Влияние ацетона на металл

Обновлено: 18.05.2024

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Аль Ансари С.В., Чернова М.Л., Попова Татьяна Владимировна, Аль Ансари Яна Фуад

pH-метрическим и СФ-метрическим методами с последующей математической обработкой экспериментальных результатов изучено комплексообразование Ni(II) с ЭДТА (H[4] Y) в водно-ацетоновых растворах. Найдено, что в смешанном растворителе (СР) образуются те же комплексные частицы (N iHY u N iY), что и в водном растворе. Устойчивость всех комплексов в СР выше, чем в воде. Сделана попытка оценить влияние ряда факторов на величины констант устойчивости комплексных частиц.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Аль Ансари С.В., Чернова М.Л., Попова Татьяна Владимировна, Аль Ансари Яна Фуад

Новые возможности сольватационно-термодинамического подхода для описания роли растворителя в реакциях комплексообразования

Синтез и комплексообразующая способность n-2-(2-гидроксибензоил)гидразинокарбонотиоилбензамида (II) по отношению к ионам La3+, y3+, Nd3+ в бинарной смеси «Вода-1,4-диоксан»

Текст научной работы на тему «Влияние добавок ацетона на процессы комплексообразования в системе Ni(II) - ЭДТА - вода - ацетон»

1 2 3 4 5 6 7 8

1-Гептадецин - -497567.0 - -47139.0 - -466188.0 - -44166.0

1-Октадецин - -526900.0 - -47122.0 - -493560.0 - -44140.0

1-Нонадецин - -556233.0 - -47108.0 - -520932.0 - -44118.0

1-Эйкозин - -585566.0 - -47094.0 -547282.0в -548304.0 -44015.0в -44097.0

2-Бутин - -115344.0 - -47767.0 - -109460.0 - -45330.0

Примечание. а (энтальпия сгорания кДж/м3 или кДж/кг), б данные работы [14], в данные работы [15].

1. Колесов В.П. Основы термохимии. М.: Изд-во МГУ. 1996. 205 с.

2. Сагадеев Е.В. // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2002. Т. 45. Вып. 5. С. 62-66.

4. Справочник химика / Под. ред. Б.П. Никольского. Л.: Науч-техн. изд-во хим. лит. 1963. Т. 1. 1071 с.

5. Prosen E.J., Maron F.W., Rossini F.D. // J. Res. NBS. 1951. V. 46. P. 106-112.

6. Moureu C., Andre E. // Ann. Chim. Phys. 1914. V. 1. P. 113-145.

7. Rogers D.W., Dagdagan O.A., Allinger N.L. // J.

Amer. Chem. Soc. 1979. V. 101. P. 671-676.

8. Majer V., Svoboda V. Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data

Compilation. Oxford: Blackwell Scientific Publications. 1985. -300 p.

9. Yost D.M., Osborne D.W., Garner C.S. // J. Amer. Chem. Soc. 1941. V. 63. P. 3492-3496.

10. Benson S.W., Buss J.H. // J. Chem. Phys. 1958. V. 29. P. 546-572.

11. Бенсон С. Термохимическая кинетика. М.: Мир. 1971. 308 с.

12. Химическая энциклопедия / Под ред. Кнунянца И.Л. 1992. Т. 3. 639 с.

13. Лебедев Ю.А., Мирошниченко Е.А. Термохимия парообразования органических веществ. М.: Наука. 1981. 215 с.

14. Бузников Е.Ф., Роддатис К.Ф., Спейшер В.А. Перевод котлов ДКВ и ДКВР на газообразное топливо. М.-Л.: Энергия. 1964. 192 с.

15. Равич М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. М.: Изд-во АН СССР. 1961. 304 с.

Кафедра теплотехники, кафедра физической и коллоидной химии

УДК 546.74 + 541.49 С.В. АЛЬ АНСАРИ, М.В. ЧЕРНОВА, Т.В. ПОПОВА, Я.Ф. АЛЬ АНСАРИ

ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК АЦЕТОНА НА ПРОЦЕССЫ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ Ni(II) - ЭДТА - ВОДА - АЦЕТОН

(Марийский государственный университет, г. Йошкар-Ола)

рН-метрическим и СФ-метрическим методами с последующей математической обработкой экспериментальных результатов изучено комплексообразование Ni(II) с ЭДТА (Н4У) в водно-ацетоновых растворах. Найдено, что в смешанном растворителе (СР) образуются те же комплексные частицы (NiHY- и NiY2-), что и в водном растворе. Устойчивость всех комплексов в СР выше, чем в воде. Сделана попытка оценить влияние ряда факторов на величины констант устойчивости комплексных частиц.

Растворитель никогда не следует рассматривать как инертную среду, он оказывает чрезвычайно сильное влияние на ход реакции комплексо-образования в растворах, равно как и на состав, структуру и устойчивость комплексов в растворах. Применение неводного растворителя в ряде случаев позволяет существенно повысить выход продукта реакции, изменить скорость процесса. По-

нимание реакций, протекающих в неводных средах, важно не только потому, что имеет большое теоретическое значение, дает более глубокое знание теории растворов, оно также важно из-за практической применимости неводных растворов в промышленном масштабе.

Цель нашей работы - попытаться выявить закономерности влияния различных свойств вод-

но-органических растворителей на процессы ком-плексообразования в системе: ион металла - ком-плексон и на устойчивость образующихся ком-плексонатов.

