18.6. Применение

Определения и обозначения

Муравьиная кислота — простейшая карбоновая кислота, содержащая группу –COOH. Её кислотные свойства используют при обработке кожи и тканей, чтобы создавать нужную среду на отдельных стадиях производства. Сходное применение могут иметь её соли — формиаты, но свойства каждой соли зависят от состава.

Уксусная кислота — карбоновая кислота, водный раствор которой известен как уксус. Разбавленный пищевой раствор применяют в кулинарии и для консервирования, а сама кислота служит сырьём для химического синтеза. Концентрированная уксусная кислота опасна и не равна пищевому уксусу.

Высшие карбоновые кислоты — кислоты с длинными углеводородными цепями, например стеариновая и пальмитиновая. Они важны как сырьё для получения солей, используемых в мыле и других бытовых продуктах. Длинная цепь помогает таким солям взаимодействовать с жирными загрязнениями.

Соли карбоновых кислот образуются, когда водород в карбоксильной группе заменяется катионом, например натрием. Формиаты и ацетаты — соли муравьиной и уксусной кислот соответственно. Их применяют не автоматически так же, как кислоты: область использования зависит от растворимости и других свойств конкретной соли.

Как это устроено

Карбоксильная группа –COOH задаёт кислотный характер карбоновых кислот: в реакциях она может отдавать атом водорода и образовывать соли. Поэтому кислоты подходят для процессов, где необходимо менять кислотность среды или получать вещества с новыми свойствами. Углеводородная часть молекулы тоже влияет на применение: короткие и длинные цепи придают соединениям разные физические свойства.

Уксусная кислота нужна пищевой промышленности, потому что её разбавленные растворы придают продуктам кислый вкус и создают кислую среду. Такая среда помогает замедлить развитие некоторых микроорганизмов при мариновании и консервировании. Вне пищевого производства уксусную кислоту и ацетаты используют как исходные вещества или реагенты, но конкретное применение зависит от концентрации и состава вещества.

Муравьиную кислоту применяют при обработке кожи и тканей благодаря её кислотным свойствам и способности влиять на среду технологического процесса. Важно не переносить свойства самой кислоты на любую её соль: формиаты имеют собственный состав и могут иначе растворяться или реагировать. Поэтому на производстве выбирают конкретное соединение под нужную операцию, учитывая его действие на материал.

Высшие карбоновые кислоты используют для производства мыла, потому что из них получают соли с длинной углеводородной частью. Реакция кислоты со щёлочью заменяет водород в группе –COOH на катион металла: R–COOH + NaOH → R–COONa + H₂O. Натриевые соли высших кислот способны взаимодействовать и с водой, и с жировыми загрязнениями, поэтому подходят для мытья.

Карбоновые кислоты используют и как исходные вещества для органического синтеза. Например, при реакции со спиртами они образуют сложные эфиры; изменение строения молекулы может придавать продукту запах или другие полезные свойства. Кислоты также участвуют в получении лекарственных и иных органических веществ, а направление синтеза выбирают по свойствам целевого продукта.

Применение карбоновых кислот и их производных

В таблице сопоставлены группы веществ, области их использования и свойства, которые делают такое применение возможным. Читая её, сначала определите, идёт ли речь о кислоте или о её соли, а затем найдите нужное свойство. Не следует переносить указанную область применения на все соединения этой группы без проверки их состава.

Разбор задач

1. Уксусная кислота в быту и производстве

Условие. Назовите два направления применения уксусной кислоты и объясните, почему нельзя отождествлять пищевой уксус с концентрированной кислотой. Нужно указать не только области использования, но и причину различия между двумя продуктами.

1. Назовём пищевое применение: водный раствор уксусной кислоты используют при приготовлении маринадов и консервировании.
2. В качестве второго направления укажем химический синтез: кислота и её производные служат реагентами или сырьём для получения других веществ.
3. Сравним состав: уксус содержит много воды и имеет концентрацию, подходящую для пищевого применения, а концентрированная кислота гораздо более едкая и опасная.

