GLIKOL ETYLENOWY: WŁAŚCIWOŚCI, BUDOWA CHEMICZNA, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Glikol etylenowy jest najprostszym organiczny związek z rodziny glikoli. Jego wzór chemiczny to C ₂ H ₆ O ₂ , a wzór strukturalny HOCH _2- CH ₂ OH. Glikol to alkohol charakteryzujący się dwoma grupami hydroksylowymi (OH) przyłączonymi do dwóch sąsiadujących atomów węgla w łańcuchu alifatycznym.

Glikol etylenowy jest przejrzystą, bezbarwną i bezwonną cieczą. Na poniższym obrazku masz jego próbkę w słoiku. Dodatkowo ma słodki smak i jest bardzo higroskopijny. Jest to ciecz mało lotna, dlatego wywiera bardzo małą prężność pary, której gęstość jest większa niż gęstość powietrza.

Butelka z zawartością glikolu etylenowego. Źródło: Σ64

Glikol etylenowy jest związkiem bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie, oprócz tego, że jest mieszalny z wieloma związkami organicznymi; takie jak alkohole alifatyczne o krótkim łańcuchu, aceton, glicerol itp. Wynika to z ich zdolności do przekazywania i przyjmowania wiązań wodorowych z rozpuszczalników protonowych (które mają H).

Glikol etylenowy polimeryzuje do wielu związków, których nazwy są często skracane do PEG i liczby wskazującej ich przybliżoną masę cząsteczkową. Na przykład PEG 400 jest stosunkowo małym ciekłym polimerem. Tymczasem duże PEG to białe ciała stałe o tłustym wyglądzie.

Właściwości glikolu etylenowego polegające na obniżaniu temperatury topnienia i podwyższaniu temperatury wrzenia wody pozwalają na stosowanie go jako chłodziwa i antykoagulanta w pojazdach, samolotach i sprzęcie komputerowym.

Nieruchomości

Nazwy

Etano-1,2-diol (IUPAC), glikol etylenowy, glikol monoetylenowy (MEG), 1-2-dihydroksyetan.

Masa cząsteczkowa

62,068 g / mol

Wygląd fizyczny

Klarowna, bezbarwna i lepka ciecz.

Zapach

Toaleta

Smak

Słodkie

Gęstość

1,1132 g / cm ³

Temperatura topnienia

-12,9 ° C

Temperatura wrzenia

197,3 ° C

Rozpuszczalność w wodzie

Mieszalny z wodą, bardzo higroskopijny związek.

Rozpuszczalność w innych rozpuszczalnikach

Mieszalny z niższymi alkoholiami alifatycznymi (metanol i etanol), glicerolem, kwasem octowym, acetonem i podobnymi ketonami, aldehydami, pirydyną, zasadami smoły węglowej i rozpuszczalny w eterze. Praktycznie nierozpuszczalny w benzenie i jego homologach, chlorowanych węglowodorach, eterze naftowym i olejach.

punkt zapłonu

111 ºC

Gęstość pary

2.14 w odniesieniu do powietrza przyjętego jako 1.

Ciśnienie pary

0,092 mmHg w 25 ° C (przez ekstrapolację).

Rozkład

Po podgrzaniu do rozkładu wydziela gryzący i drażniący dym.

Temperatura przechowywania

2-8 ºC

Ciepło spalania

1189,2 kJ / mol

Ciepło parowania

50,5 kJ / mol

Napięcie powierzchniowe

47,99 mN / m w 25 ° C

Współczynnik załamania światła

1,4318 w 20 ° C

Stała dysocjacji

pKa = 14,22 przy 25 ° C

pH

6 do 7,5 (100 g / l wody) w temperaturze 20 ºC

Współczynnik podziału oktanol / woda

Log P = - 1,69

Struktura chemiczna

Struktura molekularna glikolu etylenowego. Źródło: Ben Mills za pośrednictwem Wikipedii.

Na górnym obrazku mamy cząsteczkę glikolu etylenowego reprezentowaną przez model sfer i słupków. Czarne kule odpowiadają atomom węgla, które tworzą jego szkielet CC, a na ich końcach mamy czerwone i białe kule odpowiednio dla atomów tlenu i wodoru.

Jest to cząsteczka symetryczna i na pierwszy rzut oka można pomyśleć, że ma stały moment dipolowy; jednak ich wiązania C-OH obracają się, co sprzyja dipolowi. Jest to również dynamiczna cząsteczka, która podlega ciągłym obrotom i drganiom, a dzięki dwóm grupom OH jest zdolna do tworzenia lub odbierania wiązań wodorowych.

W rzeczywistości te interakcje są odpowiedzialne za to, że glikol etylenowy ma tak wysoką temperaturę wrzenia (197 ° C).

Gdy temperatura spada do -13 ° C, cząsteczki łączą się w krysztale rombowym, w którym rotamery odgrywają ważną rolę; to znaczy, istnieją cząsteczki, których grupy OH są zorientowane w różnych kierunkach.

