Vitu maarufu na vinavyotumika katika maisha ya binadamu na viwandani vilivyo katika aina ya alkoholi za polyhydric ni ethylene glikoli na glycerin. Utafiti wao na utumiaji wao ulianza karne kadhaa zilizopita, lakini mali ya misombo hii ya kikaboni ni ya kipekee na ya kipekee, ambayo inawafanya kuwa wa lazima hadi leo. Pombe za polyhydric hutumika katika usanisi wa kemikali nyingi, viwanda na maeneo ya maisha ya binadamu.
"Kufahamiana" kwa kwanza na ethilini glikoli na glycerin: historia ya kupata
Mnamo 1859, kupitia mchakato wa hatua mbili wa kuitikia dibromoethane na asetati ya fedha na kisha kutibu diacetate ya ethilini ya glikoli iliyopatikana katika majibu ya kwanza na caustic potashi, Charles Wurtz alitengeneza kwanza ethylene glikoli. Wakati fulani baadaye, njia ya hidrolisisi ya moja kwa moja ya dibromoethane ilitengenezwa, lakini kwa kiwango cha viwanda mwanzoni mwa karne ya ishirini, pombe ya dihydric 1, 2-dioxyethane, pia inajulikana kama monoethylene glycol, au tu glycol, huko Marekani.hupatikana kwa hidrolisisi ya ethilini klorohydrin.
Leo, katika viwanda na maabara, idadi ya mbinu nyingine hutumiwa, mpya, za kiuchumi zaidi kutokana na mtazamo wa malighafi na nishati, na rafiki wa mazingira, tangu utumizi wa vitendanishi vyenye au kutoa klorini., sumu, kansa na vitu vingine hatari kwa mazingira na wanadamu, inapungua kutokana na maendeleo ya kemia ya "kijani".
Glycerine iligunduliwa na mfamasia Carl Wilhelm Scheele mnamo 1779, na Theophile Jules Pelouze alisoma muundo wa kiwanja mnamo 1836. Miongo miwili baadaye, muundo wa molekuli ya pombe hii ya trihydric ilianzishwa na kuthibitishwa katika kazi za Pierre Eugene Marseille Vertelot na Charles Wurtz. Hatimaye, miaka ishirini baadaye, Charles Friedel alifanya awali kamili ya glycerol. Hivi sasa, tasnia hutumia njia mbili za uzalishaji wake: kupitia kloridi ya allyl kutoka kwa propylene, na pia kupitia acrolein. Sifa za kemikali za ethilini glikoli, kama glycerin, hutumika sana katika nyanja mbalimbali za utengenezaji wa kemikali.
Muundo na muundo wa muunganisho
Molekuli inatokana na kiunzi cha hidrokaboni ambacho hakijajazwa tena cha ethilini, kinachojumuisha atomi mbili za kaboni, ambapo dhamana mbili imevunjwa. Vikundi viwili vya haidroksili viliongezwa kwenye tovuti za valence zilizoachwa kwenye atomi za kaboni. Fomula ya ethilini ni C2H4, baada ya kuvunja dhamana ya crane na kuongeza vikundi vya haidroksili (baada ya hatua kadhaa) inaonekana kama C2N4(OH)2. Ndivyo ilivyoethylene glikoli.
Molekuli ya ethilini ina muundo wa mstari, wakati pombe ya dihydric ina aina ya usanidi wa uwekaji wa vikundi vya hidroksili kuhusiana na uti wa mgongo wa kaboni na kila mmoja (neno hili linatumika kikamilifu kwa nafasi inayohusiana na dhamana nyingi). Usambazaji huo unafanana na eneo la mbali zaidi la hidrojeni kutoka kwa vikundi vya kazi, nishati ya chini, na hivyo utulivu wa juu wa mfumo. Kwa ufupi, kikundi kimoja cha OH kinatazama juu na kingine kinatazama chini. Wakati huo huo, misombo yenye hidroksili mbili haina msimamo: kwa atomi moja ya kaboni, ikitengenezwa katika mchanganyiko wa mmenyuko, hutolewa mara moja, na kugeuka kuwa aldehidi.
