Ацетон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ацетон
Aceton.svg
Acetone-3D-vdW.png
Sample of Acetone.jpg
Общие
Систематическое
наименование
пропан-​2-​он
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
Энергия ионизации 9,69 ± 0,01 эВ[2]
Термические свойства
Температура
 • плавления −95 °C
 • кипения 56,1 °C
 • вспышки −20 °C
 • самовоспламенения 465 ± 1 °C[1]
Пределы взрываемости 2,5 ± 0,1 об.%[2]
Критическая точка 235,5°C; 4.7МПа
Энтальпия
 • образования −216,5 кДж/моль
 • плавления 5,69 кДж/моль
Давление пара 180 ± 1 мм рт.ст.[2]
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты 19,16 ± 0,04[3]
Оптические свойства
Показатель преломления 1,3588
Классификация
Рег. номер CAS 67-64-1
PubChem
Рег. номер EINECS 200-662-2
SMILES
InChI
RTECS AL3150000
ChEBI 15347
Номер ООН 1090
ChemSpider
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 Пиктограмма «Пламя» системы СГСПиктограмма «Восклицательный знак» системы СГС
NFPA 704
Огнеопасность 3: Жидкости и твёрдые вещества, способные воспламеняться почти при температуре внешней среды. Температура вспышки между 23 °C (73 °F) и 38 °C (100 °F)Опасность для здоровья 1: Воздействие может вызвать лишь раздражение с минимальными остаточными повреждениями (например, ацетон)Реакционноспособность 0: Стабильно даже при действии открытого пламени и не реагирует с водой (например, гелий)Специальный код: отсутствуетNFPA 704 four-colored diamond
3
1
0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Ацето́н (диметилкето́н, пропано́н-2, ИЮПАК: пропан-2-он)[4] — органическое вещество, имеющее формулу CH3—C(O)—CH3, 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[5][6], использовав старое немецкое слово Aketon (кетон, ацетон), которое также берёт корни от латинского acetum.

Открытие[править | править код]

Андреас Либавиус — 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[править | править код]

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:[7]

  • 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 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[8]: (-20 °C)[4]
  • Температура самовоспламенения на воздухе[8][7]: 465 °C
  • Пределы взрывоопасных концентраций[8]: 2,6-12,8 %

Оптические свойства:

  • Показатель преломления (для D-линии натрия):
    • 1,3591 (20 °C)
    • 1,3588 (25 °C)
  • Показатель диссоциации: pKa = 20 (20 °C, вода)
  • Диэлектрическая проницаемость (20 °C): 20,9
  • Дипольный момент молекулы (20 °C): 2,84 Дебай

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[править | править код]

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).

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

Получение[править | править код]

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

В промышленности получается напрямую или косвенно из пропена.

Кумольный способ

Основную часть ацетона получают как сопродукт при получении фенола из бензола по кумольному способу. Процесс протекает в 3 стадии.[10]

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:

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:

Некоторое значение имеет метод брожения крахмала под действием бактерий Clostridium acetobutylicum с образованием ацетона и бутанола[11]. Метод характеризуется малыми выходами. Используются также методы получения из изопропилового спирта и ацетилена.

Применение[править | править код]

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

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[править | править код]

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[править | править код]

Технический ацетон обычно содержит воду, иногда — спирт и другие восстановители. Проба на присутствие восстановителей:

К 10 мл ацетона прибавляют 1 каплю раствора перменганата калия (1:1000); после 15 мин. при 15° C не должно наблюдаться значительного посветления окраски[13].

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 непригодня для сушки ацетона[14].

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[15].

Очень чистый ацетон получают разложением аддукта ацетона и бисульфита натрия[15] 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, сущат безводным хлористым кальцием и снова перегоняют, защищая от влаги воздуха[16].

Обнаружение[править | править код]

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

Реакция на образование йодоформа[17].

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)[17][18].

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[править | править код]

Одна из основных опасностей при работе с ацетоном — его легкая 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[править | править код]

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.