Produkcja

Utlenianie etylenu

Początkowym etapem syntezy glikolu etylenowego jest utlenianie etylenu do tlenku etylenu. W przeszłości etylen był poddawany reakcji z kwasem podchlorawym w celu wytworzenia chlorohydryny. Następnie traktowano go wodorotlenkiem wapnia w celu wytworzenia tlenku etylenu.

Metoda chlorohydrynowa jest mało opłacalna i zmieniono metodę bezpośredniego utleniania etylenu w obecności powietrza lub tlenu, z zastosowaniem tlenku srebra jako katalizatora.

Hydroliza tlenku etylenu

W wyniku hydrolizy tlenku etylenu (EO) wodą pod ciśnieniem powstaje surowa mieszanina. Mieszaninę wodno-glikolową odparowuje się i zawraca, oddzielając glikol monoetylenowy od glikolu dietylenowego i glikolu trietylenowego na drodze destylacji frakcyjnej.

Reakcję hydrolizy tlenku etylenu można przedstawić w następujący sposób:

C ₂ H ₄ O + H ₂ O => OH-CH ₂ -CH ₂ -OH (glikol etylenowy lub glikol monoetylenowy)

Mitsubishi Chemical opracowało proces katalityczny, wykorzystujący fosfor, do konwersji tlenku etylenu w glikol monoetylenowy.

Proces Omega

W procesie Omega tlenek etylenu jest początkowo przekształcany w węglan etylenu, w wyniku reakcji z dwutlenkiem węgla (CO ₂ ). Następnie węglan etylenu poddaje się hydrolizie katalitycznej w celu uzyskania glikolu monoetylenowego o 98% selektywności.

Istnieje stosunkowo nowa metoda syntezy glikolu etylenowego. Obejmuje to utleniające karbonylowanie metanolu do szczawianu dimetylu (DMO), a następnie jego uwodornienie do glikolu etylenowego.

Aplikacje

Płyn chłodzący i płyn niezamarzający

Mieszanina glikolu etylenowego z wodą pozwala na obniżenie temperatury zamarzania i podwyższenie temperatury wrzenia, dzięki czemu silniki samochodów nie zamarzają zimą, ani nie przegrzewają się latem.

Gdy procentowa zawartość glikolu etylenowego w mieszaninie z wodą osiągnie 70%, temperatura zamarzania wynosi -55 ºC, więc mieszanina glikolu etylenowego z wodą może być stosowana jako ciecz chłodząca oraz jako ochrona przed zamarzaniem w tych warunki, w jakich może wystąpić.

Niskie temperatury zamarzania roztworów glikolu etylenowego pozwalają na stosowanie go jako płynu niezamarzającego do silników samochodowych; odladzanie skrzydeł samolotów; i do odladzania szyb przednich.

Służy również do konserwacji próbek biologicznych przechowywanych w niskich temperaturach, dzięki czemu unika się tworzenia kryształów, które mogą uszkodzić strukturę próbek.

Wysoka temperatura wrzenia pozwala na stosowanie roztworów glikolu etylenowego do utrzymywania niskich temperatur w urządzeniach lub sprzęcie wytwarzającym ciepło podczas pracy, takich jak: samochody, sprzęt komputerowy, klimatyzatory itp.

Odwodnienie

Glikol etylenowy jest związkiem bardzo higroskopijnym, co pozwoliło na jego zastosowanie do oczyszczania gazów wydobywanych z podłoża o dużej zawartości par wodnych. Eliminacja wody z gazów ziemnych sprzyja ich efektywnemu wykorzystaniu w odpowiednich procesach przemysłowych.

Produkcja polimerów

Glikol etylenowy jest stosowany do syntezy polimerów, takich jak glikol polietylenowy (PEG), politereftalan etylenu (PET) i poliuretan. PEG to rodzina polimerów wykorzystywanych w zastosowaniach takich jak: zagęszczanie żywności, leczenie zaparć, kosmetyki itp.

PET jest używany do produkcji wszelkiego rodzaju pojemników jednorazowych, które znajdują zastosowanie w różnego rodzaju napojach i żywności. Poliuretan stosowany jest jako izolator termiczny w lodówkach oraz jako wypełniacz w różnego rodzaju meblach.

Materiały wybuchowe

Wykorzystywany jest do produkcji dynamitu, dzięki czemu dzięki obniżeniu temperatury krzepnięcia nitrogliceryny można go przechowywać z mniejszym ryzykiem.

Ochrona drewna

Glikol etylenowy stosowany jest w obróbce drewna w celu ochrony drewna przed jego gniciem wywołanym działaniem grzybów. Ma to duże znaczenie dla zachowania dzieł sztuki w muzeach.

Inne aplikacje

Glikol etylenowy jest obecny w mediach do zawieszania soli przewodzących w kondensatorach elektrolitycznych i stabilizatorach piany sojowej. Jest również używany do produkcji plastyfikatorów, elastomerów i wosków syntetycznych.

