Свойства водных растворов этиленгликоля

Физические и химические свойства этиленгликоля, формула

Свойства водных растворов этиленгликоля

Для простого человека, никаким образом не связанным с химией и её производными продуктами даже название соединений и веществ окажутся малознакомыми, но мало кто из автолюбителей или людей, кто занимается техникой или её обслуживанием, не слышал о том, что такое этиленгликоль.

Этиленгликоль, также именуемый гликолем, этандиолом или диоксиэтаном – неотъемлемая и базовая часть антифризов разных марок, тормозных жидкостей, теплоносителей, а также применяется в функционировании охладительных систем компьютерной аппаратуры.

Таким образом, это вещество обладает большой популярностью и востребованностью не только среди крупных промышленных производств, но среди автовладельцев, инженеров и даже домохозяек (этиленгликоль используется при изготовлении средств для мытья стёкол).

Строение и структура соединения. В качестве эфира

Этиленгликоль состоит из двух атомов спирта, что определяет его принадлежность к полиолам. По структуре и строению очень близок к глицерину и представляет собой жёсткую сцепку двух гидроксильной группы (OH и HO) с двумя соединенаиями этилена (CH2). Если расписывать это химической формулой строения, то это представляется следующим образом: HO—CH2—CH2—OH.

Формула

Для обозначения этиленгликоля используются сразу несколько формул, точно также, как и названий (систематических или традиционных).

Химическая формула этиленгликоля: C2H6O2,  представляется более понятной для людей, изучавших в школе органическую химию, однако существует также и рациональная структурная формула этиленгликоля (C2H4(OH)2) – отображающая тоже самое, но имеющая больше смысла для профессионалов.

Характеристики. Свойства: плотность, свойства, температура

Способен сохранять тепло, впитывать жидкость, вступать в реакцию с коррозией, предотвращая её, а также, самое главное для всех владельцев автомашин – он очень плохо замерзает (при 45 градусах ниже ноля), что делает его незаменимым в производстве антифриза и схожих по назначению средств.

Химические свойства этиленгликоля: плотность этиленгликоля — 1,11 грамм на кубический сантиметр; этиленгликоль реагирует с самими разными веществами и соединениями, например с натрием при образовании алкоголята, также популярной является соединение этиленгликоль hbr, в ходе которого образуются дибромэтан и вода; температура кипения этиленгликоля: 197 с половиной градусов по Цельсию.

Способ получения

Этиленгликоль получают благодаря процессу гидратации (присоединение к элементу молекул воды) оксида этилена (бесцветного газа, оставляющего во рту сладкий привкус, характеризующийся также опасным влиянием на организм человека). Формула этандиола позволяет получать его без сложных приспособлений и в короткие сроки.

Область применения и цена. Этиленгликоль как антифриз, теплоноситель и охлаждающая жидкость в одном растворе

Чудодейственных двухатомный спирт применяется очень широко, в огромном количестве отраслей и в повседневной жизни встречается куда чаще, чем может показаться – от науки и химической промышленности (органический синтез) до более привычных вещей – жизненно необходимых любому водителю антифриза, тормозных жидкостей, при производстве целлофана, моющих средств и даже обувных кремов. Применение этиленгликоля безусловно удобно и окупает себя.

Производство этиленгликоля дело требует минимальных затрат, а поэтому и себестоимость, и цена оптом (а в других целях, кроме промышленного использования, закупать этиленгликоль в чистом виде не имеет большого смысла) весьма демократична – поставщики запрашивают за килограмм продукта чуть больше пятидесяти рублей и всё будет зависеть от доли воды раствора и количества).

Так, за     двадцать килограмм придётся заплатить полторы тысячи, а за двести сорок – почти шестнадцать тысяч рублей. Для особо бережливых покупателей есть предложения заливке вещества в вашу тару, поэтому и цену можно регулировать исходя из потребности.

Антифризы с этиленгликолем (примерно 5 килограмм) от производителей Sintec или Sibiria встанут автовладельцам в зависимости от состава и веса в суммы от ста до восьмисот рублей.