Исследования выполняли методами рН-метрии и СФ-метрии в интервале рН 0,3-13,5 при температуре 20±2 оС, I=0,1 (KNO3). Рабочие растворы (сн= 0,01 моль/л) трилона Б готовили из фиксанала, а ацетата никеля(11) из реактива квалификации "чда" с последующей установкой концентрации никеля комплексонометрическим титрованием с индикатором мурексидом при оптимальных условиях: рН~10 (аммиачный буфер); t=40°C. В качестве органической добавки использовали ацетон, относящийся к группе апротонных донорных растворителей (ДАР), квалификации "ос.ч". рН-метрическое титрование проводили на иономере ЭВ-74. В качестве индикаторного электрода использовали стеклянный электрод. Настраивали прибор по стандартным водным буферным растворам. Стеклянный электрод предварительно вымачивали в соответствующем смешанном растворителе. Для определения кислотности СР использовали методику, рекомендованную в работе [1], согласно которой значения рН/ исследуемых растворов определяли следующим образом: рН/ = рН - Д, где рН - показания прибора, Д -поправка, выраженная в единицах рН, определенная экспериментально для данного растворителя. В работе мы использовали значения Д для водно-ацетоновых растворов, взятые из [1]. Электронные спектры поглощения записывали на спектрофотометрах Spekord UV VIS и СФ-46. Толщина поглощающего слоя 1 см.

Константы диссоциации ЭДТА в водно-ацетоновых средах с содержанием ацетона 10, 20, 30, 40% по объему определяли по данным потен-циометрических исследований методом Шварцен-баха (табл.1).

Константы ионизации ЭДТА.

Полученные данные свидетельствуют о влиянии ацетона на отщепление всех четырех протонов. С ростом содержания органического компонента в растворе наблюдается уменьшение значений соответствующих констант ионизации ЭДТА, что свиде-

тельствует о подавлении этого процесса, вероятно, вследствие понижения диэлектрической проницаемости раствора. Используя рассчитанные значения констант ионизации ЭДТА, провели расчет мольной доли каждой из форм ионизации комплексона в зависимости от рН, что в дальнейшем позволило нам при расчете констант устойчивости определять преобладающие формы ионизации ЭДТА в том или ином интервале рН и моделировать схемы процесса комплексообразования.

СФ-метрические исследования системы №(11)-Н4У-Н20 показали, что комплексообразова-ние в водном растворе сопровождается четко выраженным гипсохромным (ДА,=20 нм) и гиперхром-ным (ДА=0,50) эффектами. Электронные спектры комплексонатов в смешанном водно-органическом растворителе существенно не отличаются от аналогичного для комплексоната N1(11) и водной среде, максимум светопоглощения лишь незначительно смещается (ДА=5 нм) в коротковолновую область спектра, что может свидетельствовать о более глубоком протекании процесса комплексообразования в смешанном растворителе, и происходит небольшое увеличение оптической плотности. При увеличении доли ацетона в растворе мы столкнулись с проблемой резкого снижения растворимости образующихся соединений. По этой причине нам не удалось повысить содержание органического сора-створителя выше 40% по объему. Спектры поглощения исследованных водно-органических растворов N1(11) не изменяются в течение длительного (до 24 ч.) промежутка времени.

Установлено, что процесс комплексообразо-вания N1(11) с ЭДТА начинается в сильнокислой среде. На кривых зависимости А=:Р(рН) всех изученных систем обнаружено два плато в областях рН 1,5-2,5 (средний интервал), причем с увеличением содержания ацетона происходит смещение его в более кислую область (в системе с содержанием ацетона 40 об.% этот интервал составляет 1,0-2,0 ед. рН) и на-

Рис. Зависимость оптической плотности от рН в системах: 1 -Ni(II) - ЭДТА - H2O, 2 - Ni(II) - ЭДТА - H2O - 40 об.% ацетона. CNi(II) =0,033 моль/л; CNi(II) : СЭДГА = 1 : 1; X = 390 нм; 1=1 см.

ki в Н2О 10 об.% ацетона 20 об.% ацетона 30 об.% ацетона 40 об.% ацетона

k, 5,72'10-1 1,7610-1 1,3610-2 8,5010-2 4,0110-2

k2 2,0310-3 1,3610-3 9,2310-4 6,50-10-4 4,0810-4

k3 2,1910-8 1,1710-8 1,0210-8 7,96-10-9 6,2110-9

k4 4,9910-12 1,5310-12 9,8110-13 5,4110-13 3,0110-13

Определение состава образующихся в изучаемых системах комплексных соединений методами изомолярных серий и насыщения, показало, что во всех изучаемых системах образуются ком-плексонаты, в которых соотношение исходных компонентов в координационной сфере комплекса равно 1:1 (в обоих интервалах рН существования комплексонатов).

Чтобы представить комплексообразование частными уравнениями реакций и рассчитать константы устойчивости образующихся комплексов, необходимо было определить число протонов, отщепляемых от преобладающих форм ионизации лиганда в данных областях рН и рассчитать константы равновесия конкретных реакций комплек-сообразования. Для этих целей использовались кривые зависимости оптической плотности от рН, расчет по которым проводили в соответствии с методикой [2]. Как показали расчеты, добавление органического компонента к системе №(П)-ЭДТА-Н2О не влияет на принципиальную схему ком-плексообразования. Во всех изучаемых системах образуются преимущественно те же комплексные формы (NiHY- и NiY2-), что и в водном растворе. Образование этих комплексных соединений можно представить следующими схемами:

1) Ni2+ + H4Y NiHY- + 3H+,

Ni2+ + H3Y- NiY2- + 3H+ (первая область ком-плексообразования);

2) NiHY- ^ NiY2- + H+ (вторая область комплек-сообразования).

Устойчивость комплексных соединений одинакового состава при увеличении в СР содержания ацетона повышается (табл.2).

Значения lgP комплексных соединений Ni(II) с ЭДТА.

