Рубрики

Химические свойства метанола: энциклопедия от А до Я

Метанол - удивительное вещество с множеством уникальных химических свойств. Откройте для себя мир реакций и превращений метанола в этой полной энциклопедии.

Голограмма молекулы метанола

1. История открытия и получения метанола

Метанол впервые был обнаружен в 1661 году Робертом Бойлем в продуктах сухой перегонки древесины. Однако выделить это вещество в чистом виде удалось лишь в 1834 году французским химикам Жан-Батисту Дюма и Эжен-Мельхиору Пелиго. Они же впервые установили химическую формулу метанола - CH3OH.

Первоначально метанол получали путем сухой перегонки древесины и лигнина. Однако в дальнейшем этот метод утратил промышленное значение. В 1923 году немецкая компания BASF впервые осуществила синтез метанола из оксида углерода и водорода при высоком давлении на цинк-хромовом катализаторе. Этот способ и по сей день остается основным в промышленности.

Крупнейшим мировым производителем метанола является канадская корпорация Methanex с 11 заводами в разных странах. Также крупные мощности по выпуску метанола есть в Китае, Саудовской Аравии и других азиатских странах.

2. Физические и химические свойства метанола

Внешний вид: бесцветная летучая жидкость с резким запахом, напоминающим этиловый спирт.

Физические константы:

  • Температура кипения: +64,7°C
  • Плотность при 20°C: 0,79 г/см3
  • Температура вспышки: +12°C
  • Температура замерзания: -98°C

Растворимость: хорошо смешивается с водой, этанолом, диэтиловым эфиром и многими органическими растворителями.

Метанол смешивается во всех отношениях с водой, этиловым спиртом и эфиром; при смешении с водой происходит сжатие и разогревание.

С водой метанол не образует азеотропной смеси, что позволяет разделять водно-метанольные растворы ректификацией.

Взрывоопасность: пары метанола образуют взрывоопасные смеси в воздухе в концентрации 6,7-36,5% по объему.

Токсичность: метанол является сильным ядом, оказывающим вредное воздействие на нервную систему и органы зрения. Доза в 5-10 мл может вызвать тяжелое отравление, 30 мл - смерть.

Химические свойства метанола обусловлены наличием в его молекуле полярной гидроксильной группы -ОН. Эта группа придает метанолу способность вступать в реакции этерификации, окисления, галогенирования и другие. Ниже приведены некоторые важные химические превращения метанола:

  1. 2CH3OH + O2 = 2HCHO + 2H2O (окисление до формальдегида)
  2. CH3OH + HCl = CH3Cl + H2O (галогенирование до хлорметана)
  3. CH3OH + HCOOH = HCOOCH3 + H2O (этерификация с муравьиной к-той)
  4. 3CH3OH + CO + 2H2 = C2H5OH + 2H2O (гомологизация до этанола)

Реакции окисления и дегидратации метанола широко используются в промышленности для получения формальдегида, диметилового эфира и других соединений.

Химические свойства метанола позволяют применять его в синтезе красителей, лекарств, пластмасс и как исходный материал для многих химических превращений. Однако токсичность метанола требует строгого соблюдения мер предосторожности при работе с ним.

3. Применение метанола

Благодаря своим физико-химическим свойствам метанол находит широкое применение в различных областях:

  • Производство формальдегида, красителей и пластмасс
  • Использование в качестве растворителя и экстрагента
  • Применение в качестве моторного топлива
  • Изготовление взрывчатых веществ и ядохимикатов
  • Производство биодизельного топлива
  • Получение диметилового эфира и других продуктов

Особенно активно метанол стали использовать как моторное топливо, в частности для гоночных автомобилей. По сравнению с бензином метанол обладает более высоким октановым числом и позволяет двигателям работать с большей степенью сжатия.

Кроме того, благодаря высокой теплоте испарения метанол улучшает наполнение цилиндров двигателя топливовоздушной смесью. В итоге мощность двигателя при работе на метаноле повышается на 7-15%.

Перспективным направлением также является использование метанола в топливных элементах, где он окисляется на катализаторе с выделением электроэнергии.

Наиболее крупным потребителем метанола в мире был и остается Китай. Там ежегодно используется более 1 млрд галлонов метанола, в том числе в качестве топлива и компонента топливных смесей.

Химические свойства метанола позволяют получать на его основе множество ценных органических веществ. Однако высокая токсичность метанола требует строгого соблюдения правил безопасности при работе с ним.

Жидкий метанол в колбе на лабораторном столе

4. Безопасное хранение и транспортировка метанола

Из-за высокой токсичности и взрывоопасности метанола к его хранению и транспортировке предъявляются особые требования безопасности.

При работе с метанолом обязательно использование средств индивидуальной защиты - резиновых перчаток, очков, респиратора. Помещения должны быть оборудованы принудительной вентиляцией. Необходим строгий контроль концентрации паров метанола в воздухе рабочей зоны.

Для хранения метанола применяют стальные или пластиковые резервуары. Температура хранения от -40 до +50°С. Резервуары должны располагаться на открытых площадках или в изолированных помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией.

5. Методы анализа метанола

Для определения концентрации метанола в воздухе, воде и других средах используют различные методы анализа:

  • Газохроматографический метод
  • Титриметрическое определение
  • Метод инфракрасной спектроскопии
  • Йодометрическое титрование

Наиболее точным и чувствительным является газохроматографический метод, позволяющий определять содержание метанола на уровне единиц миллиграммов в литре. Для экспресс-анализа применяют экспресс-тесты на базе индикаторных трубок.

6. Токсикология метанола

Метанол оказывает токсическое действие преимущественно на нервную систему и органы зрения. Механизм токсичности связан с накоплением в организме формальдегида и муравьиной кислоты, являющихся метаболитами метанола.

Симптомы острого отравления метанолом:

  • Головная боль, головокружение
  • Тошнота, рвота
  • Покраснение лица
  • Судороги, потеря сознания
  • Помутнение роговицы, потеря зрения

Для лечения отравлений используют внутривенное введение этанола, который конкурирует с метанолом за ферменты метаболизма. Также назначают антидот фомепизол, связывающий и выводящий из организма токсичные метаболиты метанола.

7. Экологические аспекты применения метанола

Несмотря на высокую токсичность, метанол во многих отношениях является экологически более безопасным топливом по сравнению с традиционным бензином и дизтопливом.

Преимущества метанола:

  • Не содержит серы и ароматических углеводородов
  • При сгорании выделяет меньше оксидов азота
  • Легко разлагается микроорганизмами

Однако при разливах метанол наносит серьезный вред растительности и грунтовым водам. Поэтому необходимо соблюдение жестких экологических регламентов при хранении и транспортировке этого опасного вещества.