Ostatnim razem, gdy smakowałaś sałatka z tartym dressingiem, a może tylko odrobiną octu balsamicznego, prawdopodobnie byłeś zbyt zajęty delektowaniem się mrowiącym doznaniem smakowym, aby docenić podstawy chemia.
Imponująca gama smaków i rodzajów octu pieprzowego na rynku, a pod koniec 2010 roku nawet „ocet do picia” trafił na półki sklepów ze zdrową żywnością i sklepów spożywczych w całych Stanach Zjednoczonych Państwa. Ale wszystkie one mają co najmniej jedną wspólną cechę: składnik, który nadaje tym dressingom i sosom charakterystyczne „zgrzytanie”, to cząsteczka zwana kwasem octowym.
Zastosowania kwasu octowego nie ograniczają się do świata przypraw, chociaż jest to z pewnością pierwsza linia w supermarkecie, do której należy zajrzeć, jeśli nagle zaczniesz potrzebować tego związku. Pod względem chemii kwasowo-zasadowej nie jest to szczególnie silny kwas, więc zagrożenia związane z kwasem octowym są bardziej przyziemne niż w przypadku bardziej żrących kwasów, takich jak kwas siarkowy.
Ale zanim zaczniesz nurkować konkretnie w kwas octowy (w skafandrze!), powinieneś zapoznać się z chemią kwasowo-zasadową w ogólne i jak kwasy i zasady mogą być używane do manipulowania sobą, woda i pH (kwasowość lub zasadowość) rozwiązania. Następnie dowiesz się, w jaki sposób kwas octowy jest używany i przygotowywany oraz gdzie pojawia się na świecie. Kiedy skończysz, ostatnią rzeczą, jaką powinieneś poczuć, jest gorzki smak w ustach!
Kwasy i zasady w chemii
Na przestrzeni wieków proponowano różne definicje kwasów i zasad, które w większości uzupełniają się, czerpiąc z wcześniejszej wiedzy, a nie ją wypierając.
Związki te zostały zidentyfikowane jako posiadające unikalne właściwości wiele wieków temu (niektóre kwasy mają w szczególności zdolność do korozji metali), ale dopiero pod koniec XIX wieku zaproponowano formalną definicję. W tym czasie Svante Arrhenius zdefiniował kwas jako substancję, która zwiększa stężenie jonów wodorowych w wodzie.
Kwas dodany do wody dysocjuje na proton i to, co pozostaje (o tym za chwilę). Ponieważ woda nie istnieje wyłącznie jako morze nienaruszonego H2Cząsteczki O, ale raczej jako kombinacja H2O i pewna liczba „wolnych” H+ i OH– jony.
Oznacza to, że w efekcie może służyć zarówno jako kwas, jak i zasada. H2Samo O może działać jako baza, przyjmując proton, aby stać się tak zwanym jonem hydroniowym (H3O+). Widać, że dodanie jonu hydroniowego do jonu wodorotlenowego daje odpowiedni surowiec na 2 cząsteczki H2O do formy.
Inne definicje kwasów i zasad pomagają wyjaśnić szczególne przypadki, które na pierwszy rzut oka wydają się nie mieć sensu, takie jak fakt, że amoniak (NH3) może służyć jako zasada, mimo że nie jest w stanie oddać grupy hydroksylowej.
Dzieje się tak, ponieważ kwasy można alternatywnie postrzegać jako donory protonów i bazy jak akceptory protonów; jeszcze lepiej, kwasy można traktować jako akceptory par elektronowych i bazy jak donorów par elektronowych.
Jakie jest rozwiązanie?
Cała ta rozmowa o rozwiązaniach zakłada, że czytelnicy wiedzą, co to jest. Niezależnie od tego, nigdy nie zaszkodzi przejrzeć fundamentalną koncepcję chemii, która dotyczy kwasu octowego i niezliczonych innych związków.
Większość reakcji, o których przeczytasz lub nawet spróbujesz w laboratorium, pojawia się w roztwór wodny, która jest fantazyjną nazwą stałego związku (substancji rozpuszczonej) rozpuszczonej w wodzie (ogólniej, roztwór wymaga ciekłego rozpuszczalnika, ale nie musi to być woda).
