Какие физические свойства воды и уксусной кислоты позволяют их различить
Со школьной скамьи мы помним задания на уроках химии — сравнить свойства разных веществ: кристаллов, жидкостей и т.д. Сегодня мы совершим путешествие во времени. Вернемся назад в школу и проведем сравнительный анализ обыкновенной воды и уксусной кислоты. С этими жидкостями мы сталкиваемся не так уж и редко. Особенно с водой. Что касается уксуса, то в хозяйстве всегда должна быть бутылка этого вещества. Попробуем сравнить их…
Для начала уточним терминологию
Как мы знаем из курса химии, характеристики того или иного вещества зависят не только от химического состава. Большую роль играют концентрация элементов и наличие примесей. Например, уксусная кислота неоднородна по составу: бывает столовый уксус 3,6 и 9%, уксусная эссенция и т.д. Эти вещества хоть и относятся к одному химическому классу, но имеют существенные различия.
Рассмотрим подробнее:
- Уксусная кислота — это продукт окисления этилового спирта или же перегонки биологического сырья. К такому сырью относят переспелые фрукты, забродившие соки и вина. 100% уксус относится к категории слабых кислот, хорошо смешивается с водой, спиртом, бензолом и эфиром. При смешивании с Н2О получают уксусную эссенцию с концентрацией 70-80%.
- Столовый уксус — этот незаменимый в кулинарии и быту продукт получают разбавлением уксусной эссенции. Если исходное вещество имеет концентрацию 70-80%, то столовый уксус, обильно заправленный водой — всего 3, 6 или 9%. Получить из эссенции столовый уксус несложно. Достаточно правильно рассчитать объемы жидкостей.
Мы определили, что уксус имеет различную концентрацию, которая и определяет свойства, назначение и название раствора. Приступим к сравнению воды и уксусной кислоты.
Что важно при сравнительном анализе жидкостей?
В лаборатории, как правило, изучают физические и химические показатели веществ.
В первом случае определяют:
- Оптические характеристики — мутность/прозрачность, поглощение световых лучей.
- Вкус, запах.
- Температуру газообразование или плавления.
- Теплопроводность и теплоемкость.
- Плотность.
- Электропроводимость и другие свойства.
Химические показатели — это способность вещества вступать в реакции с другими химическими соединениями.
Итак, вода и уксусная кислота — прозрачные субстанции, которые при небольших объемах не имеют цвета. Температура кипения воды и уксуса примерно равные: вода — 100 градусов, а уксусная кислота — 118 градусов Цельсия. Уксус несколько плотнее воды, примерно на 1,05 кг/м3.
Физические отличия воды и уксуса:
- Чистая вода не обладает вкусом и запахом, тогда как уксусная кислота имеет характерный кисловатый привкус и резкий запах.
- Поверхностное натяжение воды выше в 3 раза и составляет 72,86 мН/м против 27,8 мН/м уксуса.
- При охлаждении вода превращается в кристаллы, а уксус в льдистую массу.
- Теплоемкость воды также выше в 2 раза — 4,1 Дж/г·K против 2,01 Дж/г·K уксуса.
Кроме того, различия уксуса и воды вызваны и химическими свойствами. В частности кислота имеет куда более сложную формулу — CH3COOH и представляет собой органическое вещество. Вода же — это неорганика и её формула проста — Н2О.
Общие химические показатели:
- Вода и уксус взаимодействуют с активными металлами — натрием, кальцием, калием и другими. Результат реакции — водород.
- Взаимодействуют с хлором и щелочными оксидами.
Отличительные характеристики:
- Вода имеет рН около 7, тогда как уксус — это кислота с рН равным 3.
- Вода — растворитель, тогда как уксус — окислитель.
- Н2О реагирует с солями слабых кислот — гидролиз, а уксус нет.
- Вода разлагается на молекулярные составляющие под воздействием электротока и высоких температур. Подобная реакция для уксусной кислоты потребует больших затрат энергии и наличие вещества-катализатора.
