Этиленгликоль – двухатомный спирт для высококачественных антифризов. Этиленгликоль - какой класс веществ

Самые известные и применяемые в жизни человека и в промышленности вещества, принадлежащие к категории многоатомных спиртов - это этиленгликоль и глицерин. Их исследование и использование началось несколько веков назад, но свойства этих во многом неповторимы и уникальны, что делает их незаменимыми и по сей день. Многоатомные спирты используют во многих химических синтезах, отраслях промышленности и сферах человеческой жизнедеятельности.

Первое «знакомство» с этиленгликолем и глицерином: история получения

В 1859 году, посредством двухстадийного процесса взаимодействия дибромэтана с ацетатом серебра и последующей обработки едким кали полученного в первой реакции этиленгликольдиацетата, Шарль Вюрц впервые синтезировал этиленгликоль. Некоторое время спустя был разработан метод прямого гидролиза дибромэтана, но в промышленных масштабах в начале двадцатого века двухатомный спирт 1,2-диоксиэтан, он же - моноэтиленгликоль, или просто гликоль, в США получали посредством гидролиза этиленхлоргидрина.

На сегодняшний день и в промышленности, и в лаборатории применяют ряд других методов, новых, более экономичных с сырьевой и энергетической точек зрения, и экологичных, так как применение реагентов, содержащих или выделяющих хлор, токсины, канцерогены и другие опасные для окружающей среды и человека вещества, сокращается по мере развития «зелёной» химии.

Аптекарем Карлом Вильгельмом Шееле в 1779 году был открыт глицерин, а особенности состава соединения изучил в 1836 году Теофиль Жуль Пелуз. Двумя десятилетиями позже было установлено и обосновано строение молекулы данного трёхатомного спирта в трудах Пьера Эжена Марселея Вертело и Шарля Вюрца. Наконец, ещё двадцать лет спустя Шарль Фридель провёл полный синтез глицерина. В настоящее время промышленность использует два метода его получения: через хлористый аллил из пропилена, а также через акролеин. Химические свойства этиленгиликоля, как и глицерина, широко используют в различных сферах химического производства.

Строение и структура соединения

В основе молекулы лежит непредельный углеводородный скелет этилена, состоящий из двух атомов карбона, в котором произошёл разрыв двойной связи. На освободившиеся валентные места у атомов углерода присоединились две гидроксильные группы. Формула этилена - С 2 Н 4 , после разрыва кранной связи и присоединения гидроксильных групп (через несколько стадий) она выглядит как С 2 Н 4 (ОН) 2 . Это и есть этиленгликоль.

Молекуле этилена присуща линейная структура, в то время как двухатомный спирт имеет некое подобие транс-конфигурции в размещении гидроксильных групп по отношению к углеродному остову и друг к другу (в полной мере этот термин применим к положению относительно кратной связи). Такая дислокация соответствует самому удаленному расположению водородов из функциональных групп, меньшей энергии, а значит - максимальной устойчивости системы. Попросту говоря, одна ОН-группа «смотрит» вверх, а другая - вниз. В то же время неустойчивыми являются соединения с двумя гидроксилами: при одном атоме карбона, образуясь в реакционной смеси, они тут же дегидратируются, переходя в альдегиды.

Классификационная принадлежность

Химические свойства этиленгликоля определяются его происхождением из группы многоатомных спиртов, а именно подгруппы диолов, то есть соединений с двумя гидроксильными фрагментами у соседних атомов карбона. Веществом, также содержащим несколько ОН-заместителей, является и глицерин. Он имеет три спиртовых функциональных группы и является самым распространённым представителем своего подкласса.

Многие соединения этого класса также получают и используют в химическом производстве для различных синтезов и прочих целей, но применение этиленгликоля имеет более серьёзные масштабы и задействовано практически во всех отраслях промышленности. Этот вопрос будет рассмотрен ниже более подробно.

Физические характеристики

Применение этиленгликоля объясняется наличием ряда свойств, которые присущи многоатомным спиртам. Это отличительные черты, характерные только для данного класса органических соединений.

