Уксусная кислота физические свойства: Химические свойства уксусной кислоты, ее получение и физические особенности

Уксус является продуктом, который известен человечеству уже более 7000лет. Гиппократ описывал его использование в качестве внутреннего и наружного средства.

Уксус являлся важным консервантом и пряностью. В древних писаниях он упоминается как безалкогольный напиток для путешествий, охоты и работы. В течение многих веков раствор уксусной кислоты использовался в качестве дезинфицирующего средства. Например, во время смертельных эпидемий чумы им пропитывались защитные маски. Получение уксуса в древности, вероятно явилось следствием случайного открытия при ферментации виноградного сока в вино.

При алкогольной ферментации дрожжи превращают сахар в этанол и углекислый газ. При этом емкости для брожения должны быть надежно защищены от попадания воздуха. Иначе бактерии уксусной кислоты, в присутствии кислорода, могут ферментативно окислить этанол до уксусной кислоты, и вино приобретет кислый вкус.

Однако, при природном (естественном) ферментативном окислении можно получить максимальную концентрацию не более 15% уксусной кислоты, поскольку ферменты неэффективны при более высоких концентрациях. Они практически убивают сами себя.

Существует много разных сортов уксуса, которые отличаются не только концентрацией, но и вкусом.  Однако, основным компонентом у них всегда будет вода и уксусная кислота (этановая кислота).

Это органическая кислота (карбоновая кислота), молекулы которой имеют два атома углерода, связанных друг с другом простой связью. Функциональная группа, как и все другие карбоновые кислоты, представляет собой карбоксильную группу – COOH.

• Молярная масса: 60,1 г/моль;
• Плотность: 1,044 г/куб.см;
• Температура плавления: 16,7 С;
• Температура кипения: 117,9 С.

Когда уксусная кислота растворяется в воде, примерно каждая сотая молекула уксусной кислоты диссоциирует с образованием ацетат-иона.

Уксусная кислота имеет относительно высокую температуру кипения (118 С) по сравнению с полярными веществами со сравнимой молярной массой (например, 1-пропанол закипает при температуре 97 С). Причиной этого является способность молекул уксусной кислоты образовывать две «взаимные» водородные связи через свои карбоксильные группы. Полученные димеры возникают из двух молекул уксусной кислоты, которые ведут себя как молекулы с двойной молярной массой. Следовательно, для переноса этих димеров в газовую фазу требуется большее количество энергии, что и характеризуется «повышенной» температурой кипения.

Этановая кислота – едкая, бесцветная, прозрачная, очень гигроскопичная (влагопоглощающая) жидкость. Безводную уксусную кислоту называют ледяной уксусной кислотой. Название происходит от того, что чистая уксусная кислота затвердевает до ледяных кристаллов уже при 16,7 C.

Этановая кислота смешивается с водой, эфиром, хлороформом, этанолом и другими спиртами в любом соотношении. Уксусная кислота является слабой кислотой. Это означает, что она не полностью реагирует с водой, образуя ацетат-ионы и ионы водорода.

Благодаря полученным свободно подвижным ионам раствор этановой кислоты является электропроводящим.

Уравнение реакции по Аррениусу:

Уравнение реакции по Бренстеду-Лоури:

Уксусная кислота полностью окисляется на воздухе с конвекцией тепла в воду и углекислый газ.

Обычные металлы, такие как магний, кальций, цинк или железо, растворяются в разбавленной уксусной кислоте с образованием водорастворимых ацетатов и выделением водорода.

Уксусная кислота образует соли (ацетаты). Например, свинец образует токсичный, сладкий на вкус ацетат свинца (свинцовый сахар). В древние времена римляне использовали свинцовые сосуды в качестве кухонной утвари, а на керамические изделия наносили свинцовую глазурь. Кислая пища или напитки способны растворять свинец. На основании археологических исследований можно говорить о том, что хроническое отравление свинцом в то время было, по-видимому, очень распространенным явлением.

Соли неорганических кислот реагируют с карбонатами и другими солями.

Типичная реакция уксусной кислоты – образование эфира.

Классическим производством уксусной кислоты является процесс ферментации, при котором бактерии Acetobacter превращают этанол (спирт) в уксусную кислоту (уксуснокислое брожение). Исходными продуктами могут выступать вино, пиво или солод.

Бытовой уксус состоит из ферментативного уксуса или разбавленного синтетического уксуса с содержанием 5-10% уксусной кислоты.

Промышленное производство

Наиболее важным промышленным синтезом уксусной кислоты является каталитическая конверсия метанола с монооксидом углерода под давлением (процесс Монсанто).

Помимо этого, уксусную кислоту также можно получить путем окисления ацетальдегида воздухом или кислородом с использованием ацетата марганца в качестве катализатора или путем частичного окисления других углеводородов.

Помимо этого, этановую кислоту также можно получить другими способами.

1. При каталитическом окислении в бутане с атмосферным кислородом образуется уксусная кислота в смеси с многочисленными другими полезными органическими соединениями (включая муравьиную кислоту).

2. Реакция этина (ацетилена) с этаналом (ацетальдегид) использовалась, начиная с 1914 года.

В результате получался сырой уксус (технический уксус) с концентрацией до 95%.

3. Возможно извлечь этановую кислоту из метанола и окиси углерода.

Приготовленная таким образом уксусная кислота в основном используется для приготовления различных сложных эфиров этановой кислоты, которые из-за своего фруктового запаха используются в парфюмерии.

Только около 3% производимой во всем мире уксусной кислоты используется в качестве пищевого уксуса (5% содержание уксусной кислоты) или уксусной эссенции (25%). Большая часть уксусной кислоты превращается в винилацетат, из которого получают поливинилацетат. Он используется в качестве связующего для красок и лаков, в бумажной и текстильной промышленности, а также в качестве растворителя для клеев.

Другая значительная часть уксусной кислоты превращается в уксусный ангидрид. Он может быть получен путем взаимодействия с ацетатом целлюлозы (ацетилцеллюлоза), который затем перерабатывается в текстильные волокна («искусственный шелк»), оправы для очков, сигаретные фильтры и другие.

Около 5-10% мирового производства уксусной кислоты используется в качестве растворителя при производстве терефталевой кислоты, которая затем перерабатывается в полиэтилентерефталат. Соли уксусной кислоты используются в качестве пищевого консерванта. Это ацетат натрия (E 262), ацетат калия (E 261) и ацетат кальция (E 263). Сама уксусная кислота используется в качестве подкислителя для пищевых продуктов (E 260).

В быту уксусная кислота может использоваться для удаления известкового налета:

А при стирке белья небольшое количество уксуса является дешевой и экологически чистой заменой кондиционера для белья.

Концентрированная уксусная кислота оказывает сильное коррозионное воздействие на глаза, кожу и слизистые оболочки. Порог чувствительности к запаху очень низкий – от 1 до 5 частей на миллион. Что обычно предотвращает вдыхание опасных для человека концентраций этой кислоты. Длительное вдыхание 100 ppm может вызвать отек легких.

Следует отметить, что попадание даже пищевого уксуса в глаза может вызвать повреждение глаз. При попадании, следует незамедлительно промыть глаза большим количеством воды.

При работе с концентрированной уксусной кислотой требуются защитные очки и перчатки. Если в помещении не используются принудительные системы кондиционирования, то работы должна выполняться в вытяжном шкафу.

Концентрированная чистая уксусная кислота (ледяная) – это легковоспламеняющаяся гигроскопическая жидкость, которая легко испаряется. С воздухом пары могут образовывать взрывоопасную смесь!

Купить уксусную кислоту

Свойства уксусной кислоты – ООО ДХЗ

Уксусная кислота, формула которой СН3СООН — то вещество, которое принадлежит к гомологическому ряду алифатических (жирных) кислот. Это один из самых простых и важных членов этого ряда. Уксусная кислота обладает огромным техническим значением, поскольку она широко применяется в промышленности. В данной статье мы рассмотрим основные свойства уксусной кислоты – физические и химические.

