Ácido acético: história, estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o ácido acético ou o ácido etanóico é um líquido orgânico incolor cuja fórmula química é CH₃COOH. Quando dissolvido em água, obtém-se uma conhecida mistura chamada vinagre, utilizada por muito tempo como aditivo em alimentos. O vinagre é uma solução aquosa de ácido acético com concentração de aproximadamente 5%.

Como o próprio nome indica, é um composto ácido e, portanto, o vinagre possui valores de pH inferiores a 7. Na presença de seu sal acetato constitui um sistema tampão eficaz na regulação do pH entre 2,76 e 6,76; isto é, mantém o pH dentro dessa faixa com adições moderadas de uma base ou ácido.

Sua fórmula é suficiente para perceber que se forma pela união de um grupo metil (CH₃) e um grupo carboxila (COOH). Depois do ácido fórmico, o HCOOH é um dos ácidos orgânicos mais simples; que também representa o ponto final de muitos processos de fermentação.

Assim, o ácido acético pode ser produzido por fermentação bacteriana aeróbia e anaeróbia e por síntese química, sendo o processo de carbonilação do metanol o principal mecanismo de sua produção.

Além do uso diário como molho para salada, na indústria representa a matéria-prima para a produção do acetato de celulose, polímero utilizado na fabricação de filmes fotográficos. Além disso, o ácido acético é utilizado na síntese do acetato de polivinila, utilizado na fabricação de uma cola para madeira.

Quando o vinagre se torna altamente concentrado, deixa de ser chamado assim e passa a chamar-se ácido acético glacial. Nessas concentrações, embora seja um ácido fraco, é altamente corrosivo e pode causar irritação cutânea e respiratória apenas por respiração superficial. O ácido acético glacial encontra uso como solvente em sínteses orgânicas.

História

O homem pertencente a numerosas culturas, utilizou a fermentação de numerosas frutas, legumes, cereais, etc., para obter bebidas alcoólicas, produto da transformação de açúcares, como a glicose, em etanol, CH₃CH₂OH.

Provavelmente porque o método inicial para a produção de álcool e vinagre é a fermentação, talvez tentando produzir álcool em um tempo indeterminado, muitos séculos atrás, o vinagre foi obtido por engano. Observe a semelhança entre as fórmulas químicas do ácido acético e do etanol.

Já no século 3 aC, o filósofo grego Teófago descreveu a ação do vinagre sobre os metais para a produção de pigmentos, como o branco de chumbo.

1800

Em 1823, foi projetado na Alemanha um equipamento em forma de torre para a fermentação aeróbia de diversos produtos, a fim de se obter ácido acético em forma de vinagre.

Em 1846, Herman Foelbe alcançou pela primeira vez a síntese de ácido acético por meio do uso de compostos inorgânicos. A síntese começou com a cloração do dissulfeto de carbono e concluiu, após duas reações, com a redução eletrolítica para ácido acético.

No final do século 19 e início do século 20, devido às pesquisas de J. Weizmann, a bactéria Clostridium acetobutylicum passou a ser utilizada para a produção de ácido acético, por meio da fermentação anaeróbia.

1900

No início do século 20, a tecnologia dominante era a produção de ácido acético por meio da oxidação do acetaldeído.

Em 1925, Henry Dreyfus, da empresa britânica Celanese, projetou uma planta piloto para a carbonilação de metanol. Mais tarde, em 1963, a empresa alemã BASF introduziu o uso de cobalto como catalisador.

Otto Hromatka e Heinrich Ebner (1949), projetaram um tanque com sistema de agitação e fornecimento de ar para fermentação aeróbia, destinado à produção de vinagre. Este implemento, com algumas adaptações, ainda está em uso.

Em 1970, a empresa norte-americana Montsanto usava um sistema catalisador à base de ródio para a carbonilação do metanol.

Posteriormente, a empresa BP em 1990, introduz o processo Cativa com a utilização do catalisador de irídio para o mesmo fim. Este método revelou-se mais eficiente e menos agressivo ao meio ambiente do que o método de Montsanto.

Estrutura do ácido acético

A imagem superior mostra a estrutura do ácido acético representada com um modelo de esferas e barras. As esferas vermelhas correspondem aos átomos de oxigênio, que por sua vez pertencem ao grupo carboxila, –COOH. Portanto, é um ácido carboxílico. No lado direito da estrutura está o grupo metil, –CH₃.

