حمض الخليك: التاريخ ، التركيب ، الخصائص ، الاستخدامات - كيمياء - 2026

و حمض الخليك أو حامض ethanoic هو عديم اللون السائل العضوي وجود ل صيغة الكيميائية CH ₃ COOH. عند إذابته في الماء ، يتم الحصول على خليط معروف جيدًا يسمى الخل ، والذي تم استخدامه كمضاف في الطعام لفترة طويلة. الخل محلول مائي لحمض الخليك بتركيز 5٪ تقريبًا.

كما يشير اسمه ، فهو مركب حمضي ، وبالتالي فإن قيمة الأس الهيدروجيني للخل أقل من 7. في وجود ملح الأسيتات ، فإنه يشكل نظامًا عازلًا فعالاً في تنظيم درجة الحموضة بين 2.76 و 6.76 ؛ أي أنه يحافظ على الرقم الهيدروجيني ضمن هذا النطاق مع الإضافات المعتدلة لقاعدة أو حمض.

المصدر: Pixabay

صيغته كافية لإدراك أنه يتكون من اتحاد مجموعة الميثيل (CH ₃) ومجموعة الكربوكسيل (COOH). بعد حمض الفورميك ، يعد HCOOH أحد أبسط الأحماض العضوية ؛ والذي يمثل أيضًا نقطة النهاية للعديد من عمليات التخمير.

وبالتالي ، يمكن إنتاج حمض الأسيتيك عن طريق التخمر البكتيري الهوائي واللاهوائي ، وعن طريق التخليق الكيميائي ، حيث تكون عملية تحويل الميثانول الكربوني هي الآلية الرئيسية لإنتاجه.

بالإضافة إلى الاستخدام اليومي كصلصة للسلطة ، فإنه يمثل في الصناعة المادة الخام لإنتاج أسيتات السليلوز ، وهو بوليمر يستخدم في صناعة أفلام التصوير الفوتوغرافي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام حمض الأسيتيك في تصنيع أسيتات البولي فينيل المستخدم في تصنيع غراء للخشب.

عندما يصبح الخل شديد التركيز ، لم يعد يسمى على هذا النحو ويسمى حمض الخليك الجليدي. عند هذه التركيزات ، على الرغم من أنه حمض ضعيف ، إلا أنه شديد التآكل ويمكن أن يسبب تهيج الجلد والجهاز التنفسي فقط عن طريق التنفس الضحل. يستخدم حمض الخليك الجليدي كمذيب في التركيبات العضوية.

التاريخ

الرجل الذي ينتمي إلى العديد من الثقافات ، قد استخدم تخمير العديد من الفواكه والبقوليات والحبوب ، وما إلى ذلك ، للحصول على المشروبات الكحولية ، نتاج تحويل السكريات ، مثل الجلوكوز ، إلى إيثانول ، CH ₃ CH ₂ OH.

ربما لأن الطريقة الأولية لإنتاج الكحول والخل هي التخمير ، وربما محاولة إنتاج الكحول في وقت غير محدد ، منذ عدة قرون ، تم الحصول على الخل عن طريق الخطأ. لاحظ التشابه بين الصيغ الكيميائية لحمض الأسيتيك والإيثانول.

في وقت مبكر من القرن الثالث قبل الميلاد ، وصف الفيلسوف اليوناني ثيوفاستوس عمل الخل على المعادن لإنتاج أصباغ ، مثل الرصاص الأبيض.

1800

في عام 1823 ، تم تصميم جهاز على شكل برج في ألمانيا للتخمير الهوائي لمنتجات مختلفة ، من أجل الحصول على حمض الأسيتيك على شكل خل.

في عام 1846 ، حقق هيرمان فويلبي لأول مرة تخليق حمض الأسيتيك من خلال استخدام المركبات غير العضوية. بدأ التوليف مع كلورة ثاني كبريتيد الكربون وانتهى ، بعد تفاعلين ، بالاختزال الإلكتروليتي لحمض الخليك.

في نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين ، وبسبب أبحاث J. Weizmann ، بدأ استخدام بكتيريا Clostridium acetobutylicum لإنتاج حمض الأسيتيك ، من خلال التخمير اللاهوائي.

1900

في بداية القرن العشرين ، كانت التقنية السائدة هي إنتاج حمض الأسيتيك من خلال أكسدة الأسيتالديهيد.

