Какие признаки отражают физические свойства уксусной кислоты
Растворение уксусной кислоты в воде сопровождается выделением тепла и, следовательно, повышением температуры раствора. Однако выделение тепла происходит только при определенном соотношений уксусной кислоты и воды. При приготовлении значительно разбавленных растворов происходит поглощение тепла, и температура понижается.
Выделение тепла происходит в результате гидратации уксусной кислоты, которая присоединяет две молекулы воды. Теплота гидратации уксусной кислоты равна +0,755 кДж/моль С2Н4О2. При дальнейшем увеличении количества воды наблюдается поглощение тепла, которое при бесконечном разбавлении составляет -1,900 кДж/моль С2Н4О2 (теплота растворения уксусной кислоты). Так как теплота растворения включает в себя теплоту гидратации, то теплота растворения гидрата С2Н4О2 будет равна — 1,145 кДж/моль.
Других соединений уксусной кислоты с водой, по-видимому, не существует, так как кривая имеет только один минимум, отвечающий 62,5% СН3СООН. Впрочем, до концентрации 62,5% кривая имеет некоторую мало заметную выпуклость, а выше 62,5% также мало заметную вогнутость. Это указывает на существование других соединений уксусной кислоты с водой, которые, однако, не являются стабильными и ярко выраженными.
Впервые соединение уксусной кислоты и воды состава С2Н4О2•2Н2О было обнаружено автором и описано им в 1939 г. Образование гидрата СН3СООН•2Н2О подтверждено исследованиями А. А. Глаголевой, а также С.Я. Левитмана и Н.Ф. Ермоленко. Последними авторами по максимуму показателя преломления предположено также существование молекулярного соединения 2СН3СООН•Н2О.
При замораживании растворов, содержащих уксусной кислоты больше 62,5%, вымерзает более концентрированная кислота, а из растворов, содержащих менее 62,5%, вымерзают более разбавленные растворы. Этим свойством иногда пользуются в промышленности для получения более концентрированной уксусной кислоты из разбавленной.
Раствор, содержащий 62,5% уксусной кислоты, при охлаждении замерзает одновременно по всей своей массе (эвтектика). Точка замерзания такого раствора находится около -24°С. Все водные растворы при замерзании уменьшаются в объеме от нуля до 4,7% в зависимости от содержания уксусной кислоты, а при плавлении кристаллов объем соответственно увеличивается.
При перегонке водных растворов уксусной кислоты содержание кислоты в парах всегда меньше, чем в растворе. При этом разница между содержанием уксусной кислоты в парах и в жидкости увеличивается по мере того, как содержание кислоты в растворе приближается к величине, соответствующей гидрату С2Н4О2•2Н2О. Эта разница максимальна, когда содержание уксусной кислоты в растворе равно 62,5%.
Если водные растворы уксусной кислоты перегонять при разных давлениях, разность между содержаниями уксусной кислоты в жидкости и в парах изменяется, а именно; при повышении давления понижается, а при понижении давления — повышается. Поэтому ректификацию выгоднее вести под вакуумом, особенно при высоких концентрациях уксусной кислоты. Однако из практических соображений ректификацию обычно проводят при давлении, несколько превышающем атмосферное.
При высоких давлениях и более высоких концентрациях возможно активное образование азеотропа уксусной кислоты, а также воды. И тогда будет невозможным процесс разделения смеси ректификацией.
Содержание солей в водных растворах уксусной кислоты вызывает повышение содержания уксусной кислоты в парах при перегонке, а при определенной концентрации соли и кислоты возможно даже образование азетропа уксусной кислоты и воды.