Самое важно из свойств - это неограниченная способность смешиваться с Н 2 О. Вода + этиленгликоль даёт раствор, обладающий уникальной характеристикой: температура его замерзания, в зависимости от концентрации диола, ниже на 70 градусов, чем у чистого дистиллята. Важно отметить, что зависимость эта нелинейная, и по достижении определённого количественного содержания гликоля начинается обратный эффект - температура замерзания повышается при увеличении процентного содержания растворяемого вещества. Эта особенность нашла применение в области производства различных антифризов, жидкостей «незамерзаек», которые кристаллизуются при крайне низких термических характеристиках окружающей среды.

Кроме как в воде, процесс растворения отлично протекает в спирте и ацетоне, но не наблюдается в парафинах, бензолах, эфирах и тетрахлорметане. В отличие от своего алифатического родоначальника - такого газообразного вещества, как этилен, этиленгликоль - это сиропоподобная,прозрачная, с незначительным желтым оттенком жидкость, сладковатая по вкусу, с нехарактерным запахом, практически нелетучая. Замерзание стопроцентного этиленгликоля происходит при - 12,6 градусах Цельсия, а кипение - при +197,8. В нормальных условиях плотность составляет 1,11 г/см 3 .

Методы получения

Этиленгликоль можно получить несколькими способами, некоторые из них сегодня имеют лишь историческое или препаративное значение, а другие активно используются человеком в промышленных масштабах и не только. Следуя в хронологическом порядке, рассмотрим самые важные.

Выше уже был описан первый метод получения этиленгликоля из дибромэтана. Формула этилена, двойная связь которого разорвана, а свободные валентности заняты галогенами, - главного исходного вещества в данной реакции - помимо углерода и водорода имеет в своём составе два атома брома. Образование промежуточного соединения на первой ступени процесса возможно как раз благодаря их отщеплению, т. е. замещению ацетатными группами, которые при дальнейшем гидролизе превращаются в спиртовые.

В процессе дальнейшего развития науки стало возможным получение этиленгликоля прямым гидролизом любых этанов, замещенных двумя галогенами у соседних атомов карбона, с помощью водных растворов карбонатов металлов из щелочной группы или (менее экологичный реагент) Н 2 О и диоксида свинца. Реакция довольно «трудоёмкая» и протекает лишь при значительно повышенных температурах и давлении, но это не помешало немцам в периоды мировых войн использовать этот метод для производства этиленгликоля в промышленных масштабах.

Свою роль в становлении органической химии сыграл и способ получения этиленгликоля из этиленхлоргидрина путём его гидролиза угольными солями металлов щелочной группы. При повышении температуры реакции до 170 градусов выход целевого продукта достигал 90 %. Но был значительный недостаток - гликоль нужно было как-то извлекать из раствора соли, что непосредственно сопряжено с рядом трудностей. Учёные решили этот вопрос, разработав метод с тем же исходным веществом, но разбив процесс на две стадии.

Гидролиз этиленгликольацетатов, являясь ранее завершающей стадией метода Вюрца, стал отдельным способом, когда сумели получить исходный реагент окислением этилена в уксусной кислоте кислородом, то есть без применения дорогих и совсем неэкологичных соединений галогенов.

Известно также много способов производства этиленгликоля путём окисления этилена гидроперекисями, перекисями, органическими надкислотами в присутствии катализаторов (соединений осмия), и др. Также существуют электрохимические и радиационно-химические методы.

Характеристика общих химических свойств

Химические свойства этиленгликоля определяются его функциональными группами. В реакциях может принимать участие один гидроксильный заместитель или оба, в зависимости от условий процесса. Главное отличие в реакционной способности заключается в том, что за счёт наличия у многоатомного спирта нескольких гидроксилов и их взаимного влияния проявляются более сильные чем у одноатомных "собратьев". Поэтому в реакциях со щелочами продуктами являются соли (для гликоля - гликоляты, для глицерина - глицераты).

