AXIT FOMIC (HCOOH): CẤU TRÚC, CÔNG DỤNG VÀ TÍNH CHẤT - HÓA HỌC - 2025

Các axit formic acid hay methanoic là đơn giản nhất và nhỏ nhất của tất cả các hợp chất axit hữu cơ. Nó còn được gọi là axit methanoic và công thức phân tử của nó là HCOOH, chỉ có một nguyên tử hydro liên kết với nguyên tử cacbon. Tên của nó bắt nguồn từ chữ Formica, tiếng Latinh có nghĩa là kiến.

Các nhà tự nhiên học của thế kỷ 15 phát hiện ra rằng một số loại côn trùng (côn trùng), chẳng hạn như kiến, mối, ong và bọ cánh cứng, tiết ra hợp chất này gây ra vết đốt đau đớn của chúng. Tương tự như vậy, những loài côn trùng này sử dụng axit formic như một cơ chế tấn công, phòng thủ và phát tín hiệu hóa học.

Kiến và bọ cánh cứng tiết ra axit formic

Chúng có các tuyến độc bài tiết axit này và axit khác (ví dụ, axit axetic) dưới dạng phun ra bên ngoài. Axit fomic mạnh hơn axit axetic (CH ₃ COOH); do đó, được hòa tan với lượng bằng nhau trong nước, axit fomic tạo ra các dung dịch có giá trị pH thấp hơn.

Nhà tự nhiên học người Anh John Ray đã thành công trong việc phân lập axit formic vào năm 1671, chưng cất nó từ số lượng lớn kiến.

Mặt khác, việc tổng hợp thành công hợp chất này đầu tiên được thực hiện bởi nhà hóa học và vật lý người Pháp Joseph Gay-Lussac, sử dụng axit hydrocyanic (HCN) làm thuốc thử.

Nó nằm ở đâu?

Axit fomic có thể có mặt trên mặt đất, như một thành phần của sinh khối hoặc trong khí quyển, tham gia vào một loạt các phản ứng hóa học; Nó thậm chí có thể được tìm thấy dưới mặt đất, bên trong dầu hoặc trong pha khí trên bề mặt của nó.

Về sinh khối, côn trùng và thực vật là những nguồn chính tạo ra axit này. Khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, chúng tạo ra axit formic ở thể khí; do đó, động cơ xe thải ra axit formic vào khí quyển.

Tuy nhiên, Trái đất là nơi sinh sống của số lượng kiến ​​cắt cổ, và trong số này, chúng có khả năng tạo ra lượng axit fomic gấp hàng nghìn lần do con người tạo ra trong một năm. Tương tự như vậy, cháy rừng đại diện cho các nguồn axit formic ở dạng khí.

Lên cao hơn trong ma trận khí quyển phức tạp, các quá trình quang hóa tổng hợp axit formic xảy ra.

Tại thời điểm này, nhiều hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) bị phân hủy dưới tác dụng của bức xạ tia cực tím, hoặc bị oxy hóa theo cơ chế gốc tự do OH. Hóa học khí quyển phong phú và phức tạp cho đến nay vẫn là nguồn chủ yếu của axit formic trên hành tinh.

Kết cấu

Hình ảnh trên minh họa cấu trúc của chất dimer pha khí axit fomic. Các quả cầu màu trắng tương ứng với nguyên tử hydro, quả cầu đỏ tương ứng với nguyên tử oxy và quả cầu đen tương ứng với nguyên tử cacbon.

Có thể thấy hai nhóm trong các phân tử này: hydroxyl (–OH) và formyl (–CH = O), cả hai đều có khả năng tạo liên kết hydro.

Các tương tác này thuộc loại O-HO, các nhóm hydroxyl là các chất cho H và các nhóm formyl là các chất cho O.

Tuy nhiên, H gắn với nguyên tử cacbon thiếu khả năng này. Các tương tác này rất mạnh và do nguyên tử H nghèo electron nên hydro trong nhóm OH có tính axit mạnh hơn; do đó, hydro này ổn định hơn nữa các cầu nối.

Kết quả của những điều trên, axit fomic tồn tại dưới dạng chất lưỡng tính chứ không phải là một phân tử riêng lẻ.

Cấu trúc tinh thể

Khi nhiệt độ giảm xuống, chất dimer định hướng các liên kết hydro của nó để tạo ra cấu trúc ổn định nhất có thể cùng với các chất dimer khác, do đó tạo ra chuỗi α và β vô hạn của axit formic.

Một danh pháp khác là đồng phân "cis" và "trans". Trong trường hợp này, "cis" được dùng để chỉ các nhóm được định hướng theo cùng một hướng và "trans" cho các nhóm đó theo hướng ngược lại.