Glikol etylenowy służy do rozdzielania węglowodorów aromatycznych i parafinowych. Ponadto jest używany do produkcji detergentów do czyszczenia sprzętu. Zwiększa lepkość i zmniejsza lotność tuszu, co ułatwia jego stosowanie.

Glikol etylenowy może być również stosowany w odlewni mas formierskich oraz jako smar podczas szlifowania szkła i cementu. Jest również stosowany jako składnik hydraulicznych płynów hamulcowych oraz jako półprodukt w syntezie estrów, eterów, włókien poliestrowych i żywic.

Wśród żywic, w których jako surowiec stosowany jest glikol etylenowy, znajduje się żywica alkidowa, stosowana jako baza pod farby alkidowe, stosowana w farbach samochodowych i architektonicznych.

Zatrucie i ryzyko

Objawy z narażenia

Glikol etylenowy ma niską toksyczność ostrą, gdy działa przez kontakt ze skórą lub wdychany. Jednak jego toksyczność w pełni objawia się po spożyciu, wskazując na śmiertelną dawkę glikolu etylenowego wynoszącą 1,5 g / kg masy ciała lub 100 ml dla osoby dorosłej o masie ciała 70 kg.

Ostre narażenie na glikol etylenowy daje następujące objawy: wdychanie powoduje kaszel, zawroty głowy i ból głowy. Na skórze w kontakcie z glikolem etylenowym pojawia się suchość. Tymczasem w oczach wywołuje zaczerwienienie i ból.

Uszkodzenie spowodowane połknięciem

Spożycie glikolu etylenowego objawia się bólem brzucha, nudnościami, utratą przytomności i wymiotami. Nadmierne spożycie glikolu etylenowego ma szkodliwy wpływ na ośrodkowy układ nerwowy (OUN), układ sercowo-naczyniowy oraz na morfologię i fizjologię nerek.

W wyniku nieprawidłowego funkcjonowania OUN dochodzi do paraliżu lub nieregularnego ruchu gałek ocznych (oczopląsu). W układzie sercowo-płucnym dochodzi do nadciśnienia, tachykardii i możliwej niewydolności serca. Występują poważne zmiany w nerkach, produkt zatrucia glikolem etylenowym.

W kanalikach nerkowych dochodzi do rozszerzenia, zwyrodnienia i odkładania się szczawianu wapnia. To ostatnie można wyjaśnić następującym mechanizmem: glikol etylenowy jest metabolizowany przez enzym dehydrogenazę mlekową do produkcji glikoaldehydu.

Glikoaldehyd daje początek kwasom glikolowym, glioksalowym i szczawiowym. Kwas szczawiowy szybko wytrąca się wraz z wapniem, tworząc szczawian wapnia, którego nierozpuszczalne kryształy osadzają się w kanalikach nerkowych, powodując zmiany morfologiczne i dysfunkcje w nich, co może prowadzić do niewydolności nerek.

Ze względu na toksyczność glikolu etylenowego był on stopniowo zastępowany, w niektórych zastosowaniach, przez glikol propylenowy.

Ekologiczne konsekwencje glikolu etylenowego

Samoloty podczas ich odladzania uwalniają znaczne ilości glikolu etylenowego, który gromadzi się na pasach startowych, który po umyciu powoduje, że woda przenosi glikol etylenowy poprzez system odwadniający do rzek, gdzie jego toksyczność wpływa na życie ryba.

Ale to nie toksyczność samego glikolu etylenowego jest główną przyczyną szkód ekologicznych. Podczas tlenowej biodegradacji zużywa się znaczną ilość tlenu, powodując jego spadek w wodach powierzchniowych.

Z drugiej strony jego biodegradacja beztlenowa może uwalniać toksyczne dla ryb substancje, takie jak aldehyd octowy, etanol, octan i metan.

Bibliografia

1. Wikipedia. (2019). Glikol etylenowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
2. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. Baza danych PubChem. (2019). 1,2-etanodiol. CID = 174. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Artem Cheprasov. (2019). Glikol etylenowy: struktura, formuła i zastosowania. Badanie. Odzyskany z: study.com
4. Leroy G. Wade. (27 listopada 2018). Glikol etylenowy. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
5. A. Dominic Fortes i Emmanuelle Suard. (2011). Struktury krystaliczne glikolu etylenowego i monohydratu glikolu etylenowego. J. Chem Phys. 135, 234501. doi.org/10.1063/1.3668311
6. Icis. (24 grudnia 2010). Proces produkcji i wytwarzania glikolu etylenowego (EG). Odzyskany z: icis.com
7. Lucy Bell Young. (2019). Jakie są zastosowania glikolu etylenowego? Odczynnik. Odzyskany z: chemicals.co.uk
8. QuimiNet. (2019). Pochodzenie, rodzaje i zastosowania glikoli etylenowych. Odzyskany z: quiminet.com
9. R. Gomes, R. Liteplo i ME Meek. (2002). Glikol etylenowy: aspekty zdrowia ludzkiego. Światowa Organizacja Zdrowia w Genewie. . Odzyskany z: who.int