Щавелевая кислота (Pgfylyfgx tnvlkmg)
Щавелевая кислота | |||
---|---|---|---|
![]() | |||
Общие | |||
Систематическое наименование |
Этандиовая кислота | ||
Традиционные названия | Щавелевая кислота | ||
Хим. формула | H2C2O4 | ||
Рац. формула | HO−C(=O)−C(=O)−OH | ||
Физические свойства | |||
Состояние | Кристаллическое | ||
Молярная масса |
90,04; 126,0625 (дигидрат) г/моль |
||
Плотность | 1,90 г/см3 (безводная при 17°C) | ||
Термические свойства | |||
Температура | |||
• плавления | 101,5 °C (дигидрат)[1][2] | ||
• кипения | 365 °C | ||
• разложения | >157 °C[3] | ||
• вспышки | 166 °C | ||
Мол. теплоёмк. | 108,8 Дж/(моль·К) | ||
Энтальпия | |||
• образования | −817,38 кДж/моль | ||
• сгорания | −251,8 кДж/моль | ||
• растворения | −9,58 кДж/моль | ||
• сублимации | 90,58 кДж/моль | ||
Давление пара | 0,001 ± 0,001 мм рт.ст.[4] | ||
Химические свойства | |||
Константа диссоциации кислоты | 1,25; 4,14 | ||
Растворимость | |||
• в воде |
10 г/100 г (20 °C); 25 г/100 г (44,5 °C); 120 г/100 г (100 °C) |
||
Структура | |||
Кристаллическая структура | Моноклинная | ||
Дипольный момент | 0,1⋅10−30 Кл·м | ||
Классификация | |||
Рег. номер CAS | 144-62-7 | ||
PubChem | 971, 3819775 и 18676629 | ||
Рег. номер EINECS | 205-634-3 | ||
SMILES | |||
InChI | |||
RTECS | RO2450000 | ||
ChEBI | 16995 | ||
Номер ООН | 3261 | ||
ChemSpider | 946 | ||
Безопасность | |||
Предельная концентрация | 0,5 мг/дм3 (в воде водоёмов хозяйств бытового пользования) | ||
ЛД50 | 149,4 мг/кг | ||
Токсичность | Едкое вещество, вызывает отложения камней в почках, вызывает дисфункцию митохондрий | ||
Сигнальное слово | Опасно | ||
Пиктограммы СГС |
Пиктограммы СГС: ![]() ![]() ![]() |
||
NFPA 704 | |||
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
![]() |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c8/Oxalic_acid_dihydrate_crystals.jpg/283px-Oxalic_acid_dihydrate_crystals.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7f/%D0%93%D0%BE%D1%80%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2_%D1%89%D0%B0%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%8B.png/220px-%D0%93%D0%BE%D1%80%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%BA%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2_%D1%89%D0%B0%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%8B.png)
Щаве́левая кислота (этандио́вая кислота; лат. Acidum oxalicum; химическая формула , или ) — органическая кислота средней силы, относящаяся к классу предельных карбоновых кислот. Является простейшей двухосновной карбоновой кислотой.
При стандартных условиях щавелевая кислота — это двухосновная предельная карбоновая кислота, представляющая собой кристаллическое вещество белого цвета.
Соли и сложные эфиры щавелевой кислоты называются оксала́тами.
История
[править | править код]Получение солей щавелевой кислоты из растений было известно по крайней мере с 1745 года, когда голландский ботаник и врач Герман Бургаве выделил её соль из растения кислица (лат. Óxalis). К 1773 году Франсуа Пьер Савари из Фрибура, Швейцария, выделил щавелевую кислоту из её калиевой соли, содержащейся в щавеле. В 1776 году шведские химики Карл Вильгельм Шееле и Торберн Улаф Бергман получили щавелевую кислоту путем взаимодействия сахарозы с концентрированной азотной кислотой. Шееле назвал образующуюся кислоту «сахарная кислота». К 1784 году Шееле показал, что «сахарная кислота» и щавелевая кислота из природных источников идентичны.
Впервые щавелевая кислота синтезирована в 1824 году немецким химиком Фридрихом Вёлером из дициана.
Нахождение в природе
[править | править код]В природе содержится в щавеле, ревене, карамболе и некоторых других растениях в свободном виде и в виде оксалатов калия и кальция.
