L'acido acetico (nome sistematico:acido etanoico) è uncomposto chimicoorganico la cuiformula chimica è CH3COOH, meglio conosciuto per conferire all'aceto il suo caratteristico sapore acre e il suo odore pungente. L'acido acetico puro, anidro (ovvero privo diacqua), chiamatoacido acetico glaciale, atemperatura ambiente è un liquido incolore che attrae acqua dall'ambiente (igroscopia) e che congela al di sotto dei 16,7°C (62°F) in unsolido cristallino incolore. L'acido acetico ècorrosivo, e i suoi vapori causano irritazione agli occhi, infiammazione delle vie respiratorie e congestione dei polmoni, ma chimicamente è unacido debole per via della sua limitata capacità didissociarsi insoluzioni acquose.
Il nome comuneacido acetico è il più diffusamente usato, ed è ufficialmente il nome preferito dallaIUPAC.[2] Il nome deriva daacetum, la parolalatina per aceto. Il sinonimoacido etanoico è un nome sistematico usato nelle spiegazioni introduttive allanomenclatura chimica.
Acido acetico glaciale è il nome comune dell'acido acetico privo d'acqua. Simile alla parolatedescaEisessig (letteralmente, aceto ghiacciato), il nome deriva dai cristalli simili a quelli del ghiaccio che si formano quando la temperatura della sostanza scende leggermente al di sotto dei 16,7 °C.
L'abbreviazione più comune per acido acetico, ma anche quella ufficiale, èAcOH oppureHOAc, doveAc sta pergruppoacetile, CH3−C(=O)−. Nel contesto dellereazioni acido-base è spesso usata l'abbreviazioneHAc, doveAc invece sta per l'anione acetato (CH3COO−), anche se quest'uso è visto da molti come fuorviante. In entrambi i casi,Ac non deve essere confuso con l'elemento chimicoattinio.
L'acido acetico haformula minima CH2O eformula molecolare C2H4O2. La seconda è spesso scritta come CH3-CO2-H, CH3COOH, CH3CO2H o HOCOCH3 per riflettere meglio la sua struttura chimica. Quando l'acido acetico perde unH+, loione risultante è l'anioneacetato. Il nomeacetato può anche riferirsi a unsale contenente questo anione, o a unestere dell'acido acetico.
L'aceto è un prodotto di antiche origini. La produzione di acido acetico per mezzo dei batteri è presente in tutto il mondo, e ogni cultura che ha praticato lafermentazione dellabirra o delvino ha inevitabilmente scoperto l'aceto come risultato naturale conseguente all'esposizione all'aria di queste bevande.
NelRinascimento, l'acido acetico glaciale era preparato perdistillazione a secco di acetati metallici. L'alchimistatedesco delXVI secoloAndreas Libavius descrive questa procedura, e compara l'acido acetico glaciale prodotto con questo metodo all'aceto. La presenza di acqua nell'aceto ha un così significativo effetto sulle proprietà dell'acido acetico che per secoli i chimici credettero che l'acido acetico glaciale e l'acido trovato nell'aceto fossero due sostanze differenti. Il chimico francesePierre Adet dimostrò che sono identici.
A partire dal 1910 molto dell'acido acetico glaciale era ottenuto dal "liquore pirolegnoso" ottenuto dalla distillazione del legno. L'acido acetico era isolato da questo per trattamento concalce spenta, e il risultanteacetato di calcio era acidificato conacido solforico ottenendo acido acetico. A quel tempo la Germania produceva 10.000 tonnellate di acido acetico glaciale, circa il 30% del quale era usato nella produzione del coloranteindaco.[4][5]
Negliacidi carbossilici come l'acido acetico, l'atomo diidrogeno (H) delgruppo carbossilico (−COOH) può essere donato come ione H+ (protone), conferendogli così il carattere acido. L'acido acetico in soluzioni acquose è unacido monoprotico debole, efficace, con unacostante di dissociazione acida a 20 °C di1,8×10−5 M (pKa 4,8). La suabase coniugata è l'acetato (CH3COO−). Una soluzione 1M in acqua a 20 °C (all'incirca la concentrazione dell'aceto domestico) hapH di 2,4, indicando che solamente lo 0,4% delle molecole di acido acetico sono dissociate.