В химические свойства этиленгликоля, равно как и глицерина, входят все реакции спиртов из категории одноатомных. Гликоль даёт полные и неполные эфиры в реакциях с одноосновными кислотами, гликоляты, соответственно, образуются с щелочными металлами, а при химическом процессе с сильными кислотами или их солями выделяется альдегид уксусной кислоты - за счёт отщепления от молекулы атома водорода.

Реакции с активными металлами

Взаимодействие этиленгликоля с активными металлами (стоящими после водорода в химическом ряде напряженности) при повышенных температурах даёт этиленгликолят соответствующего металла, плюс выделяется водород.

С 2 Н 4 (ОН) 2 + Х → С 2 Н 4 О 2 Х, где Х - активный двухвалентный металл.

на этиленгликоль

Отличить многоатомный спирт от любой другой жидкости можно с помощью наглядной реакции, характерной только для данного класса соединений. Для этого к бесцветному раствору спирта вливают свежеосажденный (2), имеющий характерный голубой оттенок. При взаимодействии смешанных компонентов наблюдается растворение осадка и окрашивание раствора в насыщенно синий цвет - в результате образования гликолята меди (2).

Полимеризация

Химические свойства этиленгликоля имеют большое значение для производства растворителей. Межмолекулярная дегидратация упомянутого вещества, то есть отщепление воды от каждой из двух молекул гликоля и их последующее объединение (одна гидроксильная группа отщепляется полностью, а от другой отходит только водород), даёт возможность получения уникального органического растворителя - диоксана, который часто используется в органической химии, несмотря на его высокую токсичность.

Обмен гидроксила на галоген

При взаимодействии этиленгликоля с галогеноводородными кислотами наблюдается замена гидроксильных групп соответствующим галогеном. Степень замещения зависит от мольной концентрации галогенводорода в реакционной смеси:

НО-СН 2 -СН 2 -ОН + 2НХ → Х-СН 2 -СН 2 -Х, где Х - хлор или бром.

Получение эфиров

В реакциях этиленгликоля с азотной кислотой (определённой концентрации) и одноосновными органическими кислотами (муравьиной, уксусной, пропионовой, масленой, валерьяновой и т. д.) происходит образование сложных и, соответственно, простых моноэфиров. При других концентрация азотной кислоты - ди- и тринитроэфиров гликоля. В качестве катализатора используется серная кислота заданной концентрации.

Важнейшие производные этиленгликоля

Ценными веществами, которые можно получить из многоатомных спиртов с помощью несложных (описанных выше), являются эфиры этиленгликоля. А именно: монометиловый и моноэтиловый, формулы которых - НО-СН 2 -СН 2 -О-СН 3 и НО-СН 2 -СН 2 -О-С 2 Н 5 соответственно. По химические свойства они во многом похожи на гликоли, но, так же, как и любой другой класс соединений, имеют уникальные реакционные особенности, присущие только им:

Монометилэтиленгликоль представляет собой жидкость без цвета, но с характерным отвратным запахом, закипающую при 124,6 градусах Цельсия, отлично растворяющуюся в этаноле, других органических растворителях и воде, значительно более летучую, чем гликоль, и с плотностью, меньшей, чем у воды (порядка 0,965 г/см 3).
Диметилэтиленгликоль - также жидкость, но с менее характерным запахом, плотностью 0,935 г/см 3 , температурой закипания 134 градуса выше ноля и растворимостью, сравнительной с предыдущим гомологом.

Применение целлозольвов - так в общем называют моноэфиры этиленгликоля - довольно распространено. Они используются в качестве реагентов и растворителей в органическом синтезе. Также применяются и их для антикоррозийных и антикристаллизационных добавок в антифризы и моторные масла.

Области применения и ценовая политика продукционного ряда

Стоимость на заводах и предприятиях, занимающихся производством и продажей подобных реактивов, колеблется в среднем около 100 рублей за килограмм такого химического соединения, как этиленгликоль. Цена зависит от чистоты вещества и максимального процентного содержания целевого продукта.

Применение этиленгликоля не ограничивается какой-то одной областью. Так, в качестве сырья его используют в производстве органических растворителей, искусственных смол и волокон, жидкостей, замерзающих при отрицательных температурах. Он задействован во многих промышленных отраслях, таких как автомобильная, авиационная, фармацевтическая, электротехническая, кожевенная, табачная. Неоспоримо весомо его значение для органического синтеза.