Физические свойства уксусной кислоты.

Уксусная кислота в чистом виде – это бесцветная жидкость, которая имеет плотность 1,05 г/см2. Она способна интенсивно поглощать влагу из воздуха. Достигая температуры 16,6°С кислота кристаллизуется в бесцветные кристаллы, плотность которых – 1,105 г/см2.

Если нагреть уксусную кислоту до 40°С – она моментально воспламениться. Чистая уксусная кислота обладает очень резким запахом, приятна на вкус, однако вызывает ожоги на коже. Отлично смешивается с большинство растворителей и сама считается отличным растворителем для многих органических соединений.

Важные физические константы:

• Удельная теплота плавления — 95,7 кДж/кг
• Удельная теплоемкость паров при постоянном давлении — 6,45 кДж/кг*град
• Температура кипения при давлении — 0,1013 Мпа
• Коэффициент объемного расширения жидкости — 0,001205град-1
• Относительная масса паров при 18° и давлении 0,1013 Мпа (воздух 1,0)
• Температура самовоспламенения паров в смеси с воздухом – 566°С
• Температура вспышки – 41,7°С 
• Теплота сгорания жидкости (для 18°С и атмосферного давления) – 14540 кДж/кг
• Критическая температура – 321,6°С
• Критическое давление 5,794 Мпа
• Критическая плотность 0,3506 г/см3

Химические свойства уксусной кислоты.

Уксусная кислота – это одноосновная кислота, химический характер которой определяется наличием карбоксила СООН.

Химические свойства уксусной кислоты свидетельствуют о ее слабости, ее константа электролитической диссоциации равняется значению 1,82*10-5 моль/литр при температуре 18°С. Как и в случае с минеральными кислотами, уксусная способна нейтрализовать основные гидраты и окислы, также вытеснить из углекислых солей углекислоту.

«Муравьиная и уксусная кислоты. Физические свойства. Применение»

Дата_____________ Класс_______________

Тема: Муравьиная и уксусная кислоты. Физические свойства. Применение.

Цели урока: рассмотреть карбоновые кислоты: муравьиная и уксусная кислоты,

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала

Карбоновые кислоты, класс органических соединений, содержащих карбоксильную группу (карбоксил)

1. Простейшие представители карбоновых кислот – муравьиная и уксусная кислоты.

Муравьиная кислота НСООН

Впервые муравьиная кислота была открыта в 1670 г. английским естествоиспытателем Джоном Реем в выделениях муравьев, откуда и пошло это название.

Муравьи дают людям муравьиную кислоту. Около 70% содержимого ядовитой железы рыжего муравья – это муравьиная кислота. 

Рыжий муравей

Муравьиная кислота содержится также в листьях крапивы (вызывает ожоги), в хвое ели.

 Издавна люди использовали муравьиную кислоту как средство для лечения ревматизма. Использовали весьма своеобразным способом. Люди, страдающие подагрой, засовывали ноги в муравейник и некоторое время терпели укусы его обитателей. Иногда использовали крапиву. В начале XVIII в. ученые научились вовлекать муравьиную кислоту в реакции с различными спиртами, получая вещества с узнаваемыми запахами. Например, в реакции фенилэтилового спирта и муравьиной кислоты получали вещество с запахом хризантем; при нагревании бензилового спирта с муравьиной кислотой получали вещество с запахом жасмина.

Муравьиная кислота находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В технике кислоту и ее соли применяют в качестве протравы при крашении тканей, в кожевенном производстве – для отмывания извести, используемой при обработке шкур. В медицине смесь кислоты с водой, так называемый муравьиный спирт, используется как раздражающее кожу, рефлекторно действующее средство при ревматических и неврологических болях. Муравьиная кислота применяется в промышленном органическом синтезе в качестве восстановителя, а также для получения щавелевой кислоты. В пищевой отрасли промышленности ее используют в качестве дезинфицирующего и консервирующего средства.

Сложные эфиры муравьиной кислоты используют в качестве растворителей и душистых веществ. Муравьиная кислота обладает хорошим бактерицидным действием.

Уксусная кислота СН₃СООН

Из всех кислот
Она, конечно, прима,
Присутствует везде
И зримо, и незримо.
В животных и растениях есть она,
С ней техника и медицина навсегда.
Ее потомство – ацетаты –
Очень нужные «ребята».
Всем известный аспирин.
Он, как добрый господин,
Жар больного понижает
И здоровье возвращает.
Это – меди ацетат.
Он растеньям друг и брат,
Убивает их врагов.
От кислоты еще есть толк –
Нас одевает в ацетатный шелк.
А пельмени любит кто,
Знает уксус тот давно.
Есть еще вопрос кино:
Хорошо всем надо знать,
Что без пленки ацетатной нам кино не увидать.
Конечно, есть и другие применения,
И вам они известны, без сомнения.
Но главное, что сказано, друзья,
«Хлеб промышленности» уксусная кислота.

Уксусная кислота известна с древнейших времен (Китай, Египет, Вавилон) и была, очевидно, первой кислотой, которую узнал человек. Кислоту выделяли из уксуса, а последний получался при скисании вина. В 1648 г. немецкий химик И. Р. Глаубер обнаружил уксусную кислоту в подсмольной воде сухой перегонки дерева. В 1789 г. русский химик Т.Е.Ловиц впервые получил кристаллическую, так называемую ледяную уксусную кислоту. Ее химический состав был определен в 1814 г. шведским химиком Й. Я. Берцелиусом. Первый лабораторный синтез уксусной кислоты был осуществлен в 1845 г. немецким химиком А. В. Г. Кольбе.

Уксусная кислота широко распространена в природе. Она содержится в выделениях животных (моче, желчи, испражнениях), в растениях (в частности, в зеленых листьях). Эта кислота встречается как в свободном виде, так и в виде солей и эфиров, она присутствует в кислом молоке и сыре.

Уксусная кислота – жидкость, кислая на вкус, с резким запахом. Безводная уксусная кислота плавится при +16,6 °С, ее кристаллы прозрачны как лед, отсюда название ледяная уксусная кислота. Обычная техническая уксусная кислота имеет концентрацию 70–80%. Температура кипения 100%-й уксусной кислоты – 118 °C. Смешивается во всех отношениях с водой, спиртом, эфиром, бензолом. Ледяная уксусная кислота хороший растворитель многих органических веществ. Концентрированные растворы уксусной кислоты при попадании на кожу вызывают ожоги.

Уксусную кислоту используют при консервации и как приправу к пище. Из уксусной кислоты синтезируют лекарства, соли, ацетатный шелк, фруктовые эссенции, растворители лаков, красители для тканей, средства борьбы с насекомыми и болезнями растений, стимуляторы роста растений.

Уксусный ангидрид применяется в производстве пластических масс, искусственного шелка, ацетанилида.

Из монохлоруксусной кислоты получают негорючую кинопленку, органическое стекло, пропускающее ультрафиолетовые лучи. В результате применения 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и ее солей на полях с зерновыми погибают только широколиственные сорняки, что используется при выращивании зерновых культур.

Подобно минеральным кислотам в водных растворах карбоновые кислоты диссоциируют на ионы и изменяют окраску индикаторов (среда кислая):

СН₃СОOН ↔ СН₃СОО ^– + Н⁺.

Как и минеральные кислоты, они взаимодействуют с металлами, основными оксидами, основаниями и солями слабых летучих кислот:

Высшие карбоновые кислоты – пальмитиновая и стеариновая кислоты.

СН₃(СН₂)₁₄СООН, или С₁₅Н₃₁СООН – пальмитиновая кислота,

СН₃(СН₂)₁₆СООН, или С₁₇Н₃₅СООН – стеариновая кислота.