Влияние этиленгликоля на организм человека

Как уже было сказано, этиленгликоль чрезвычайно токсичен и может привести не только к тяжким последствиям для здоровья (включая даже мутагенные риски), но и к смерти неосторожного владельца.

Чрезвычайно токсичны даже 100 миллиграмм вещества, если они попадают внутрь организма, пары этиленгликоля менее опасны, но за его концентрацией в помещении нужно пристально следить, чтобы избежать самых разнообразных последствий – от галлюцинаций до потери сознания, от простого кашля и рези в глазах до тяжёлых последствий репродуктивного плана.

Основы мер безопасности. Зачем избегать замерзание этого спирта?

Хранить этиленгликоль необходимо в специальной таре (такие ещё называют химическими) которую можно надёжно закрыть.

Тара, желательно, должна быть из стали, которую в свою очередь помещается в сухом неотапливаемом помещении.

Нужно отметить, что этандиол горюч, поэтому следует избегать обращение с огнём рядом с открытым веществом, а также продумать вероятность непредвиденных ситуаций, вроде короткого замыкания.

Закрытая тара и дополнительные меры предосторожности (например, наличие хорошей вентиляции помещения при обращении с веществом) помогут избежать вдыхания большой концентрации паров этиленгликоля.

Не допускайте попадания на слизистые и ни в коем случае не принимайте внутрь!

Требования ГОСТ 19710 к готовому гликолю

Межгосударственный стандарт устанавливает целый свод требований к этиленгликолю:

  • Технические (массовая доля вещества не больше 99%, преломление от 1431—1432, пропускание света не больше 75 %, доли остатка от прокаливания – 1 тысячная, доля железа – не более 1 десятитысячной, для воды – не больше 1 десятой);
  • Требования к безопасности (концентрация в атмосфере – не больше пяти мг на квадратный метр; произведённый по гост этиленгликоль относится к третьей степени опасности химических веществ ; хранилище должно быть вентилируемым; рабочие одеты спецодеждой; при попадании на землю или кожу этиленгликоль необходимо быстро смыть большим количеством воды);
  • Правила приёмки (принимается по частям не более восьмисот тонн с пакетом документов, включающих в себя наименование производителя, продукта, вид продукта и его массу, номер партии и т.д.);
  • К упаковке, маркированию, перемещению и хранению (наливаются в предварительно вымытые и высушенные бочки из алюминия или из антикоррозийной стали; перевозится в крытом транспорте или специализированных цистернах на поездах или грузовых автомашинах, или в пакетированном виде на специальных поддонах; бочки или пластиковые пакеты/бутыли должны храниться вертикально).

Этиленгликоль — его свойства и сферы применения

Свойства водных растворов этиленгликоля

Работа холодильных агрегатов требует использования не только хладагента, но и промежуточного хладоносителя.

В качестве последнего часто применяется этиленгликоль, имеющий ряд преимуществ перед водными растворами солей, применяемыми для тех же целей.

Но выгоден он только в том случае, если его физические свойства соответствуют требованиям установки по антикоррозийной устойчивости, сроку службу и металлоемкости.

Применение этиленгликоля

В чиллерах и холодильных агрегатах этиленгликоль применяется тогда, когда температура хладоносителя ниже 0°C .

В таких системах теплопередача осуществляется по следующей схеме – охлаждаемая среда – этиленгликоль – хладагент.

Реализация такого технического решения характеризуется более низкими рабочими температурами, чем без использования промежуточного хладоносителя. В этом случае достигается требуемый температурный перепад.

Этиленгликоль применяется в чиллере в составе раствора. Концентрация активного вещества может регулироваться. От нее зависит порог замерзания жидкости и, соответственно, рабочие характеристики всей установки.

Низкозамерзающие характеристики этиленгликоля обусловили его широкое применение в системах промышленного холодоснабжения и кондиционирования. Как хладоноситель используется в виде рассола с несколькими показателями содержания.

От пропорций этиленгликоля и воды напрямую зависит температура замерзания жидкости.

