. Prin urmare, este eliberat prin plămâni sau, în cazuri excepționale, prin urină (acetonurie, un simptom al diabetului zaharat). Alte corpuri cetonice sunt acetilacetona și hidroximetil butiratul. Acestea pot fi procesate în metabolism.
toxicologie
Acetona provoacă uscăciunea pielii, deoarece degresează pielea. Prin urmare, ar trebui să ungeți zonele afectate după contact. Inhalarea unor doze mai mari provoacă iritații bronșice, oboseală și cefalee. Dozele foarte mari au efect narcotic.