Эти кислоты в виде сложных зфиров входят в состав жиров, поэтому их называют высшими жирными кислотами.

Мишель Эжен Шеврель совместно с А.Браконно установил, что большинство жиров состоит из стеарина и олеина, выделил стеариновую и пальмитиновую кислоты.

Пальмитиновая кислота – наиболее распространенная в природе жирная кислота, входит в состав глицеридов большинства животных жиров и растительных масел

 (например, пальмовое масло содержит 39–47% пальмитиновой кислоты), а также в состав некоторых восков.

Пчелиный воск

Две вот эти кислоты,
Словно сестры-близнецы,
Вместе как они похожи,
И тверды, и белокожи.

Итак, это твердые вещества, белого цвета, нерастворимы в воде, умеренно растворимы в спирте, эфире, хлороформе и других органических растворителях. Температура плавления стеариновой кислоты +69,3 °С, температура кипения от 360 до 370 °С. Химические свойства жирных кислот имеют свои особенности. Окраска водных растворов индикаторов не изменяется при добавлении порошков пальмитиновой и стеариновой кислот.

Эти кислоты растворяются в водных растворах едких щелочей и карбонатов, образуя соли, которые являются спутниками человека всю жизнь. К таким веществам относится мыло. Вспомним с детства знакомые строки:

«Да здравствует мыло душистое
И полотенце пушистое!»

Натриевые и калиевые соли высших жирных кислот называют мылами. Они хорошо растворяются в воде, обладают моющим действием и составляют основу жидкого мыла (калиевые соли) и твердого мыла (натриевые соли). Водные растворы мыла имеют щелочную реакцию, т. к. соли подвергаются гидролизу.

Смесь пальмитиновой и стеариновой кислот используют для изготовления стеариновых свечей. Жирные кислоты превращают в соли и используют для получения различных мыл. Жидкое мыло (калиевые соли) по сравнению с твердым (натриевые соли) лучше растворимо в воде и поэтому обладает более сильным моющим действием.

Мыла имеют недостаток: они плохо моют в жесткой воде. Кроме того, щелочной характер мыла вреден для некоторых тканей. В связи с этим широко развивается производство синтетических моющих средств. Как и мыло, моющие средства обладают хорошим моющим действием и не утрачивают его в жесткой воде.

Другие карбоновые кислоты

Молочная CH₃— CH(OH) – COOH 

образуется при скисании молока, квашении капусты, силосовании кормов. Она отличный консервант.

Щавелевая  HOOC—COOH содержится в щавеле

При нарушении обмена веществ в организме человека образуются камни в почках, представляющие собой оксалат кальция – соли щавелевой кислоты.

Щавелевую кислоту используют при производстве красителей и для удаления ржавчины.

Сложные эфиры.

При взаимодействии карбоновых кислот со спиртами образуются сложные эфиры:

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой летучие, нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный запах. Так, например, бутилбутират имеет запах ананаса, изоамилацетат — груши и т. д. 
Сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов — воскообразные вещества, не имеют запаха, в воде не растворимы. Приятный аромат цветов, плодов, ягод в значительной степени обусловлен присутствием в них тех или иных сложных эфиров.

Жиры

Жиры – это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот.

Жиры широко распространены в природе. Наряду с углеводородами и белками они входят в состав всех растительных и животных организмов и составляют одну из основных частей нашей пищи. По агрегатному состоянию при комнатной температуре жиры делятся на жидкие и твердые. Твердые жиры, как правило, образованы предельными кислотами, жидкие жиры (их часто называют маслами) — непредельными. Жиры растворимы в органических растворителях и нерастворимы в воде.

Классификация жиров

Сложные эфиры используются как растворители, ароматизирующие добавки в парфюмерной, фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. Жиры – основной источник энергии в живых организмах. При расщеплении 1 г жира освобождается существенно больше энергии, чем в случае белков и углеводов. Жировые прослойки выполняют структурные и защитные функции (жировые капсулы сердца, печени, почек), теплорегулирующую функцию (у животных – обитателей Севера и Антарктиды очень развита жировая подкожная прослойка). Жиры являются источником эндогенной воды (горб верблюда), выполняют гормональные функции, например жировую природу имеют половые гормоны. Витамины одного из классов называются «жирорастворимые», и жиры пищи способствуют усвоению этих витаминов (к ним относятся, например, витамины А и D). Жиры используются для производства мыла и глицерина.

3. Домашнее задание

П. п. 56, упр. 4-5, 7, 6 задачи 2, 4 на стр.174

Уксусная кислота – свойства, области применения, пищевая добавка Е-260

Одной из первых кислот, которая стала известна людям еще в древности, стала уксусная кислота. Обнаружено это было случайно – вследствие появления уксуса при скисании вина. В 1700 году Шталь получил концентрированную разновидность химической разновидности жидкости, а в 1814 – Берцелиус установил точный его состав.

Получение уксусной кислоты возможно разными путями, а применяется она достаточно широко во многих направлениях хозяйственной деятельности.

Что такое уксусная кислота?

Уксусная кислота является синтетическим продуктом брожения углеводов и спиртов, а также естественного скисания сухих виноградных вин. Принимая участие в процессе обмена веществ в организме человека, данная кислота является пищевой добавкой, используемой для приготовления маринадов и консервации.

Производными кислоты считаются уксус – 3-9%, и уксусная эссенция – 70-80%. Эфиры и соли уксусной кислоты называются ацетатами. В состав обычного уксуса, к которому привыкла каждая хозяйка, входит аскорбиновая, молочная, яблочная, уксусная кислоты. Ежегодно в мире производится почти 5 миллионов тонн уксусной кислоты.

Транспортировка кислоты на разные расстояния осуществляется в железнодорожных или автомобильных цистернах, изготовленных из специализированных марок нержавеющей стали. В складских условиях она хранится в герметичных емкостях, контейнерах, бочках под навесами или в помещениях. Заливать и хранить вещество в полимерной таре можно в течение одного календарного месяца.

Качественные характеристики уксусной кислоты

Бесцветная жидкость с кислым привкусом и резковатым запахом, которой является уксусная кислота, имеет ряд определенных преимуществ. Конкретные свойства делают кислоту незаменимой во многих химических соединениях и продуктах бытового назначения.

Уксусная кислота, как одна из представителей карбоновых, имеет способность к проявлению высокой реакционной способности. Вступая с самыми разными веществами в реакции, кислота становится инициатором соединений с функциональными производными. Благодаря подобным реакциям, становится возможным:

• Образование солей;
• Образование амидов;
• Образование сложных эфиров.

К уксусной кислоте предъявляется ряд определенных технических требований. Жидкость должна растворяться в воде, не иметь механических примесей и иметь установленные пропорции качественных составляющих.

Основные области применения уксусной кислоты Е-260

Разнообразие сфер, в которых применима уксусная кислота, достаточно велико. Данная кислота является непременным компонентом многих лекарственных препаратов – например, фенацетина, аспирина и других разновидностей. Ароматические амины Nh3-группы защищаются в процессе нитрования введением ацетильной группы СН3СО – это также одна из наиболее распространенных реакций, в которые вступает уксусная кислота.

Довольно важную роль играет вещество при изготовлении ацетилцеллюлозы, ацетона, различных синтетических красителей. Не обходится без ее участия производство разнообразной парфюмерии и негорючих пленок.

Часто применима уксусная кислота в пищевой промышленности – в качестве пищевой добавки Е-260. Консервирование и бытовая кулинария также являются успешным полем действия и применения качественной натуральной добавки.

При крашении основные типы солей уксусной кислоты играют роли специальных протрав, обеспечивая стабильную связь текстильных волокон с красителем. Эти соли часто применяются в борьбе с самыми стойкими разновидностями растений-вредителей.