Уважаемые читатели!
Спасибо, что читаете наш блог! Получайте самые интересные публикации раз в месяц оформив подписку. Новым читателям предлагаем попробовать нашу воду бесплатно, при первом заказе выберите 12 бутылок (2 упаковки) минеральной воды BioVita или питьевой воды Stelmas. Операторы свяжутся с Вами и уточнят детали. Тел. 8 (800) 100-15-15
* Акция для Москвы, МО, Санкт-петербурга, ЛО
Получи самые интересные публикации
Вы можете отписаться в любой момент
Спасибо за подписку на нашу рассылку
Источник
На уроках химии часто дают задание сравнить свойства различных веществ – жидкостей, кристаллов. Сегодня мы постараемся разобраться, в чем сходства и различия уксусной кислоты и воды. С этими жидкостями мы сталкиваемся практически каждый день, и, чтобы не навредить себе, необходимо четко понимать разницу между ними.
Разберемся с терминами
В первую очередь нужно разъяснить некоторые моменты. Свойства определенного вещества зависят не только от его химической природы, но и от концентрации и наличия примесей. Существуют такие понятия, как уксусная кислота, уксусная эссенция и столовый уксус. Многие из нас эти понятия не различают. Сейчас мы расскажем, каковы сходные и отличительные свойства уксуса и воды.
Уксусная кислота – это чистый продукт, который получают путем окисления этилового спирта или перегонки биологического материала.
Сырьем могут служить спелые фрукты, соки или вина. В результате этого процесса получают 100% кислоту. Если вещество разбавить некоторым количеством чистой воды, получают уксусную эссенцию. Ее концентрация может составлять от 30 до 80%, но чаще всего встречается 70–80% раствор.
Столовый уксус получают путем разбавления уксусной эссенции большим количеством воды. Обычно концентрация такого продукта составляет 3, 6 или 9%. Именно такой уксус чаще всего встречается на прилавках наших магазинов и используется хозяйками в кулинарных целях. Превратить эссенцию в столовый уксус может любой, прежде математически рассчитав необходимые объемы жидкостей (методом креста).
Мы с вами выяснили, что уксус может иметь разную концентрацию, от которой и зависит название раствора. Далее рассмотрим свойства уксусной кислоты и воды, выделяя их сходства и отличия.
Показатели
Сравнивая различные жидкости, обращают внимание на основные физические и химические показатели. К физическим относятся:
- оптические показатели (прозрачность, поглощение света);
- наличие запаха и вкуса;
- температура плавления и газообразования;
- теплоемкость и теплопроводность;
- электропроводимость;
- плотность и др.
Химические характеристики показывают способность вещества реагировать с теми или иными химическими соединениями.
Физические характеристики
Оба наши предмета сравнения – прозрачные жидкости, которые при малом объеме не имеют цвета. Также вещества имеют близкие значения температуры плавления (вода – 0 °C, уксус – 16 °C) и газообразования (100 и 118 °C соответственно). Плотность уксуса относительно воды составляет 1,05 (вода – 1 кг/м3). На этом общие физические признаки заканчиваются.
Отличительные черты:
- Чистая вода не имеет ни вкуса, ни запаха, в то время как уксус отличается кислым вкусом и характерным резким запахом.
- Поверхностное натяжение кислоты при нормальных условиях равно 27,8 мН/м, тогда как у воды это значение намного выше (72,86 мН/м) и уступает только ртути.
- При замерзании вода превращается в кристаллы льда, а уксусная кислота – в льдовидную массу.
- Удельная теплоемкость кислоты составляет 2,01 Дж/г·K, а у воды данное значение выше – 4, 187 Дж/г·K. Это связано с тем, что при испарении H2O нужно много энергии для разрыва водородных связей.
Химические свойства
Сходства и различия уксуса и воды связаны с их химической природой.
Уксусная кислота имеет формулу CH3COOH и является органическим веществом, а вода – неорганическое соединение с формулой H2O.