Gdy pewne ciała stałe, zwłaszcza związki jonowe, są umieszczane w roztworze, łatwo się rozpuszczają i często jest to konsekwencją specyficznych właściwości substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Na przykład woda jest cząsteczką polarną i zawiera również silne wiązania wodorowe.
Kiedy sól kuchenna, czyli NaCl, zostanie umieszczona w wodzie, jej wiązania jonowe nie dorównują elektrochemicznym właściwościom wody i rozpadają się. Następnie+ i Cl– jony następnie trafiają do przestrzeni między nienaruszonymi cząsteczkami wody.
W przypadku kwasów i zasad siły napędowe rozpuszczania są różne, ale wynikiem jest nadal tworzenie się jonów. Jon hydroniowy (z oddanego protonu) reprezentuje kation, podczas gdy anion nazywa się sprzężona baza. W nomenklaturze stąd pochodzi przyrostek „ate”: Kiedy kwas octowy dysocjuje na swoje jony składowe, nazywana jest sprzężona zasada pozostawiona w roztworze octan.
Kwas octowy: struktura, formuła i inne podstawy
Kwas octowy jest również znany jako kwas etanowy i rzadziej jak kwas metanokarboksylowy. Ma wzór chemiczny C2H4O2, choć zwykle pisze się CH3COOH, aby wskazać, że jest to kwas karboksylowy.
Są to kwasy zawierające grupę karboksylową, która jest końcowym atomem węgla podwójnie związanym z tlenem oraz z grupą hydroksylową. Atom H grupy hydroksylowej jest kwasowym protonem związku.
Kwas octowy ma masę cząsteczkową 60,05 grama na mol (g/mol). Gęstość kwasu octowego wynosi 1,053 g/mol w temperaturze pokojowej w postaci ciekłej, choć może on również występować w postaci stałej. pKa kwasu octowego wynosi 4,76, co jest wartością pH, przy której połowa kwasu będzie nienaruszona, a druga połowa w formie jonowej.
- Wzór na jon octanowy (sprzężona zasada kwasu octowego) to CH3GRUCHAĆ-.
Zastosowania i synteza kwasu octowego
Kwas octowy można łączyć z cukrami, przyprawami i innymi artykułami spożywczymi, tworząc różne octy, ale jest ważny również poza światem kulinarnym. Związki polimerowe, takie jak octan winylu, są wykorzystywane w produkcji tworzyw sztucznych, a octan celulozy w przemyśle fotograficznym.
Octan jest ważnym związkiem w biochemii, ponieważ można go łączyć z cząsteczką zwaną koenzymem A (CoA), aby stworzyć acetylo-CoA, ważny związek chemiczny w oddychaniu komórkowym (w szczególności cykl Krebsa lub cykl kwasu cytrynowego, który występuje w mitochondriach).
Kwas octowy powstaje na wiele sposobów: poprzez utlenianie aldehydu octowego, utlenianie etanolu (alkoholu etylowego) oraz utlenianie butanu lub butenu. Można go również wytwarzać na dużą skalę z alkoholu jednowęglowego metanol.
Zagrożenia związane z kwasem octowym
Kwasy są żrące i mogą uszkadzać skórę, oczy i inne tkanki organiczne. Nie traktuj faktu, że ocet nadaje się do picia lub że kwas octowy jest określany jako „słaby” jako wymówka do nieostrożności. Jeśli tylko 1 część na 20 większości octów to kwas octowy, a reszta woda, wyobraź sobie, jak by to było przy pełnej mocy.
Kwasy mogą uszkodzić nie tylko skórę, ponieważ niektóre są lotne i łatwo odparowują; oznacza to, że możesz wdychać chemikalia, które mogą podrażnić wyściółkę nosa i gardła.
Podczas pracy z kwasami i zasadami należy zawsze nosić ochronę oczu i rąk, bez względu na molowość lub tożsamość kwasu lub zasady. W rzeczywistości nie kończy się na „kwaśnym” tonie, ale zawsze powinieneś stosować środki ostrożności w laboratoriach chemicznych, zwłaszcza jeśli chcesz robić ich więcej!