Меры предосторожности при работе с уксусной кислотой

Уксусная кислота считается легковоспламеняющейся жидкостью, которой присвоен третий класс опасности – в соответствии с классификацией веществ по степени опасного воздействия на организм. При любых работах с данным видом кислоты специалисты пользуются индивидуальными современными средствами защиты (фильтрующими противогазами).

Даже пищевая добавка Е-260 может оказаться токсичной для человеческого организма, однако зависеть степень воздействия будет от качества разбавления водой концентрированной уксусной кислоты. Растворы, концентрация кислоты в которых превышает уровень в 30%, считаются опасными для жизни. Соприкасаясь с кожей и слизистыми оболочками, уксусная кислота высокой концентрации вызовет сильнейшие химические ожоги.

При этом способ получения кислоты не играет особой роли в ее токсикологической направленности, а смертельной может быть доза от 20 мл. Различные последствия могут стать губительными для многих человеческих органов – начиная от ротовых слизистых и дыхательных путей и заканчивая желудком и пищеводом.

При неосторожном попадании кислоты внутрь важно пить как можно больше жидкости до приезда медиков, но ни в коем случае не вызывать рвоту. Повторное прохождение веществ по организму может повторно обжечь органы. В дальнейшем необходимым будет промывание желудка при помощи зонда и госпитализация.

Уксусная кислота — свойства, реакции и применение

Уксусная кислота — это органическое соединение, принадлежащее к группе карбоновых кислот. Его формула — CH₃COOH, где метильная группа присоединена к карбоксильной функциональной группе. Его название по ИЮПАК — этановая кислота. Уксусная кислота является основным компонентом уксуса и известна с древних времен. Раствор уксуса содержит уксусную кислоту и воду, где этановая кислота составляет от 5% до 20% по объему. Уксусная кислота в уксусе отвечает за его резкий запах и кислый вкус.Он также имеет множество других важных применений. Здесь мы также узнаем о физических и химических свойствах уксусной кислоты.

Структура уксусной кислоты

Этановая кислота — вторая простейшая карбоновая кислота. Вот структура уксусной кислоты.

(изображение будет скоро загружено)

• Структура этановой кислоты дана CH₃COOH.

• В твердом состоянии уксусная кислота представляет собой цепочку молекул, отдельные молекулы которой связаны водородными связями.

• В парообразном состоянии его димеры находятся при температуре около 120 ° C.

• В жидкой фазе его димеры обнаруживаются в разбавленном растворе.

CH₃COOH Молярная масса

Расчетная молярная масса уксусной кислоты составляет 60,05 г / моль. Его можно рассчитать как:

(2 × 12,011) + (4 × 1,00794) + (2 × 15,999) г / моль

= 60,05 г / моль

Физические свойства уксусной кислоты

Некоторые важные физические свойства уксусной кислоты кислоты перечислены ниже.

• Этановая или уксусная кислота имеет резкий запах уксуса и кислый вкус.

• Бесцветная жидкость.

• Кипит при 391 К.

• Его плотность в жидком виде составляет 1,049 г / см³.

• Может смешиваться с водой, спиртом, эфиром в любых пропорциях.

• В воде он растворяется с выделением тепла и сокращением объема.

• Он является едким по своей природе и при контакте с кожей образует волдыри.

В нем растворены сера, йод и многие другие органические соединения.

Точка плавления уксусной кислоты

Точка плавления уксусной кислоты составляет 289,5 К или 16,5 ° C.

При охлаждении ниже этой температуры образует ледяные кристаллы. Поэтому чистую и безводную кислоту обычно называют ледяной уксусной кислотой, где ледяная означает ледяную.

Химические свойства уксусной кислоты

Некоторые важные химические свойства уксусной кислоты приведены ниже:

• Карбоксильная функциональная группа в этановой кислоте вызывает ионизацию соединения по реакции: CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺

• Кислотность уксусной кислоты обусловлена ​​высвобождением протона, описанным выше равновесной реакцией.

• В растворе воды константа кислотной диссоциации (pKa) этановой кислоты 4,76.

• CH₃COO⁻, ацетат — основание, сопряженное с уксусной кислотой.

• Уксусная кислота не диссоциирует полностью, так как видно, что pH раствора этановой кислоты с концентрацией 1,0 М составляет 2,4.

• Уксусная кислота — полярный протонный растворитель с диэлектрической проницаемостью 6,2 в жидкой форме.

Реакции с уксусной кислотой

Уксусная кислота претерпевает почти все реакции с карбоновыми кислотами.

CH₃COOH + Heat → CO + Ch5

CH₃COOH + Heat → h3C = C = O + h3O

• Под воздействием уксусной кислоты некоторые металлы, такие как магний, железо и цинк, подвергаются коррозии. Эта реакция приводит к образованию солей ацетата. Когда магний реагирует с уксусной кислотой, он дает ацетат магния и водород, указанные в уравнении.

2CH₃COOH + Mg → Mg (CH₃COO) ₂ (ацетат магния) + h3

CH₃COOH + KOH → CH₃COOK + h3O

2CH₃COOH + Na2CO3 (карбонат натрия) → 2CH₃CO3 (карбонат натрия) → 2CH₃CO3 (карбонат натрия) + 9CO2 (бикарбонат натрия) → CH₃COOHNa + CO2 + h3O

Использование уксусной кислоты

• Этановая кислота используется в производстве различных красителей, пластмасс, вискозы, шелка и парфюмерии.

• Его проще всего использовать в качестве столового уксуса.

• В лекарствах используется как местное раздражающее средство.

• В резиновой промышленности также используется как коагулирующий агент.

• Он также используется в качестве коагулирующего агента в резиновой промышленности.

• Используется при производстве ацетата, ацетона и сложных эфиров, используемых в различных отраслях промышленности.

• Широко используется в производстве ВАМ (мономера винилацетата).

• При лечении рака он вводится непосредственно в опухоль.

• Уксусная кислота обладает желательными свойствами растворителя, а также способностью образовывать смешиваемые смеси как с полярными, так и с неполярными соединениями. Следовательно, это очень важный промышленный растворитель. Он широко используется в промышленном производстве диметилтерефталата (ДМТ).

• Это активное микробактерицидное дезинфицирующее средство, которое также эффективно против большинства других бактерий.

Уксусная кислота — CAMEO

Описание

Бесцветная едкая жидкость с сильным запахом уксуса. Он широко используется в промышленности как растворитель и реагент. Чистая уксусная кислота (> 99,7%) называется ледяной уксусной кислотой. Уксусная кислота является активным ингредиентом уксуса в концентрации около 5%, что придает ему кислый вкус и резкий запах. Уксусная кислота содержится во многих фруктах, растениях и древесине. Он вреден для металлов и может нанести вред масляным картинам, акварели, рисункам и эскизам.Уксусная кислота используется в производстве ацетатов и пластмасс, печати на ситце и крашения шелка, в пестицидах, фотографических химикатах, фармацевтических препаратах, в качестве травителя, отбеливателя и пятновыводителя, а также в качестве консерванта в пищевой промышленности.

Синонимы и родственные термины

кислота уксусная ледяная; уксусная кислота; этановая кислота; этиловая кислота; метанкарбоновая кислота; Тоник Varigam; Фиксатор 6а; acide acétique (фр.)

Риски

Умеренно горючий. Разъедает металлы.

Для ледяной уксусной кислоты: контакт с кожей вызывает ожоги; пары могут вызвать раздражение кожи, глаз и легких; проглатывание может быть фатальным.

ThermoFisher: SDS

Физические и химические свойства

• Смешивается с водой, этанолом, глицерином, эфиром, четыреххлористым углеродом.
• Не растворим в сероуглероде.