Раствор этиленгликоля применяется в системах, имеющих высокие требования к антикоррозийным свойствам и содержащих элементы из нержавеющей стали, например паяные пластинчатые испарители. Применение гликолевых рассолов в аммиачных машинах существенно снижает затраты на их содержание и расход энергии, продлевает срок службы, обеспечивает нормальные условия эксплуатации.

Общая характеристика этиленгликоля

Этиленгликоль представляет собой маслянистую бесцветную жидкость без запаха. В чистом виде без примесей закипает при температуре +197°C, а кристаллизируется при -12,3°C.

Наиболее часто применяют рассол с содержанием этиленгликоля 50-65%.

В качестве добавок, определяющих свойства хладоносителя используются ингибиторы (антикоррозионные присадки, снижающие агрессивность к металлам, резине и другим материалам), стабилизаторы, антивспенивающие и моющие добавки. От концентрации рассола зависят также показатели теплоемкости, вязкости, воздействия на металлы и прочие материалы.

Помимо явных преимуществ – низкотемпературных характеристик, поддержания нужных характеристик и поддержания режима эксплуатации, у растворов этиленгликоля есть и недостатки.

Активное вещество отличается токсичностью и наркотическим воздействием, негативно воздействует на работу нервной и мочевыводящей системы, поэтому работа с ними требует строго соблюдения правил безопасности при эксплуатации холодильной установки.

Физические свойства растворов этиленгликоля

Плотность (15°С) кг/л Количество гликоля в 100кг рассола (кг) Температура замерзания (°С) Удельная теплоемкость, ккал/кг/°С
+20° -10° -20°
1,005 4,6 — 2 0,990 0,980
1,007 6,5 — 3 0,982 0,975
1,010 8,4 — 4 0,970 0,970
1,015 12,2 — 5 0,960 0,950
1,017 14,1 — 6 0,950 0,940
1,020 16,0 — 7 0,940 0,930
1,022 17,9 — 8 0,936 0,927
1,023 18,8 — 9 0,931 0,924
1,025 19,8 — 10 0,930 0,920
1,027 21,0 — 11 0,926 0,913
1,028 22,3 — 12 0,923 0,906
1,030 23,6 — 13 0,920 0,900
1,033 25,5 — 14 0,908 0,894 0,896
1,035 27,4 — 15 0,900 0,890 0,880
1,038 29,3 — 16 0,894 0,878 0,874
1,040 31,2 — 17 0,890 0,870 0,870
1,041 32,1 — 18 0,886 0,866 0,866
1,043 33,0 — 19 0,885 0,86 0,858
1,044 34,0 — 20 0,882 0,854 0,854
1,045 35,0 — 21 0,880 0,850 0,850
1,046 35,7 — 22 0,877 0,848 0,846
1,047 36,5 — 23 0,870 0,846 0,842
1,048 37,2 — 24 0,854 0,844 0,839
1,049 38,0 — 25 0,851 0,842 0,837
1,050 38,8 — 26 0,850 0,840 0,830 0,820
1,052 40,0 — 27 0,842 0,833 0,822 0,812
1,054 41,2 — 28 0,834 0,823 0,814 0,804
1,055 42,6 — 29 0,830 0,820 0,810 0,800
1,057 43,5 — 30 0,8220 0,815 0,806 0,792
1,058 44,4 — 31 0,818 0,810 0,800 0,788
1,059 45,3 — 32 0,814 0,805 0,798 0,784
1,060 46,4 — 33 0,810 0,800 0,790 0,780

Назад в раздел

водный раствор этиленгликоля

Свойства водных растворов этиленгликоля

Производим водные растворы этиленгликоля в фасовках 10 л, 20 л, 216 л.
Основные элементы раствора этиленгликоля – этиленгликоль (1,2 этандиол), вода дистиллированная / деминерализованная. Включение присадочных добавок, например, снижающих коррозионное воздействие, осуществляется по требованию заказчика.

Цветность, запах, вкус

Водный раствор этиленгликоля – совершенно прозрачная жидкость. Изменить цвет возможно. Процедура окрашивания жидкости предполагает использование красителей любого цвета. Бесцветное вязкое вещество (НОСН2СН2ОН) лишено запаха. Респираторное отравление сопровождается сладковатым привкусом – вкус сладкий.

