- 中文名
- 乙酸
- 外文名
- Acetic Acid
- 别 名
- 醋酸、冰醋酸
- 化学式
- CH3COOH
- 分子量
- 60.052
- CAS登录号
- 64-19-7
- EINECS登录号
- 231-791-2
- 熔 点
- 16.6 ℃
- 沸 点
- 117.9 ℃
- 水溶性
- 易溶于水
- 密 度
- 1.05 g/cm3
- 外 观
- 无色透明、有刺激性气味的液体
- 闪 点
- 39 ℃(CC)
- 应 用
- 有机合成原料、制备金属盐催化剂、食品调味剂、缓冲液
- 安全性描述
- S23;S24/25;S26;S36/37/39;S45
- 危险性符号
- C、Xi [11]
- 危险性描述
- R10;R35
研究简史
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文艺复兴时期,人们通过金属醋酸盐的干馏制备冰醋酸。16世纪德国炼金术士安德烈亚斯·利巴菲乌斯就把由这种方法产生的冰醋酸和由醋中提取的酸进行了比较。因为水的存在,导致了醋酸的性质发生很大改变,以至于在几个世纪里,化学家们都认为这是两个截然不同的物质。直至法国化学家阿迪(Pierre Adet)证明了这两种物质的主要成分是相同的。
1963年,德国巴斯夫化学公司用钴作催化剂,开发出第一个适合工业生产乙酸的工艺。
1968年,铑催化剂的大大降低了反应难度。采用铑的羰基化合物和碘化物组成的催化剂体系,使甲醇和一氧化碳在水-乙酸的介质中在175 ℃和低于3 MPa的压力条件下反应,即可得到乙酸产品。因为催化剂的活性和选择性都比较高,所以反应的副产物很少。
理化性质
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物理性质
序号 | 名称 | 单位 | 数据 |
---|---|---|---|
01 | ℃ | 16.6 | |
02 | ℃ | 117.9 | |
03 | g/cm3 | 1.05 | |
04 | 闪点(CC) | ℃ | 39 |
05 | 折射率(20℃) | — | 1.371 |
06 | 饱和蒸气压(20℃) | kPa | 1.52 |
07 | ℃ | 321.6 | |
08 | MPa | 5.78 | |
09 | ℃ | 426 | |
10 | % | 16.0、5.4 | |
11 | D | 1.7388 | |
12 | kJ/mol | 11.73 | |
13 | kJ/mol | -874.54 | |
14 | 标准摩尔吉布斯自由能 | kJ/mol | -389.9(l)、-374.0(g) |
15 | kJ/mol | 159.8(l)、282.5(g) | |
16 | kJ/mol | -484.5(l)、-432.25(g) | |
17 | 25 ℃、100 kPa下的摩尔定压热容 | kJ·kmol-1·K-1 | 124.3(l)、66.5(g) |
18 | kJ/mol | 23.379 | |
19 | 25 ℃下的无限稀释液相生成热 | kJ/mol | -486.087 |
20 | Pitzer偏心因子 | — | 0.466521 |
21 | 临界压缩因子 | — | 0.208 |
22 | 标准API重度 | ° | 2.6 |
23 | 沸点下的液体摩尔体积 | m3/kmol | 0.0639308 |
24 | 标准液体体积 | m3/kmol | 0.05763 |
25 | 60 ℉下的标准相对密度 | — | 1.0533 |
化学性质
(1)氢键
二聚体有较高的稳定性,已经通过冰点降低测定分子量法以及X光衍射证明了分子量较小的羧酸如甲酸(此时R=H)、乙酸在固态及液态,甚至气态以二聚体形式存在。当乙酸与水互溶时,二聚体间的氢键会很快的断裂,其他的羧酸也有类似的二聚现象 [1]。
(2)酸性
乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子(质子)而释放出来,导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸,酸度系数为4.8,pKa=4.75(25 ℃),浓度为1 mol/L的醋酸溶液(类似于家用醋的浓度)的pH = 2.4,即仅有0.4%的醋酸分子解离 [6]。