Состав Содержание ацетона, об.% lgP

NiHY- 20 14,23±0,08

NiY2- 20 20,24±0,09

ся три фактора, определяющие изменение констант равновесия реакций комплексообразования в зависимости от состава водно-органического растворителя: фактор разбавления (I), изменение сольватационных составляющих (II), вхождение молекул органического компонента в координационную сферу (III). Фактор I учитывает роль уменьшения равновесной концентрации воды по мере понижения ее объемного содержания в смешанном растворителе в соответствии с обычным законом действия масс. Изменение равновесной концентрации воды можно учесть, переходя к константам равновесия (Р) процесса: в'

Здесь Р - константа устойчивости комплекса в смешанном растворителе, - упаковочная часть константы устойчивости - для воды при 25 оС равна 55,5 моль/л (табл.3). Заметно сближение значений ¡вв' (расчет произведен только для комплексных частиц одинакового состава и образующихся по одинаковым схемам комплексообразова-ния), что говорит о влиянии фактора I на устойчивость комплексных соединений, но так как сближение констант невелико, можно сделать вывод, что в нашем случае фактор разбавления главной роли в стабилизации комплексных частиц не играет.

Учет фактора разбавления.

Состав Содержание ацетона в об.% lg[H2O] AlgP AlgP'

NiY2- 0 10 1,74 1,70 0,75 0,63

Рассмотрение влияния растворителя на реакции комплексообразования с единых позиций предпринято в работах [3, 4]. При этом выделяют-

Совместное действие факторов I и II можно оценить, по мнению авторов [5], рассчитав К (константу сольволиза) исходного аквакомплекса никеля(П):

№(Н20)62+ + 8 = №(Н20)582+ + Н20, где 8 - ацетон.

Так как ацетон - растворитель координирующий, то вполне вероятно, что его молекулы будут входить во внутреннюю координационную сферу. В статье [5] авторы предлагают рассчитывать К по следующей формуле:

К8 =-, где а - отношение молярных концен-

траций органического компонента и воды в данной системе; Ф - функция закомплексованности,

которую можно рассчитать по формуле:

Ф = 1ёР(Н2°)'55,5 , где СН20] - молярная концентра-1вР(СР) • (Н2О)

ция воды в смешанном растворителе; ^Р(Н20) и ^Р(СР) - значения логарифмов констант устойчивости комплексов в воде и в смешанном растворителе.

С помощью Ф и К можно получить данные по распределению( а) следующих находящихся в растворе частиц: №(Н20)62+ и №(Н20)582+ (табл.4).

Как видно из таблицы 4, функция закомплексованности растет с увеличением доли ацетона в СР, что приводит к увеличению в растворе доли частиц №(Н20)582+, которые в дальнейшем, вероятно, участвуют в реакции комплексообразо-вания с ЭДТА.

Сольватационные составляющие величин АО (а, следовательно, и ^Р) зависят от характера взаимодействия комплексов, комплексообразовате-лей и лигандов с компонентами смешанного растворителя. Устойчивость комплексов обычно уменьшается с увеличением прочности сольватов ком-

Результаты расчета К3, Ф и > для систем Ы12+ -

плексообразователей и возрастанием энергии взаимодействия лигандов с растворителем. Способность к сольватации катиона характеризуется донорной способностью растворителя (БК), а способность сольватации лиганда определяется акцепторной силой растворителя (АК). Ацетон обладает высоким донорным числом (БК(8ЬС15)=17,0), но меньшим, чем у воды (БК(8ЬС15 )=18,0). Акцепторное число ацетона значительно ниже, чем у воды (12,5 и 54,8 соответственно) [4]. Судя по полученным нами данным, суммарный эффект сольватации катиона металла и лиганда приводит в целом к значительному повышению устойчивости комплексов в смешанных растворителях.

Еще одним фактором, повышающим устойчивость заряженных комплексных частиц в СР, является диэлектрическая проницаемость (в). Уменьшение в по мере добавления ацетона (в(Н20)=81,0; в(ацетона)=20,7) способствует процессам ассоциации ионов, что приводит к дополнительной стабилизации комплексных соединений.

злей форм комплексных частиц :4У - Н20 - ацетон.

Состав Содержание ацетона в об. % [Н2О], моль/л а Ф К8 №(Н20)6,% №(^0)58,%

0 55,5 0,000 1,00 - 100 0

10 50,0 0,027 1,03 1,21 96,81 3,19

№НУ- 20 44,44 0,061 1,12 1,97 89,29 10,71

30 38,90 0,104 1,23 2,21 81,31 18,69

40 33,33 0,162 1,42 2,59 70,42 29,58

10 50,0 0,027 1,07 2,59 93,46 6,54

№У2- 20 44,44 0,061 1,13 2,13 88,57 11,43

30 38,90 0,104 1,27 2,60 78,74 21,26

40 33,33 0,162 1,42 2,53 70,17 29,53

1. Александров В.В. Кислотность неводных растворов. Харьков: Изд-во Харьковского ун-та. 1981. 325 с.

2. Россотти Ф., Россотти Х. Определение констант устойчивости и других констант равновесия в растворах. М.: Мир. 1965.

Кафедра общей химии

3. Гутман В. Химия координационных соединений в неводных растворах. М.: Мир. 1971. 220 с.

4. Бургер К. Сольватация, ионные реакции и ком-плексообразование в неводных средах. М.: Мир. 1984. 543 с.

5. Федоров В.А., Исаев И.Д., Эйке М.Ю. // Коорд. химия. 1989. Т.15. №9. С.1162.

