Acrilonitrila: estrutura, propriedades, produção, usos - Ciência - 2023

Contente

o acrilonitrila é um composto orgânico cuja fórmula condensada é CH₂CHCN. É um dos nitrilos mais simples que existem. Química e estruturalmente nada mais é do que o produto da união entre um grupo vinil, CH₂= CH-, e um grupo nitrila, ciano ou cianeto, C≡N. É uma substância de grande impacto industrial no mundo dos plásticos.

Fisicamente, é um líquido incolor, com um certo cheiro a cebola, e no estado impuro apresenta tons amarelados. É altamente inflamável, tóxico e possivelmente cancerígeno, por isso é classificado como uma substância extremamente perigosa. Ironicamente, ela faz plásticos e brinquedos do dia a dia, como tupperware e blocos de Lego.

Em escala industrial, o acrilonitrila é produzido pelo Processo Sohio, embora existam muitos outros métodos menos lucrativos pelos quais também pode ser sintetizado. Quase toda a quantidade produzida é destinada à fabricação de plásticos, à base de homopolímeros, como a poliacrilonitrila, ou de copolímeros, como a acrilonitrila-butadieno-estireno.

Estrutura de acrilonitrila

Na imagem superior temos a molécula de acrilonitrila representada com um modelo de esferas e barras. As esferas pretas correspondem aos átomos de carbono, enquanto as esferas brancas e azuis correspondem aos átomos de hidrogênio e nitrogênio, respectivamente. A extrema esquerda, ch₂= CH- corresponde ao grupo vinil, e à direita, ao grupo ciano, C≡N.

A molécula inteira é achatada, pois os carbonos do grupo do vinil possuem hibridização sp.². Enquanto isso, o carbono do grupo ciano tem hibridização sp, estando próximo ao átomo de nitrogênio em uma linha que fica no mesmo plano do resto da molécula.

O grupo CN fornece polaridade para a molécula, então a molécula CH₂O CHCN estabelece um dipolo permanente onde a maior densidade de elétrons é direcionada para o átomo de nitrogênio. Portanto, interações dipolo-dipolo estão presentes e são responsáveis pelo fato da acrilonitrila ser um líquido que ferve a 77 ºC.

Moléculas CH₂Os CHCN são planos, podendo-se esperar que seus cristais (solidificados a -84 ºC) estejam dispostos um sobre o outro como folhas ou folhas de papel, de forma que seus dipolos não se repelam.

Propriedades

Aparência física

Líquido incolor mas com tons amarelados quando apresenta algumas impurezas. Quando for esse o caso, eles recomendam destilar antes de usar. É volátil e também possui um cheiro intenso semelhante ao da cebola.

Massa molar

53,064 g / mol

Ponto de fusão

-84 ºC

Ponto de ebulição

77 ºC

Ponto de inflamação

-5 ºC (copo fechado)

0 ºC (copo aberto)

Temperatura de autoignição

481 ºC

Densidade

0,81 g / cm³

Densidade do vapor

1,83 em relação ao ar.

Pressão de vapor

109 mmHg a 25 ºC

Solubilidade

Em água tem uma solubilidade de 74 g / L a 25ºC. Acrilonitrila também é consideravelmente solúvel em acetona, petróleo leve, etanol, acetato de etila e benzeno.

Decomposição

Quando se decompõe termicamente, libera gases tóxicos de cianeto de hidrogênio, óxidos de carbono e óxidos de nitrogênio.

Produção

Processo Sohio

O acrilonitrila pode ser produzido em escalas massivas por inúmeras reações químicas e processos. De todos eles, o Processo Sohio é o mais utilizado, que consiste na amoxidação catalítica do propileno. Em um reator de leito fluidizado, o propileno é misturado com ar e amônia a uma temperatura entre 400 e 510 ºC, onde reagem com catalisadores sólidos.

Os reagentes entram no reator apenas uma vez, ocorrendo a seguinte reação:

2CH₃−CH = CH₂ + 2 NH₃ + 3 O₂ → 2 CH₂= CH - C≡N + 6 H₂OU

Observe que o oxigênio é reduzido a água, enquanto o propileno oxida a acrilonitrila. Daí o nome 'amônia', por se tratar de uma oxidação que envolve a participação da amônia.

