Ацето́н (пропано́н, димети́лкето́н, пропано́н-2, химическая формула — C3H6O или CH3-C(=O)-CH3)[2] — органическое вещество, относящееся к классу насыщенных кетонов[6].
Ацетон | |||
---|---|---|---|
| |||
Общие | |||
Систематическое наименование |
Пропа́н-2-о́н | ||
Традиционные названия | Ацето́н, диметилкетон | ||
Хим. формула | C3H6O | ||
Рац. формула | CH3—C(O)—CH3 | ||
Физические свойства | |||
Состояние | Жидкость | ||
Молярная масса | 58,08 г/моль | ||
Плотность | 0,7899 г/см³ | ||
Поверхностное натяжение | 23,7×10-3 Н/м | ||
Динамическая вязкость |
0,36 мПа·с (10 °C) 0,295 мПа·с (25 °C) 0,28 мПа·с (41 °C) |
||
Энергия ионизации | 9,69 эВ и 9,71 эВ[1] | ||
Термические свойства | |||
Температура | |||
• плавления | −95 °C | ||
• кипения | 56,1 °C | ||
• вспышки | −20 [2] °C | ||
• самовоспламенения | 465 [3][4] °C | ||
Пределы взрываемости | 2,5 об.% | ||
Критическая точка | 235,5°C; 4.7МПа | ||
Критическая плотность | 0,273 г/см3 см³/моль | ||
Мол. теплоёмк. | 125 Дж/(моль·К) | ||
Энтальпия | |||
• образования |
(ж) −247,7 кДж/моль (г) −216,5 кДж/моль |
||
• сгорания | 1829,4 кДж/моль | ||
• плавления | 5,69 кДж/моль | ||
• кипения | 29,1 кДж/моль | ||
Давление пара | 23 998 Па | ||
Химические свойства | |||
Константа диссоциации кислоты | 19,16 ± 0,04[5] | ||
Диэлектрическая проницаемость | 20,9 | ||
Оптические свойства | |||
Показатель преломления | 1,3588 (25 °C) 1,3591 (20 °C) | ||
Структура | |||
Дипольный момент | 2,84 Д | ||
Классификация | |||
Рег. номер CAS | 67-64-1 | ||
PubChem | 180 | ||
Рег. номер EINECS | 200-662-2 | ||
SMILES | |||
InChI | |||
RTECS | AL3150000 | ||
ChEBI | 15347 | ||
Номер ООН | 1090 | ||
ChemSpider | 175 | ||
Безопасность | |||
ЛД50 | 1159 мг/кг | ||
Краткие характер. опасности (H) |
H225, H319, H336, EUH066 |
||
Меры предостор. (P) |
P210, P240, P305+P351+P338, P403+P233 |
||
Сигнальное слово | опасно | ||
Пиктограммы СГС | |||
NFPA 704 | |||
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
Медиафайлы на Викискладе |
Бесцветная летучая жидкость с характерным запахом. Неограниченно смешивается с водой и полярными органическими растворителями, ограниченно смешивается с неполярными растворителями.
Ценный промышленный растворитель. Благодаря низкой токсичности широко применяется в производстве лаков, взрывчатых веществ, лекарственных средств. Исходное соединение в многочисленных химических синтезах. В лабораторной практике ацетон применяют в качестве полярного апротонного растворителя, для приготовления охлаждающих смесей вместе с сухим льдом и аммиаком, а также для мытья химической посуды.
Ацетон является одним из продуктов метаболизма в живых организмах, в частности, в организме человека. Один из компонентов так называемых кетоновых тел, которых в крови здорового человека содержится крайне мало, однако при патологических состояниях (длительное голодание, тяжелая физическая нагрузка, тяжелая форма сахарного диабета) их концентрация может значительно повышаться и достигать 20 ммоль/л.
Происхождение названия
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[7][8], использовав старое немецкое слово Aketon (кетон, ацетон), которое также берёт корни от латинского «acetum».