Сравнения

Свойства обычных растворителей

Ресурсы и ссылки

• Ричард С. Льюис, Краткий химический словарь Хоули , Ван Ностранд Рейнхольд, Нью-Йорк, 10-е изд., 1993

• GSBrady, Справочник по материалам , McGraw-Hill Book Co., Нью-Йорк, 1971 Комментарий: стр.7

• Hoechst Celanese Corporation, Dictionary of Fiber & Textile Technology (старая версия называется Словарь искусственного волокна и текстиля, 1965), Hoechst Celanese Corporation, Charlotte NC, 1990

• Michael McCann, Artist Beware , Watson-Guptill Publications, New York City, 1979

• Matt Roberts, Don Etherington , Переплетное дело и сохранение книг: словарь описательной терминологии , U.Правительственная типография С., Вашингтон, округ Колумбия, 1982

• Джон и Маргарет Кэннон, Красящие растения и крашение , Герберт Пресс, Лондон, 1994

• Индекс Мерк , Марта Виндхольц (ред.), Мерк Research Labs, Rahway NJ, 10-е издание, 1983 г. Комментарий: исх. index = 1,3718

• Tom Rowland, Noel Riley, AZ Руководство по очистке, консервации и ремонту антиквариата , Constable and Co., Ltd., Лондон, 1981

• Справочник CRC по химии и физике , Роберт Weast (изд.), CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, т. 61, 1980 г. Комментарий: исх. индекс = 1,370

Свойства и использование этановой кислоты

Этановая кислота (уксусная кислота) CH ₃ COOH: Этановая кислота чаще всего известна как уксусная кислота. Его разбавленный раствор в воде (5-8%), известный как уксус, используется для консервирования пищевых колбас, солений и т. Д.

Физические свойства:
(i) Этановая кислота — жидкость с запахом уксуса.Низшие карбоновые кислоты — это жидкости, а высшие — твердые.
(ii) этановая кислота имеет кислый вкус. Другие низшие карбоновые кислоты также имеют кислый вкус.
(iii) этановая кислота имеет температуру кипения 391 К. Карбоновые кислоты имеют более высокие температуры кипения, чем соответствующие спирты, альдегиды и кетоны.
(iv) Уксусная кислота растворима в воде, т.е. она смешивается с водой во всех пропорциях. Низшие карбоновые кислоты растворимы в воде, но растворимость в воде уменьшается с увеличением молекулярной массы.
(v) Уксусная кислота замерзает при 290 К. Таким образом, в холодную погоду может происходить кристаллизация уксусной кислоты, поэтому чистую уксусную кислоту называют ледяной уксусной кислотой.

Химические свойства:
(i) Этановая кислота является слабой кислотой, но окрашивается в синий лакмусовый красный цвет.
(ii) Реакция с металлом. Этановая кислота реагирует с металлами, такими как Na, K, Zn и т. Д., С образованием этаноатов металлов и газообразного водорода.

(iii) Реакция с карбонатами. Этановая кислота реагирует с бикарбонатами и карбонатами и вызывает бурное вскипание из-за образования диоксида углерода.

(iv) Реакция с основанием. Этановая кислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием этаноата натрия и воды.

(v) декарбоксилирование (удаление CO ₂ ). Когда натриевую соль этановой кислоты, т.е. этаноат натрия, нагревают с натронной известью (3 части NaOH и 1 часть CaO), образуется газообразный метан.

Эта реакция известна как декарбоксилирование, потому что молекула CO ₂ удаляется из молекулы кислоты.
(vi) Реакция со спиртами. Этановая кислота реагирует с этанолом в присутствии концентрированной серной кислоты с образованием сложных эфиров, которые имеют приятный фруктовый запах.

(vii) Сокращение. Уксусная кислота при восстановлении алюмогидридом лития приводит к образованию этаналя, который при дальнейшем восстановлении дает этанол.

Использование этановой кислоты:
(i) Используется для приготовления уксуса
(ii) Используется в качестве лабораторного реагента
(iii) Используется для получения свинца белого цвета [2PbCO ₃ .Pb (OH) ₂ ], который используется в белых красках.
(iv) Используется для коагуляции каучука из латекса и казеина (белка) из молока.
(v) Используется для получения ацетона, этилацетата, уксусного ангидрида, аспирина, который используется в лекарствах.
(vi) Он используется для получения ацетата целлюлозы, который используется для изготовления фотопленки.
(vii) Его сложные эфиры используются в искусственных ароматизаторах в парфюмерии.
(viii) Его 5% раствор является бактерицидным (уничтожает бактерии)
(ix) Его сложный основной ацетат меди (вердигрис) используется в качестве зеленого пигмента.
(x) Ацетат алюминия и ацетат хрома используются в качестве протравы при крашении и гидроизоляции тканей.

Люди тоже спрашивают

Refraction — New World Encyclopedia

Преломление — это изменение направления волны из-за изменения ее скорости, наблюдаемое при переходе волны из одной среды в другую.Самый распространенный пример — преломление света, которое происходит при образовании радуги в небе или радужных полос, когда белый свет проходит через стеклянную призму. Другие типы волн также претерпевают рефракцию, например, когда звуковые волны переходят из одной среды в другую.

Преломление волн в среде количественно выражается с помощью так называемого показателя преломления (или показателя преломления ). Показатель преломления среды — это мера того, насколько скорость света (или других волн) уменьшается внутри среды по сравнению со скоростью света в вакууме или воздухе.Например, если образец стекла имеет показатель преломления 1,5, это означает, что скорость света, проходящего через стекло, в 1 / 1,5 = 0,67 {\ displaystyle 1 / 1,5 = 0,67} раз больше скорости света в вакууме или воздухе. .

На основе знания свойств преломления и показателя преломления был разработан ряд приложений. Например, изобретение линз и рефракционных телескопов основано на понимании рефракции. Также знание показателя преломления различных веществ используется для оценки чистоты вещества или измерения его концентрации в смеси.При проверке зрения, проводимой офтальмологами или оптометристами, свойство рефракции лежит в основе метода, известного как рефрактометрия .

Пояснение

В оптике преломление возникает, когда световые волны проходят от среды с определенным показателем преломления ко второй среде с другим показателем преломления. На границе между средами фазовая скорость волны изменяется, она меняет направление, а длина волны увеличивается или уменьшается, но ее частота остается постоянной.Например, луч света преломляется, когда входит в стекло и выходит из него. Понимание этой концепции привело к изобретению линз и преломляющего телескопа.

Преломление световых волн в воде. Темный прямоугольник представляет фактическое положение карандаша в миске с водой. Светлый прямоугольник обозначает видимое положение карандаша. Обратите внимание, что конец (X) выглядит так, как будто он находится в (Y), позиция, которая значительно ниже, чем (X).

Преломление можно увидеть, глядя в таз с водой.Воздух имеет показатель преломления около 1.0003, а вода — около 1,33. Если человек смотрит на прямой объект, например карандаш или соломинку, который кладут под наклоном, частично в воду, кажется, что объект изгибается у поверхности воды. Это происходит из-за искривления световых лучей при переходе от воды к воздуху. Как только лучи достигают глаза, глаз прослеживает их в виде прямых линий (линий взгляда). Линии обзора (показаны пунктирными линиями) пересекаются в более высоком месте, чем то место, где исходят настоящие лучи.В результате карандаш будет казаться выше, а вода — более мелкой, чем есть на самом деле. Глубина, на которой вода выглядит, если смотреть сверху, известна как кажущаяся глубина ,

На диаграмме справа показан пример преломления волн на воде. Рябь движется слева и проходит по более мелкой области, наклоненной под углом к ​​фронту волны. На мелководье волны распространяются медленнее, поэтому длина волны уменьшается, и волна изгибается на границе.Пунктирная линия представляет собой нормаль к границе. Пунктирная линия представляет исходное направление волн. Это явление объясняет, почему волны на береговой линии никогда не касаются береговой линии под углом. В каком бы направлении волны ни двигались в глубокой воде, они всегда преломляются к нормали, когда попадают в более мелкую воду рядом с пляжем.