Dimero ciclico dell'acido acetico. Le linee tratteggiate rappresentano i legami a idrogeno.
La struttura cristallina dell'acido acetico[6] mostra che le molecole accoppiate neidimeri sono connesse dalegami a idrogeno. I dimeri possono essere individuati anche nei vapori a 120 °C. Sono presenti inoltre nella fase liquida delle soluzioni diluite di solventi che non formano legami a idrogeno, e una certa quantità è presente anche nell'acido acetico puro,[7] ma vengono distrutti in presenza di solventi che formano legami a idrogeno. L'entalpia di dissociazione del dimero è stimata in 65,0-66,0 kJ/mol, e l'entropia di dissociazione in 154-157 J mol−1 K−1.[8] Questo comportamento dimerizzante è condiviso da altri acidi carbossilici minori.
L'acido aceticoliquido è unsolvente proticoidrofilo (polare), simile all'etanolo e all'acqua. Con una moderatacostante dielettrica di 6,2, può sciogliere non solo composti polari come sali inorganici eglucidi, ma anche composti non-polari come oli ed elementi chimici comezolfo eiodio. Si miscela rapidamente con altri solventi polari e non-polari come acqua,cloroformio edesano. Questa proprietà di dissoluzione emiscibilità fa dell'acido acetico un composto molto usato nell'industria chimica.
L'acido acetico ècorrosivo per moltimetalli, tra cuiferro,magnesio ezinco, con cui forma gasidrogeno e sali metallici chiamati acetati. L'alluminio, quando esposto all'ossigeno, forma un sottile strato diossido di alluminio sulla sua superficie che è relativamente resistente, in modo tale da consentire alle autocisterne di trasportare l'acido acetico. Gli acetati metallici possono essere preparati anche partendo da acido acetico e unabase appropriata, come nella popolare reazione "bicarbonato +aceto". Con l'eccezione dell'acetato di cromo(II), praticamente tutti gli acetati sono solubili in acqua.
L'acido acetico può essere rivelato attraverso il suo caratteristico odore. I sali dell'acido acetico hanno unareazione cromatica in soluzione dicloruro di ferro (III); l'intensa colorazione rossa scompare dopo acidificazione. Quando riscaldati contriossido di diarsenico, gli acetati formano un composto, l'ossido di cacodile, che può essere rilevato grazie ai suoi vapori maleodoranti.
Ilgruppoacetile, derivato dall'acido acetico, è fondamentale nella biochimica di virtualmente tutte le forme di vita. Quando è legato alcoenzima A è centrale nelmetabolismo dicarboidrati egrassi; comunque, la concentrazione di acido acetico nelle cellule è mantenuto a un livello basso per evitare di interrompere il controllo delpH del contenuto delle cellule. A differenza degli acidi carbossilici a catena lunga (gliacidi grassi), l'acido acetico non esiste neitrigliceridi naturali; però, il trigliceride artificialetriacetina (triacetato di glicerile) è un additivo alimentare comune, e si trova nei cosmetici e nei medicinali a uso topico.
L'acido acetico è prodotto esecreto da certibatteri, tra cui l'Acetobacter e ilClostridium acetobutylicum. Questi batteri si trovano universalmente nei cibi, nell'acqua e nel terreno, ed è prodotto naturalmente nei frutti e in altri cibi andati a male. L'acido acetico è inoltre un componente dellalubrificazione vaginale dell'uomo e di altriprimati, dove sembra servire come moderato agenteantisettico.[9]
Impianto di purificazione e concentrazione per acido acetico nel 1884
L'acido acetico è prodotto sia sinteticamente sia dallafermentazione batterica. Oggi, la produzione biologica occupa solamente circa il 10% della produzione mondiale, ma rimane importante per la produzione dell'aceto, anche perché molte leggi nazionali sulla purezza del cibo determinano che l'aceto per uso alimentare debba essere di origine biologica. Circa il 75% dell'acido acetico prodotto per l'uso nell'industria chimica proviene dacarbonilazione del metanolo. Il resto è prodotto con metodi alternativi.[10] D'altra parte, l'acido acetico è un prodotto secondario di diversi processi chimici, ad esempio la sintesi di acido acrilico[11][12].