Ví dụ, trong chuỗi α, các nhóm formyl "hướng" về cùng một phía (bên trái), ngược lại với chuỗi β, trong đó các nhóm formyl này hướng về phía đối diện (hình trên).

Cấu trúc tinh thể này phụ thuộc vào các biến vật lý tác động lên nó, chẳng hạn như áp suất và nhiệt độ. Do đó, các chuỗi có thể chuyển đổi được; nghĩa là, trong các điều kiện khác nhau, một chuỗi "cis" có thể được chuyển đổi thành một chuỗi "trans" và ngược lại.

Nếu áp suất tăng đến mức mạnh, các chuỗi nén đủ để được coi là một polyme kết tinh của axit formic.

Tính chất

- Axit fomic là chất lỏng ở nhiệt độ thường, không màu, mùi hắc, có tính xuyên thấu. Nó có trọng lượng phân tử là 46g / mol, nóng chảy ở 8,4ºC và có nhiệt độ sôi 100,8ºC, cao hơn so với nước.

- Nó có thể trộn lẫn trong nước và trong các dung môi hữu cơ phân cực, chẳng hạn như ete, axeton, metanol và etanol.

- Mặt khác, trong dung môi thơm (như benzen và toluen) nó rất ít tan, vì axit fomic hầu như không có nguyên tử cacbon trong cấu trúc của nó.

- Có pKa là 3,77, có tính axit mạnh hơn axit axetic, điều này có thể giải thích là do nhóm metyl cung cấp mật độ điện tử cho nguyên tử cacbon bị oxi hóa bởi hai oxi. Điều này dẫn đến giảm nhẹ tính axit của proton (CH ₃ COOH, HCOOH).

- Deprotonated axit, nó trở thành HCOO ^- anion định dạng , có thể delocalize các điện tích âm giữa các nguyên tử oxy hai. Do đó, nó là một anion bền và giải thích tính axit cao của axit fomic.

Phản ứng

Axit fomic có thể bị khử nước thành cacbon monoxit (CO) và nước. Với sự có mặt của chất xúc tác bạch kim, nó cũng có thể phân hủy thành hydro phân tử và carbon dioxide:

HCOOH (l) → H ₂ (g) + CO ₂ (g)

Tính chất này cho phép axit formic được coi là một cách an toàn để lưu trữ hydro.

Các ứng dụng

Ngành nông nghiệp và thực phẩm

Mặc dù axit formic có thể gây hại như thế nào, nó vẫn được sử dụng ở nồng độ thích hợp như một chất bảo quản trong thực phẩm do tác dụng kháng khuẩn của nó. Vì lý do tương tự, nó được sử dụng trong nông nghiệp, nơi nó cũng có tác dụng trừ sâu.

Nó cũng có tác dụng bảo quản đồng cỏ, giúp ngăn ngừa khí đường ruột ở động vật chăn nuôi.

Ngành dệt may và da giày

Nó được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt để nhuộm và tinh chế hàng dệt, có lẽ là loại axit này được sử dụng thường xuyên nhất.

Axit fomic được sử dụng trong chế biến da do tác dụng tẩy dầu mỡ và tẩy lông của vật liệu này.

An toàn giao thông đường bộ

Ngoài các mục đích sử dụng công nghiệp được chỉ định, các dẫn xuất (định dạng) axit formic được sử dụng ở Thụy Sĩ và Áo trên các con đường trong mùa đông, để giảm nguy cơ tai nạn. Cách xử lý này hiệu quả hơn so với việc sử dụng muối thông thường.

Người giới thiệu

1. Tellus (1988). Axit formic trong khí quyển từ kiến ​​formicine: đánh giá sơ bộ 408, 335-339.
2. B. Millet và cộng sự. (2015). Nguồn và bể chứa axit fomic trong khí quyển. Atmos. Chem. Phys., 15, 6283-6304.
3. Wikipedia. (2018). Axit formic. Truy cập ngày 7 tháng 4 năm 2018, từ: en.wikipedia.org
4. Acipedia. Axit formic. Được lấy vào ngày 7 tháng 4 năm 2018, từ: acipedia.org
5. Tiến sĩ NK Patel. Mô đun: 2, Bài giảng: 7. Axit fomic. Được lấy vào ngày 7 tháng 4 năm 2018, từ: nptel.ac.in
6. F. Goncharov, MR Manaa, JM Zaug, LE Fried, WB Montgomery. (2014). Sự trùng hợp của Axit Formic dưới áp suất cao.
7. Jean và Fred. (Ngày 14 tháng 6 năm 2017). Mối rời các gò đất. . Được khôi phục từ: flickr.com
8. Michelle Benningfield. (2016, ngày 21 tháng 11). Công dụng của axit fomic. Được lấy vào ngày 7 tháng 4 năm 2018, từ: ehowenespanol.com