Получение
[править | править код]В промышленности щавелевую кислоту получают окислением углеводов, спиртов и гликолей смесью азотной и серной кислот в присутствии , либо окислением этилена и ацетилена азотной кислотой в присутствии хлорида палладия(II) или нитрата палладия(II), а также окислением пропилена жидким диоксидом азота. Например, в лабораторной практике, реактив, соответствующий квалификации ч. д. а. («чистый для анализа»). можно получить с помощью окисления сахарозы азотной кислотой по реакции:
Перспективен способ получения щавелевой кислоты из оксида углерода(II) и едкого натра через образование формиата натрия, который затем превращают в оксалат натрия при высокой температуре (в присутствии щелочного катализатора), при обработке которого более сильными кислотами получается щавелевая кислота:
Известен также метод получения щавелевой кислоты окислением ацетилена перманганатом калия в нейтральной среде при низкой температуре с последующей обработкой образующейся калиевой соли кислотой[5]:
Физические свойства
[править | править код]Представляет собой бесцветные кристаллы. Кристаллизуется из водных растворов в виде дигидрата H2C2O4·2H2O. Гидрат хорошо растворим в воде и этиловом спирте. При выдерживании над концентрированной серной кислотой, теряет кристаллизационную воду. При 100°C полностью обезвоживается. После возгонки получаются игольчатые кристаллы, что плавятся при температуре 180°C и разлагаются выше этой температуры. Плотность дигидрата составляет 1,653 г/см3.[6] Плотность безводного вещества составляет 1,90 г/см3(при 17°C).
Испарение раствора щавелевой кислоты и мочевины в молярном отношении 1 к 2 даёт твёрдое соединение состава H2C2O4·2CO(NH2)2.
Химические свойства
[править | править код]Безводная кислота при температурах свыше 180 °C разлагается на оксид углерода(IV), оксид углерода(II) и воду:
Оксалат и гидрооксалат ионы являются хелатирующими ионами и могут образовывать комплексы с металлами, например:
Щавелевая кислота относительно сильная кислота по сравнению с другими карбоновыми кислотами:
- , pKa = 1,25;
- , pKa = 4,14.
Так, щавелевая кислота способна взаимодействовать с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода (однако некоторые из них при комнатной температуре могут быть пассивированы слоем нерастворимых оксалатов):
Вытеснять из солей многие слабые кислоты:
Сильные же кислоты вытесняют щавелевую из её солей:
Реагирует с основными оксидами и гидроксидами с образованием соли и воды:
- .
Щавелевая кислота проявляет слабые восстановительные свойства. Например, при долгом кипячении с тетрахлорауратом(III) водорода или её солями, она способна восстановить их до металлического золота. Также способна восстанавливать сильные окислители, например, Mn(VII) до Mn(IV) или Mn(II) и Cr(VI) до Cr(III):
Щавелевая кислота способна реагировать с аммиаком при нагревании в кислой среде с образованием оксамида и воды:
При недостаточной температуре реакция может протекать по-другому:
при этом в растворе вместо оксамида образуется оксалат аммония.
Реагирует с пентахлоридом фосфора с образованием дихлорангидрида щавелевой кислоты хлороводорода и оксихлорида фосфора:
- .
Применение
[править | править код]В лабораториях щавелевую кислоту применяют для получения хлороводорода и иодоводорода:
- .
Также щавелевая кислота используется для лабораторного синтеза диоксида хлора:
- .
Щавелевая кислота и оксалаты находят применение в текстильной и кожевенной промышленности как протрава. Они служат компонентами анодных ванн для нанесения металлических покрытий — алюминия, титана и олова.
Щавелевая кислота и оксалаты являются реагентами, используемыми в аналитической и органической химии. Щавелевая кислота в частности применяется в окислительно-восстановительном и кислотно-основном титрованиях, ибо может стабильно сохранять точную химическую формулу H2C2O4·2H2O. Благодаря этому свойству, щавелевую кислоту используют для создания первичных стандартов.
Входит в составы для удаления ржавчины и оксидных плёнок на металлах.
Щавелевая кислота является важным реагентом в химии лантаноидов. Гидратированные оксалаты лантаноидов легко образуются в сильнокислых растворах в виде плотнокристаллической, легко фильтруемой взвеси, в значительной степени свободной от примесей иных элементов:
- .