Важно помнить, что гликоль - это токсичное соединение, которое может нанести непоправимый вред здоровью человека. Поэтому его хранят в герметичных сосудах из алюминия или стали с обязательным внутренним слоем, защищающим ёмкость от коррозии, только в вертикальных положениях и помещениях, не снабженных отопительными системами, но с хорошей вентиляцией. Срок - не более пяти лет.

Этиленгликоль - это прозрачная маслянистая жидкость без запаха, обладающая очень высокой токсичностью и представляющая в открытом виде серьезную опасность для организма человека. В промышленности его получают путем гидратации оксида этилена в присутствии ортофосфорной кислоты. Этиленгликоль относится к классу горючих веществ, самовоспламенение его происходит при температуре 120 градусов.

Невысокая стоимость и уникальные свойства этого вещества объясняют его широкое применение в различных отраслях промышленного комплекса.

Он используется в химической, автомобильной, нефтегазовой, авиационной, фармацевтической, текстильной, табачной парфюмерной и кожевенной сферах промышленности.

Главным свойством этиленгликоля можно считать его способность делать значительно ниже температуру замерзания жидкости. Именно поэтому он широко используется в приготовлении незамерзающих и охлаждающих составов. Компания «Апрель» является одним из прямых крупнейших поставщиков от производителя, который доставляет этиленгликоль в любую точку России.

Основные направления использования этиленгликоля:

В составе антифризов и тормозных жидкостей для автомобилей;

В охлаждающих системах компьютеров;

В виде теплоносителя в автомобилях;

Как высокотемпературный растворитель при органическом синтезе;

В процессе изготовления полиуретанов, полимеров и целлофана;

Во время органического синтеза с целью защиты карбонильной группы;

Как составная часть растворов для защиты лобовых стекол самолетов от обледенения;

В качестве основного компонента жидкости «И», которая применяется для предотвращения обводнения топлива для самолетов;

Как криопротектор;

С целью поглощения воды и предотвращения образования гидрата метана, способного забить трубопроводы во время добывания газа в открытом океане;

Как исходное сырье для изготовления специального взрывчатого вещества - нитрогликоля;

Для изготовления конденсаторов;

В составе крема для обуви;

В качестве одного из компонентов средства для мытья окон.

В производстве красок, эмалей и различных чернил этиленгликоль используется в качестве растворителя, так как он прекрасно растворяется в воде. А при изготовлении полупроводников он незаменим в виде очищающего средства, кроме того он может использоваться с целью осветления стекол и их сухой очистки.

Нередко эфиры этиленгликоля применяют для разбавления лаков, олифы, смолы. Кроме того он может использоваться как составная часть жидкого мыла, косметики, чистящих средств и гидравлических жидкостей.

В металлургии и печатном деле эфир этиленгликоля может быть применен в качестве растворителя и средства для очистки деталей, а в кожевенной отрасли он используется с целью аппретирования кожи. Некоторые эфиры этиленгликоля применяются и в парфюмерной промышленности, например, в составе лака для ногтей и жидкостей для снятия лака, в качестве фиксатора для духов, мыла и косметики.

В текстильной отрасли промышленности он применяется для формирования тканей и скручивания нитей, а также как один из главных составляющих красителей для кожи. Кроме того эфиры этиленгликоля применяют для защиты изделий из кожи от пятен, которые могут появиться при окраске.

Промышленный и бытовой секторы экономики на сегодняшний день не обходятся без создающих необходимые комфорт и удобство систем отопления и кондиционирования. Как известно, современное оборудование в качестве теплоносителя использует антифризные жидкости, которые могут длительное время сохранять свои полезные эксплуатационные качества, такие как не склонность к замерзанию, эффективная работа в широком температурном диапазоне, долговечность.

Кроме того, в зависимости от разновидности гликоля, цена на который также определяется набором свойств, можно подобрать антифриз с повышенными морозостойкими характеристиками и мощными антикоррозионными присадками нового поколения. Наибольшей популярностью именно благодаря обеспечению бесперебойной работы теплообменника на протяжении длительного времени и низкой цене пользуется этиленгликоль .