Общие признаки:
- Взаимодействие с активными металлами: калием, кальцием, натрием и др. В результате реакций образуется водород.
- Дают реакцию со щелочными оксидами. Отличие заключается в выходных продуктах.
- Взаимодействуют с хлором, только в ходе реакции с водой образуется хлорная кислота, а с уксусом – хлоруксусная.
- Иногда H2O рассматривают как основание и кислоту одновременно.
Отличительные свойства:
- H2O плохо диссоциирует, а также имеет нейтральное значение pH (7), CH3COOH – слабая и легко диссоциирующая кислота со значением pH около 3.
- Вода чаще всего выступает в роли сильнополярного растворителя, а уксус – окислителя.
- H2O реагирует с солями слабых кислот и оснований, в результате чего происходит их полный гидролиз.
- Вода способна разлагаться на молекулярные составляющие под действием электрического тока и высоких температур. Разложение CH3COOH требует много энергии и наличие катализатора.
Изучение свойств уксусной кислоты: Видео
Оценка статьи:
(Пока оценок нет)
Загрузка…
Источник
Обычная бутылка пищевого уксуса, которую можно найти на кухне у любой домохозяйки, имеет в составе множество других кислот и витаминов. Добавление пары капель продукта в приготовленную пищу, салаты вызывает естественное усиление вкуса. Но мало кто из нас всерьез задумывался о свойствах и реальных масштабах применения основного компонента – уксусной кислоты.
Что это за вещество?
Формула уксусной кислоты СН3СООН, что относит ее к ряду жирных карбоновых кислот. Присутствие одной карбоксильной группы (СООН) относит ее к одноосновным кислотам. Вещество встречается на земном шаре в органическом виде и получается синтетическим путем в лабораториях. Кислота является самым простым, но не менее важным представителем своего ряда. Легко растворяется в воде, гигроскопична.
Физические свойства уксусной кислоты и плотность меняются в зависимости от температурного режима. При комнатной температуре в 20оС кислота находится в жидком состоянии, обладает плотностью 1,05 г/см3. Имеет специфический запах и кисловата на вкус. Раствор вещества без примесей твердеет и переходит в кристаллы на температуре ниже 17оС. Процесс кипения уксусной кислоты начинается при температуре свыше 117оС. Метиловая группа (СН3) формулы уксусной кислоты получается при взаимодействии спиртов с кислородом: брожение спиртовых веществ и углеводов, скисание вин.
Немного истории
Открытие уксуса было одним из первых в ряду кислот и совершалось поэтапно. Вначале уксусную кислоту стали добывать путем перегонки арабские ученые 8-го века. Однако еще в древнем Риме это вещество, полученное из скисшего вина, использовалось в качестве универсального соуса. Само название с древнегреческого переводится как “кислый”. В 17 веке ученым Европы удалось добыть чистую субстанцию вещества. На тот момент они вывели формулу и обнаружили необычную способность – уксусная кислота в парообразном состоянии воспламенялась голубым огнем.
Вплоть до 19-го века ученые находили присутствие уксусной кислоты только в органическом виде – как часть соединений солей и эфиров. В составе растений и их плодов: яблок, винограда. В организме людей и животных: потовые выделения, желчь. В начале 20-го века русские ученые случайным образом добыли уксусный альдегид из реакции ацетилена с окисью ртути. На сегодня потребление уксусной кислоты на столько велико, что ее основная добыча происходит только синтетическим способом в огромных масштабах.
Способы добычи
Будет ли уксусная кислота чистого вида или с наличием примесей в растворе зависит от метода добычи. Пищевая уксусная кислота получается биохимическим методом в процессе брожения этанола. В промышленности выделяют несколько способов добычи кислоты. Как правило, реакции сопровождаются высокой температурой и наличием катализаторов:
- Метанол в реакции с углеродом (карбонилирование).
- Окислением фракции нефти кислородом.
- Пиролизом древесины.