Влияние добавок ацетона на процессы комплексообразования в системе Ni(II) - ЭДТА - вода - ацетон Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Влияние ацетонирования на состояние поверхности изделий из АБС-пластика Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Цыбрий И.К., Бачинский А.С., Корольков Ю.В.

Статья посвящена изучению влияния времени ацетонирования полученных способом 3D печати изделий из АБС пластика на изменение шероховатости поверхности.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Цыбрий И.К., Бачинский А.С., Корольков Ю.В.

Исследование микротвердости и склерометрических характеристик связующего уп-2227н, отвержденного при различных режимах

Испытание, СЭМ-контроль и поверхностная модификация зубчатых колес, изготовленных традиционными и аддитивными технологиями

Текст научной работы на тему «Влияние ацетонирования на состояние поверхности изделий из АБС-пластика»

Цыбрий И.К.1, Бачинский А.С.2, Корольков Ю.В.3 ©

1Кандидат технических наук, профессор кафедры «Приборостроение»; магистрант кафедры «Приборостроение»;

Руководитель Молодежного Инновационного Центра Донской государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ АЦЕТОНИРОВАНИЯ НА СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

Статья посвящена изучению влияния времени ацетонирования полученных способом 3D печати изделий из АБС - пластика на изменение шероховатости поверхности.

Ключевые слова: 3Б-печать, шероховатость, обработка ацетоном.

Keywords: 3D printing, surface roughness, acetone treatment.

Известно, что акрилонитрилбутадиенстирол или АБС - пластик широко применяется при производстве изделий методом послойного наплавления в процессе 3D печати [1; 2,3]. Основными факторами, ухудшающими внешний вид и снижающими характеристики прочности готового изделия, являются рябь на поверхности напечатанных предметов из-за низкого разрешения принтера, поверхностные и подповерхностные трещины, повышенная шероховатость поверхности.

В статье приведены результаты исследований влияния времени выдержки в парах ацетона на трансформации поверхностных слоев образцов из АБС - пластика.

Образцы и методика исследований. Образцы представляли собой цилиндры высотой 40 мм и диаметром 25 мм, отпечатанные на принтере Printbox One. Толщина слоев печати 200 мкм. Ацетонирование осуществлялось путем выдержки образцов в парах ацетона при температуре 75°С. Через каждые 30 с выдержки с помощью профилометра MitutoyoSurftestSJ-210 снимались профилограммы образующей цилиндра. Примеры профилограмм показаны на рис. 1 для необработанного образца (а), через 3 (b) и 5 (с) минут выдержки.

© Цыбрий И.К., Бачинский А.С., Корольков Ю.В., 2015 г.

На графиках рис. 2 показано изменение усредненных по пяти образцам параметров шероховатости поверхности зависимости от времени выдержки.

Фотографии микроструктуры поверхности (рис. 3) получены с помощью микроскопа МИМ-7.

Рис.2. Зависимость параметров шероховатости поверхности от времени выдержки образцов в

Погружение образцов в пары ацетона приводит в течение первых двух минут выдержки к быстрому сглаживанию поверхности, как показано на рис.2. При этом параметр Ra уменьшается до 1,192 мкм, а параметр Rz - до 7,141 мкм. Дальнейшая выдержка в течение пяти минут постепенно снижает Ra и Rz до 0,357 мкм и 1,581 мкм соответственно. Увеличение времени выдержки свыше пяти минут привело к оплыванию поверхности и потере формы образцов.

Анализ профилограмм показал также наличие в образцах поверхностных и подповерхностных микротрещин (рис.1б), возникающих из-за усадки при остывании пластика. На фотографиях микроструктуры одного и того же участка поверхности образца (рис. 3) показано, как под воздействием паров ацетона происходит зарастание таких микротрещин.

Рис.3. Микроструктура поверхности образца после трех (а) и четырех (б) минут выдержки в

парах ацетона, х150

Выводы. Ацетонирование в течение пяти минут при температуре 75°С привело к значительному сглаживанию поверхности, причем, наиболее эффективное уменьшение параметров шероховатости поверхности происходит в первые минуты обработки. Этот процесс сопровождается также вскрытием и последующим зарастанием подповерхностных микротрещин в структуре пластика, возрастанию плотности поверхностных слоев и, следовательно, должно приводить к повышению прочности изделий [3; 84].

2. Бачинский А.С., Летаев И.П. Модернизация 3D принтера PRUSA MENDEL 12 // Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники: сборник работ лауреатов конкурса молодых ученых имени академика И.И. Воровича / Издательство Северо-Кавказского научного центра высшей школы ФГОУ ВПО «Южный федеральный университет» - Ростов-на-Дону, 2014. - 92с.

3. М.А. Петров, Н.В. Косачев, Ф.Б. Прокопов - Исследования по определению силовых характеристик процесса одноосного сжатия цилиндрических образцов, изготовленных из АБС-пластика по методу трехмерной печати // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2014. - № 10-2. - С. 84 - 90.

Ацетон

Ацетон (диметилкетон, пропанон-2) — органическое вещество, имеющее формулу CH₃—C(O)—CH₃ (C₃H₆O), простейший представитель насыщенных кетонов.

Своё название ацетон получил от лат. acetum — уксус. Это связано с тем, что ранее ацетон получали из ацетатов, а из самого ацетона получали синтетическую ледяную уксусную кислоту. В 1848 году немецкий профессор медицины и химии Леопольд Гмелин ввёл термин в официальное употребление, использовав старое немецкое слово Aketon (кетон, ацетон), которое также берёт корни от латинского acetum.