Ainisho
Sifa za kemikali za ethilini glikoli hubainishwa na asili yake kutoka kwa kundi la alkoholi za polyhydric, yaani, kikundi kidogo cha dioli, yaani, michanganyiko yenye vipande viwili vya hidroksili kwenye atomi za kaboni jirani. Dutu ambayo pia ina vibadala kadhaa vya OH ni glycerol. Ina vikundi vitatu vya utendaji wa pombe na ndiye mwanachama anayejulikana zaidi wa darasa lake ndogo.
Michanganyiko mingi ya darasa hili pia hupatikana na kutumika katika utengenezaji wa kemikali kwa usanisi na madhumuni mengine, lakini matumizi ya ethylene glikoli ni ya kiwango kikubwa zaidi na inahusika katika tasnia karibu zote. Suala hili litajadiliwa kwa undani zaidi hapa chini.
Sifa za kimwili
Matumizi ya ethylene glycol yanatokana na kuwepo kwa idadi yamali ambayo ni ya asili katika pombe za polyhydric. Hizi ni vipengele bainifu ambavyo ni sifa kwa aina hii ya misombo ya kikaboni pekee.
Sifa muhimu zaidi ni uwezo usio na kikomo wa kuchanganya na H2O. Maji + ethylene glycol hutoa suluhisho na sifa ya pekee: kiwango chake cha kufungia, kulingana na mkusanyiko wa diol, ni digrii 70 chini kuliko ile ya distillate safi. Ni muhimu kutambua kwamba utegemezi huu sio mstari, na juu ya kufikia maudhui fulani ya kiasi cha glycol, athari kinyume huanza - kiwango cha kufungia kinaongezeka na ongezeko la asilimia ya dutu iliyoharibiwa. Kipengele hiki kimepata matumizi katika utengenezaji wa vizuia kuganda, vimiminika vya kuzuia kuganda ambavyo humeta kwa hali ya chini sana ya hali ya joto ya mazingira.
Isipokuwa katika maji, mchakato wa kuyeyuka huendelea vyema katika pombe na asetoni, lakini hauonekani katika parafini, benzeni, etha na tetrakloridi kaboni. Tofauti na babu yake wa asili - dutu ya gesi kama ethylene, ethilini glycol ni kioevu kama syrup, uwazi na tint kidogo ya njano, tamu katika ladha, na harufu isiyo ya kawaida, isiyo na tete. Kuganda kwa 100% ethilini glikoli hutokea kwa nyuzi joto -12.6 Selsiasi, na kuchemka kwa +197.8. Katika hali ya kawaida, msongamano ni 1.11 g/cm3.
Mbinu za Kupata
Ethylene glikoli inaweza kupatikana kwa njia kadhaa, ambazo baadhi yake leo zina umuhimu wa kihistoria au maandalizi pekee, huku nyinginezo.kutumika kikamilifu na mwanadamu kwa kiwango cha viwanda na si tu. Kwa mpangilio wa matukio, hebu tuangalie zile muhimu zaidi.
Njia ya kwanza ya kupata ethilini glikoli kutoka kwa dibromoethane tayari imeelezwa hapo juu. Mchanganyiko wa ethylene, dhamana ya mara mbili ambayo imevunjwa, na valencies za bure zinachukuliwa na halojeni, nyenzo kuu ya kuanzia katika mmenyuko huu, pamoja na kaboni na hidrojeni, ina atomi mbili za bromini katika muundo wake. Uundaji wa kiwanja cha kati katika hatua ya kwanza ya mchakato inawezekana kwa usahihi kutokana na kuondolewa kwao, yaani, uingizwaji wa vikundi vya acetate, ambavyo, juu ya hidrolisisi zaidi, hugeuka kuwa pombe.
Katika mchakato wa maendeleo zaidi ya sayansi, iliwezekana kupata ethilini glikoli kwa hidrolisisi ya moja kwa moja ya ethanes yoyote iliyobadilishwa na halojeni mbili kwenye atomi za kaboni jirani, kwa kutumia miyeyusho ya maji ya kabonati za chuma kutoka kwa kundi la alkali au (chini ya mazingira. kitendanishi rafiki) H2 Loo na dioksidi risasi. Mwitikio huo ni "wa nguvu kazi kubwa" na unaendelea tu kwa viwango vya juu vya joto na shinikizo, lakini hii haikuwazuia Wajerumani kutumia njia hii wakati wa vita vya ulimwengu kutengeneza ethylene glikoli kwa kiwango cha viwanda.