Преломление также отвечает за образование радуги и за разделение белого света на спектр радуги, когда он проходит через стеклянную призму.Стекло имеет более высокий показатель преломления, чем воздух, и разные частоты света перемещаются с разной скоростью (дисперсия), заставляя их преломляться под разными углами, так что вы можете их видеть. Разные частоты соответствуют разным наблюдаемым цветам.

Хотя преломление допускает прекрасные явления, такие как радуга, оно также может создавать особые оптические явления, такие как миражи и Фата Моргана. Они вызваны изменением показателя преломления воздуха с температурой.

Закон Снеллиуса используется для расчета степени преломления света при переходе от одной среды к другой.

Недавно были созданы метаматериалы с отрицательным показателем преломления. С метаматериалами мы также можем получить явление полного преломления, когда волновые сопротивления двух сред совпадают. Отраженной волны нет.

Кроме того, поскольку преломление может заставить объекты казаться ближе, чем они есть на самом деле, оно позволяет воде увеличивать объекты.Во-первых, когда свет попадает в каплю воды, он замедляется. Если поверхность воды не плоская, свет будет изгибаться по новому пути. Эта круглая форма будет изгибать свет наружу, и по мере его распространения изображение, которое вы видите, становится больше.

Показатель преломления

Показатель преломления (или показатель преломления ) среды — это обратное соотношение фазовой скорости (определенной ниже) волнового явления, такого как свет или звук, и фазовой скорости в эталонной среде (веществе, которое волна проходит).Он чаще всего используется в контексте света с вакуумом в качестве эталонной среды, хотя исторически были распространены другие эталонные среды (например, воздух при стандартном давлении и температуре). Обычно ему присваивается символ n, В случае света он равен

n = ϵr до н. Э. ; r {\ displaystyle n = {\ sqrt {\ epsilon _ {r} \ mu _ {r}}}},

где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость материала (как материал влияет на электрическую поле), а мкм _r — его относительная проницаемость (как материал реагирует на магнитное поле).Для большинства материалов μ _r очень близко к 1 на оптических частотах, поэтому n приблизительно равно ϵr {\ displaystyle {\ sqrt {\ epsilon _ {r}}}}. n может быть меньше 1, и это имеет практические технические приложения, такие как эффективные зеркала для рентгеновских лучей на основе полного внутреннего отражения.

Скорость всего электромагнитного излучения в вакууме одинакова, примерно 3 × 10 ⁸ метров в секунду, и обозначается c . Следовательно, если v — фазовая скорость излучения определенной частоты в конкретном материале, показатель преломления определяется как

n = cv {\ displaystyle n = {\ frac {c} {v}}}.

Это число обычно больше единицы: чем выше индекс материала, тем сильнее замедляется свет. Однако на определенных частотах (например, в рентгеновских лучах) n фактически будет меньше единицы. Это не противоречит теории относительности, согласно которой никакой информационный сигнал не может распространяться быстрее, чем c, , потому что фазовая скорость не такая же, как групповая скорость или скорость сигнала, такая же, как групповая скорость, за исключением случаев, когда волна проходит через поглощающую среду.

Иногда определяется «показатель преломления групповой скорости», обычно называемый групповым индексом :

ng = cvg {\ displaystyle n_ {g} = {\ frac {c} {v_ {g}}}}

где v _g — групповая скорость. Это значение не следует путать с n, , которое всегда определяется относительно фазовой скорости.

На микромасштабе фазовая скорость электромагнитной волны в материале замедляется, потому что электрическое поле создает возмущение в зарядах каждого атома (в первую очередь электронов), пропорциональное (соотношение ay = kx {\ displaystyle y = kx}) с величиной диэлектрическая проницаемость.Заряды, как правило, будут слегка колебаться в противофазе по отношению к движущему электрическому полю. Таким образом, заряды излучают собственную электромагнитную волну той же частоты, но с фазовой задержкой. Макроскопическая сумма всех таких вкладов в материал представляет собой волну с той же частотой, но с меньшей длиной волны, чем исходная, что приводит к замедлению фазовой скорости волны. Большая часть излучения колеблющихся зарядов материала будет изменять приходящую волну, изменяя ее скорость.Однако некоторая чистая энергия будет излучаться в других направлениях (см. Рассеяние).

Если показатели преломления двух материалов известны для данной частоты, то можно вычислить угол, на который излучение этой частоты будет преломляться при переходе от первого материала ко второму по закону Снеллиуса.

Отрицательный показатель преломления

Недавние исследования также продемонстрировали существование отрицательного показателя преломления, который может возникнуть, если ε и μ одновременно являются отрицательными.Считается, что это не происходит естественным путем, но этого можно достичь с помощью так называемых метаматериалов. Он предлагает возможность создания идеальных линз и других экзотических явлений, таких как обращение закона Снеллиуса.

Список показателей преломления

Многие материалы имеют хорошо изученные показатели преломления, но эти показатели сильно зависят от частоты света. Следовательно, любое числовое значение индекса не имеет смысла, если не указана соответствующая частота.

Существуют также более слабые зависимости от температуры, давления / напряжения и т. Д., А также от точного состава материалов.Однако для многих материалов и типичных условий эти отклонения находятся на уровне процентов или меньше. Поэтому особенно важно указать источник для измерения индекса, если требуется точность.

В общем, показатель преломления — это комплексное число, имеющее как действительную, так и мнимую части, где последняя указывает силу потерь на поглощение на определенной длине волны — таким образом, мнимую часть иногда называют коэффициентом ослабления k. Такие потери становятся особенно значительными — например, в металлах на коротких волнах (таких как видимый свет) — и должны быть включены в любое описание показателя преломления.

Дисперсия и абсорбция

В реальных материалах поляризация не реагирует мгновенно на приложенное поле. Это вызывает диэлектрические потери, которые могут быть выражены как комплексная диэлектрическая проницаемость, так и зависящая от частоты. Настоящие материалы также не являются идеальными изоляторами, что означает, что они имеют ненулевую проводимость при постоянном токе (DC). Принимая во внимание оба аспекта, мы можем определить комплексный показатель преломления:

n ~ = n − iκ {\ displaystyle {\ tilde {n}} = ni \ kappa}

Здесь n — показатель преломления, указывающий фазовую скорость, а κ называется коэффициентом экстинкции, который указывает величину потерь на поглощение при распространении электромагнитной волны через материал.И n , и κ зависят от частоты.

Эффект, заключающийся в том, что n изменяется в зависимости от частоты (кроме вакуума, где все частоты перемещаются с одинаковой скоростью c ), известен как дисперсия, и именно он заставляет призму разделять белый свет на составляющие его спектральные цвета. так образуются радуги под дождем или в тумане. Дисперсия также является причиной хроматической аберрации линз.

Поскольку показатель преломления материала изменяется в зависимости от частоты (и, следовательно, длины волны) света, обычно указывается соответствующая длина волны вакуума, на которой измеряется показатель преломления.Обычно это делается на различных четко определенных спектральных линиях излучения; например, n _D — показатель преломления на линии Фраунгофера «D», центре желтого двойного излучения натрия на длине волны 589,29 нм.

Уравнение Селлмейера — это эмпирическая формула, которая хорошо подходит для описания дисперсии, и коэффициенты Селлмейера часто цитируются вместо показателя преломления в таблицах. Для некоторых репрезентативных показателей преломления на разных длинах волн см. Список показателей преломления.

Как показано выше, диэлектрические потери и отличная от нуля проводимость по постоянному току в материалах вызывают поглощение. Хорошие диэлектрические материалы, такие как стекло, имеют чрезвычайно низкую проводимость по постоянному току, а на низких частотах диэлектрические потери также незначительны, что приводит к почти отсутствию поглощения (κ ≈ 0). Однако на более высоких частотах (например, в видимом свете) диэлектрические потери могут значительно увеличить поглощение, снижая прозрачность материала для этих частот.

