MUURAHAISHAPPO (HCOOH): RAKENNE, KÄYTTÖ JA OMINAISUUDET - KEMIA - 2026

Muurahaishappo tai metaanihappo on yksinkertaisin ja pienin kaikkien orgaanisten happojen yhdistettä. Se tunnetaan myös nimellä metaanihappo ja sen molekyylikaava on HCOOH, jolla on vain yksi vetyatomi sitoutuneena hiiliatomiin. Sen nimi johtuu sanasta Formica, joka on latinaksi ant.

1500-luvun luonnontieteilijät havaitsivat, että tietyt hyönteislajit (muurahaishapot), kuten muurahaiset, termiitit, mehiläiset ja kovakuoriaiset, erittävät tämän yhdisteen, joka on vastuussa heidän tuskallisista pistoksistaan. Samoin nämä hyönteiset käyttävät muurahaishappoa hyökkäyksen, puolustuksen ja kemiallisen signaloinnin mekanismina.

Muurahaiset ja kovakuoriaiset erittävät muurahaishappoa

Heillä on myrkyllisiä rauhasia, jotka erittävät tämän ja muut hapot (esimerkiksi etikkahappo) sumutteena ulkopuolelle. Muurahaishappo on vahvempi kuin etikkahappo (CH ₃ COOH); tämän vuoksi muurahaishappo, liuotettuna yhtä suuret määrät veteen, tuottaa liuoksia, joilla on alhaisemmat pH-arvot.

Englantilainen luonnontieteilijä John Ray onnistui eristämään muurahaishapon vuonna 1671 tislaamalla sen suurista määristä muurahaisia.

Toisaalta, tämän yhdisteen ensimmäisen onnistuneen synteesin suoritti ranskalainen kemisti ja fyysikko Joseph Gay-Lussac käyttämällä reagenssina syaanivetyhappoa (HCN).

Missä se sijaitsee?

Muurahaishappoa voi olla läsnä maanpäällisillä tasoilla, osana biomassaa tai ilmakehässä, mukana monissa kemiallisissa reaktioissa; Se voi olla jopa maan alla, öljyn sisällä tai sen pinnalla olevassa kaasufaasissa.

Biomassan suhteen hyönteiset ja kasvit ovat tämän hapon päägeneraattoreita. Fossiilisia polttoaineita poltettaessa ne tuottavat kaasumaista muurahaishappoa; tämän seurauksena ajoneuvojen moottorit vapauttavat muurahaishappoa ilmakehään.

Maapallossa asuu kuitenkin liiallinen määrä muurahaisia, ja näiden joukossa ne pystyvät tuottamaan tuhansia kertoja muurahaishapon määrän, jonka ihmisteollisuus tuottaa vuodessa. Samoin metsäpalot edustavat muurahaishapon kaasumaisia ​​lähteitä.

Korkeammalla kompleksisessa ilmakehän matriisissa tapahtuvat muurahaishappoa syntetisoivia fotokemiallisia prosesseja.

Tässä vaiheessa monet haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) hajoavat ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta tai hapettuvat OH-vapaiden radikaalien mekanismeilla. Rikas ja monimutkainen ilmakehän kemia on ylivoimaisesti muurahaishapon lähde planeetalla.

Rakenne

Yläkuva kuvaa muurahaishapon kaasufaasidimeerin rakennetta. Valkoiset pallot vastaavat vetyatomeja, punaiset pallot happiatomeiksi ja mustat pallot hiiliatomeiksi.

Näissä molekyyleissä voidaan nähdä kaksi ryhmää: hydroksyyli (–OH) ja formyyli (–CH = O), jotka molemmat kykenevät muodostamaan vety sidoksia.

Nämä vuorovaikutukset ovat O-HO-tyyppiä, hydroksyyliryhmät ovat H: n luovuttajia ja formyyliryhmät ovat O: n luovuttajia.

Hiiliatomiin kiinnittyneellä H: llä ei kuitenkaan ole tätä kykyä. Nämä vuorovaikutukset ovat erittäin vahvoja ja johtuen elektroneista huonosta H-atomista, OH-ryhmän vety on happamampi; siksi tämä vety stabiloi edelleen siltoja.

Edellä esitetyn seurauksena muurahaishappo esiintyy dimeerinä eikä yksittäisenä molekyylinä.

Kristallirakenne

Lämpötilan laskiessa dimeri suuntaa vedyssidoksensa tuottaakseen mahdollisimman vakaan rakenteen yhdessä muiden dimeerien kanssa, jolloin syntyy muurahaishapon äärettömiä a- ja β-ketjuja.

Toinen nimikkeistö on "cis" ja "trans" -muuntajat. Tässä tapauksessa "cis": tä käytetään nimittämään samaan suuntaan suuntautuneita ryhmiä ja "trans" ryhmille vastakkaisiin suuntiin.