- Окислением ацетальдегида кислородом.
Промышленный способ эффективнее и экономичнее биохимического. Благодаря промышленному способу, объем производства уксусной кислоты в 20-м и 21-м столетии вырос в сотни раз, по сравнению с 19-м веком. На сегодня синтез уксусной кислоты карбонилированием метанола дает боле 50% от всего производимого объема.
Физические свойства уксусной кислоты и влияние ее на индикатор
В жидком состоянии уксусная кислота бесцветна. Уровень кислотности pH 2,4 легко проверяется лакмусовой бумажкой. Уксусная кислота при попадании на индикатор окрашивает его в красный цвет. Физические свойства уксусной кислоты меняются визуально. Когда температура опускается ниже 16оС, вещество принимает твердую форму и напоминает мелкие кристаллы льда. Она легко растворяется в воде и взаимодействует с широким спектром растворителей, кроме сероводорода. Уксусная кислота снижает общий объем жидкости при разбавлении ее водой. Самостоятельно опишите физические свойства уксусной кислоты, ее цвет и консистенцию, которые вы наблюдаете на следующем изображении.
Вещество воспламеняется при температуре от 455оС с выделением теплоты в 876 кДж/моль. Молярная масса составляет 60,05 г/моль. Физические свойства уксусной кислоты как электролита в реакциях проявляются слабо. Диэлектрическая проницаемость равна 6,15 при комнатной температуре. Давление, как и плотность, – переменная величина физического свойства уксусной кислоты. При давлении 40 мм. рт. ст. и температуре 42оС начнется процесс кипения. Но уже при давлении в 100 мм. рт. ст. кипение произойдет только при 62оС.
Химические свойства
Вступая в реакцию с металлами и оксидами, вещество проявляет свои кислотные свойства. Прекрасно растворяя в себе более сложные соединения, кислота образует соли, которые называются ацетаты: магния, свинца, калия и др. Значение pK кислоты составляет 4,75.
При взаимодействии с газами уксус вступает в реакцию замещения с последующим вытеснением и образованием более сложных кислот: хлоруксусной, йодоуксусной. Растворяясь в воде, кислота диссоциирует с выделением ацетат-ионов и протонов водорода. Степень диссоциации равна 0,4 процента.
Физические и химические свойства молекул уксусной кислоты в кристаллическом виде создают диамеры на водородных связях. Также ее свойства необходимы при создании более сложных жирных кислот, стероидов и биосинтезе стеринов.
Лабораторные испытания
Обнаружить уксусную кислоту в растворе можно за счет выявления ее физических свойств, например запаха. Достаточно добавить в раствор более сильную кислоту, которая начнет вытеснять соли уксуса с выделением ее паров. Путем лабораторной перегонки CH3COONa и H2SO4 возможно получить уксусную кислоту в сухом виде.
Проведем опыт из школьной программы по химии 8 класса. Физические свойства уксусной кислоты ярко демонстрирует химическая реакция расстворения. Достаточно добавить в раствор к веществу оксид меди и слегка нагреть его. Оксид полностью растворяется, делая раствор голубоватого цвета.
Производные вещества
Качественные реакции вещества со многими растворами образуют: эфиры, амиды и соли. Однако во время производства других веществ, требования к физическим свойствам уксусной кислоты остаются высокими. Она всегда должна иметь высокую степень растворения, а значит, не иметь сторонних примесей.
В зависимости от концентрации уксусной кислоты водного раствора выделяют ряд ее производных. Концентрация вещества более 96% имеет название – ледяная уксусная кислота. Уксусную кислоту в 70-80% можно приобрести в продуктовых магазинах, там она будет называться – уксусная эссенция. Столовый уксус имеет концентрацию 3-9 %.
Уксусная кислота и повседневная жизнь
Помимо пищевых особенностей, уксусная кислота обладает рядом физических свойств, которым человечество нашло свое применение в быту. Раствор вещества невысокой концентрации легко удаляет налет с металлических изделий, поверхности зеркал и окон. Способность впитывать влагу также играет на пользу. Уксус хорошо устраняет запахи в затхлых помещениях, удаляет пятна от овощей и фруктов на одежде.