Действительная и мнимая части комплексного показателя преломления связаны с помощью соотношений Крамерса-Кронига.Например, можно определить полный комплексный показатель преломления материала как функцию длины волны из спектра поглощения материала.

Двулучепреломление

Показатель преломления некоторых сред может отличаться в зависимости от поляризации и направления распространения света через среду. Это называется двойным лучепреломлением и описывается в области кристаллооптики.

Нелинейность

Сильное электрическое поле света высокой интенсивности (например, выходное излучение лазера) может вызывать изменение показателя преломления среды по мере прохождения через нее света, что приводит к возникновению нелинейной оптики.Если показатель изменяется квадратично с полем (линейно с интенсивностью), это называется оптическим эффектом Керра и вызывает такие явления, как самофокусировка и самомодуляция фазы. Если индекс изменяется линейно с полем (что возможно только в материалах, не обладающих инверсионной симметрией), это известно как эффект Поккельса.

Неоднородность

Если показатель преломления среды непостоянен, но постепенно изменяется в зависимости от положения, материал известен как среда с градиентным показателем и описывается оптикой с градиентным показателем. Свет, проходящий через такую ​​среду, можно изгибать или фокусировать, и этот эффект можно использовать для создания линз, некоторых оптических волокон и других устройств. Некоторые распространенные миражи вызваны пространственно изменяющимся показателем преломления воздуха.

Приложения

Показатель преломления материала является наиболее важным свойством любой оптической системы, которая использует свойство преломления.Он используется для расчета фокусирующей силы линз и рассеивающей способности призм.

Поскольку показатель преломления является фундаментальным физическим свойством вещества, он часто используется для идентификации конкретного вещества, подтверждения его чистоты или измерения его концентрации. Показатель преломления используется для измерения твердых тел (стекла и драгоценных камней), жидкостей и газов. Чаще всего он используется для измерения концентрации растворенного вещества в водном растворе. Рефрактометр — это инструмент, используемый для измерения показателя преломления.Для раствора сахара показатель преломления можно использовать для определения содержания сахара.

В медицине, особенно в офтальмологии и оптометрии, метод рефрактометрии использует свойство рефракции для проведения глазных тестов. Это клинический тест, в котором фороптер используется для определения аномалии рефракции глаза и, исходя из этого, для определения лучших корректирующих линз. Представлен ряд тестовых линз с градуированной оптической силой или фокусным расстоянием, чтобы определить, какие из них обеспечивают самое резкое и ясное зрение.

Альтернативное значение: Преломление в металлургии

В металлургии термин преломление имеет другое значение. Это свойство металлов, указывающее на их способность противостоять нагреванию. Металлы с высокой степенью преломления относятся к огнеупорным материалам . Эти металлы имеют высокие температуры плавления, обусловленные сильными межатомными силами, которые участвуют в металлических связях. Для преодоления этих сил требуется большое количество энергии.

Примеры тугоплавких металлов включают молибден, ниобий, вольфрам и тантал.Карбид гафния является наиболее тугоплавким из известных бинарных соединений с температурой плавления 3890 ° C [1] [2]

См. Также

Список литературы

• Fishbane, Paul M., et al. 2005. Физика для ученых и инженеров, 3-е изд. Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Pearson Education. ISBN 0131418815.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 27 июля, 2019.

Кредиты

New World Encyclopedia Писатели и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Диэлектрик — Энциклопедия Нового Света

Диэлектрик , или электрический изолятор, представляет собой материал, обладающий высокой устойчивостью к прохождению электрического тока. Диэлектрические материалы могут быть твердыми, жидкостями или газами. К тому же вакуум — отличный диэлектрик.

Важным применением диэлектриков является разделение пластин конденсаторов.Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от диэлектрика, разделяющего его пластины.

Пояснение

Когда диэлектрическая среда взаимодействует с приложенным электрическим полем, заряды перераспределяются внутри ее атомов или молекул. Это перераспределение изменяет форму приложенного электрического поля как внутри диэлектрической среды, так и в близлежащей области.

Когда два электрических заряда движутся через диэлектрическую среду, энергии и силы взаимодействия между ними уменьшаются.Когда электромагнитная волна проходит через диэлектрик, ее скорость уменьшается, а длина волны укорачивается.

Когда электрическое поле первоначально прикладывается к диэлектрической среде, течет ток. Полный ток , протекающий через реальный диэлектрик, состоит из двух частей: тока проводимости и тока смещения. В хороших диэлектриках ток проводимости будет чрезвычайно мал. Ток смещения можно рассматривать как упругую реакцию диэлектрического материала на любое изменение приложенного электрического поля.По мере увеличения величины электрического поля протекает ток смещения, и дополнительное смещение сохраняется как потенциальная энергия в диэлектрике. Когда электрическое поле уменьшается, диэлектрик высвобождает часть накопленной энергии в виде тока смещения. Электрическое смещение можно разделить на вклад вакуума и вклад диэлектрика:

D знак равно ε0E + P = ε0E + ε0χE = ε0E (1 + χ), {\ displaystyle \ mathbf {D} = \ varepsilon _ {0} \ mathbf {E} + \ mathbf {P} = \ varepsilon _ { 0} \ mathbf {E} + \ varepsilon _ {0} \ chi \ mathbf {E} = \ varepsilon _ {0} \ mathbf {E} \ left (1+ \ chi \ right),}

где P — поляризация среды, E — электрическое поле, D — плотность электрического потока (или смещение), а χ {\ displaystyle \ chi} — его электрическая восприимчивость.Отсюда следует, что относительная диэлектрическая проницаемость и восприимчивость диэлектрика связаны: εr = χ + 1 {\ displaystyle \ varepsilon _ {r} = \ chi +1}.

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость (или статическая диэлектрическая проницаемость) материала (при заданных условиях) является мерой степени, в которой материал концентрирует электростатические силовые линии. На практике она измеряется как «относительная диэлектрическая проницаемость», которая определяется как отношение количества электрической энергии, запасенной в изоляторе, когда на него накладывается статическое электрическое поле, по отношению к диэлектрической проницаемости вакуума (который имеет диэлектрическая проницаемость 1).

Относительная диэлектрическая проницаемость представлена ​​как ε _r (или иногда κ {\ displaystyle \ kappa}, K или Dk). Математически это определяется как:

εr = εsε0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {r} = {\ frac {\ varepsilon _ {s}} {\ varepsilon _ {0}}}}

, где ε _s — статическая диэлектрическая проницаемость материала, а ε ₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума. Диэлектрическая проницаемость вакуума получается из уравнений Максвелла, связывая напряженность электрического поля E с плотностью электрического потока D .В вакууме (свободное пространство) диэлектрическая проницаемость ε составляет всего ε ₀ , поэтому диэлектрическая проницаемость равна единице.

Разрешающая способность

Диэлектрическая проницаемость — это физическая величина, которая описывает, как электрическое поле влияет и на него влияет диэлектрическая среда, и определяется способностью материала поляризоваться в ответ на поле и тем самым уменьшать поле внутри материала. Таким образом, диэлектрическая проницаемость относится к способности материала передавать (или «разрешать») электрическое поле.

Это напрямую связано с электрической восприимчивостью. Например, в конденсаторе повышенная диэлектрическая проницаемость позволяет сохранять тот же заряд при меньшем электрическом поле (и, следовательно, меньшем напряжении), что приводит к увеличению емкости.

Диэлектрическая прочность

Термин диэлектрическая прочность может быть определен следующим образом:

• Для изоляционного материала диэлектрическая прочность — это максимальная напряженность электрического поля, которую материал может выдерживать без разрушения, то есть без нарушения своих изоляционных свойств.
• Для данной конфигурации диэлектрического материала и электродов диэлектрическая прочность — это минимальное электрическое поле, вызывающее пробой.