Como pode ser visto, é uma molécula muito pequena e simples. Apresenta um momento dipolar permanente devido ao grupo –COOH, que também permite que o ácido acético forme duas ligações de hidrogênio consecutivamente.

São essas pontes que orientam as moléculas de CH espacialmente₃COOH para formar dímeros no estado líquido (e gasoso).

Acima na imagem você pode ver como as duas moléculas estão organizadas para formar as duas ligações de hidrogênio: O-H-O e O-H-O. Para evaporar o ácido acético, energia suficiente deve ser fornecida para quebrar essas interações; por isso é um líquido com ponto de ebulição superior ao da água (aproximadamente 118 ° C).

Propriedades físicas e químicas

Nomes químicos

Ácido:

-Acético

-Etanóico

-Etilo

Fórmula molecular

C₂H₄OU₂ ou CH₃COOH.

Aspecto físico

Líquido incolor.

Odor

Acre característico.

Sabor

Queimando

Ponto de ebulição

244 ° F a 760 mmHg (117,9 ° C).

Ponto de fusão

61,9 ° F (16,6 ° C).

ponto de ignição

112ºF (copo aberto) 104ºF (copo fechado).

Solubilidade em água

10⁶ mg / mL a 25 ºC (é miscível em todas as proporções).

Solubilidade em solventes orgânicos

É solúvel em etanol, éter etílico, acetona e benzeno. Também é solúvel em tetracloreto de carbono.

Densidade

1.051 g / cm³ a 68ºF (1.044 g / cm³ a 25ºC).

Densidade do vapor

2,07 (em relação ao ar = 1).

Pressão de vapor

15,7 mmHg a 25 ° C

Decomposição

Quando aquecido acima de 440 ºC, ele se decompõe para produzir dióxido de carbono e metano.

Viscosidade

1.056 mPascal a 25 ° C

Corrosividade

O ácido acético glacial é altamente corrosivo e sua ingestão pode causar lesões graves no esôfago e no piloro no homem.

Calor de combustão

874,2 kJ / mol.

Calor da vaporização

23,70 kJ / mol a 117,9 ° C

23,36 kJ / mol a 25,0 ° C

pH

-Uma solução de concentração de 1 M tem um pH de 2,4

- Para uma solução 0,1 M, seu pH é 2,9

- E 3,4 se a solução for 0,01M

Tensão superficial

27,10 mN / m a 25 ° C

pKa

4,76 a 25º C.

Reações químicas

O ácido acético é corrosivo para muitos metais, liberando gás H₂ e formando sais metálicos chamados acetatos. Com exceção do acetato de cromo (II), os acetatos são solúveis em água. Sua reação com o magnésio é representada pela seguinte equação química:

Mg (s) + 2 CH₃COOH (ag) => (CH₃COO)₂Mg (ag) + H₂ (g)

Por redução, o ácido acético forma etanol. Ele também pode formar anidrido acético pela perda de água de duas moléculas de água.

Produção

Como afirmado anteriormente, a fermentação produz ácido acético. Esta fermentação pode ser aeróbica (na presença de oxigênio) ou anaeróbica (sem oxigênio).

Fermentação oxidativa ou aeróbia

Bactérias do gênero Acetobacter podem atuar sobre o etanol ou o álcool etílico, causando sua oxidação em ácido acético na forma de vinagre. Por este método, você pode produzir vinagre com uma concentração de ácido acético a 20%.

Essas bactérias são capazes de produzir vinagre, agindo sobre uma ampla variedade de insumos que incluem diferentes frutas, legumes fermentados, malte, cereais como arroz ou outros vegetais que contenham ou possam produzir álcool etílico.

A reação química facilitada por bactérias do gênero Acetobacter é a seguinte:

CH₃CH₂OH + O₂ => CH₃COOH + H₂OU

A fermentação oxidativa é realizada em tanques com agitação mecânica e fornecimento de oxigênio.

Fermentação anaeróbica

Baseia-se na capacidade de algumas bactérias em produzir ácido acético agindo diretamente sobre os açúcares, sem a necessidade de intermediários para a produção de ácido acético.

C₆H₁₂OU₆ => 3CH₃COOH

A bactéria que intervém nesse processo é a Clostridium acetobutylicum, que é capaz de intervir na síntese de outros compostos, além do ácido acético.

Bactérias acetogênicas podem produzir ácido acético, agindo sobre moléculas compostas por apenas um átomo de carbono; é o caso do metanol e do monóxido de carbono.