Processos alternativos

Além do Processo Sohio, outras reações que permitem a obtenção da acrilonitrila podem ser citadas. Obviamente, nem todos são escaláveis, ou pelo menos econômicos o suficiente, nem produzem produtos com alto rendimento ou pureza.

O acrilonitrila é sintetizado a partir, novamente, do propileno, mas fazendo-o reagir com o óxido nítrico sobre os catalisadores de PbO.₂-ZrO₂ na forma de aerogel. A reação é a seguinte:

4 CH₃−CH = CH₂ + 6 NO → 4 CH₂= CH - C≡N + 6 H₂O + N₂

Uma reação que não envolve propileno é aquela que começa com óxido de etileno, que reage com o cianeto de hidrogênio para se transformar em etileno cianoidrina; e posteriormente, é desidratado a uma temperatura de 200 ºC em acrilonitrila:

EtO + HCN → CH₂OHCH₂CN

CH₂OHCH₂CN + Q (200 ºC) → CH₂= CH - C≡N + H₂OU

Outra reação muito mais direta é a adição de cianeto de hidrogênio ao acetileno:

HC≡CH + HCN → CH₂= CH - C≡N

No entanto, muitos subprodutos são formados, então a qualidade do acrilonitrila é inferior em comparação com o Processo Sohio.

Além das substâncias já mencionadas, lactonitrila, propionitrila e propanal ou propaldeído, também servem como materiais de partida para a síntese de acrilonitrila.

Formulários

O acrilonitrila é uma substância essencial para a indústria de plásticos. Vários de seus plásticos derivados são altamente conhecidos. É o caso do copolímero acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS, por sua sigla em inglês), com o qual as peças dos Legos são fabricadas. Também temos fibras acrílicas, confeccionadas com homopolímero de poliacrilonitrila (PAN).

Entre outros plásticos que contêm acrilonitrila como monômero, ou que dependem dele para sua fabricação, temos: acrilonitrila estireno (SAN), acrilonitrila butadieno (NBR), acrilonitrila estireno acrilato (ASA), poliacrilamida e borrachas sintéticas e resinas nitrílicas.

Praticamente qualquer polímero natural, como o algodão, pode ser modificado incorporando acrilonitrila em suas estruturas moleculares. Assim, são obtidos derivados de nitrila, o que torna a química da acrilonitrila muito ampla.

Um de seus usos fora do mundo dos plásticos é como pesticida misturado com tetracloreto de carbono. No entanto, devido ao seu terrível impacto no ecossistema marinho, esses pesticidas foram proibidos ou estão sujeitos a fortes restrições.

Riscos

O acrilonitrilo é uma substância perigosa e deve ser manuseado com extremo cuidado. Qualquer exposição inadequada ou excessivamente prolongada a este composto pode ser fatal, seja por inalação, ingestão ou contato físico.

Deve ser mantido o mais longe possível de qualquer fonte de calor, pois é um líquido altamente inflamável e volátil. Também não deve estar em contato com a água, pois reage violentamente com ela.

Além disso, é uma substância possivelmente carcinogênica, que tem sido associada a cânceres de fígado e pulmão. Aqueles que foram expostos a essa substância apresentam aumento nos níveis de tiocianato excretado na urina e de cianetos no sangue em decorrência da metabolização da acrilonitrila.

Referências

Morrison, R. T. e Boyd, R, N. (1987). Quimica Organica. 5ª Edição. Editorial Addison-Wesley Interamericana.
Carey F. (2008). Quimica Organica. (Sexta edição). Mc Graw Hill.
Graham Solomons T.W., Craig B. Fryhle. (2011). Química orgânica. (10ª edição). Wiley Plus.
Wikipedia. (2020). Acrilonitrila. Recuperado de: en.wikipedia.org
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2020). Acrilonitrila. Banco de dados PubChem., CID = 7855. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Elsevier B.V. (2020). Acrilonitrila. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com
Korry Barnes. (2020). O que é acrilonitrila? - Usos e propriedades. Estude. Recuperado de: study.com
Pajonk, G.M., Manzalji, T. (1993). Síntese de acrilonitrila a partir de misturas de propileno e óxido nítrico em PbO₂-ZrO₂ catalisadores de aerogel.Catal Lett 21, 361–369. doi.org/10.1007/BF00769488