(3)与无机物反应
① 乙酸能与部分盐发生反应,生成相应的乙酸盐。
(4)生物化学反应
乙酸中的乙酰基,是生物化学中所有生命的基础。当它与辅酶A结合后,就成为了碳水化合物和脂肪新陈代谢的中心。然而,乙酸在细胞中的浓度是被严格控制在一个很低的范围内,避免使得细胞质的pH发生破坏性的改变。与其它长链羧酸不同,乙酸并不存在于甘油三酸脂中。但是,人造含乙酸的甘油三酸脂,又叫甘油醋酸酯(甘油三乙酸酯) [3],则是一种重要的食品添加剂,也被用来制造化妆品和局部性药物。
乙酸由一些特定的细菌生产或分泌。值得注意的是醋菌类梭菌属的丙酮丁醇梭杆菌,这个细菌广泛存在于全世界的食物、水和土壤之中。在水果或其他食物腐败时,醋酸也会自然生成。乙酸也是包括人类在内的所有灵长类生物的阴道润滑液的一个组成部分,被当作一个温和的抗菌剂。
(5)脱羧反应
(6)氧化还原反应
① 还原反应
② 氧化反应
(7)取代反应
① 酯化反应
② α-H卤代反应
③ 脱水反应
④ 与三氯化磷反应
⑤ 与氨气反应
谱图数据
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(1)紫外和可见光谱(ultraviolet and visible spectrum、UV):将分子中凡是能吸收某一段光波内的光子而产生跃迁的基团称为生色团,例如碳碳共轭结构、含有杂原子的共轭结构。对于羧基(-COOH)生色团,乙酸在水溶液中的最大吸收波长λmax = 204 nm,最大吸收系数εmax = 40 nm [12]。
羧基中的OH面外变形震动在940 cm-1(m)~990 cm-1(m),为特征的宽谱带,有利于确认羧基的存在 [14]。
分子结构数据
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名称 | 单位 | 数据 |
摩尔折射率 | — | 12.87 |
摩尔体积 | cm3/mol | 56.1 |
等张比容(90.2 K) | — | 133.5 |
表面张力 | dyne/cm | 31.9 |
极化率(10-24cm3) | — | 5.10 [9] |
计算化学数据
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合成方法
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乙酸的制备可以通过人工合成和细菌发酵两种方法。生物合成法,即利用细菌发酵,仅占整个世界产量的10%,但是仍然是生产乙酸,尤其是醋的最重要的方法,因为很多国家的食品安全法规规定食物中的醋必须是通过生物法制备,而发酵法又分为有氧发酵法和无氧发酵法。
有氧发酵法
此方法已经被商业化生产采用,也被称为“快速方法”或“德国方法”,因为首次在德国1823年应用成功而因此得名。此方法中,发酵是在一个塞满了木屑或木炭的塔中进行。含有酒精的原料从塔的上方滴入,新鲜空气从下方自然进入或强制对流。强化的空气量使得此过程能够在几个星期内完成,大大缩短了制醋的时间。
Otto Hromatka和Heinrich Ebner在1949年首次提通过液态的细菌培养基制备醋。在此方法中,酒精在持续的搅拌中发酵为乙酸,空气通过气泡的形式被充入溶液。通过这个方法,含乙酸15%的醋能够在2~3 d制备完成。
无氧发酵法
梭菌属因为有能够反应糖类的能力,减少了成本,这意味着这些细菌有比醋菌属细菌的乙醇氧化法生产乙酸更有效率的潜力。然而,梭菌属细菌的耐酸性不及醋菌属细菌。耐酸性最大的梭菌属细菌也只能生产不到10%的乙酸,而有的醋酸菌能够生产20%的乙酸。使用醋酸属细菌制醋仍然比使用梭菌属细菌制备后浓缩更经济。所以,尽管梭菌属的细菌早在1940年就已经被发现,但它的工业应用范围较窄。
甲醇羰基化法
乙醛氧化法
烷烃液氧化法
采用正丁烷为原料,以乙酸为溶剂,在170 ℃~180 ℃,5.5 MPa和乙酸钴催化剂存在下,用空气为氧化剂进行氧化。同时此方法也可采用液化石油气或轻质油为原料。此方法原料成本低,但工艺流程较长,腐蚀严重,乙酸收率不高,仅限于廉价异丁烷或液化石油气原料来源易得的地区采用。
此反应可以在能使丁烷保持液态的最高温度和压力下进行,副产物包括丁酮、乙酸乙酯、甲酸和丙酸。因为部分副产物也有经济价值,所以可以调整反应条件使得副产物更多的生成,不过分离乙酸和副产物使得反应的成本增加。