La produzione mondiale di acido acetico vergine è stimata in 5 Mt/a (milioni di tonnellate per anno), approssimativamente la metà delle quali prodotte negliStati Uniti. La produzioneeuropea è di circa 1 Mt/a ed è in declino, mentre 0,7 Mt/a sono prodotte inGiappone. Altre 1,5 Mt vengono riciclate ogni anno, portando il totale del mercato mondiale a 6,5 Mt/a.[13][14] I due principali produttori di acido acetico vergine sonoCelanese eBP Chemicals. Altri maggiori produttori sonoMillennium Chemicals,Sterling Chemicals,Samsung,Eastman eSvensk Etanolkemi.
Nella tabella seguente sono indicati alcuni tra i metodi di produzione dell'acido acetico:
Molto acido acetico vergine è prodotto per mezzo della carbonilazione del metanolo. In questo processo,metanolo emonossido di carbonio reagiscono per produrre acido acetico, secondo l'equazione chimica:[15]
Il processo implicaiodometano come intermedio di reazione, e avviene in tre passaggi. Affinché la carbonilazione avvenga, è necessario uncatalizzatore, usualmente un metallocomplesso (secondo passaggio).
Alterando le condizioni di processo, l'anidride acetica può anche essere prodotta nello stesso impianto. Siccome sia il metanolo sia il monossido di carbonio sono materie prime grezze, la carbonilazione del metanolo sembra essere un allettante metodo per la produzione di acido acetico. Nella sede britannica dellaCelanese, Henry Drefyus ha sviluppato un impianto pilota per la carbonilazione già nel 1925.[16] Però, la mancanza di materiali funzionali che potevano contenere la reazione corrosiva mista alle altepressioni necessarie (200atmosfere o più) ha scoraggiato la commercializzazione di questa via per un po' di tempo. Il primo processo di carbonilazione commerciale, che utilizzavacobalto come catalizzatore, fu elaborato dalla compagnia chimica tedescaBASF nel 1963. Nel 1968, fu scoperto che un catalizzatore basato sulrodio (cis−[Rh(CO)2I2]−) consentiva di poter operare a basse pressioni con quasi nessun sottoprodotto. Il primo impianto che utilizzò questo catalizzatore fu costruito dalla compagnia chimica statunitenseMonsanto nel 1970, e la carbonilazione del metanolo con il rodio come catalizzatore diventò il metodo dominante nella produzione di acido acetico (vediprocesso Monsanto). Alla fine deglianni novanta, laBP Chemicals commercializzò il catalizzatoreCativa ([Ir(CO)2I2]−), attivato dalrutenio. Questo processo, che sfrutta l'iridio come catalizzatore, èverde e più efficiente[17] e ha largamente soppiantato il processo Monsanto, spesso negli stessi impianti di produzione.
Prima della commercializzazione del processo Monsanto, la maggior parte dell'acido acetico era prodotto per ossidazione dell'acetaldeide, che rimane il secondo più importante metodo di produzione, anche se non competitivo rispetto alla carbonilazione del metanolo. L'acetaldeide può essere prodotta perossidazione di butano o nafta leggera, o peridratazione di etilene.