A fermentação anaeróbica é menos cara do que a fermentação oxidativa, mas tem a limitação de que as bactérias do gênero Clostridium não são muito resistentes à acidez. Isso limita sua capacidade de produzir vinagre com alta concentração de ácido acético, como é obtido na fermentação oxidativa.

Carbonilação de metanol

O metanol pode reagir com o monóxido de carbono para produzir ácido acético na presença de catalisadores

CH₃OH + CO => CH₃COOH

Usando iodometano como catalisador, a carbonilação do metanol ocorre em três estágios:

Em uma primeira etapa, o ácido iodídrico (HI) reage com o metanol, produzindo iodometano, que em uma segunda etapa reage com o monóxido de carbono, formando o composto iodo acetaldeído (CH₃COI). Em seguida, o CH₃COI hidrata para produzir ácido acético e regenerar HI.

O processo Monsanto (1966) é um método para a fabricação de ácido acético por carbonilação catalítica de metanol. É desenvolvido a uma pressão de 30 a 60 atm, a uma temperatura de 150-200 ° C e utilizando um sistema de catalisador de ródio.

O processo Monsanto foi amplamente substituído pelo processo Cativa (1990) desenvolvido pela BP Chemicals LTD, que usa um catalisador de irídio. Esse processo é mais barato e menos poluente.

Oxidação de acetaldeído

Essa oxidação requer catalisadores metálicos, como naftenatos, sais de manganês, cobalto ou cromo.

2 CH₃CHO + O₂ => 2 CH₃COOH

A oxidação do acetaldeído pode ter um rendimento muito alto que pode chegar a 95% com catalisadores adequados. Os produtos colaterais da reação são separados do ácido acético por destilação.

Após o método de carbonilação do metanol, a oxidação do acetaldeído é a segunda forma em porcentagem da produção industrial de ácido acético.

Formulários

Industrial

O ácido acético reage com etileno na presença de oxigênio para formar monômero de acetato de vinila, usando paládio como catalisador de reação. O acetato de vinila polimeriza em acetato de polivinila, que é usado como um componente em tintas e materiais adesivos.

-Reage com diferentes álcoois para produzir ésteres, incluindo acetato de etila e acetato de propila. Ésteres de acetato são usados como solventes para tintas, nitrocelulose, revestimentos, vernizes e lacas acrílicas.

-Através da condensação de duas moléculas de ácido acético, perdendo uma molécula de uma molécula, anidrido acético, CH₃CO-O-COCH₃. Este composto está envolvido na síntese do acetato de celulose, polímero que constitui um tecido sintético e é utilizado na produção de filmes fotográficos.

Como solvente

-É um solvente polar com capacidade de formar ligações de hidrogênio. É capaz de dissolver compostos polares, como sais inorgânicos e açúcares, mas também dissolve compostos apolares, como óleos e gorduras. Além disso, o ácido acético é miscível com solventes polares e não polares.

-A miscibilidade do ácido acético em alcanos depende da extensão da cadeia destes: conforme o comprimento da cadeia de alcanos aumenta, sua miscibilidade com o ácido acético diminui.

Doutores

-O ácido acético diluído é utilizado como anti-séptico, aplicado topicamente, com a capacidade de atacar bactérias como estreptococos, estafilococos e pseudomonas. Devido a esta ação é utilizado no tratamento de infecções cutâneas.

-O ácido acético é usado na endoscopia do esôfago de Barrett. É uma condição na qual o revestimento esofágico se altera, tornando-se semelhante ao revestimento do intestino delgado.

-Um gel de ácido acético a 3% parece ser um adjuvante eficaz para o tratamento com a droga vaginal Misoprostol, induzindo o aborto médico no trimestre intermediário, especialmente em mulheres com um pH vaginal de 5 ou mais.

-Usado como substituto da esfoliação química. No entanto, complicações surgiram com esse uso, uma vez que foi relatado pelo menos um caso de queimadura sofrida por um paciente.

Na comida

O vinagre é usado como tempero e aromatizante de alimentos há muito tempo, por isso é a aplicação mais conhecida do ácido acético.

Referências

Byju's. (2018). O que é ácido etanóico? Recuperado de: byjus.com
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Ácido acético: o que é e para que serve? Recuperado de: acidoacetico.info
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de junho de 2018). O que é ácido acético glacial? Recuperado de: Thoughtco.com