Открытие
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 (для производства хлорацетона — эффективного слезоточивого вещества) очень быстро стимулировал создание новых методов производства.
Получение
Мировое производство ацетона составляет более 6,9 миллионов тонн в год (по данным на 2012 г[9].) и устойчиво растёт[9]. В промышленности ацетон получают напрямую или косвенно из пропена.
Старые методы
Старейший метод промышленного производства ацетона заключался в сухой перегонке ацетата кальция, который образуется при нейтрализации известью древесного уксуса, образующегося при коксовании древесины.[10]
- .
Сейчас этот метод уже не применяется, так как ацетон в этом случае содержит слишком много примесей.
Известны также способы получения ацетона ацетоно-бутиловым брожением углеводов (крахмала, сахаров, меласса), вызываемым бактериями — клостридиями, в частности Clostridium acetobutylicum; в ходе брожения образуются ацетон и бутиловый или этиловый спирты[11][12][13]. Ацетон и бутиловый спирт получают в мольном соотношении от 2:1 до 3:1. Метод характеризуется малыми выходами.
- .
В Германии в 1916 г. был запатентован процесс производства ацетона на основе уксусной кислоты. При 400 °C через контакты из церия пропускали уксусную кислоту:
- .
Ацетон также производили из ацетилена прямым синтезом:
- .
Ацетилен вступает во взаимодействие с водяным паром при 450 °C в присутствии катализаторов.
Кумольный способ
Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу. Процесс протекает в 3 стадии.[14]
На первой стадии бензол алкилируют пропеном с получением изопропилбензола (кумола), на второй и третьей (реакция Удриса — Сергеева) полученный кумол окисляют кислородом воздуха до гидропероксида, который при действии серной кислоты разлагается на фенол и ацетон:
Из изопропанола
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:
Метод окисления пропена
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:
Физические свойства
Ацетон — при н.у. бесцветная подвижная летучая жидкость с характерным резким запахом. Во всех соотношениях смешивается с водой, диэтиловым эфиром, бензолом, метанолом, этанолом, многими сложными эфирами и др.
Основные термодинамические свойства ацетона:[4]
- 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/см3
- Динамическая вязкость:
- 0,36 мПа·с (10 °C)
- 0,295 мПа·с (25 °C)
- 0,28 мПа·с (41 °C)
Термохимические свойства:
- Температура вспышки в воздухе[3]: (-20 °C)[2]
- Температура самовоспламенения на воздухе[3][4]: 465 °C
- Пределы взрывоопасных концентраций[3]: 2,6-12,8 %
Прочие свойства:
- Показатель преломления (для D-линии натрия):
- 1,3591 (20 °C)
- 1,3588 (25 °C)
- Показатель электролитической диссоциации: pKa = 20 (20 °C, вода)
- Диэлектрическая проницаемость (20 °C): 20,9
- Дипольный момент молекулы (20 °C): 2,84 Д
Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества, в частности, ацетил- и нитроцеллюлозы, воски, алкалоиды и др., а также ряд солей.
Химические свойства
Окислительно-восстановительные реакции
Восстанавливается амальгамами магния или цинка до пинакона:
Окисляет вторичные спирты в кетоны в присутствии трет-бутилата алюминия (реакция Опенауэра)
При использовании большого избытка ацетона реакция смещается вправо.
Под действием перекиси водорода на ацетон в кислой среде образуется перекись ацетона.
Ангидрид хрома окисляет ацетон до углекислого газа и воды. Ацетон реагирует с аммиаком и водородом в присутствии никеля или меди с образованием аминов:
Обычно реакция протекает при температуре 125-175 °C и давлении 5-10 атмосфер.
Присоединение нуклеофилов к карбонильной группе
Ацетон является одним из наиболее реакционноспособных кетонов. Так, он один из немногих кетонов образует бисульфитное соединение:
Ацетон легко присоединяет циановодород с образованием ацетонциангидрина:
Аналогично ацетон присоединяет хлороформ, образуя хлорэтон, который используется в качестве антисептика:
Реакции альфа-позиции
При воздействии ацетона на металлический натрий или амид натрия образуется ацетоннатрий, натриевый спирт изопропенилового спирта:
Атомы водорода в ацетоне легко замещаются на галогены. Под действием хлора (иода) в присутствии щёлочи образует хлороформ (йодоформ).
