Các phương pháp điều chế axit axetic CH3COOH và những ứng dụng của axit axetic

Chu Văn An

Giấm là axit axetic CH3COOH nồng độ 2-5%, thu được sau khi lên men rượu Ethyl C2H5OH. Để sản xuất axit axetic, người ta có thể từ nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau, sử dụng các phương pháp khác nhau như: phương pháp tổng hợp, phương pháp hóa học gỗ, phương pháp vi sinh. Vậy chúng có những tính chất lý hóa gì, điều chế và ứng dụng axit axetic CH3COOH như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

Tổng quan những điều bạn cần biết về axit axetic

1. Axit axetic là gì?

Axit axetic là một hợp chất hữu cơ có tính axit mạnh với công thức hóa học CH3CO2H (còn được viết là CH3COOH). Loại hóa chất này đã được sản xuất từ ​​lâu và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, sản xuất thực phẩm hay y học…

Chúng còn có nhiều tên gọi khác nhau như: ethanoic, Hydrogen axetat (HAc), axit Ethylic, axit metancarboxylic, giấm, axit axetic, axit Ethanoic…

2. Tính chất vật lý của axit axetic CH3COOH

Axit axetic CH3COOH là chất lỏng không màu, có vị chua, tan hoàn toàn trong nước.

Mật độ: 1.049 g/cm3 (l), 1.266 g/cm3 (s).

Nhiệt độ nóng chảy: 16,5oC.

Nhiệt độ sôi: 118,2oC.

Nhiệt độ sôi của axit axetic CH3COOH lớn hơn rượu sử dụng cùng khối lượng phân tử do liên kết ổn định của các phân tử hydro.

Khi đun nóng, axit axetic có thể hòa tan một lượng nhỏ photpho và lưu huỳnh.

Hòa tan tốt trong cellulose và nitrocellulose.

Cấu trúc phân tử của axit axetic CH3COOH

3. Tính chất hóa học của axit axetic

Nguyên tử hydro trong nhóm carboxyl có thể cung cấp proton H+, làm cho chúng có tính axit, tuy nhiên, axit axetic là một axit yếu thuộc nhóm axit monoprotic. Dung dịch có nồng độ mol 1 M (dấm gia dụng) có độ pH là 2,4, nghĩa là chỉ 0,44% phân tử axit axetic bị phân ly.

Axit axetic lỏng là dung môi phân cực có hằng số phân ly khoảng 6,2.

Nó có khả năng hòa tan các hợp chất không phân cực như dầu, nguyên tố lưu huỳnh, iốt và các dung môi phân cực như nước, chloroform, hexane.

Axit axetic CH3COOH (ethanoic) là một axit hữu cơ, mạnh hơn axit cacbonic. Nó được hình thành bằng cách liên kết nhóm metyl CH3 với cacboxyl COOH.

Nhóm cacboxyl COOH thể hiện tính axit

Axit axetic phản ứng với bazơ, cacbonat và bicarbonat để tạo ra axetat kim loại, nước và cacbon dioxit tương ứng (phổ biến nhất là natri bicarbonat với giấm):

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + CO2 + H2O

Ngoại trừ crom(II) axetat, tất cả các axetat khác đều hòa tan trong nước.

Phản ứng với chất kiềm tạo thành nước và ethanoat kim loại:

NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O

Axit axetic phân hủy ở nhiệt độ lớn hơn 440oC tạo thành carbon dioxide, metan hoặc ethenon và nước.

Phản ứng với rượu tạo thành este:

ROH + CH3COOH → CH3COOR + H2O

Axit axetic ăn mòn kim loại và tạo ra khí hydro và muối axetat:

Mg + 2CH3COOH → (CH3COO)2Mg + H2

Axit axetic có tính ăn mòn kim loại

Nhôm thụ động với axit axetic vì khi phản ứng sẽ tạo ra một lớp oxit nhôm mỏng trên bề mặt, ngăn ngừa sự ăn mòn. Vì vậy, các nhà sản xuất thường sử dụng thùng nhôm để đựng dung dịch này.

Phản ứng thế halogen trên gốc hydrocarbon (90 – 100oC):

Cl2 + CH3COOH → ClCH2COOH + HCl

Phản ứng với axetylen (xúc tác thủy ngân, nhiệt độ 70 – 80oC) tạo thành etyl diaxetat:

C2H2 + 2CH3COOH → CH3CH(OCOCH3)2

Phản ứng với amoniac để tạo thành amid:

NH3 + CH3COOH → NH3CH3COOHNH4

Phản ứng khử carboxyl với axeton (chất xúc tác mangan oxit, nhiệt độ):

C2H2+ CH3COOH → CH2CHOCOCH3

4. Điều chế axit axetic CH3COOH

4.1. Cacbonyl hóa metanol

Metanol phản ứng với cacbon monoxit tạo thành axit axetic:

CH3OH + CO → CH3COOH

Quá trình này bao gồm iodometan trung gian, được xúc tác bởi phức kim loại với 3 bước sau:

CH3OH + HI → CH3I + H2O

CH3I + CO → CH3COI

CH3COI + H2O → CH3COOH + HI

4.2. Quá trình oxy hóa acetaldehyde

Trong công nghiệp, axit axetic CH3COOH được sản xuất từ ​​butan C4H10 với chất xúc tác và nhiệt độ.

2C4H10 + 3O2 → 4CH3COOH+ 2H2O

4.3. Phương pháp lên men trong điều kiện hiếu khí

4.3.1. Phương pháp lên men chậm

Cho axit axetic CH3COOH vào thùng gỗ sồi 250-300l, đổ bớt 1/5 thể tích axit axetic rồi cho nước nho vào cho đến khi đầy ½ thùng.