Esimerkiksi a-ketjussa formyyliryhmät "osoittavat" samalle puolelle (vasen), toisin kuin p-ketju, jossa nämä formyyliryhmät osoittavat vastakkaisille puolille (ylempi kuva).

Tämä kiteinen rakenne riippuu siihen vaikuttavista fysikaalisista muuttujista, kuten paine ja lämpötila. Siksi ketjut ovat vaihdettavissa; ts. erilaisissa olosuhteissa "cis" -ketju voidaan muuttaa "trans" -ketjuksi ja päinvastoin.

Jos paineet nousevat rajuihin tasoihin, ketjut puristuvat niin paljon, että niitä voidaan pitää muurahaishapon kiteisenä polymeerinä.

ominaisuudet

- Muurahaishappo on huoneenlämpöinen neste, väritön ja voimakkaan ja läpäisevän hajun kanssa. Sen molekyylipaino on 46 g / mol, sulaa 8,4ºC: n lämpötilassa ja sen kiehumispiste on 100,8ºC, veden korkeampi.

- Se sekoittuu veteen ja polaarisiin orgaanisiin liuottimiin, kuten eetteriin, asetoniin, metanoliin ja etanoliin.

- Toisaalta aromaattisissa liuottimissa (kuten bentseeni ja tolueeni) se liukenee heikosti, koska muurahaishapolla on tuskin yksi hiiliatomi rakenteessaan.

- Sen pKa on 3,77, happamampi kuin etikkahappo, mikä selitetään sillä, että metyyliryhmä tarjoaa elektronisen tiheyden kahden hapen hapettamalle hiiliatomille. Tämä johtaa lievää laskua happamuus protonin (CH ₃ COOH, HCOOH).

- deprotonoidaan happo, se tulee HCOO ^- muoto anioni, joka voi delocalize negatiivinen varaus kahden happiatomin. Näin ollen se on vakaa anioni ja selittää muurahaishapon korkean happamuuden.

reaktiot

Muurahaishappo voidaan dehydratoida hiilimonoksidiksi (CO) ja vedeksi. Platinakatalyyttien läsnä ollessa se voi myös hajota molekyylivetyksi ja hiilidioksidiksi:

HCOOH (l) → H ₂ (g) + CO ₂ (g)

Tämän ominaisuuden ansiosta muurahaishappoa voidaan pitää turvallisena tapana vedyn varastointiin.

Sovellukset

Elintarviketeollisuus

Huolimatta siitä, kuinka muurahaishappo voi olla haitallista, sitä käytetään riittävissä pitoisuuksissa säilöntäaineena ruoassa antibakteerisen vaikutuksensa vuoksi. Samasta syystä sitä käytetään maataloudessa, jolla sillä on myös torjunta-ainevaikutus.

Sillä on myös suojaava vaikutus laitumille, mikä auttaa estämään suolistokaasua siitoseläimissä.

Tekstiili- ja jalkineteollisuus

Sitä käytetään tekstiiliteollisuudessa tekstiilien värjäyksessä ja jalostamisessa, mikä on ehkä tämän hapon yleisin käyttö.

Muurahaishappoa käytetään nahan käsittelyssä rasvanpoistovaikutuksensa vuoksi ja tämän materiaalin karvojen poistoon.

Tieliikenteen turvallisuus

Ilmoitetun teollisuuskäytön lisäksi muurahaishappojohdannaisia ​​(formaatteja) käytetään Sveitsissä ja Itävallassa teillä talvella onnettomuuksien riskin vähentämiseksi. Tämä käsittely on tehokkaampaa kuin tavallisen suolan käyttö.

Viitteet

1. Tellus (1988). Muurahaishapon muurahaishappo muurahaishappo muurahaisista: alustava arvio 408, 335-339.
2. B. Millet et ai. (2015). Ilmakehän muurahaishapon lähteet ja nieluja. Atmos. Chem. Phys., 15, 6283 - 6304.
3. Wikipedia. (2018). Muurahaishappo. Haettu 7. huhtikuuta 2018, osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Acipedia. Muurahaishappo. Haettu 7. huhtikuuta 2018, sivulta: acipedia.org
5. Tohtori NK Patel. Moduuli: 2, luento: 7. Muurahaishappo. Haettu 7. huhtikuuta 2018, osoitteesta: nptel.ac.in
6. F. Goncharov, MR Manaa, JM Zaug, LE Fried, WB Montgomery. (2014). Muurahaishapon polymerointi korkeassa paineessa.
7. Jean ja Fred. (14. kesäkuuta 2017). Termiitit jättävät kukkulat.. Palautettu osoitteesta: flickr.com
8. Michelle Benningfield. (2016, 21. marraskuuta). Muurahaishapon käyttö. Haettu 7. huhtikuuta 2018, osoitteesta: ehowenespanol.com