在类似条件下,使用上述催化剂,乙醛能被空气中的O2氧化生成乙酸。
乙烯氧化法
托普索法
生产工艺
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BP Cativa工艺
BP公司是世界最大的醋酸供应商,世界醋酸生产的70%采用BP技术。BP公司1996年推出Cativa技术专利,Cativa工艺采用基于铱的新催化剂体系,并使用多种新的助剂,如铼、钌、锇等,铱催化剂体系活性高于铑催化剂,副产物少,并可在水浓度较低(小于5%)情况下操作,可大大改进传统的甲醇羰基化过程,削减生产费用高达30%,节减扩建费用50%。此外,因水浓度降低,CO利用效率提高,蒸汽消耗减少 [7]。
塞拉尼斯 AOPlus工艺
塞拉尼斯公司也是世界上最大的醋酸生产商之一。1978年,赫斯特-塞拉尼斯公司(现塞拉尼斯公司)在美国得州克莱尔湖工业化投运了孟山都法醋酸装置。1980年,塞拉尼斯公司推出AOPlus法(酸优化法)技术专利,大大改进了孟山都工艺。
AOPlus工艺通过加入高浓度无机碘(主要是碘化锂LiI)以提高铑催化剂的稳定性,加入碘化锂和碘甲烷(CH3I)后,反应器中水浓度降低至4%~5%,但羰基化反应速率仍保持很高水平,从而极大地降低了装置的分离费用。催化剂组成的改变使反应器在低水浓度(4%~5%)下运行,提高了羰基化反应产率和分离提纯能力 [8]。
应用领域
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工业
(4)用于生产乙酸盐,如锰、钠、铅、铝、锌、钴等金属的盐,广泛用作催化剂,织物染色及皮革鞣制工业中的助剂;乙酸铅是油漆颜色铅白;四乙酸铅是有机合成试剂(如四乙酸铅可作强氧化剂、提供乙酰氧基的来源以及制备有机铅化合物等)。
食品
在食品行业中,乙酸用作酸化剂,增香剂和香料制造合成食醋时,用水将乙酸稀释至4-5%,添加各种调味剂,风味与醇造醋相似,制造时间短,价格便宜。作酸味剂,可用于复合调味料,配制醋、罐头、果冻和干酪,按生产需要适量使用。还可作曲香酒的增香剂,使用量为0.1~0.3 g/kg。
临床
直肠是各类肠疾病多发的部位,普通结肠镜检难以发现早期癌、微小病灶等不易发现的病灶,因此漏诊和误诊的情况时有发生。然而,在借助放大内镜技术确认大肠是否发生病变时,若采用一定浓度的乙酸喷洒直肠粘膜可使胃黏膜泛白,对胃窦粘膜轮廓有增强作用,从而能提高胃黏膜肿瘤和肠化生的诊断效果 [15]。
市场行情
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2022年,我国乙酸产能为10810 kt/a,产量为7935 kt,装置开工率为73.4,国内共有17家乙酸生产厂家,行业集中度高 [16]。
年份 | 产能/(kt/a) | 产量/(kt) | 进口量/kt | 出口量/kt | 表观消费量/kt | 开工率/% |
2013 | 7200 | 4302 | 17 | 159 | 4160 | 59.8 |
2014 | 8250 | 5304 | 20 | 184 | 5140 | 64.3 |
2015 | 8350 | 5847 | 53 | 370 | 5530 | 70.0 |
2016 | 8350 | 5847 | 87 | 240 | 5720 | 70.3 |
2017 | 8550 | 6924 | 16 | 457 | 6483 | 81.0 |
2018 | 9000 | 7192 | 14 | 710 | 6496 | 79.9 |
2019 | 9350 | 7092 | 6 | 638 | 6460 | 75.9 |
2020 | 9450 | 7028 | 58 | 400 | 6686 | 74.4 |
2021 | 10060 | 7511 | 0 | 983 | 6528 | 74.7 |
2022 | 10810 | 7935 | 0 | 1094 | 6841 | 73.4 |
安全信息
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安全术语
S23:Do not breathe gas/fumes/vapour/spray.