Ответ. Уксусную кислоту применяют в пищевой промышленности и в химическом синтезе. Пищевой уксус — разбавленный водный раствор, а концентрированная кислота имеет иные свойства и требует осторожного обращения, поэтому считать их одинаковыми нельзя.

2. Сырьё для мыла

Условие. Укажите, какие вещества получают из высших карбоновых кислот для бытового использования, и запишите общую схему образования соли. Важно показать, чем продукт реакции отличается от исходной кислоты.

1. Выберем исходное вещество: высшую карбоновую кислоту обозначим общей формулой R–COOH, где R — длинная углеводородная цепь.
2. Проведём реакцию нейтрализации со щёлочью, например гидроксидом натрия: R–COOH + NaOH → R–COONa + H₂O.
3. В продукте R–COONa водород карбоксильной группы заменён на катион натрия. Полученная соль высшей карбоновой кислоты может использоваться как мыло.

Ответ. Для бытовых моющих средств получают соли высших карбоновых кислот. Общая схема с гидроксидом натрия: R–COOH + NaOH → R–COONa + H₂O; мылом является соль, а не свободная кислота.

3. Получение сложного эфира

Условие. Предложите цепочку превращений от карбоновой кислоты к сложному эфиру и назовите возможную область применения продукта. Для решения достаточно указать реагент и назвать тип реакции.

1. Возьмём карбоновую кислоту R–COOH и спирт R′–OH. В реакции участвуют карбоксильная группа кислоты и гидроксильная группа спирта.
2. При этерификации образуются сложный эфир и вода: R–COOH + R′–OH ⇄ R–COO–R′ + H₂O. Обратная стрелка показывает, что превращение может быть обратимым.
3. Определим возможное применение: некоторые сложные эфиры используют как ароматизаторы или компоненты отдушек, поскольку они могут обладать характерными запахами.

Ответ. Цепочка: карбоновая кислота + спирт ⇄ сложный эфир + вода. Полученный сложный эфир может применяться в ароматизаторах или отдушках, если его свойства подходят для этой цели.

Типичные ошибки

Ошибка — считать пищевой уксус и концентрированную уксусную кислоту одинаково безопасными. Её допускают, когда не учитывают, что уксус — разбавленный раствор, а концентрация влияет на едкость и опасность вещества. Проверь себя: уточни, говорится ли о пищевом растворе или о концентрате, и не используй их как взаимозаменяемые вещества.

Ошибка — приписывать каждой соли карбоновой кислоты то же применение, что и самой кислоте. Так рассуждают, если замечают общее название, но не учитывают различия в составе, растворимости и реакционной способности соединений. Для проверки назови конкретную соль и укажи, какое именно её свойство нужно для рассматриваемого применения.

Ошибка — путать кислоту с её солью и считать, что при образовании соли кислотный остаток исчезает. В действительности водород карбоксильной группы заменяется катионом металла, например: R–COOH → R–COONa. Проверь формулу: в соли должны быть остаток кислоты и катион, а не исходная группа –COOH с её водородом.

Ошибка — утверждать, что мыло получают непосредственно из любой карбоновой кислоты. Причина ошибки — смешение исходного сырья и готового продукта: для мыла важны соли именно высших кислот. Проверь себя по формуле и строению: при нейтрализации кислоты щёлочью образуется соль, а принадлежность кислоты к высшим определяет, подходит ли она для такого производства.

Связь с другими темами

Чтобы объяснить применение кислот, нужно знать строение карбоксильной группы, свойства карбоновых кислот и реакции нейтрализации. Эти знания помогают отличать кислоты от солей и понимать, как получают производные карбоксильных соединений. Тема продолжится при изучении жиров, мыл и моющих средств, где важны соли высших кислот, а также органического синтеза, где кислоты превращают в сложные эфиры и другие вещества.

Что запомнить

• Область применения карбоновой кислоты зависит от её строения и свойств.
• Уксус — водный раствор уксусной кислоты, а не отдельное чистое вещество.
• Муравьиную кислоту и её соли используют, в частности, при обработке материалов.
• Соли высших карбоновых кислот применяют для производства мыла.
• Карбоновые кислоты служат сырьём для получения сложных эфиров и других органических веществ.