Ácidu acético

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Ácidu acético
más imáxenes
Xeneral
Estructura química
Fórmula química	C₂H₄O₂
SMILES canónicu	modelu 2D
MolView	modelu 3D
Propiedaes físiques
Masa	60,021129366 unidá de masa atómica
Densidá absoluta	1,05 gramu por centímetru cúbicu, 1,0446 gramu por centímetru cúbicu
Puntu de fusión	62 Grau Fahrenheit, 16,6±0,1 grau Celsius, 17±3 grau Celsius
Puntu d'ebullición	244 Grau Fahrenheit, 117,9±0,1 grau Celsius, 117,9±0,2 grau Celsius
Índiz de refraición	1,372
Enerxía d'ionización	10,66 electrón-voltiu
Propiedaes termoquímiques
Entalpía de formación	−487 quiloxuliu por mol
Peligrosidá
Puntu d'inflamabilidá	103 Grau Fahrenheit, 39±6 grau Celsius
Temperatura d'autoignición	427 grau Celsius
Llímite inferior d'esplosividá	4 porcentaxe en volume
Llímite superior d'esplosividá	19,9 porcentaxe en volume
Identificadores
IDLH	50 partes per millón, 123 miligramu por metru cúbicu
11 milímetru de mercuriu, 10 kilopascal, 100 kilopascal

L'ácidu acéticu (tamién llamáu ácidu metilcarboxílicu o ácidu etanoicu) puede atopase en forma d'ion acetato. Atopar nel vinagre, y ye'l principal responsable del so sabor y golor agrios. La so fórmula ye CH₃-COOH (C₂H₄O₂). Acordies cola IUPAC, denominar sistemáticamente ácidu etanoico.

Fórmula química; el grupu carboxilo, que-y confier l'acidez, ta n'azul.

Ye'l segundu de los acedos carboxílicos, dempués del ácidu fórmico o metanoico, que solo tien un carbonu, y antes del acedu propanoico, que yá tien una cadena de tres carbonos.

El puntu de fusión ye 16,6 °C y el puntu de bullidura ye 117,9 °C.

En disolución aguacienta, puede perder el protón del grupu carboxilo pa dar el so base conxugada, el acetato. El so pKa ye de 4,8 a 25 °C, lo cual significa, que al pH moderadamente ácidu de 4,8, la metá de les sos molécules esprenderíense del protón. Esto fai que sía un ácidu débil y que, en concentraciones fayadices, pueda formar disoluciones tampón cola so base conxugada. La constante de disociación a 20 °C ye Ka = 1,75·10⁻⁵.

Ye d'interés pa la química orgánica como reactivu, pa la química inorgánica como amestando, y pa la bioquímica como metabolito (activáu como acetil-coenzima A). Tamién s'utiliza como sustratu, na so forma activada, en reacciones catalizadas poles enzimes conocíes como acetiltransferases y, en concretu, histona acetiltransferasas.

Güei día, la vía natural del so llogru ye al traviés de la carbonilación (reacción con CO) de metanol. Antaño producíase por oxidación d'etilenu en acetaldehídu, que aferruñábase darréu pa llograr, finalmente, l'ácidu acético.

Producción

Ye producíu por síntesis y por fermentadura bacteriana. Anguaño, la ruta biolóxica apurre cerca del 10 % de la producción mundial, pero sigue siendo importante na producción d'el vinagre, yá que les lleis mundiales de pureza d'alimentos axusten que'l vinagre pa usu n'alimentos tien de ser d'orixe biolóxicu. Cerca del 75 % del ácidu acético fechu na industria químico ye preparada por carbonilación del metanol, esplicada más palantre. Los métodos alternativos (como isomerización de formiato de etilo, conversión de gas de síntesis, oxidación d'etilenu y etanol) apurren el restu.^[1][2]