Tiến hành lên men ở nhiệt độ bình thường. Quá trình này mất vài tuần. Kiểm tra xem rượu còn 0,3-0,5% thì lấy giấm ra và bổ sung chất dinh dưỡng mới vì nếu để lâu chất lượng giấm sẽ giảm.

Điều chế axit axetic từ nước nho

4.3.2. Phương pháp lên men nhanh

Cho axit axetic nồng độ 3-5% chảy qua lớp vỏ bào (lõi ngô) để khử trùng và axit hóa vật liệu mang để vi sinh vật dễ thích nghi.

Dùng nước vô trùng để tráng và cho vi khuẩn acetic vào.

Để môi trường chảy từ trên xuống qua hệ thống phân phối đồng thời thổi không khí từ dưới lên.

Vi khuẩn sẽ oxy hóa rượu thành axit axetic CH3COOH, chất này thẩm thấu qua màng tế bào và theo dung dịch xuống đáy thiết bị lên men.

Quá trình kéo dài từ 8-10 ngày ở 24-37oC.

4.3.3. Phương pháp lên men chìm

Cho dung dịch lên men vào thiết bị và thổi không khí mạnh vào.

Dung dịch huyền phù và lên men được tạo ra.

4.3.4. Phương pháp kết hợp

Hệ thống lên men bao gồm:

• Lớp trên cùng là lớp đệm chứa vi sinh vật
• Lớp giữa là nơi chứa dung dịch chảy xuống sau quá trình lên men
• Tầng dưới cùng là hệ thống thổi khí

Hàm lượng axit axetic trong dịch lên men thường không cao, dao động từ 5-10% và thường bị trộn lẫn với các chất khác nên dịch lên men chỉ có thể dùng để chế biến thực phẩm.

Để tăng hàm lượng axit axetic CH3COOH cũng như làm sạch tạp chất người ta sử dụng phương pháp chưng cất.

5. Ứng dụng axit axetic CH3COOH trong thực tế

Hơn 60% axit axetic CH3COOH được sử dụng trong các polyme tổng hợp từ vinyl axetat hoặc este xenlulo. Vinyl axetat chủ yếu được sử dụng trong ngành sơn, giấy gói và nhựa.

Ứng dụng của axit axetic trong đời sống

Các dẫn xuất của axit axetic được sử dụng rộng rãi như:

• Nhôm axetat: Al(OH)2CO2CH3 dùng làm thuốc nhuộm vải.
• Muối amoni axetat CH3CO2NH4 được dùng để sản xuất axetamit – dung môi giúp lợi tiểu và ra mồ hôi trong y học.
• Muối kali dùng trong ngành sơn.
• Metyl axetat được dùng làm dung môi cho xenlulo nitrat, este và các hợp chất khác.
• N-butyl axetat được sử dụng làm dung môi trong ngành sơn và gốm sứ.
• Axit phenylacetic được sử dụng trong công nghiệp nước hoa và tổng hợp penicinil.

Axit phenylacetic được dùng trong công nghiệp nước hoa

Nhôm axetat được dùng làm thuốc nhuộm vải và sợi

Dung dịch axit axetic băng loãng được sử dụng trong phòng thí nghiệm lâm sàng để ly giải hồng cầu và đếm bạch cầu.

6. Tác hại của Axit Axetic – CH3COOH

• Hít phải một lượng lớn axit axetic sẽ gây kích ứng mũi, họng và phổi. Điều này sẽ gây tổn thương nghiêm trọng cho niêm mạc của các cơ quan mũi và sau đó có thể dẫn đến khó thở.
• Nếu vô tình nuốt phải chất này có thể gây ăn mòn nghiêm trọng miệng và đường tiêu hóa, dẫn đến nôn mửa, tiêu chảy, trụy tim mạch, suy thận và thậm chí tử vong.
• Tiếp xúc với da sẽ gây kích ứng như đau, đỏ và phồng rộp. Hoặc tệ hơn là sẽ gây bỏng sau vài phút tiếp xúc.

7. Những lưu ý khi sử dụng và bảo quản Axit Axetic – CH3COOH

7.1 Những lưu ý khi sử dụng Axit Axetic

• Bạn nên trang bị các thiết bị bảo hộ như găng tay, mũ, quần áo dài tay,… khi sử dụng axit axetic.

• Mang thiết bị hô hấp thích hợp nếu xử lý axit axetic ở khu vực không được thông gió tốt.

• Rửa ngay nếu tiếp xúc với da hoặc mắt. Đảm bảo rằng hệ thống nước sạch để rửa mắt được đặt gần khu vực làm việc.

7.2 Nên bảo quản Axit Axetic như thế nào?

• Axit axetic phải được bảo quản trong nhà kho có mái che, nhiệt độ và thông gió thích hợp.

• Tránh để ở những nơi có nhiệt độ quá cao, tránh những nơi dễ gây cháy nổ. Axit axetic nên tránh xa nhiệt, tia lửa hoặc ngọn lửa.

8. Mua Axit Acetic – CH3COOH ở đâu chất lượng, giá tốt tại Hà Nội

Để được tư vấn thêm về axit axetic cũng như đặt mua sản phẩm chất lượng, giá cả cạnh tranh, bạn có thể tin tưởng Trường Chu Văn An Chemicals qua website vietchem.com.vn hoặc liên hệ trực tiếp với hotline 0826 010 010, các chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ và báo giá 24/7 giá cả hợp lý nhất.

Hy vọng qua chia sẻ qua bài viết này các bạn sẽ hiểu rõ hơn về tính chất, cách điều chế và ứng dụng của axit axetic CH3COOH một cách chính xác nhất.

Xem thêm:

• Tính chất hóa học và quy trình sản xuất Axit Nitric HNO3?
• Axit sunfuric – Hóa chất công nghiệp quan trọng nhất hiện nay