Пиролиз этих оксалатов даёт оксид металла[7].
Сложные эфиры щавелевой кислоты — диалкилоксалаты, главным образом диэтилоксалат и дибутилоксалат — применяются как растворители целлюлозы. Ряд сложных эфиров щавелевой кислоты и соединений группы замещённых фенолов используются как хемилюминесцентные реагенты.
Щавелевая кислота используется в пчеловодстве для защиты пчёл от паразитического клеща Варроа.
Особенности обращения и физиологическое действие
[править | править код]Щавелевая кислота и её соли токсичны в высоких концентрациях. Некоторые оксалаты, в частности, оксалат кальция и оксалат магния, очень плохо растворимы в воде и оседают в почечных лоханках в виде конкрементов различного размера (в виде песка, камней), иногда — причудливой формы (так называемые «коралловые почечные камни»).
ПДК в воде водоёмов хозяйств бытового пользования — 0,5 мг/дм³. Лимитирующий показатель вредности — общесанитарный.
Щавелевая кислота вызывает ожоги при контакте с кожей либо при приёме внутрь[8].
Не является мутагеном или канцерогеном. Опасна в случае вдыхания пыли; опасна и чрезвычайно разрушительна по отношению к биологическим тканям слизистых оболочек и верхних дыхательных путей. Опасна в случае проглатывания в чистом виде; вызывает химические ожоги при контакте с кожей или попадании в глаза. Симптомы — чувство жжения, кашель, хрипы, ларингит, одышку, спазм, воспаление и отёк гортани, воспаление и отёк бронхов, пневмонит, отёк лёгких[9].
У людей щавелевая кислота при приёме перорально имеет минимальную летальную дозу (LDLo) 140—150 мг/кг[10].
Сообщалось, что смертельная оральная доза для человека составляет от 15 до 30 граммов[11].
Токсичность щавелевой кислоты обусловлена развитием почечной недостаточности, вызванной осаждением в почках твёрдого практически нерастворимого оксалата кальция[12], основного компонента камней в почках.
Щавелевая кислота также может вызывать боль в суставах из-за образования в них аналогичных отложений (аналогично подагре). Приём внутрь больших количеств этиленгликоля приводит к образованию щавелевой кислоты в организме в качестве метаболита этиленгликоля, что, в свою очередь, может привести к острой почечной недостаточности.
Примечания
[править | править код]- ↑ Eintrag zu Oxalsäure (нем.). In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am {{{Datum}}}.
- ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-406.
- ↑ Eintrag zu Oxalsäure in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2021.
- ↑ http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0474.html
- ↑ Мануйлов А. В., Демаков П. А., Земцова В. М., Новикова Е. Д., Федоров А. Ю. Органическая химия. Углеводороды / под ред. С. Г. Барам. — Новосибирск, 2021. — С. 144.
- ↑ Карякин Ю.В., Ангелов И. И. Чистые химические вещества . — 1974. — С. 205.
- ↑ Dezhi Qi. Hydrometallurgy of rare earths: extraction and separation. — Amsterdam: Elsevier, 2018. — 797 с. — ISBN 978-0-12-813920-2.
- ↑ ICSC 0529 - ЩАВЕЛЕВАЯ КИСЛОТА . www.ilo.org. Дата обращения: 11 декабря 2022. Архивировано 11 декабря 2022 года.
- ↑ Oxalic acid dihydrate. MSDS . Sigma-Aldrich. Дата обращения: 25 апреля 2019. Архивировано 29 июля 2020 года.
- ↑ Oxalic Acid Material Safety Data Sheet (англ.). Radiant Indus Chem. Дата обращения: 20 мая 2014. Архивировано из оригинала 20 мая 2014 года.
- ↑ «CDC — Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH): Oxalic acid — NIOSH Publications and Products» Архивная копия от 25 апреля 2019 на Wayback Machine. cdc.gov
- ↑ EMEA Committee for veterinary medicinal products, oxalic acid summary report, December 2003 (недоступная ссылка)
Литература
[править | править код]- Тутурин Н. Н.;. Щавелевая кислота // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Арциховский В. М. Щавелевая кислота в растениях // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Зефиров Н. С. и др. Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 1998. — Т. 5: Три — Ятр. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9.