En distintes reacciones l'ácidu acético ye un productu secundariu. Por casu, na síntesis d'ácidu acrílico a partir de propanu, propileno y acroleína, l'ácidu acético produzse tamién con selectividaes ente 1 y 15%.^[3][4] La producción fermentativa d'acedu láctico produz tamién acedu acético.^[5] La producción mundial total d'acedu acético virxe envalorar en 5 Mt/a (millones de tonelaes per añu), y aproximao la metá ye producida nos Estaos Xuníos. La producción d'Europa ye aproximao 1 Mt/a y ta en descensu, y en Xapón prodúcense 0,7 Mt/a. Otru 1,5 Mt recíclase cada añu, lo que da, nel mercáu mundial, un total de 6,5 Mt/a.^[6][7] Los dos mayores productores d'acedu acético virxe son Celanese y BP. Otru productores importantes son Millennium Chemicals, Sterling Chemicals, Samsung, Eastman Chemical Company y Svensk Etanolkemi.

Carbonilación del metanol

La mayor parte del ácidu acético producir por carbonilación del metanol. Nesti procesu, el metanol y el monóxidu de carbonu reaccionen pa producir acedu acético, d'alcuerdu a la ecuación química:

${\displaystyle CH_{3}OH+CO\longrightarrow CH_{3}COOH}$

El procesu arreya al yodometano como un intermediariu, y asocede en tres pasos. Precísase un catalizador, xeneralmente un complexu metálicu, pa la carbonilación (etapa 2).

(1) ${\displaystyle CH_{3}OH+HI\longrightarrow CH_{3}I+H_{2}O}$

(2) ${\displaystyle CH_{3}I+CO\longrightarrow CH_{3}COI}$

(3) ${\displaystyle CH_{3}COI+H_{2}O\longrightarrow CH_{3}COOH+HI}$

Al modificar les condiciones del procesu, tamién puede producise anhídridu acético na mesma planta. Por cuenta de que tanto'l metanol y el monóxidu de carbonu son materies brutes barates, la carbonilación del metanol paecía ser un métodu curiosu pa la producción d'ácidu acético.

Planta de purificación y concentración d'ácidu acético. Semeya de 1884.

Henry Dreyfus, na compañía británica Celanese, desenvolvió una planta piloto de carbonilación del metanol yá en 1925.^[8] Sicasí, la falta de materiales práuticos que pudieren contener la reacción corroyente a l'alta presión riquida (200 atm) desanimó la comercialización d'estes rutes. El primer procesu comercial de carbonilación del metanol, qu'usaba un catalizador de cobaltu, foi desenvueltu pola compañía química alemana BASF en 1963.

En 1968, un catalizador basáu en rodio (cis-[Rh (CO)₂I₂]^- amosó que podría actuar eficientemente a menor temperatura, y con casi nengún subproductu. La primer planta n'usar esti catalizador foi construyida pola compañía química norteamericana Monsanto en 1970, y la carbonilación del metanol catalizada por rodio constituyir nel métodu dominante de producción d'ácidu acético (ver procesu Monsanto). Nes acabadures de los años 1990, les compañíes químiques de BP comercializaron el catalizador del procesu Cativa (Dir (CO)₂I₂]⁻), que ye promovíu pol ruteniu. Esti procesu catalizado por iridiu ye más verde y más eficiente^[9] y sustituyó llargamente al procesu Monsanto, frecuentemente nes mesmes plantes de producción.

Oxidación del acetaldehídu

Antes de la comercialización del procesu Monsanto, la mayor parte d'acedu acético producir por oxidación del acetaldehídu. Este permanez como'l segundu métodu más importante de fabricación, anque nun ye competitivu cola carbonilación del metanol.

L'acetaldehídu puede ser producíu por oxidación del butanu o nafta llixero, o por hidratación del etilenu. Cuando'l butanu o la nafta llixera son calecíos con aire na presencia de dellos iones metálicos, incluyendo los de manganesu, cobaltu y cromu; fórmase'l peróxidu y depués descomponse pa producir acedu acético según la ecuación química:

${\displaystyle 2C_{4}H_{10}+5O_{2}\longrightarrow 4CH_{3}COOH+2H_{2}O}$

Xeneralmente, la reacción llevar a cabu nuna combinación de temperatura y presión diseñaes pa ser lo más caliente posibles mientres se caltién al butanu en fase líquida. Unes condiciones de reacción típiques son 150 °C and 55 atm. Pueden formase subproductos, qu'inclúin a la butanona, acetato de etilo, ácidu fórmico y acedu propiónico. Estos subproductos tamién son de valor comercial, y les condiciones de reacción pueden ser modificaes pa producir más d'ellos si son económicamente preseos. Sicasí, la separación d'acedu acético de los subproductos amiesta costu al procesu.