- +
Реакции конденсации
В щелочной среде вступает в альдольную самоконденсацию, с образованием диацетонового спирта:
При конденсации трех молекул ацетона под действием концентрированной серной или соляной кислоты образуется симметричный триметилбензол (мезитилен):
Прочие реакции
При пиролизе (700 °C) образует кетен:
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[15].
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 жёлтый 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)[15][16].
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.
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[17];
- 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.
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.
Очистка
Технический ацетон обычно содержит воду, иногда — спирт и другие восстановители. Проба на присутствие восстановителей:
К 10 мл ацетона прибавляют 1 каплю раствора перманганата калия (1:1000); после 15 мин. при 15 °C не должно наблюдаться значительного посветления окраски[18].
Сушат ацетон безводным поташом (около 5 % от веса ацетона), нагревая смесь в течение нескольких часов с обратным холодильником, переливают в другую колбу и перегоняют над свежим осушителем. Металлический натрий и щёлочи непригодны для сушки ацетона[19].
Для использования в качестве растворителя при окислении органических веществ перманганатом калия ацетон перегоняют в присутствии небольшого количества перманганата калия (до устойчивой фиолетовой окраски раствора), при этом для удаления воды добавляют безводный поташ[20].
Очень чистый ацетон получают разложением аддукта ацетона и бисульфита натрия[20] либо продукта присоединения ацетона и иодистого натрия:
В 440 мл сухого свежеперегнанного ацетона растворяют при нагревании на водяной бане 100 г безводного иодистого натрия. Образующийся раствор охлаждают до −8 °C и аддукт отделяют отсасыванием. При нагревании аддукт разлагается, освобождающийся ацетон отгоняют, сушат безводным хлористым кальцием и снова перегоняют, защищая от влаги воздуха[21].
Пожароопасность
Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его лёгкая воспламеняемость. 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
Ацетон является естественным метаболитом, производимым организмами млекопитающих, в том числе и человеческим организмом. В крови в норме содержится 1—2 мг/100 мл ацетона, в суточном количестве мочи — 0,01—0,03 г. Некоторое количество ацетона превращается в оксид углерода (IV), который выделяется с выдыхаемым воздухом, некоторое — с мочой и выделениями кожи. В медицине ацетон относят к кетоновым телам. Нарушение нормального метаболизма, например, при сахарном диабете, приводит к так называемой ацетонурии — избыточному образованию и выведению ацетона.
Токсичность
Ацетон токсичен[22]. По данным[23] ПДК ацетона составляет 200 мг/м³ (среднесменная за 8 часов) и 800 мг/м³ (максимально разовая). По данным ряда исследований, например[24] средний порог восприятия запаха был в ~3 раза выше чем максимально разовая ПДК, и в ~12 раз выше среднесменной ПДК. При этом у части работников порог был значительно выше среднего значения (например, более 30 и 120 ПДК соответственно). В исследовании[25] среднее значение порога восприятия запаха было ещё выше — 11 000 ppm (28 000 мг/м3), что превышает среднесменную ПДК в 140 раз.
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[прояснить] приводит к возникновению воспаления слизистых оболочек, отёку лёгких и токсической пневмонии.[источник не указан 1278 дней] 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.
Правовой статус
Эта статья описывает ситуацию применительно лишь к одному региону, возможно, нарушая при этом правило о взвешенности изложения. |
Ацетон, в концентрации более 60%, в России входит в таблицу III спиcка IV «Перечня наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров» и его оборот подлежит контролю. При работе в лаборатории с ацетоном операции, в которых он расходуется, должны вноситься в специальный «Журнал регистрации операций, при которых изменяется количество прекурсоров наркотических средств и психотропных веществ».
Примечания
Ссылки
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.