Эта бесцветная субстанция не имеет запаха, но высокотоксична, поэтому все работы по обслуживанию холодо- и теплоснабжающих систем должны производиться только подготовленными инженерами специализированных фирм/предприятий. Они имеют необходимые средства защиты и инструментарий для заливки и замены этиленгликоля.

Кроме теплообменников, эта жидкость применяется в промышленности:

химической,
фармацевтической,
текстильной,
автомобильной,
авиационной,
электротехнической.

Полиуретаны, алкидные смолы и другая продукция содержит в своем составе раствор этиленгликоля. Как утверждает статистика, при этом доля антифризного направления составляет около 40%. И только производство синтетических полиэфирных волокон и пленок в мировом исчислении превышает этот показатель – 41-45%.

Несмотря на то, что впервые этот гликоль был получен еще в 1859 году, он сегодня с помощью улучшения состава считается одним из наиболее востребованных у потребителей незамерзающих веществ. Если гликоль купить для теплообменного оборудования, то это значительно сэкономит затраты в том числе и на обслуживание. Однако профилактика его должна проводиться во избежание ухудшения работы теплообменника. Необходимость замены гликоля возникает тогда, когда лабораторные анализы показывают снижение или полую утрату его эксплуатационных свойств.

Этиленгликоль вообще – это настолько благодатный материал, что разные отрасли промышленности нещадно пользуются любым его преимуществом. Например, такое качество, как гигроскопичность, не остается незамеченным и применяется для осушения газов, поглощения воды в трубном оборудовании для добычи газа в море. По сравнению с другими «конкурентами» этот теплоноситель имеет более структурированный диапазон применения.

Cодержание статьи: classList.toggle()">развернуть

Этиленгликоль – одно из самых распространенных веществ, широко применяемых в быту и на производстве, относится к третьему классу опасности. Он входит в состав лаков и красок, средств бытовой химии, антифриза, пластмасс. Поэтому отравление этиленгликолем возникает довольно часто при нарушении правил его использования.

Этиленгликоль является токсичным веществом для организма, способным вызвать тяжелые отравления и даже смерть. По своей химической природе он относится к простым спиртам, без цвета и запаха, имеет легкую маслянистую консистенцию и сладковатый привкус. Это – еще один фактор, повышающий вероятность отравления. Поэтому очень важно предупредить интоксикацию и уметь правильно оказать первую помощь пострадавшему.

Где применяется этиленгликоль?

Область применения этиленгликоля в промышленности достаточно широка:

В домашних условиях ни по внешнему виду, ни по запаху распознать этиленгликоль и отличить его от аналогов нельзя, а только путем специальных химических реакций.

Как можно отравиться?

Этиленгликолем можно отравиться двумя способами:

При вдыхании его паров;
При употреблении внутрь;
Через кожные покровы.

Попадание через дыхательные пути случается, как правило, на производстве в результате аварии , нарушения технологии производства и несоблюдения индивидуальных мер защиты. Этиленгликоль очень летуч, поэтому высокой концентрации в воздухе практически не создается, а отравления таким путем носят хронический характер – периодическое вдыхание небольших доз паров вещества.

Другой, наиболее опасный и частый путь отравления – прием вещества внутрь. Это может быть случайно, когда этиленгликоль хранится в бутылке из-под напитков, или оставлен в доступном для детей месте. Но чаще всего подобные отравления случаются с людьми с алкогольной зависимостью, которые умышленно принимают его для опьянения.

С этой целью его также получают в домашних условиях путем перегонки через аппарат-дистиллятор антифриза или тормозной жидкости. Отсутствие какого-либо запаха и сладковатый привкус вводят в заблуждение, что этот «аналог» этилового спирта не опасен, что и приводит к передозировке.

Попадание через кожные покровы встречается довольно редко, только при длительном прямом контакте с жидкостью, при этом интоксикация бывает не сильно выражена.