في عام 1925 ، صمم هنري دريفوس من شركة سيلانيز البريطانية مصنعًا تجريبيًا لإنتاج الكربونيل في الميثانول. في وقت لاحق ، في عام 1963 ، قدمت شركة BASF الألمانية استخدام الكوبالت كمحفز.

صمم Otto Hromatka و Heinrich Ebner (1949) خزانًا مزودًا بنظام التحريك وإمداد الهواء للتخمير الهوائي ، المخصص لإنتاج الخل. هذا التطبيق ، مع بعض التعديلات ، لا يزال قيد الاستخدام.

في عام 1970 ، استخدمت شركة مونتسانتو في أمريكا الشمالية نظامًا محفزًا يعتمد على الروديوم في معالجة الميثانول بالكربونيل.

في وقت لاحق ، قدمت شركة BP في عام 1990 عملية Cativa باستخدام محفز الإيريديوم لنفس الغرض. تبين أن هذه الطريقة أكثر كفاءة وأقل عدوانية من الناحية البيئية من طريقة مونتسانتو.

هيكل حامض الخليك

المصدر: Pixabay

تُظهر الصورة العلوية بنية حمض الأسيتيك ممثلة بنموذج الكرات والقضبان. تتوافق الكرات الحمراء مع ذرات الأكسجين ، والتي تنتمي بدورها إلى مجموعة الكربوكسيل ، –COOH. لذلك ، فهو حمض الكربوكسيل. على الجانب الأيمن من الهيكل توجد مجموعة الميثيل ، –CH ₃.

كما يتضح ، فهو جزيء صغير جدًا وبسيط. يقدم عزمًا ثنائي القطب دائمًا بسبب مجموعة –COOH ، والتي تسمح أيضًا لحمض الخليك بتكوين رابطتين هيدروجينيتين على التوالي.

هذه الجسور هي التي توجه جزيئات CH ₃ COOH مكانيًا لتشكيل ثنائيات في الحالة السائلة (والغازية).

المصدر: Pixabay

في الصورة أعلاه ، يمكنك أن ترى كيف يتم ترتيب الجزيئين لتكوين روابط هيدروجينية: OHO و OHO. لتبخير حمض الأسيتيك ، يجب توفير طاقة كافية لكسر هذه التفاعلات ؛ وهذا هو السبب في أنه سائل بدرجة غليان أعلى من درجة غليان الماء (حوالي 118 درجة مئوية).

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الأسماء الكيميائية

حامض:

- حامض

-Etanoic

إيثيل

الصيغة الجزيئية

C ₂ H ₄ O ₂ أو CH ₃ COOH.

مظهر جسماني

سائل عديم اللون.

رائحة

فدان مميز.

المذاق

احتراق

نقطة الغليان

244 درجة فهرنهايت إلى 760 ملم زئبق (117.9 درجة مئوية).

نقطة الانصهار

61.9 درجة فهرنهايت (16.6 درجة مئوية).

نقطة الاشتعال

112 درجة فهرنهايت (كوب مفتوح) 104 درجة فهرنهايت (كوب مغلق).

الذوبان في الماء

10 ⁶ مجم / مل عند 25 درجة مئوية (إنه قابل للامتزاج بجميع النسب).

الذوبان في المذيبات العضوية

قابل للذوبان في الإيثانول والإيثيل الأثير والأسيتون والبنزين. كما أنه قابل للذوبان في رابع كلوريد الكربون.

كثافة

1.051 جم / سم ³ عند 68 درجة فهرنهايت (1.044 جم / سم ³ عند 25 درجة مئوية).

كثافة بخار

2.07 (نسبة إلى الهواء = 1).

ضغط البخار

15.7 مم زئبق عند 25 درجة مئوية.

تقسيم

عند تسخينها فوق 440 درجة مئوية ، فإنها تتحلل لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والميثان.

اللزوجة

1056 ملي باسكال عند 25 درجة مئوية.

تآكل

حمض الأسيتيك الجليدي مادة أكالة للغاية ويمكن أن يتسبب تناوله في حدوث آفات شديدة في المريء والبوابة في الإنسان.

حرارة الاحتراق

874.2 كيلوجول / مول.

حرارة التبخير

23.70 كيلوجول / مول عند 117.9 درجة مئوية.

23.36 كيلوجول / مول عند 25.0 درجة مئوية.

الرقم الهيدروجيني

-محلول تركيز 1 م له أس هيدروجيني 2.4

- بالنسبة لمحلول 0.1M ، يكون الرقم الهيدروجيني له 2.9

- و 3.4 إذا كان الحل 0.01 م

التوتر السطحي

27.10 ميللي نيوتن / متر عند 25 درجة مئوية.

pKa

4.76 في 25 ج.