Quandobutano onafta leggera sono riscaldati con aria in presenza di variioni metallici, tra cui quelli dimanganese,cobalto ecromo,[18] si formanoperossidi e successivamente si decompongono per produrre acido acetico secondo l'equazione chimica:
Tipicamente, la reazione è condotta con valori ditemperatura e pressione tali che la temperatura sia la più alta possibile mantenendo il butano ancora in fase liquida. Condizioni tipiche di reazione sono 150 °C e 55 atm. Possono inoltre formarsi diversi prodotti secondari, tra cuibutanone,etil acetato,acido formico eacido propionico; anche questi prodotti secondari hanno un valore commerciale, e le condizioni di reazione possono essere alterate per produrne maggiori quantità, se economicamente vantaggioso. Comunque, la separazione dell'acido acetico da questi sottoprodotti aggiunge un costo al processo.
Sotto condizioni simili e utilizzandocatalizzatori simili a quelli usati per l'ossidazione del butano, l'acetaldeide può essere ossidata dall'ossigeno presente nell'aria per produrre acido acetico:
Utilizzando catalizzatori moderni, questa reazione può avere una resa di oltre il 95%. I principali prodotti secondari sonoetil acetato,acido formico eformaldeide, i quali hanno un minorpunto di ebollizione rispetto all'acido acetico e sono facilmente separabili perdistillazione.
L'acetaldeide può essere preparata a partire daetilene con ilprocesso Wacker, e successivamente ossidata come descritto più sopra. Recentemente è stata commercializzata un'economica conversione a singolo stadio da etilene ad acido acetico dalla compagnia chimicaShowa Denko, che ha aperto un impianto di ossidazione dell'etilene aŌita,Giappone, nel1997.[19] Il processo è catalizzato da un catalizzatore al metallopalladio supportato daacido tungstosilicico idrato. Si pensa che sia competitivo con la carbonilazione del metanolo per piccoli impianti (100.000–250.000 tonnellate/anno), a seconda del prezzo locale dell'etilene.
Per buona parte della storia umana, l'acido acetico, sotto forma di aceto, è stato prodotto dai batteri del genereAcetobacter. Se hanno ossigeno a sufficienza, questi batteri possono produrre aceto da una varietà di bevande alcoliche; tra queste, le più comunemente usate sonosidro di mela,vino,grano fermentato,malto,riso opatate. La reazione chimica complessiva facilitata da questi batteri è:
Se una soluzione diluita di alcool viene inoculata conAcetobacter e viene mantenuta in un luogo caldo e arieggiato, essa diventerà aceto nel giro di pochi mesi. L'industria produttrice di aceto accelera questo processo fornendo un supplemento di ossigeno ai batteri.
Le prime quantità di aceto prodotte dalla fermentazione probabilmente sono la conseguenza di errori nel processo divinificazione. Se ilmosto viene fermentato a una temperatura troppo elevata,Acetobacter finisce per sopraffare illievito naturalmente presente neigrappoli. Non appena la domanda di aceto per l'uso in cucina e per usi medico-sanitari crebbe, i viticultori impararono in fretta a usare materiali organici per produrre l'aceto nei caldi mesi estivi prima che i grappoli venissero raccolti pronti per essere trasformati in vino. Questo metodo era lento, e non sempre soddisfacente, poiché i viticultori non comprendevano il processo che avveniva.
Uno dei primi moderni processi commerciali fu il "metodo veloce" o "metodo tedesco", praticato per la prima volta in Germania nel 1823. In questo processo, la fermentazione ha luogo in una torre impaccata con trucioli da legno ocarbone vegetale. Il contenuto alcolico viene fatto salire verso la cima della torre, mentre fresca aria atmosferica viene fornita dal basso perconvezione naturale o forzata. La quantità aggiuntiva di aria fornita in questo processo riduce il tempo di preparazione dell'aceto da mesi a settimane.
Al giorno d'oggi, la maggior parte dell'aceto è prodotto in serbatoi in cui sono immersecolture microbiologiche, metodo descritto per la prima volta nel 1949 da Otto Hromatka e Heinrich Ebner. In questo metodo, l'alcol è fermentato ad aceto in un serbatoio in cui avviene un mescolamento continuo, e l'ossigeno viene fornito per mezzo di bolle d'aria che attraversano la soluzione. Usando questo metodo, aceto con il 15% di acido acetico può essere preparato in soli 2-3 giorni.