Содержание

Открытие

— первым открыл ацетон

Один из простейших и в то же время важнейших из кетонов — ацетон — впервые выявлен в 1595 году немецким химиком Андреасом Либавием в процессе сухой перегонки ацетата свинца. Однако точно определить его природу и химический состав удалось только в 1832 году Жану-Батисту Дюма и Юстусу фон Либиху. До 1914 года ацетон получали практически исключительно коксованием древесины, однако повышенный спрос на него в годы Первой мировой войны очень быстро стимулировал создание новых методов производства.

Физические свойства

Ацетон — бесцветная подвижная летучая жидкость (при н.у.) с характерным резким запахом. Во всех соотношениях смешивается с водой, диэтиловым эфиром, бензолом, метанолом, этанолом, многими сложными эфирами и так далее.

Основные термодинамические свойства ацетона:

• Поверхностное натяжение (20 °C): 23,7 мН/м
• Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К): −247,7 кДж/моль (ж)
• Стандартная энтропия образования S (298 К): 200 Дж/моль·K (ж)
• Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К): 125 Дж/моль·K (ж)
• Энтальпия плавления ΔHпл: 5,69 кДж/моль
• Энтальпия кипения ΔHкип: 29,1 кДж/моль
• Теплота сгорания Qp: 1829,4 кДж/моль
• Критическое давление: 4,7 МПа
• Критическая плотность: 0,273 г/см 3
• Динамическая вязкость жидкостей и газов:
  • 0,36 мПа·с (10 °C)
  • 0,295 мПа·с (25 °C)
  • 0,28 мПа·с (41 °C)

  Термохимические свойства:

  • Температура вспышки в воздухе: (-20 °C)
  • Температура самовоспламенения на воздухе: 465 °C
  • Пределы взрывоопасных концентраций: 2,6-12,8 %

  Оптические свойства:

  • Показатель преломления (для D-линии натрия):
    • 1,3591 (20 °C)
    • 1,3588 (25 °C)

    Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества, в частности, ацетил- и нитроцеллюлозы, воски, алкалоиды и так далее, а также ряд солей.

    Ацетон образуется при ацетоновом (ацетон-бутиловом) брожении углеводов, вызываемом Clostridium acetobutylicus. В результате образуется ацетон и бутанол-1, а также ряд побочных примесей. В качестве промышленного такой метод получения ацетона был популярен в XIX — начале XX вв., но был вытеснен технологиями химического синтеза.

    
    
    

    Химические свойства

    Ацетон является одним из наиболее реакционноспособных кетонов. Так, он один из немногих кетонов образует бисульфитное соединение:

    Под действием щелочей вступает в альдольную самоконденсацию, с образованием диацетонового спирта:

    Восстанавливается цинком до пинакона:

    При пиролизе (700 °C) образует кетен:

    Легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина:

    Атомы водорода в ацетоне легко замещаются на галогены. Под действием хлора (иода) в присутствии щёлочи образует хлороформ (йодоформ).

    Hal₂ + 2NaOH ⟶ NaHal + NaOHal + H₂O

    Качественной реакцией на диметилкетон есть наличие интенсивно-красной окраски с нитропруссидом натрия в щелочной среде. При добавлении CH3COOH окраска переходит в красно-фиолетовую.

    Получение

    Мировое производство ацетона составляет более 6,9 миллионов тонн в год (по данным на 2012 г.) и устойчиво растёт.

    В промышленности получается напрямую или косвенно из пропена.

    Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу. Процесс протекает в 3 стадии.

    На первой стадии бензол алкилируется пропеном с получением кумола, на второй и третьей (реакция Удриса — Сергеева) полученный кумол окисляется кислородом воздуха до гидропероксида, который при действии серной кислоты разлагается на фенол и ацетон:

    По данному методу изопропанол окисляют в паровой фазе при температурах 450—650 °C на катализаторе (металлические медь, серебро, никель, платина). Ацетон с высоким выходом (до 90 %) получают на катализаторе «серебро на пемзе» или на серебряной сетке:

    Ацетон получают также прямым окислением пропена в жидкой фазе в присутствии PdCl₂ в среде растворов солей Pd, Cu, Fe при температуре 50-120 °C и давлении 50-100 атм:

    Некоторое значение имеет метод брожения крахмала под действием бактерий Clostridium acetobutylicum с образованием ацетона и бутанола. Метод характеризуется малыми выходами. Используются также методы получения из изопропилового спирта и ацетилена.

    
    
    

    Применение

    Ацетон применяется как сырьё для синтеза многих важных химических продуктов, таких как уксусный ангидрид, кетен, диацетоновый спирт, окись мезитила, метилизобутилкетон, метилметакрилат, дифенилпропан, изофорон, бисфенол А и так далее; пример:

    Последний широко применяется при синтезе поликарбонатов, полиуретанов и эпоксидных смол.

    Ацетон также является популярным растворителем. В частности он используется как растворитель

    • в производстве лаков;
    • в производстве взрывчатых веществ;
    • в производстве лекарственных препаратов;
    • в составе клея для киноплёнок как растворитель ацетата целлюлозы и целлулоида;
    • компонент для очистки поверхностей в различных производственных процессах;
    • как очиститель инструмента и поверхностей от монтажной пены — в аэрозольных баллонах.

    Без ацетона невозможно хранить в компактном (сжиженном и в баллоне) состоянии ацетилен, который под давлением в чистом виде крайне взрывоопасен. Для этого используют ёмкости с пористым материалом, пропитанным ацетоном. 1 литр ацетона растворяет до 250 литров ацетилена.

    Ацетон используется также при экстракции многих растительных веществ.

    Ацетон служит также сырьём для синтеза уксусного ангидрида, кетена, диацетонового спирта и многих других соединений.