En condiciones similares y usando catalizadores similares a los usaos pa la oxidación del butanu, l'acetaldehídu pue ser aferruñáu pol osíxenu nel aire pa producir acedu acético

${\displaystyle 2CH_{3}CHO+O_{2}\longrightarrow 2CH_{3}COOH}$

Usando catalizadores modernos, esta reacción puede tener un rendimientu d'ácidu acético superior al 95 %.

Los principales subproductos son el acetatu d'etilu, ácidu fórmicu y formaldehídu, toos ellos con un puntu de bullidura menor que'l del ácidu acético, y pueden dixebrase fácilmente por destilación.^[10]

Oxidación del etilenu

El acetaldehídu puede ser preparáu a partir del etilenu per mediu del procesu Wacker, pero cabo mentar que nun puede ser ferruñosu. Más apocayá comercializóse una conversión del etilenu a ácidu acético más barata y nuna sola etapa pola compañía química Showa Denko, qu'abrió una planta d'oxidación d'etilenu en Ōita, Xapón, en 1997.^[11] El procesu ta desencadenáu por un catalizador metálicu de paladiu nun soporte de heteropoliácido, tal como'l acedu tungstosilícico. Créese qu'esti métodu ye competitivu cola carbonilación del metanol en plantes pequeñes (100–250 kt/a), dependiendo del preciu llocal del etilenu.

Fermentadura oxidativa

Mientres la mayor parte de la historia de la humanidá, l'ácidu acéticu, na forma de vinagre, foi preparáu por bacteries del xéneru Acetobacter. En presencia d'abondu osíxenu, estes bacteries pueden producir vinagre a partir d'una amplia variedá d'alimentos alcohólicos. Dellos insumos comunes son la sidra, el vinu, cebera lleldáu, malta, arroz, o pataques. La reacción química xeneral facilitada por estes bacteries ye:

${\displaystyle C_{2}H_{5}OH+O_{2}\longrightarrow CH_{3}COOH+H_{2}O}$

Una solución esleida d'alcohol, inoculada con Acetobacter y caltenida nun llugar templao y ventilao va faese vinagre nel intre de dellos meses. Los métodos industriales de preparación de vinagre aceleren esti procesu al ameyorar el suministru d'osíxenu a les bacteries.

Probablemente, la primer producción vinagre foi consecuencia d'errores na fermentadura mientres el procesu d'ellaboración de vinu. Si'l mostiu lleldar a temperatura demasiao alta, acetobacter va apoderar a la lleldu presente naturalmente nes uves.

Al aumentar la demanda de vinagre pa fines culinarios, médicos y sanitarios, los productores de vinos aprendieron rápido a usar otros materiales orgánicos pa producir vinagre nos meses templaos de branu, primero que les uves maurezan y tean llistes pa ser procesaes en vinu. Sicasí, esti métodu yera lentu y non siempres esitosu, y los productores de vinu nun entendíen el procesu.

Unu de los primeros procesos comerciales modernos yera'l "métodu rápidu" o "métodu alemán", practicáu primero n'Alemaña en 1823. Nesti procesu, la fermentadura tien llugar nuna torre empacada con forgaxes de madera o carbón. El insumo alcohólicu ye bombiáu na parte cimera de la torre y aire fresco ye suministráu dende la base, por conveición natural o forzada. El suministru d'aire ameyoráu nesti procesu amenorga'l tiempu pa preparar vinagre de meses a selmanes.