不要吸入气体/烟雾/蒸汽/喷雾。
S24/25:Avoid contact with skin and eyes.
避免皮肤和眼睛接触。
S26:In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.
眼睛接触后,立即用大量水冲洗并征求医生意见。
S36/37/39:Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.
穿戴适当的防护服、手套和眼睛/面保护。
S45:In case of accident or if you feel unwell, seek medical advice immediately (show the lable where possible).
发生事故时或感觉不适时,立即求医(可能时出示标签)。
风险术语
R10:Flammable.
易燃的。
R35:Causes severe burns.
引起严重灼伤。
安全措施
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静电作用:可能有聚合危害
浓度较高的乙酸具有腐蚀性,能导致皮肤烧伤,眼睛永久失明以及黏膜发炎,因此需要适当的防护。上述烧伤或水泡不一定马上出现,很大部份情况是暴露后几个小时出现。乳胶手套不能起保护作用,所以在处理乙酸的时候应该佩戴特制的手套,例如丁腈橡胶手套。浓缩乙酸在实验室中燃烧比较困难,但是当环境温度达到39 ℃(102.2 ℉)的时候,它便具有可燃的威胁,在此温度以上,乙酸可与空气混合爆炸(爆炸极限4%~17%体积浓度)。
乙酸的危害和乙酸溶液的浓度有关,下表中例举了乙酸溶液的欧盟分级。
浓度(质量) | 摩尔浓度 | 分级 | R-Phrases |
---|---|---|---|
10%–25% | 1.67–4.16 mol/L | 刺激 (Xi) | R36/38 |
25%–90% | 4.16–14.99 mol/L | 腐蚀 (C) | R34 |
>90% | >14.99 mol/L | 腐蚀 (C) | R10, R35 |
因为强烈的刺激性气味及腐蚀性蒸汽,操作浓度超过25%的乙酸要在眼罩下进行。稀乙酸溶液,例如醋,是无害的。然而,摄入高浓度的乙酸溶液是有害人及动物健康的。
泄漏处理
污染排放类别:Z
泄漏处理:切断火源,穿戴好防护眼镜、防毒面具和耐酸工作服,用大量水冲洗溢漏物,使之流入航道,被很快稀释,从而减少对人体的危害。
灭火方法
用雾状水、干粉、抗醇泡沫、二氧化碳、灭火。用水保持火场中容器冷却。用雾状水驱散蒸气,赶走泄漏液体,使稀释成为不燃性混合物。并用水喷淋去堵漏的人员。
急救措施
皮肤接触:皮肤接触先用水冲洗,再用肥皂彻底洗涤。
眼睛接触:眼睛受刺激用水冲洗,再用干布拭擦,严重的须送医院诊治。
吸入:若吸入蒸气得使患者脱离污染区,安置休息并保暖。
食 入:误服立即漱口,给予催吐剂催吐,急送医院诊治。
防护措施
呼吸系统防护:空气中深度浓度超标时,应佩戴防毒面具。
眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
手防护:佩戴特制手套。
其他:工作后,淋浴更衣,不要将工作服带入生活区。
毒理学数据
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(1)急性毒性
LD50:3530 mg/kg(大鼠经口);1060 mg/kg(兔经皮)
(2)刺激性
家兔经皮:50 mg(24 h),轻度刺激。
家兔经眼:5 mg(30 s),轻度刺激(用水冲洗)。
(3)致突变性
微生物致突变:大肠杆菌300 ppm(3 h)。
姐妹染色单体交换:人淋巴细胞5 mmol/L。
细胞遗传学分析:仓鼠卵巢10 mmol/L。
(4)其他
大鼠经口最低中毒剂量(TDLo):700 mg/kg(18 d,产后),对新生鼠行为有影响。