    Лабораторное применение

    В органической химии ацетон применяется в качестве полярного апротонного растворителя, в частности, в реакции алкилирования

    для окисления спиртов в присутствии алкоголятов алюминия по Оппенауэру

    Ацетон применяется для приготовления охлаждающих бань в смеси с «сухим льдом» и жидким аммиаком (охлаждает до температуры −78 °C).

    В лабораториях используется для мытья химической посуды благодаря низкой цене, малой токсичности, высокой летучести и лёгкой растворимости в воде, а также для быстрой сушки посуды и неорганических веществ.

    Для очистки в лабораторных условиях ацетон перегоняют в присутствии небольшого количества перманганата калия (до слабо-розовой окраски раствора).

    Обнаружение

    В химико-токсикологическом анализе для обнаружения ацетона применяют реакции с растворами йода, нитропруссида натрия, фурфурола, ο-нитробензальдегида и метод микродиффузии.

    Реакция на образование йодоформа.

    При взаимодействии ацетона с раствором йода в щелочной среде образуется трииодметан (йодоформ):

    К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10%-го раствора аммиака и несколько капель раствора йода в йодиде калия (йодной настойки). В присутствии йода образуется желтый осадок трииодметана с характерным запахом, а его кристаллы имеют характерную гексалучевую форму. Предел обнаружения — 0,1 мг ацетона в пробе.

    Реакция с нитропруссидом натрия (проба Легаля).

    Ацетон с нитропруссидом натрия в щелочной среде дает интенсивно-красную окраску. При подкислении уксусной кислотой окраска переходит в красно-фиолетовую. Кетоны, в молекулах которых отсутствуют метильные группы, непосредственно связанные с кетоновыми (СО—) группами, не дают такой реакции. Соответственно такие кетоны как метилэтилкетон, метилпропилкетон и другие — также дадут красную окраску с нитропруссидом.

    К 1 мл исследуемого раствора прибавляют 1 мл 10%-го раствора гидроксида натрия и 5 капель 1%-го свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия. При наличии ацетона в пробе появляется красная или оранжево-красная окраска. При прибавлении 10%-го раствора уксусной кислоты до кислой реакции через несколько минут окраска переходит в красно-фиолетовую или вишнёво-красную. Следует заметить, что бутанон дает аналогичную окраску с нитропруссидом натрия.

    
    
    

    Пожароопасность

    Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легковоспламеняемость. Температура самовоспламенения +465 °C, температура вспышки −20 °C. Воздушные смеси, содержащие от 2,5 % до 12,8 % (по объёму), взрывоопасны. С этим необходимо считаться, так как ацетон быстро испаряется, и образующееся облако может распространиться до места воспламенения (нагрев или искра) вдали от места работы с ним.

    Метаболизм и токсикология

    Ацетон является естественным метаболитом, производимым организмами млекопитающих, в том числе и человеческим организмом. Некоторое количество вещества выводится с выдыхаемым воздухом и выделениями кожи, некоторое — с мочой. В медицине ацетон относят к кетоновым телам. Нарушение нормального метаболизма, например, при сахарном диабете, приводит к так называемой ацетонурии — избыточному образованию и выведению ацетона.

    В крови в норме содержится 1-2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи — 0,01-0,03 г. При нарушениях обмена веществ, например, при сахарном диабете, в моче и крови повышается содержание ацетона. Незначительная часть ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом. Некоторое количество ацетона выделяется из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу, а некоторое — с мочой.

    Ацетон ядовит, но относится к малоопасным веществам (класс опасности IV, категория безопасности для здоровья по NFPA — 1). Сильно раздражает слизистые оболочки: длительное вдыхание больших концентраций паров приводит к возникновению воспаления слизистых оболочек, отёку лёгких и токсической пневмонии. Пары оказывают слабое наркотическое действие, сопровождаемое, чаще всего, дисфорией. При попадании внутрь вызывает состояние опьянения, сопровождаемое слабостью и головокружением, нередко — болями в животе; в существенных количествах возникает выраженная интоксикация, хотя, как правило, отравления ацетоном не смертельны. Возможно поражение печени (токсический гепатит), почек (уменьшение диуреза, появление крови и белка в моче) и коматозное состояние. При ингаляционном воздействии ацетон выводится гораздо медленнее (в течение нескольких часов), чем поступает, и поэтому может накапливаться в организме.

    Ацетон – физические характеристики, химические и биологические свойства, применение

    Ацетон – это вещество органического происхождения, представляющее собой летучую жидкость с характерным запахом уксуса. Формула ацетона CH₃ – C(O) – CH_3.

    Диметилкетон в печени млекопитающих образуется как продукт метаболизма и входит в состав кетоновых тел, поддерживающих энергетический баланс. При нарушении обменных процессов концентрация компонента возрастает. Ацетон легко смешивается с водой и растворителями, характеризуется невысокой токсичностью, используется во многих отраслях промышленности, в лабораторных синтезах.

    История открытия

    Углеродистое соединение из группы кетонов получил в конце XVI столетия при нагревании ацетата цинка без доступа кислорода химик из Германии Андреас Либавиль Описали свойства, определили природу вещества, присвоили ацетону систематическое название пропан-2-он в 1832 г. ученые Юстус фон Либих и Дюма Жан-Батист. Официальный термин Aceton ввел немецкий профессор Леопольд Гмелин спустя 16 лет.

    Продолжительный период ацетон получали при сухой перегонке древесины, а новые методы производства диметилкетона стали применяться в годы I Мировой войны, когда резко возросла потребность в слезоточивых газах.