Теоретическая диэлектрическая прочность материала является внутренним свойством объемного материала и зависит от конфигурации материала или электродов, к которым прикладывается поле. При пробое электрическое поле освобождает связанные электроны. Если приложенное электрическое поле достаточно велико, свободные электроны могут ускоряться до скоростей, которые могут высвободить дополнительные электроны во время столкновений с нейтральными атомами или молекулами в процессе, называемом лавинным пробоем.Пробой происходит довольно резко (обычно за наносекунды), что приводит к образованию токопроводящей дорожки и пробивному разряду через материал. В случае твердых материалов авария серьезно ухудшает или даже разрушает их изоляционные свойства.

Напряженность поля пробоя

Напряженность поля, при которой происходит пробой в данном случае, зависит от соответствующей геометрии диэлектрика (изолятора) и электродов, к которым прикладывается электрическое поле, а также от скорости увеличения, с которой прикладывается электрическое поле.Поскольку диэлектрические материалы обычно содержат мельчайшие дефекты, практическая диэлектрическая прочность будет составлять долю от собственной электрической прочности, наблюдаемой для идеального, бездефектного материала. Диэлектрические пленки имеют тенденцию демонстрировать большую диэлектрическую прочность, чем более толстые образцы из того же материала. Например, диэлектрическая прочность пленок диоксида кремния толщиной от нескольких сотен нм до нескольких микрон составляет приблизительно десять МВ / см. Многослойные тонкие диэлектрические пленки используются там, где требуется максимальная практическая диэлектрическая прочность, например, в высоковольтных конденсаторах и импульсных трансформаторах.

Диэлектрики в конденсаторах с параллельными пластинами

Размещение диэлектрического материала между пластинами в конденсаторе с параллельными пластинами вызывает увеличение емкости пропорционально кОм , относительной диэлектрической проницаемости материала:

C = kϵ0Ad {\ displaystyle C = {\ frac {k \ epsilon _ {0} A} {d}}}

, где ϵ0 {\ displaystyle \ epsilon _ {0}} — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, A, — площадь, покрываемая конденсаторами, а d — расстояние между пластинами.

Это происходит потому, что электрическое поле поляризует связанные заряды диэлектрика, создавая концентрации заряда на его поверхностях, которые создают электрическое поле, противоположное (антипараллельное) полю конденсатора. Таким образом, данное количество заряда создает более слабое электрическое поле между пластинами, чем без диэлектрика, что снижает электрический потенциал. Рассматриваемый наоборот, этот аргумент означает, что в случае диэлектрика данный электрический потенциал заставляет конденсатор накапливать большую поляризацию заряда.

Приложения

Использование диэлектрика в конденсаторе дает несколько преимуществ. Самый простой из них заключается в том, что проводящие пластины можно размещать очень близко друг к другу без риска контакта. Кроме того, при воздействии очень сильного электрического поля любое вещество ионизируется и становится проводником. Диэлектрики более устойчивы к ионизации, чем сухой воздух, поэтому конденсатор, содержащий диэлектрик, может подвергаться более высокому рабочему напряжению. Слои диэлектрика обычно включают в производимые конденсаторы, чтобы обеспечить более высокую емкость в меньшем пространстве, чем конденсаторы, использующие только воздух или вакуум между их пластинами, и термин диэлектрик относится к этому применению, а также к изоляции, используемой в силовых и радиочастотных кабелях. .

Некоторые практические диэлектрики

Диэлектрические материалы могут быть твердыми, жидкостями или газами. Кроме того, высокий вакуум также может быть полезным диэлектриком без потерь, даже если его относительная диэлектрическая проницаемость равна всего лишь единице.

Твердые диэлектрики, возможно, являются наиболее часто используемыми диэлектриками в электротехнике, а многие твердые тела являются очень хорошими изоляторами. Некоторые примеры включают фарфор, стекло и большинство пластмасс. Воздух, азот и гексафторид серы — три наиболее часто используемых газообразных диэлектрика.

• Промышленные покрытия, такие как парилен, создают диэлектрический барьер между подложкой и окружающей средой.
• Минеральное масло широко используется в электрических трансформаторах в качестве жидкого диэлектрика и для охлаждения. Диэлектрические жидкости с более высокой диэлектрической проницаемостью, такие как касторовое масло для электротехнического качества, часто используются в высоковольтных конденсаторах, чтобы предотвратить коронный разряд и увеличить емкость.
• Поскольку диэлектрики сопротивляются потоку электричества, поверхность диэлектрика может сохранять скрученных избыточных электрических зарядов.Это может произойти случайно при трении диэлектрика (трибоэлектрический эффект). Это может быть полезно, как в генераторе Ван де Граафа или электрофоре, или может быть потенциально разрушительным, как в случае электростатического разряда.
• Специально обработанные диэлектрики, называемые электретами, могут сохранять избыточный внутренний заряд или «замораживать» поляризацию. Электреты имеют полупостоянное внешнее электрическое поле и являются электростатическим эквивалентом магнитов. Электреты находят множество практических применений в быту и промышленности.
• Некоторые диэлектрики могут создавать разность потенциалов при воздействии механического напряжения или изменять физическую форму, если к материалу приложено внешнее напряжение. Это свойство называется пьезоэлектричеством. Пьезоэлектрические материалы — еще один класс очень полезных диэлектриков.
• Некоторые ионные кристаллы и полимерные диэлектрики обладают спонтанным дипольным моментом, который может быть изменен внешним приложенным электрическим полем. Такое поведение называется сегнетоэлектрическим эффектом.Эти материалы аналогичны поведению ферромагнитных материалов во внешнем магнитном поле. Сегнетоэлектрические материалы часто имеют очень высокую диэлектрическую проницаемость, что делает их весьма полезными для конденсаторов.

См. Также

Список литературы

• Boettcher, Карл Юхан Фридрих. 1980. Теория электрической поляризации: диэлектрическая поляризация . Elsevier Science. ISBN 0444415793
• Рамбл, Джон (ред.). 2017. CRC Handbook of Chemistry and Physics , 98-е изд.Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-1498784542
• Фон Хиппель, Артур Р. 1994. Диэлектрики и волны . Печать по запросу Artech. ISBN 978-08
038

Внешние ссылки

Все ссылки получены 8 мая 2018 г.

Кредиты

New World Encyclopedia Писатели и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 Лицензия (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Масляная кислота — Энциклопедия Нового Света

Масляная кислота , также известная как n -Бутановая кислота (в системе IUPAC ^[1] ) или нормальная масляная кислота , представляет собой карбоновую кислоту со структурной формулой CH ₃ CH ₂ CH ₂ -COOH. Он классифицируется как жирная кислота с короткой цепью. Имеет неприятный запах и едкий вкус, но несколько сладкое послевкусие (похоже на эфир). Он особенно содержится в прогорклом масле, сыре пармезан и рвоте.Его название происходит от греческого слова βουτυρος, что означает «масло». Некоторые сложные эфиры масляной кислоты имеют приятный вкус или запах и используются в качестве добавок в пищевых продуктах и ​​парфюмерии.

появление

Нормальная масляная кислота содержится в животных жирах и растительных маслах в виде сложных эфиров. Некоторые бактерии в кишечнике млекопитающих трансформируют хорошо ферментируемые волокна, такие как овсяные отруби, пектин и гуар, в короткоцепочечные жирные кислоты, включая бутират.

Глицерид масляной кислоты (то есть ее сложный эфир с глицерином) составляет от трех до четырех процентов масла.Когда масло становится прогорклым, из глицерида выделяется масляная кислота (в результате процесса, называемого гидролизом), что приводит к неприятному запаху.