Токсикология, охрана труда[править | править код]

Ацетон токсичен[19]. По данным[20] ПДК ацетона составляет 200 мг/м3 (среднесменная за 8 часов) и 800 мг/м3 (максимально-разовая). По данным ряда исследований, например[21] 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[22] среднее значение порога восприятия запаха было ещё выше — 11 000 ppm (28 000 мг/м3), что превышает среднесменную ПДК в 140 раз. По этой причине можно ожидать, что использование широко распространённых фильтрующих СИЗОД в сочетании с «заменой фильтров по появлении запаха под маской» (как это почти всегда рекомендуется в РФ поставщиками) приведёт к чрезмерному воздействию паров ацетона на, по крайней мере, часть работников — из-за запоздалой замены противогазных фильтров. Для защиты от ацетона следует использовать изменение технологии и средства коллективной защиты.

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.

Государственный контроль[править | править код]

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 по его расходу должны вноситься в специальный журнал: журнал регистрации операций, при которых изменяется количество прекурсоров наркотических средств и психотропных веществ.

Примечания[править | править код]

  1. http://www.cdc.gov/niosh/ipcsneng/neng0087.html
  2. 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0004.html
  3. Chiang Y., A. Jerry Kresge, Tang Y. S. et al. The pKa and keto-enol equilibrium constant of acetone in aqueous solution // J. Am. Chem. Soc. / P. J. StangAmerican Chemical Society, 1984. — Vol. 106, Iss. 2. — P. 460–462. — ISSN 0002-7863; 1520-5126; 1943-2984doi:10.1021/JA00314A055
  4. 1 2 Химическая энциклопедия. — М: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 230. — 625 с.
  5. Контроль бета-кетонов.
  6. Ацетон (кетоновые тела) в моче.
  7. 1 2 Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник: Справ. изд. / Под ред. Потехина А. А., Ефимова А. И.. — Издание 3-е, переработанное и дополненное. — Л.:: Химия, 1991. — С. 328—329. — 432 с. — ISBN 5-7245-0703-X.
  8. 1 2 3 Lewis R.J. Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials. — 11ed.. — Wiley-interscience, 2004. — С. 22—23.
  9. 1 2 http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=4886 ПРОИЗВОДСТВО АЦЕТОНА: получение, применение, рынок по данным АКПР (Академии конъюнктуры промышленных рынков)
  10. Химическая энциклопедия. М. 1988, Т1, стр. 230
  11. http://kodomo.cmm.msu.ru/~ramil.mintaev/projects/C.acetobutylicum/index.php Ацито-бутановая бактерия
  12. Ацетон // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — 447 с.
  13. K. Bernhauer. Einführung in die organisch-chemische Laboratoriumstechnik. — Wien: Springer, 1944. — С. 49.
  14. Лабораторная техника органической химии / Б. Кейл. — Москва: Мир, 1966. — С. 603. — 751 с.
  15. 1 2 Л. Физер. Эксперимент в органической химии в книге "Современные методы эксперимента в органической химии". — Москва: Госхимиздат, 1960.
  16. Pl. A. Plattner. Analytische Methode der organischen Chemie. — Zürich: ETH, 1947.
  17. 1 2 Крамаренко В. Ф. Токсикологическая химия. — К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. — С. 146—149. — 447 с. — ISBN 5-11-000148-0.
  18. Легаля проба.
  19. Чельцова М.А., Смусин Я.С. Ацетон // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1975. — Т. 2. Антибиотики - Беккерель. — 608 с. — 150 000 экз.
  20. (Роспотребнадзор). № 1795 Пропан-2-он (Ацетон) // ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны»  (рус.) / утверждены А.Ю. Поповой. — Москва, 2018. — С. 125. — 170 с. — (Санитарные правила).
  21. Charles J. Wysocki , Pamela Dalton , Michael J. Brody & Henry J. Lawley. Acetone Odor and Irritation Thresholds Obtained From Acetone-Exposed Factory Workers and From Control (Occupationally Unexposed) Subjects (англ.) // AIHA & ACGIH American Industrial Hygiene Association Journal. — Akrin (Ohio): Taylor & Francis, 1997. — October (vol. 58 (iss. 10). — P. 704—712. — ISSN 0002-8894. — DOI:10.1080/15428119791012342.
  22. J. Enrique Cometto-Muñiz & William S. Cain. Efficacy of Volatile Organic Compounds in Evoking Nasal Pungency and Odor (англ.) // Archives of Environmental Health: An International Journal. — Taylor & Francis, 1993. — May (vol. 48 (iss. 5). — P. 309—314. — ISSN 0003-9896. — DOI:10.1080/00039896.1993.9936719.

Ссылки[править | править код]