    Способы получения

    Для выделения ацетона чаще применяют кумольный метод, включающий 3 этапа. В начальной стадии при повышенной температуре и в присутствии катализатора, создаваемого в отдельном реакторе путем смешивания серной кислоты с фенолом, и выдерживании при 60–80%, происходит разложение пропена до гидропероксида кумола:

    На следующих двух этапах путем гидролиза полученных веществ в кислой среде при нагревании до 90° и добавлении небольшого количества воды образуется 2 компонента – ацетон и фенол:

    Применение кумольного способа помогает уменьшить выделение диметилкетона, негативно влияющего на качество фенола.

    Получают ацетон в газовой фазе, окисляя изопропанол или вторичный одноатомный спирт при 450–600°:

    Для ускорения реакции используют металлы типа:

    Ацетон выделяли при брожении крахмала с помощью анаэробных микроорганизмов из рода клостридий. В результате реакции наблюдался малый выход пропанона, и для покрытия потребности стали отдавать предпочтение химическому синтезу.

    Чтобы выделить диметилкетон, в жидкой фазе проводят окисление пропена в растворах солей железа, меди, палладия под давлением от 50 до 100 атм. Синтезируют пропан-2-он из ацетилена и изоприлового спирта.

    При применении технологии перегонки ацетатов кальция, алюминия, получаемых при взаимодействии извести и уксуса из древесины, в ацетоне оставалось много примесей, и от данного метода со временем отказались.

    Физические свойства и характеристики

    Бесцветная жидкость растворяет соли калия и кальция, резину, жиры, соединяется с водой, в соответствии с ГОСТом содержит от 99,5% ацетона, 0,15 метилового спирта. Плотность органического вещества составляет от 0,78,9 до 79,1 г/ куб. см. Диметилкетон имеет следующие термодинамические характеристики:

    Показатель

    Единица измерения

    Значение

    Поверхностное натяжение при 20°C

    В нормальном состоянии ацетон, рациональная формула которого обозначается в виде CH₃ – C(O) – CH_3, является бесцветной жидкостью с динамической вязкостью 0,36 (при 10°C), при 41 градусе по Цельсию – 0,28.

    Энтальпия образования диметилкетона, измеряемая в килоджоулях/моль, составляет -247,7, плавления –5,69. На воздухе воспламенение пропана-2-он происходит при 465°, температура вспышки достигает -20. При испарении ацетона появляется облако, которое распространяется на значительное расстояние от места возгорания или нагрева.

    Пары ацетона раздражают конъюнктиву глаз, всасываются при вдыхании через кожу, вызывая при продолжительном контакте симптомы дерматита. Диметилкетон негативно действует на пищеварительные органы, печень, быстро загрязняет воздух, при распылении, испаряется при +20. При соприкосновении с перекисью, азотной и уксусной кислотой ацетон, который относят к III классу огнеопасности, образует взрывчатые соединения, при взаимодействии с хлороформом провоцирует возгорание, появление пожара.

    Показатель преломления пропанона при 20° составляет 1,359, при 25 –1,3588

    Ацетон приобретают для хранения ацетилена, применяемого при сварке и резке металлов, горючий газ держат в пористой таре, пропитанной диметилкетоном. Один литр летучего средства способен растворить 250 г непредельного углеводорода.

    Среди всех представителей группы насыщенных кетонов ацетон обладает наибольшей способностью вступления в реакцию. Диметилкетон с химической формулой C₃H₆O содержится в промышленных растворителях, но испаряется быстрее и легче такой продукции.

    При термическом разложении, что происходит при температуре, превышающей 700°, ацетон преобразуется в бесцветные газы в виде метана и кетена.

    При взаимодействии с цианистым водородом диметилкетон образует ацетонциангидрид–разлагаемый в кислотах продукт, что применяется как сырье для акрила, а также в производстве:

    • медицинских препаратов;
    • инсектицидов;
    • парфюмерии.

    В щелочной среде ацетон вступает в химическую реакцию альдольной самоконденсации, при которой образуется растворитель, обладающий свойствами спирта и кетона. Для придания блеска и формирования защитной пленки пропан-2-он добавляют в лакокрасочные материалы, что производятся на основе эфира целлюлозы.

    Ацетон образует кристаллические вещества, что растворяются в кислотах, в щелочах металлов и распадаются на альдегиды и кетоны.

    Под действием хлора диметилкетон, атомы водорода в котором замещаются галогенами, преобразуется в трихлорметан. В щелочной среде йод превращает ацетон в желтый кристаллический порошок трийодметана, которым дезинфицируют гнойные раны, обеззараживают эрозии, язвы.

    Биологические свойства

    Ацетон вырабатывается в организме животных и человека, синтезируется в результате метаболизма. В норме содержание вещества на 100 мл крови не превышает 2 г, небольшая часть ацетона выделяется с мочой. Растет уровень диметилкетона при нарушении обмена веществ, у больных сахарным диабетом, после тяжелых физических нагрузок, голодания. При содержании компонента в дозе, превышающей 60 мл, поражаются почки, возникает опасность появления изменений в легких.

    Малая часть ацетона, присутствующего в крови, преобразуется в углекислоту и выделяется с воздухом, выдыхаемым человеком, небольшая доля диметилкетона в неизменном состоянии уходит с мочой, потом.

    Особенности очистки

    В техническом ацетоне содержится вода и другие компоненты, а в соответствии с ГОСТом для продажи годится продукт с примесями до 0,1%. Чтобы определить наличие восстановителей, в 10 мм диметилкетона капают жидкий марганцовокислый калий. Если спустя четверть часа смесь становится светлее, это указывает на то, что добавок больше нормы.

    Для сушки технического ацетона используют углекислый калий. Раствор хорошо нагревают в течение нескольких часов, охлаждают и опять пропускают над свежим поташом.