Mbinu ya kupata ethilini glikoli kutoka kwa ethilini klorohidrini kwa hidrolisisi yake yenye chumvi za kaboni za metali za alkali pia ilitekeleza jukumu lake katika ukuzaji wa kemia-hai. Kwa ongezeko la joto la mmenyuko hadi digrii 170, mavuno ya bidhaa inayolengwa yalifikia 90%. Lakini kulikuwa na shida kubwa - glycol ilipaswa kutolewa kwa njia fulani kutoka kwa suluhisho la chumvi, ambalo linahusiana moja kwa moja na.matatizo kadhaa. Wanasayansi walitatua suala hili kwa kutengeneza mbinu yenye nyenzo sawa ya kuanzia, lakini wakavunja mchakato katika hatua mbili.
Ethylene glikoli acetate hidrolisisi, ikiwa ni hatua ya awali ya mwisho ya mbinu ya Wurtz, ikawa mbinu tofauti walipofanikiwa kupata kitendanishi cha kuanzia kwa kuweka ethilini katika asidi asetiki yenye oksijeni, yaani, bila matumizi ya ghali na misombo ya halojeni isiyo ya mazingira kabisa.
Pia kuna njia nyingi za kutengeneza ethylene glycol kwa kuongeza ethilini yenye hidroperoksidi, peroksidi, organic peracids kukiwa na vichochezi (osmium compounds), potassium chlorate, n.k. Pia kuna mbinu za electrokemikali na mionzi.
Tabia za kemikali za jumla
Sifa za kemikali za ethilini glikoli hubainishwa na vikundi vyake vya utendaji. Miitikio inaweza kuhusisha kibadala cha hidroksili au zote mbili, kulingana na hali ya mchakato. Tofauti kuu ya reactivity iko katika ukweli kwamba kutokana na kuwepo kwa hidroksili kadhaa katika pombe ya polyhydric na ushawishi wao wa pande zote, mali ya asidi yenye nguvu hudhihirishwa kuliko yale ya "ndugu" wa monohydric. Kwa hivyo, katika athari na alkali, bidhaa ni chumvi (kwa glycol - glycolate, kwa glycerol - glycerates).
Sifa za kemikali za ethilini glikoli, pamoja na glycerin, hujumuisha miitikio yote ya alkoholi kutoka aina ya monohydric. Glycol hutoa esta kamili na sehemu katika athari na asidi ya monobasic, glycolate, mtawaliwa, huundwa na metali za alkali, na wakati.katika mchakato wa kemikali na asidi kali au chumvi zao, asidi asetiki aldehyde hutolewa - kutokana na kuondolewa kwa atomi ya hidrojeni kutoka kwa molekuli.
Maitikio yenye metali amilifu
Mwitikio wa ethilini glikoli pamoja na metali hai (baada ya hidrojeni katika mfululizo wa nguvu za kemikali) katika halijoto ya juu huipa ethilini glikolati ya metali inayolingana, pamoja na hidrojeni hutolewa.
C2N4(OH)2 + X → C2H4O2X, ambapo X ni metali amilifu ya divalent.
Mtikio wa ubora kwa ethylene glycol
Toa tofautisha pombe ya polyhydric kutoka kwa kioevu kingine chochote kwa kutumia mmenyuko wa kuona ambao ni maalum kwa aina hii ya misombo pekee. Ili kufanya hivyo, hidroksidi ya shaba iliyopangwa upya (2), ambayo ina sifa ya rangi ya bluu, hutiwa ndani ya ufumbuzi usio na rangi ya pombe. Wakati vipengele vilivyochanganywa vinapoingiliana, mvua hupasuka na ufumbuzi hugeuka kuwa rangi ya bluu ya kina - kama matokeo ya kuundwa kwa glycolate ya shaba (2).
Upolimishaji
Sifa za kemikali za ethylene glycol ni muhimu sana kwa utengenezaji wa viyeyusho. Upungufu wa maji mwilini wa dutu iliyotajwa, ambayo ni, kuondolewa kwa maji kutoka kwa kila molekuli mbili za glycol na mchanganyiko wao unaofuata (kikundi kimoja cha hydroxyl kinaondolewa kabisa, na hidrojeni tu hutolewa kutoka kwa nyingine), inafanya uwezekano wa kupata. kiyeyushi cha kipekee cha kikaboni - dioxane, ambacho hutumiwa mara nyingi katika kemia ya kikaboni, licha ya sumu yake ya juu.