La mayor parte d'el vinagre anguaño ye fechu en cultivu de tanque somorguiáu, descritu per primer vegada en 1949 por Otto Hromatka y Heinrich Ebner. Nesti métodu, l'alcohol lleldar a vinagre nun tanque solmenáu de cutio, y suminístrase osíxenu burbuyando aire al traviés de la solución. Usando aplicaciones modernes d'esti métodu, puede preparar vinagre de 15 % acedu acético en solu 24 hores nun procesu por llotes, inclusive de 20 % en 60 hores.

Fermentadura anaeróbica

Delles especies de bacteries anaeróbicas, incluyendo miembros del xéneru Clostridium, pueden convertir los azucrees n'ácidu acético direutamente, ensin usar etanol como intermediariu. La reacción química total llevada a cabu por estes bacteries puede ser representada por:

${\displaystyle C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 3CH_{3}COOH}$

Más interesante dende'l puntu de vista d'un químicu industrial ye'l fechu de qu'estos acetógenos pueden producir acedu acético a partir de compuestos d'un carbonu, incluyendo metanol, monóxidu de carbonu, o un amiestu de dióxidu de carbonu y hidróxenu:

${\displaystyle 2CO_{2}+4H_{2}\longrightarrow CH_{3}COOH+2H_{2}O}$

Esta habilidá de Clostridium pa utilizar los azucres direutamente, o pa producir acedu acético de insumos menos costosos, significa qu'estes bacteries podríen producir acedu acético más eficientemente que los oxidadores de etanol como Acetobacter. Sicasí, les bacteries Clostridium son menos tolerantes al ácidu que les Acetobacter. Inclusive les cepes de Clostridium más tolerantes al ácidu solo pueden producir vinagre de bien baxa concentración porcentual d'acedu acético, comparáu con cepes de Acetobacter que pueden producir vinagre d'hasta 20 % acedu acético. Nel presente, sigue siendo más efectivu en costu producir vinagre usando Acetobacter que producilo usando Clostridium y depués concentralo. Como resultancia, anque les bacteries acetogénicas conocer dende 1940, el so usu industrial sigue tando confináu a unes poques aplicaciones.

Aplicaciones y usos

• En apicultura, utilizar pal control de les bárabos y güevos de les poliyes de la cera, enfermedá denomada galleriosis, que destrúin los setues de cera que les abeyes melíferas obren pa criar o atropar la miel.
• Les sos aplicaciones na industria químico van bien amestaes a les sos ésteres, como son el acetato de vinilu o'l acetato de celulosa (base pa la fabricación de nailon, rayón, celofán, etcétera).
• Son llargamente conocíes les sos propiedaes como mordiente en soluciones fijadoras, pa la preservación de texíos (histoloxía), onde actúa empíricamente como fijador de nucleoproteínas, y non asina de proteínes plasmátiques, yá sían globulares o fibroses. (Resultaos responder# por por J. Baker).
• Nel reveláu de fotografíes en blancu y negru, yera utilizáu nuna solución bien débil como "bañu de paru": al somorguiase nél el material revelao, neutralizábase la alcalinidad del bañu revelador y deteníase el procesu; darréu'l bañu fijador esaniciaba'l restu de material ensin revelar.
• Otros de los sos usos na medicina ye como tinte nes colposcopies pa detectar la infeición por virus de papiloma humanu, cuando'l texíu del cérvix tiñir de blancu col ácidu acético ye positivu pa infeición de virus de papiloma humanu, a esta tinción conózse-y como aceto blancu positivu.

Tamién, entemecíu con alcohol, ye útil pa la prevención d'otitis esterna.

• Tamién sirve na llimpieza de manches polo xeneral.
• Úsase tamién pa usos de cocina como vinagre y tamién de llimpieza.

Seguridá

L'ácidu acético concentráu ye corroyente y, por tanto, tien de ser remanáu con cuidu apropiáu, yá que puede causar quemadures na piel, dañu permanente nos güeyos, ya irritación a les membranes mucoses. Estes quemadures pueden nun apaecer hasta hores dempués de la esposición. Los guantes de látex nun ufierten proteición, asina que tienen d'usase guantes especialmente resistentes, como los fechos de goma de nitrilo, cuando se remana esti compuestu.