    Для получения диметилкетона высокой степени очистки при 25 или 30° его насыщают порошком иодида натрия. Смесь сливают и охлаждают до 10 градусов, чтобы убрать кристаллы, пропускают через фильтр. Соль помещают в колбу и нагревают. Ацетон отправляют в перегонную емкость, где очищают от оставшегося дистиллята.

    Характеристики диметилкетона, доступная цена позволяют использовать едкое средство во многих сферах деятельности человека.

    В лабораторных условиях

    Ацетоном, который имеет низкую токсичность, хорошо растворяется в воде, моют химическую посуду. С помощью диметилкетонв сушат пробирки, колбы, другие емкости. При окислении спиртов в процессе введения алкильного заместителя в молекулу, ацетону отводится основная роль.

    Диметилкетон соединяют с жидким аммиаком, сухим льдом и при 78° и создают охлаждающие бани.

    В промышленности

    Не обходится без технического ацетона, который на предприятия поставляется в цистернах, в бутылях и бочках, производство нитрокрасок, эмали. Лак, в который наливают быстро испаряющийся пропанон, моментально сохнет, образует эластичную пленку и поступает на обувные фабрики, в авиастроение, в автомобильные корпорации.

    Пока не удалось найти, чем заменить ацетон в производстве:

    • парфюмерии;
    • лекарственных препаратов;
    • текстильной продукции;
    • кинопленки.

    В пищевой промышленности диметилкетон используется при создании добавок, улучшающих вкус выпечки, сладостей, при выделении экстрактов, при изготовлении ряда жиров. Ацетон принимает участие в синтезировании ароматических соединений, добавляемых в туалетную воду, одеколон, духи, поэтому заказывается компаниями, выпускающими парфюмерию.

    В качестве вспомогательных компонентов ацетон присутствует в обезболивающих препаратах, используется фармацевтическими компаниями для извлечения из растительного сырья многих вытяжек, основных экстрактов, для производства пленок, что накладывают на швы, раны.

    Покупают технический ацетон фирмы, которые выпускают:

    • резину;
    • стеклопластик;
    • бытовые товары.

    Не обходятся без диметилкетона в ряде других промышленных отраслей – в электронике, в производстве пороха, чернил. Покупают не один литр ацетона, а тонны предприятия, где делают сигареты.

    В быту

    Средством, которое стоит дешевле пятновыводителей, убирают следы от краски на покрывалах коврах, одежде, не затрагивая структуру, очищают застывший силикон, засохший клей, воск. Вместо дорогого растворителя ацетоном обезжиривают металлические поверхности, керамику перед нанесением лака, бетон и дерево обрабатывают до покраски. Для удаления потертостей на кафельной плитке, ламинате средством смачивают бумажное полотенце и аккуратно протирают. Чтобы избавиться от пятен кофе или чая, в чашку наливают 2 ч. ложки растворителя и очищают следы губкой.

    Владельцы автомобилей добавляют пропанон в бензобак, что помогает улучшить характеристики двигателя. Ацетоном вытирают нагар, оседающий на свечах, на поверхности форсунок, удаляют конденсат. Поскольку в данном средстве высокая концентрация кислорода, улучшается сгорание топлива, уменьшается потребление бензина

    Как выявляют ацетон

    Чтобы обнаружить диметилкетон в биохимическом анализе, применяют метод микродиффузии и реакции, в которых участвуют растворы фурфурола, нитропруссида натрия, нитробензальдегида.

    В 1 миллилитр исследуемого состава прибавляют такое же количество жидкого 10% аммиака и 2 или 3 капли йодной настойки. В пробе, где появляется осадок трийодметана с характерным запахом, окрашенный в желтый цвет, обнаруживают максимум 0,1 г ацетона.

    При взаимодействии диметилкетона с нитропруссидом натрия в щелочной среде раствор приобретает выраженный красный оттенок, при добавлении этановой кислоты становится фиолетовым, что свидетельствует о наличии ацетона.

    На присутствие диметилкетона указывает оранжевый оттенок, который исследуемый раствор приобретает при добавлении производных натрия, с уксусной эссенцией окрашивается в вишневый цвет.

    Меры предосторожности при работе

    В небольших объемах у ацетона низкая токсичность, высококонцентрированное средство раздражает кожу, провоцирует жжение в глазах. Если приходится контактировать на работе с данным веществом продолжительное время, рекомендуют соблюдать правила предосторожности, надевать перчатки, защищать бронхи, горло с помощью респиратора, при попадании растворителя на кожу смывать водой.

    Хотя ацетон является малоопасным для здоровья, при вдыхании большого объема паров:

    • воспаляются слизистые;
    • отекают легкие;
    • развивается токсическая пневмония.

    В условиях продолжительной работы и попадании внутрь организма высококонцентрированных паров ацетон действует подобно наркотику. Человек жалуется на слабость и головокружение, состояние опьянения, возникновение дискомфорта в животе. Интоксикация ацетоном обычно не заканчивается смертельным исходом, но оказывает негативное действие на легкие, поражает почки, приводит к появлению крови в моче, к временной утрате ориентации в пространстве.

    При вдыхании ацетон выводится длительный период, что чреватом накапливанием в тканях и органах, а это представляет опасность для здоровья. В России оборот диметилкетона контролируется, данное вещество включено в таблицу Перечня наркотических и психотропных средств и прекурсоров. В химических лабораториях поступление и расход материала заносят в журнал регистрации.

    Читайте также:

      
    • Корончатое сверло по металлу 36мм
      
    • Металлический фонарь с шокером отбойник
      
    • Обработка металлических изделий оквэд 2
      
    • Укажите самый пластичный металл
      
    • Монтаж пожарной металлической лестницы