Влияние этиленгликоля на организм человека: вред и токсичность

Этиленгликоль, попадая в организм, распадается в печени, образуя токсические вещества с кислой реакцией (гликолевый альдегид, глиоксалат, оксалат кальция). Накопление этих продуктов распада нарушает кислотно-щелочное равновесие в тканях организма, вызывая состояние ацидоза – опасного состояния с нарушением метаболических процессов и угнетением всех функций.

Кроме этого, оксалаты оседают в тканях органов (головного мозга, легких, оболочках сердца, печени, почках, стенках сосудов, тканях глазного яблока), вызывая их повреждение. Оксалаты связывают ионы кальция, вызывая его дефицит в организме, что приводит к развитию судорог, параличей.

Токсичная доза, которая может вызвать серьезное отравление – от 20 мл (0,4 мл/кг), а смертельная доза составляет 2 мл/кг массы тела, то есть 100 мл и более. Эта доза может варьировать, в зависимости от состояния здоровья.

Для лиц, систематически употребляющих алкоголь и имеющих изменения в печени, тяжелое отравление может наступить и при небольшой дозе – до 40 мл. Первоначальный эффект «одурманивания» способствует потере контроля над количеством выпитого и появлению более тяжелых симптомов интоксикации, которая свидетельствует о поражении всего организма.

Симптомы отравления этиленгликоля

После приема внутрь этиленгликоля симптомы отравления появляются спустя 1-1,5 часа, когда он начинает всасываться из желудка. Клиническая картина сначала напоминает алкогольное опьянение, от которого можно отличить по отсутствию характерного запаха спиртного. От выпившего этиленгликоль едва ощутим сладковатый запах.

Неврологические проявления:

Головокружение;
Неадекватное поведение;
Нарушение речи;

Первая помощь и выведение вещества из организма

Алгоритм действий по оказанию помощи человеку, выпившему этиленгликоль или жидкость, его содержащую, таков:

Вызвать бригаду скорой помощи;
Промыть желудок содовым раствором (1 столовая ложка на 0,5 л воды);
Давать обильное теплое питье: молоко, минеральная вода без газа;
Дать выпить сорбент (активированный уголь, полисорб, энтеросгель);
Дать слабительное, лучше всего подойдет магнезия.

Если пострадавший в сознании, и его состояние не тяжелое, хорошо дать выпить 100 мл водки или 50 мл медицинского спирта, разбавленного пополам с водой. Как это ни покажется странным, этиловый спирт является антидотом этого токсичного вещества, который можно применить в домашних условиях.

Если пострадавший без сознания, его нужно уложить на ровную поверхность , повернув голову набок во избежание асфиксии содержимым желудка в случае рвоты. Необходимо прощупать пульс и измерить давление. Пульс может быть нитевидным и даже не прощупываться на запястье, определять его нужно на сонных артериях – боковой поверхности шеи.

В случае остановки дыхания и отсутствия пульса нужно выполнить закрытый массаж сердца и принудительное искусственное дыхание.

В стационаре в качестве антидота при отравлении этиленгликолем вводится внутривенно стерильный щелочной раствор – бикарбонат натрия (сода), вводится глюконат кальция для восполнения его потери. Проводится восстановительная терапия, в зависимости от степени возникших нарушений. При тяжелом отравлении для очистки крови подключают аппарат гемосорбции (искусственная почка).

Последствия и осложнения отравления

К сожалению, последствия отравления этиленгликолем очень тяжелые. Около 40% больных, принявших его внутрь, погибают в течение 2-х недель.

Причиной летального исхода являются такие осложнения:

Не угрожающие жизни осложнения часто приводят к инвалидности. К таким последствиям относятся: атрофия зрительных нервов, потеря зрения, хроническая сердечная, почечная недостаточность, цирроз печени, поражение центральной нервной системы в виде бессонницы, астении и даже психических расстройств.

Этиленгликоль – это яд, о чем всегда нужно помнить. Категорически нельзя употреблять его внутрь в любом количестве, а в случаях воздействия его паров надо обратиться к врачу токсикологу, пройти обследование, лечение и принять меры профилактики.