تفاعلات كيميائية

حمض الخليك غير قابلة للتآكل لكثير من المعادن، والإفراج عن H ₂ الغاز وتشكيل الأملاح المعدنية دعا الأسيتات. باستثناء خلات الكروم (II) ، فإن الأسيتات قابلة للذوبان في الماء. يتم تمثيل تفاعله مع المغنيسيوم بالمعادلة الكيميائية التالية:

Mg (s) + 2 CH ₃ COOH (ag) => (CH ₃ COO) ₂ Mg (ag) + H ₂ (g)

عن طريق الاختزال حمض الخليك أشكال الإيثانول. يمكن أن يشكل أيضًا أنهيدريد الخل من فقدان الماء من جزيئي ماء.

إنتاج

كما ذكرنا سابقًا ، ينتج التخمير حمض الأسيتيك. يمكن أن يكون هذا التخمير هوائيًا (في وجود الأكسجين) أو لاهوائيًا (بدون أكسجين).

التخمر التأكسدي أو الهوائي

يمكن أن تعمل البكتيريا من جنس Acetobacter على الإيثانول أو الكحول الإيثيلي ، مما يتسبب في أكسدة حمض الأسيتيك على شكل خل. بهذه الطريقة يمكن إنتاج خل بتركيز 20٪ حمض أسيتيك.

هذه البكتيريا قادرة على إنتاج الخل ، وتعمل على مجموعة متنوعة من المدخلات التي تشمل الفواكه المختلفة ، والبقوليات المخمرة ، والشعير ، والحبوب مثل الأرز أو الخضروات الأخرى التي تحتوي أو يمكن أن تنتج الكحول الإيثيلي.

يكون التفاعل الكيميائي الذي تسهله بكتيريا جنس Acetobacter كما يلي:

CH ₃ CH ₂ OH + O ₂ => CH ₃ COOH + H ₂ O

يتم التخمير التأكسدي في خزانات مع التحريك الميكانيكي وإمداد الأكسجين.

التخمير اللاهوائي

يعتمد على قدرة بعض البكتيريا على إنتاج حمض الأسيتيك من خلال العمل مباشرة على السكريات ، دون الحاجة إلى مواد وسيطة لإنتاج حمض الأسيتيك.

C ₆ H ₁₂ O ₆ => 3CH ₃ COOH

والبكتيريا التي تتدخل في هذه العملية هي Clostridium acetobutylicum ، القادرة على التدخل في تخليق مركبات أخرى ، بالإضافة إلى حمض الأسيتيك.

يمكن أن تنتج بكتيريا الأسيتوجين حمض الأسيتيك ، الذي يعمل على جزيئات تتكون من ذرة كربون واحدة فقط ؛ هذا هو الحال مع الميثانول وأول أكسيد الكربون.

يعتبر التخمير اللاهوائي أقل تكلفة من التخمير التأكسدي ، ولكن له حدود أن بكتيريا جنس المطثية ليست شديدة المقاومة للحموضة. هذا يحد من قدرتها على إنتاج الخل بتركيز عالٍ من حمض الأسيتيك ، كما يحدث في التخمر التأكسدي.

كربونيل الميثانول

يمكن أن يتفاعل الميثانول مع أول أكسيد الكربون لإنتاج حمض الأسيتيك في وجود المحفزات

CH ₃ OH + CO => CH ₃ COOH

باستخدام اليودوميثان كمحفز ، يحدث تحويل الميثانول بالكربونيل على ثلاث مراحل:

في المرحلة الأولى ، يتفاعل حمض الهيدرويودك (HI) مع الميثانول ، وينتج اليودوميثان ، والذي يتفاعل في المرحلة الثانية مع أول أكسيد الكربون ، مكونًا مركب يودو أسيتالديهيد (CH ₃ COI). يتم بعد ذلك ترطيب CH ₃ COI لإنتاج حمض الأسيتيك وتجديد HI.

عملية مونسانتو (1966) هي طريقة لتصنيع حمض الأسيتيك عن طريق التحفيز بالكربونيل الميثانول. تم تطويره عند ضغط 30 إلى 60 ضغط جوي ، عند درجة حرارة 150-200 درجة مئوية ، وباستخدام نظام محفز الروديوم.

تم استبدال عملية مونسانتو إلى حد كبير بعملية Cativa (1990) التي طورتها شركة BP Chemicals LTD ، والتي تستخدم محفزًا من الإيريديوم. هذه العملية أرخص وأقل تلويثا.