Как выяснилось, физическое свойство уксусной кислоты – устранять жир с поверхности – может найти применение в народной медицине и косметологии. Слабым раствором пищевого уксуса обрабатывают волосы для придания им блеска. Вещество широко применяется для лечения простудных заболеваний, удаления бородавок и кожных грибков. Набирает темп использование уксуса в составе косметических обертываний для борьбы с целлюлитом.
Использование в производстве
В соединениях солей и других сложных веществ уксусная кислота выступает незаменимым элементом:
- Фармацевтическая отрасль. Для создания: аспирина, антисептических и антибактериальных мазей, фенацетина.
- Производство синтетических волокон. Негорючие пленки, ацетилцеллюлоза.
- Пищевая отрасль. Для успешной консервации, приготовления маринадов и соусов, в качестве пищевой добавки E260.
- Текстильная отрасль. Входит в состав красителей.
- Производство косметики и средств гигиены. Ароматические масла, крема для улучшения тонуса кожи.
- Изготовление протрав. Используется как инсектицид и протрава от сорняков.
- Производство лаков. Технические растворители, производство ацетона.
Ежегодно производство уксусной кислоты увеличивается. На сегодня его объем в мире составляет более 400 тысяч тонн в месяц. Транспортировка кислоты осуществляется в прочных цистернах из стали. Хранение в пластиковой таре на многих производствах в связи с высокой физической и химической активностью уксусной кислоты запрещено либо ограничено сроком до нескольких месяцев.
Безопасность
Уксусная кислота высокой концентрации имеет третью степень воспламенения и выделяет токсичные пары. Рекомендуется надевать специальные противогазы и другие средства индивидуальной защиты в процессе работы с кислотой. Смертельная доза для человеческого организма от 20 мл. В момент попадания вещества внутрь кислота в первую очередь обжигает слизистую оболочку, а затем поражает остальные органы. В таких случаях нужна немедленная госпитализация.
После попадания кислоты на открытые участки кожи рекомендуется сразу промыть их проточной водой. Поверхностный ожог кислотой может вызвать некроз тканей, что также требует госпитализации.
Интересные факты
Ученые физиологии выяснили, что человеку вовсе не обязателен прием уксусной кислоты – без пищевых добавок можно обойтись. Зато людям с непереносимостью кислоты, а также с проблемами желудка, вещество противопоказано.
Уксусная кислота используется в книгопечатании.
Вещество в небольшом количестве было найдено в меде, бананах и пшенице.
Охладив уксусную кислоту и резко взболтав с ней емкость, можно наблюдать ее резкое застывание.
Небольшая концентрация уксусной кислоты может снизить болевой симптом от укуса насекомых, а также мелких ожогов.
Прием в пищу продуктов с малым содержанием уксусной кислоты снижает уровень холестерина в организме. Вещество хорошо стабилизирует уровень сахара у диабетиков.
Употребление белковой и углеводной пищи вместе с небольшим количеством уксусной кислоты повышает их усвояемость организмом.
Если еда пересолена, достаточно добавить пару капель уксуса, чтобы сгладить солоноватость.
Напоследок
Тысячелетия использования уксусной кислоты привели к тому, что ее физические и химические свойства находят свое применение на каждом шагу. Сотни возможных реакций, тысячи полезных веществ, благодаря которым человечество идет дальше. Главное знать все особенности уксусной кислоты, ее положительные и отрицательные качества.
Не стоит забывать о пользе, но всегда надо помнить какой вред может причинить неосторожное обращение с уксусной кислотой высокой концентрации. По своей опасности она стоит рядом с соляной и серной кислотой. Всегда помните о технике безопасности при использовании кислоты. Правильно и осторожно разбавляйте эссенцию водой.
Источник