L'ácidu acético concentráu encender con dificultá nel llaboratoriu. Hai riesgu de flamabilidad si la temperatura ambiente entepasa los 39 °C (102 °F), y puede formar amiestos esplosivos col aire sobre esta temperatura (llende de explosividad: 5,4 %-16 %).

Los peligros de les soluciones d'acedu acético dependen de la so concentración. La siguiente tabla llista la clasificación XE de soluciones d'ácidu acético:

Símbolu de seguridá

Concentración por masa (%)	Molaridad (mol/L)	Clasificación	Frases R
10–25	1,67–4,16	Irritante (Xi)	R36, R38
25–90	4,16–14,99	Corroyente (C)	R34
>90	>14,99	Corroyente (C)	R10, R35

Les soluciones de más de 25 % acedu acético remanar nuna campana d'estracción de fumos, debíu al vapor corroyente y pungente. L'ácidu acético esleíu, na forma de vinagre, ye inocuo. Sicasí, la ingestión de soluciones fuertes ye peligrosa a la vida humana y animal polo xeneral. Puede causar dañu severu al sistema dixestivu, y causar un cambéu potencialmente letal na acidez de la sangre.

Por cuenta de incompatibilidaes, encamiéntase almacenar l'ácidu acético lloñe d'el acedu crómico, etilenglicol, acedu nítrico y el acedu perclórico.

Ver tamién

• acedu peracético

Referencies

1. Yoneda, N.; Kusano, S.; Yasui, M.; Puxáu, P.; Wilcher, S. (2001). «Recent advances in processes and catalysts for the production of acetic acid». Applied Catalysis A, Xeneral 221 (1-2):  páxs. 253-265. doi:10.1016/S0926-860X(01)00800-6. 
2. «Processo de obtenção d'acedu acético a partir de etanol». WO 2013053032 A1. 
3. (2011) to-berlin.de/bitstream/11303/3269/1/Dokument_8.pdf Kinetic studies of propane oxidation on Mo and V based mixed aferruñe catalysts, páx. 14-18; 77-100.
4. «The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 aferruñe catalysts». Journal of Catalysis (311):  p. 369-385. 2014. doi:10.1016/j.jcat.2013.12.008. http://pubman.mpdl.mpg.de/pubman/item/escidoc:1896844:6/component/escidoc:1896843/JCAT-13-716_revised_06Dec2013.pdf. 
5. «PRODUÇÕYE D'ACEDU ACÉTICO, ETANOL Y DOS ISÔMEROS ÓTICOS DO ACEDU LÁTICO POR LINHAGENS DE Lactobacillus ISOLADAS DE FERMENTAÇÕYE ALCOÓLICAS INDUSTRIAIS». Ciênc. agrotec. 32:  p. 503-509. 2008. http://www.scielo.br/pdf/cagro/v32n2/25.pdf. Consultáu'l 2017. 
6. «Production report». Chem. Eng. News:  páxs. pp. 67–76. 11 de xunetu de 2005. 
7. «Acetic Acid», Chemicals Economic Handbook, SRI International, http://www.sriconsulting.com/CEH/Public/Reports/602.5000/ 
8. «Acetic acid», Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (3rd edition edición), John Wiley & Sons 
9. Lancaster, Mike (2002). Green Chemistry, an Introductory Text. Cambridge: Royal Society of Chemistry, páx.  262–66. ISBN 0-85404-620-8.
10. «Acetic acid». National Institute of Standards and Technology. Consultáu'l 3 de febreru de 2008.
11. Sano, Ken-ichi; Uchida, Hiroshi; Wakabayashi, Syoichirou (1999). A new process for acetic acid production by direct oxidation of ethylene 3, páx. 66–60.

Enllaces esternos

• Wikimedia Commons tien conteníu multimedia tocante a Ácidu acético.
• Institutu Nacional de Seguridá ya Hixene nel Trabayu d'España: Ficha internacional de seguridá química del ácidu acético.