Alcune specie dibatteri anaerobi, tra cui parecchi membri del genereClostridium, possono convertire direttamente zuccheri in acido acetico, senza usare l'etanolo come intermediario. La reazione chimica complessiva condotta da questi batteri può essere schematizzata come:
Questa abilità delClostridium di utilizzare zuccheri direttamente o di produrre acido acetico da reagenti meno costosi indica che questi batteri possono potenzialmente produrre acido acetico in maniera più efficiente rispetto a ossidatori di etanolo come l'Acetobacter; per contro, i batteriClostridium sono meno tolleranti all'ambiente acido che l'Acetobacter. Perfino ilClostridium più tollerante all'acido può produrre una concentrazione di acido acetico solo pari a pochi punti percentuale, in confronto ad alcuniAcetobacter che possono produrre aceto fino a una concentrazione del 20% in acido acetico. A oggi, rimane economicamente meno vantaggioso produrre aceto utilizzando l'Acetobacter che non produrrlo usando ilClostridium e poi concentrarlo. Come risultato, anche se i batteri acetogenici sono conosciuti fin dal 1940, il loro uso a livello industriale rimane confinato a una nicchia di applicazioni.
Una bottiglia di acido acetico da 2,5litri in un laboratorio
L'acido acetico è unreagente chimico usato per la produzione di composti chimici.[20] Il maggior uso di acido acetico come reagente si ha nella produzione delmonomero acetato di vinile, seguito da vicino da quella di anidride acetica e dell'estere. Il volume di acido acetico usato nell'aceto è comparativamente piccolo.
Il più largo uso di acido acetico viene fatto nella produzione delvinil acetato monomero (VAM). Questa applicazione occupa approssimativamente dal 40% al 45% della produzione mondiale di acido acetico. La reazione è fraetilene e acido acetico in presenza diossigeno conpalladio comecatalizzatore.
La maggior parte degli esteri acetati sono però prodotti a partire dall'acetaldeide utilizzando lareazione Tishchenko. In aggiunta, alcuni eteri acetati sono usati come solventi pernitrocellulosa,colori acrilici, per rimuovere film protettivi e macchie su legno. I primidioli monoetere sono stati prodotti a partire daossido di etilene odossido di propilene con alcol, i quali sono stati poi esterificati con acido acetico. I tre principali prodotti sono l'EEA (ethylene glycol monoethyl ether acetate), l'EBA (ethylene glycol monobutyl ether acetate) e il PMA (propylene glycol monomethyl ether acetate). Questa applicazione occupa circa dal 15% al 20% della produzione mondiale di acido acetico. Per alcuni di questi eteri acetati, per esempio l'EEA, è stato dimostrato che sono nocivi per la riproduzione umana.
Il prodotto dellacondensazione fra due molecole di acido acetico è l'anidride acetica. La produzione mondiale di anidride acetica è la maggiore applicazione, e occupa approssimativamente dal 25% al 30% della produzione globale di acido acetico. L'anidride acetica può essere prodotta direttamente dallacarbonilazione del metanolo evitando l'acido, e gli impianti predisposti per ilprocesso Cativa possono essere adattati per la produzione di anidride.
Le soluzioni di acido acetico diluite non possono essere denominateaceto, in quanto questa denominazione è riservata solamente a prodotti ottenuti per doppia fermentazione (alcolica e acetica) da materie prime di origine agricola.
Solamente in alcuni paesi fuori dall'Unione europea la denominazione è ancora in uso anche per soluzioni diluite di acido acetico.
Le soluzioni di acido acetico (tipicamente con concentrazioni di acido acetico tra il 5% e il 18%, percentuali usualmente calcolate in massa) sono utilizzate direttamente come correttore di pH e anche nellaconservazione dei vegetali e altri cibi.
Il totale di acido acetico usato come aceto su scala mondiale non è elevato, ma storicamente è l'uso più vecchio e meglio conosciuto di tale sostanza.