Hydroxy exchangekwa halojeni
Ethylene glikoli inapoingiliana na asidi hidrohali, uingizwaji wa vikundi vya hidroksili na halojeni inayolingana huzingatiwa. Kiwango cha uingizwaji hutegemea ukolezi wa molari ya halidi hidrojeni katika mchanganyiko wa mmenyuko:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2 -CH2-X, ambapo X ni klorini au bromini.
Pata Etheri
Katika athari za ethilini glikoli na asidi ya nitriki (ya mkusanyiko fulani) na asidi za kikaboni za monobasic (formic, asetiki, propionic, butyric, valeric, nk.), ngumu na, ipasavyo, monoesters rahisi huundwa. Kwa wengine, mkusanyiko wa asidi ya nitriki ni glycol di- na trinitroesters. Asidi ya sulfuriki ya ukolezi fulani hutumika kama kichocheo.
Vito muhimu zaidi vya ethylene glikoli
Vitu vya thamani vinavyoweza kupatikana kutoka kwa alkoholi za polihydric kwa kutumia athari rahisi za kemikali (ilivyoelezwa hapo juu) ni etha za ethylene glikoli. Yaani: monomethyl na monoethyl, fomula zake ni HO-CH2-CH2-O-CH3 na HO-CH2-CH2-O-C2N 5 mtawalia. Kwa upande wa sifa za kemikali, kwa njia nyingi zinafanana na glikoli, lakini, kama aina nyingine yoyote ya misombo, zina sifa tendaji za kipekee ambazo ni za kipekee kwao:
- Monomethylethilini glikoli ni kioevu kisicho na rangi, lakini chenye harufu maalum ya kuchukiza, kinachochemka kwa nyuzijoto 124.6, mumunyifu sana katika ethanoli, nyinginezo.vimumunyisho vya kikaboni na maji, tete zaidi kuliko glikoli, na msongamano wa chini kuliko ule wa maji (kwa mpangilio wa 0.965 g/cm3).
- Dimethylethilini glikoli pia ni kimiminika, lakini chenye harufu mbaya sana, msongamano wa 0.935 g/cm3, kiwango cha mchemko cha nyuzi 134 juu ya sifuri na umumunyifu unaolingana. kwa homologue iliyotangulia.
Matumizi ya cellosolves - kama ethylene glycol monoethers kwa ujumla huitwa - ni ya kawaida sana. Zinatumika kama vitendanishi na vimumunyisho katika usanisi wa kikaboni. Sifa zao za kimaumbile pia hutumika kwa viungio vya kuzuia kutu na uwekaji fuwele katika mafuta ya kuzuia kuganda na injini.
Sehemu za matumizi na bei ya anuwai ya bidhaa
Gharama katika viwanda na biashara zinazohusika katika uzalishaji na uuzaji wa vitendanishi hivyo hubadilika kwa wastani kuhusu rubles 100 kwa kila kilo ya kiwanja cha kemikali kama vile ethilini glikoli. Bei inategemea usafi wa dutu na asilimia ya juu zaidi ya bidhaa inayolengwa.
Matumizi ya ethylene glikoli hayakomei kwa eneo lolote pekee. Kwa hivyo, kama malighafi hutumiwa katika utengenezaji wa vimumunyisho vya kikaboni, resini za bandia na nyuzi, vinywaji ambavyo huganda kwa joto la chini. Inashiriki katika tasnia nyingi kama vile magari, anga, dawa, umeme, ngozi, tumbaku. Umuhimu wake kwa usanisi wa kikaboni ni mzito usiopingika.
Ni muhimu kukumbuka kuwa glycol nikiwanja cha sumu ambacho kinaweza kusababisha madhara yasiyoweza kurekebika kwa afya ya binadamu. Kwa hiyo, huhifadhiwa katika vyombo vilivyofungwa vilivyotengenezwa kwa alumini au chuma na safu ya ndani ya lazima ambayo inalinda chombo kutokana na kutu, tu katika nafasi za wima na katika vyumba ambavyo havina vifaa vya mifumo ya joto, lakini kwa uingizaji hewa mzuri. Muda - sio zaidi ya miaka mitano.