أكسدة الأسيتالديهيد

تتطلب هذه الأكسدة محفزات معدنية مثل النفثينات ، أملاح المنغنيز ، الكوبالت أو الكروم.

2 CH ₃ CHO + O ₂ => 2 CH ₃ COOH

يمكن أن يكون لأكسدة الأسيتالديهيد إنتاجية عالية جدًا يمكن أن تصل إلى 95٪ باستخدام محفزات مناسبة. يتم فصل المنتجات الجانبية للتفاعل عن حمض الأسيتيك بالتقطير.

بعد طريقة كربونيل الميثانول ، تكون أكسدة الأسيتالديهيد هي الشكل الثاني في النسبة المئوية للإنتاج الصناعي لحمض الأسيتيك.

التطبيقات

صناعي

- يتفاعل حمض الخليك مع الإيثيلين في وجود الأكسجين لتكوين مونومر أسيتات الفينيل ، باستخدام البلاديوم كمحفز للتفاعل. تتبلمر أسيتات الفينيل إلى أسيتات البولي فينيل ، والتي تستخدم كمكون في الدهانات والمواد اللاصقة.

- يتفاعل مع الكحوليات المختلفة لإنتاج الإسترات ، بما في ذلك أسيتات الإيثيل وأسيتات البروبيل. تُستخدم إسترات الأسيتات كمذيبات للأحبار والنيتروسيليلوز والطلاء والورنيش وطلاء الأكريليك.

- بتكثيف جزيئين من حمض الأسيتيك ، وفقدان جزيء واحد من الجزيء ، يتم تكوين أنهيدريد الخل ، CH ₃ CO-O-COCH ₃. يشارك هذا المركب في تصنيع أسيتات السليلوز ، وهو بوليمر يشكل نسيجًا اصطناعيًا ويستخدم في إنتاج أفلام التصوير.

كمذيب

-مذيب قطبي له القدرة على تكوين روابط هيدروجينية. إنه قادر على إذابة المركبات القطبية مثل الأملاح غير العضوية والسكريات ، ولكنه يذيب أيضًا المركبات غير القطبية مثل الزيوت والدهون. علاوة على ذلك ، حمض الأسيتيك قابل للامتزاج بالمذيبات القطبية وغير القطبية.

- تعتمد قابلية الامتزاج لحمض الأسيتيك في الألكانات على امتداد سلسلتها: كلما زاد طول سلسلة الألكان ، تقل قابليتها للامتزاج مع حمض الأسيتيك.

الأطباء

- يستخدم حمض الأسيتيك المخفف كمطهر ، يطبق موضعياً ، مع القدرة على مهاجمة البكتيريا مثل العقديات ، المكورات العنقودية ، والسودوموناس. نتيجة لهذا الإجراء يتم استخدامه في علاج التهابات الجلد.

- يستخدم حمض الأسيتيك في تنظير مريء باريت. هذه حالة تتغير فيها بطانة المريء ، وتصبح مشابهة لبطانة الأمعاء الدقيقة.

- يبدو أن هلام حمض الأسيتيك بتركيز 3٪ هو مادة مساعدة فعالة للعلاج بعقار الميزوبروستول المهبلي ، مما يؤدي إلى الإجهاض الدوائي في الثلث الأوسط من الحمل ، خاصة عند النساء ذوات درجة الحموضة المهبلية 5 أو أكثر.

- تستخدم كبديل للتقشير الكيميائي. ومع ذلك ، فقد نشأت مضاعفات مع هذا الاستخدام ، حيث تم الإبلاغ عن حالة حروق واحدة على الأقل تعرض لها مريض.

في الغذاء

تم استخدام الخل كتوابل ونكهة للأطعمة لفترة طويلة ، وهذا هو السبب في أن هذا هو أفضل تطبيق معروف لحمض الخليك.

المراجع

1. Byju's. (2018). ما هو حمض الايثانويك؟ تم الاسترجاع من: byjus.com
2. بوبكيم. (2018). حمض الاسيتيك. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. ويكيبيديا. (2018). حمض الاسيتيك. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
4. كتاب كيميائي. (2017). حمض الخليك الجليدي. تم الاسترجاع من: chemicalbook.com
5. حمض الخليك: ما هو وما الغرض منه؟ تم الاسترجاع من: acidoacetico.info
6. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). ما هو حمض الخليك الجليدي؟ تم الاسترجاع من: thinkco.com