生态学数据
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(1)生态毒性
IC50:90 mg/L(72 h)(藻类)
(2)生物降解性
MITI-I测试,初始浓度100 ppm,污泥浓度30 ppm,2周后降解74%。
(3)非生物降解性
储运
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储存
储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。冬季应保持库温高于16 ℃,以防凝固。保持容器密封 [10]。应与氧化剂、碱类分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
运输
运输注意事项:本品铁路运输时限使用铝制企业自备罐车装运,装运前需报有关部门批准。铁路非罐装运输时应严格按照铁道部《危险货物运输规则》中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。运输时所用的槽(罐)车应有接地链,槽内可设孔隔板以减少震荡产生静电。严禁与氧化剂、碱类、食用化学品等混装、混运。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。
药典信息
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本品含C2H4O2不得少于99.0%(g/g)。
性状
鉴别
检测
① 乙酸
取本品约2 mL,置称定重量的具塞锥形瓶中,精密称定,加新沸过的冷水40 mL与酚酞指示液3滴,用氢氧化钠滴定液(1 mol/L)滴定,每1 mL氢氧化钠滴定液(1 mol/L)相当于60.05 mg的C2H4O2。
② 氯化物
③ 硫酸盐
④ 甲酸与易氧化物
取本品5 mL,加水10 mL稀释后,分取5 mL,加重铬酸钾滴定液(0.01667 mol/L)2.5 mL与硫酸6 mL,放置1 min,再加水2 0mL,放冷至15 ℃,加碘化钾(KI)试液1 mL,应即显深黄色或棕色。
⑤ 乙醛
照残留溶剂测定法(通则0861第二法)测定。
供试品溶液:取本品1.8 mL,精密称定,置10mL量瓶中,用水稀释至刻度,摇匀,取2.5mL,置顶空瓶中,加3.2 mol/L氢氧化钠溶液2.5 mL,立即密封,摇匀。
色谱条件:以聚乙二醇聚硅氧烷(或极性相近)为固定液的毛细管柱为色谱柱,起始温度为35 ℃,维持5 min,以30 °C/min的速率升温至120 ℃,维持2 min,检测器温度为250 ℃,进样口温度为200 ℃,顶空瓶平衡温度为80 ℃,平衡时间为30 min。
⑥ 高锰酸钾
取本品2 mL,加水10 mL与搞锰酸钾滴定液(0.02mol/L)0.10mL,摇匀,放置30 min,粉红色不得完全消失。
⑦ 不挥发物
取本品20 mL,置105 ℃恒重的蒸发皿中,在水浴上蒸干并在105 ℃干燥至恒重,遗留残渣不得过1 mg。
⑧ 铁盐
取本品2.0 mL,置水浴上蒸干,加水15 mL,微温溶解后,加水适量使成25mL,依法检查(通则0807),与标准铁溶液1.0mL制成的对照液比较,不得更深(0.0005%)。
⑨ 重金属
标准法规
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(1)工业用冰乙酸 GB/T 1628-2020(代替GB/T 1628-2008);
(4)化学试剂 乙酸(冰醋酸) GB/T 676-2007(代替GB/T 676-1990);
(5)环境空气 6种挥发性羧酸类化合物的测定 气相色谱-质谱法 HJ 1220-2021;
(6)车间空气中乙酸卫生标准 GB 16233-1996;
(7)工业冰乙酸试验方法 GB/T 1628.2~1628.7-2000;