L'acido acetico glaciale è un eccellentesolvente protico polare, come citatopiù sopra. È frequentemente usato come solvente nellaricristallizzazione per purificare composti organici. L'acido acetico puro allo stato liquido è utilizzato comesolvente nellaproduzione dell'acido tereftalico (TPA), una materia prima per la produzione delpolietilentereftalato (PET). Anche se conta fra il 5% e il 10% della produzione mondiale, ci si aspetta che questa specifica applicazione cresca significativamente nel prossimo decennio, di pari passo all'incremento della produzione di PET.
L'acido acetico glaciale è usato inchimica analitica per la stima di deboli sostanze alcaline come le ammidi organiche; l'acido acetico glaciale è unabase molto più debole dell'acqua, cosicché le ammidi si comportano come base forte. Può esseretitolato usando una soluzione in acido acetico glaciale di un acido molto forte, come l'acido perclorico.
Soluzioni diluite di acido acetico sono utilizzate anche per la loro bassaacidità. Esempi in ambito domestico includono l'uso nelle vasche di sviluppo dei rullini fotografici, l'uso come agente smacchiante per rimuovere ilcalcare dai rubinetti e dai bollitori. L'acidità è sfruttata anche per trattare le punture dellemeduse rendendo inefficaci le sue cellule irritanti, prevenendo seri infortuni o la morte se applicato immediatamente, e per il trattamento delleinfezioni dell'orecchio nelle persone in preparazioni come ilVosol. Inoltre, l'acido acetico è usato in spray per preservare gli stoccamenti diballe di fieno, scoraggiando la crescita difunghi e batteri. L'acido acetico glaciale è usato anche nel processo rimozione delleverruche e inacquariofilia come fonte di carbonio per stimolare lo sviluppo batterico di vasche in maturazione.
Sali organici e inorganici sono prodotti a partire dall'acido acetico, tra cui:
L'ammontare di acido acetico usato in queste applicazioni nel loro insieme (a parte il TPA) occupa un altro 5%–10% della produzione mondiale. In ogni caso non ci si aspetta che queste applicazioni crescano tanto quanto la produzione di TPA.
Simbolo di sicurezzaLieve ustione chimica (vecchia di 3 giorni) causata da acido acetico glaciale (cute avambraccio)
L'acido acetico concentrato ècorrosivo e deve essere maneggiato con opportuna cura, poiché può causare bruciature della pelle, danni permanenti agli occhi e irritazioni delle membrane delle mucose. Queste bruciature o vescichette non compaiono prima di qualche ora dell'esposizione. I guanti inlattice non offrono adeguata protezione; quindi, quando si maneggia il composto, devono essere impiegati speciali guanti resistenti, come quelli fatti ingomma nitrilica. L'acido acetico concentrato si infiamma con difficoltà in laboratorio; l'infiammabilità diventa un rischio se la temperatura dell'ambiente oltrepassa i 39°C (102°F), e in presenza di aria può formare miscele esplosive oltre questa temperatura (limiti di esplosione: 5,4%–16%).
I rischi nell'uso delle soluzioni di acido acetico dipendono dalla concentrazione. La tabella seguente elenca laclassificazione EU delle soluzioni di acido acetico:
Soluzioni che vanno oltre il 25% in acido acetico devono essere manipolate sotto cappa a causa dei vapori pungenti e corrosivi. L'acido acetico diluito, nella forma di aceto, è innocuo, anche se l'ingestione di grandi quantità di soluzione è pericolosa per la vita umana e animale; può causare gravi danni alsistema digestivo e una modificazione potenzialmente letale dell'acidità delsangue.
A causa della loro incompatibilità (si hanno reazioni di decomposizione violenta), si raccomanda di mantenere l'acido acetico lontano daacido cromico,acido nitrico,acido perclorico,permanganati,perossidi; anche dovendo operare conidrossidi è consigliabile una certa cautela, poiché questi ultimi liberano rapidamente grosse quantità di calore nella neutralizzazione dell'acido.
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