Свойства разнопроцентных растворов

Свойства разнопроцентных растворов принято рассматривать:
1) Пропорционально воздействию концентрации этиленгликоля на процесс кристаллизации водного раствора этиленгликоля. Выбранное значение поточной плотности раствора отмечается 20 градусами.

2) температурной зависимости замерзания водного раствора этиленгликоля от степени концентрации.

Этиленгликоль выступает промежуточным продуктом в широком диапазоне реакций. Особенно, существенным является образование смолы путем конденсации с диметилтерефталатом / терефталевой кислотой. Результат – получение полиэфирной смолы.

Гидроксильные группы преобразовывают в:

• альдегиды;
• алкилгалогениды;
• амины;
• азиды;
• карбоновые кислоты;
• простые эфиры;
• меркаптаны;
• органические нитраты;
• нитрилы;
• нитрит эфиры;
• органические сложные эфиры;
• пероксиды;
• фосфатные эфиры;
• сульфатные сложные эфиры.

Почему водный раствор этиленгликоля лучше других теплоносителей?

Теплоноситель – неотъемлемая часть любой системы отопления. Остается только выбрать лучший.

Показатели статистики устройства автономных систем отопления на основе водных растворов следующие:
• 55% – водный раствор этиленгликоля;
• 35% – пропиленгликоль;
• 5% – водные глицериновые растворы;
• 5% – безводные охлаждающие жидкости.
Отсутствие квалификации – не беда.

Водный раствор этиленгликоля совершенно экологичный. Этиленгликоль взрыво-, пожаробезопасен. Широкий диапазон рабочих температур – основное преимущество. Кристаллизация чистого вещества – -13°C. Насыщение раствора 70% этиленгликоля, позволит избежать вышеупомянутой до -70°C.

Рекомендация производителей котлов

Производители котлов не рекомендуют заливать готовые теплоносители с присадками. Добавление банальных антикоррозионных, антипенных присадок значительно увеличивает вязкость раствора. Следовательно, установленный насос внутри котла, рассчитанный на незначительные гидравлические потери (трение), сломается. Гарантийный ремонт произвести нереально.

Дальнейшее обслуживание по гарантийному талону – невозможно. Износ остальных элементов, отопительных приборов значительно ускорится.
Готовые теплоносители с присадками, повышают плотность, динамическую вязкость, кинематическая вязкость раствора, постепенно снижают теплоемкость, теплопроводность. Результат – излишний перерасход топлива, ресурса агрегата.

Капитальная чистка, промывка системы займут уйму времени.

Применение

Водный раствор этиленгликоля нашел применение в тепловых насосах, отопительных контурах, солнечных батареях. Помимо этого, используется сетью кондиционирования воздуха, холодильными агрегатами. Последние предполагают заправку этиленгликоля с антикоррозионными, антипенными присадками.

Химический продукт наделен промежуточным характером синтеза / получения:
• полиэфирных смол – волокна, пластиковые контейнеры, пленки;
• сложных эфиров (смолы-пластификаторы) – клеи, лаки, эмали;
• алкидных смол – синтетические каучуки, клеи, поверхностные покрытия.

Стандарты применения этиленгликоля
Применение рассматриваемого в отопительных контурах регламентируется ГОСТ 6367. Получение раствора – результат обработки сырьевой жидкости различными ингибиторами.

ГОСТ 19710-83 регламентирует отсутствие возможности использования химического раствора этиленгликоля в качестве теплоносителя – высокая коррозионная агрессивность.
ГОСТ 28084-89 – транспортировка, хранение, приемка, эксплуатация, техника безопасности. Данный ГОСТ – результат проработок советского времени.

Хранение

Водный раствор этиленгликоля обычно хранится, разбавляется водой внутри стальных бочек. Продукт совместим с любым другим часто используемым материалом конструкций.
Цистерны – возможное место хранения. Стены цистерн необходимо выложить обожженной фенольной / эпоксидно-фенольной смолой.

Альтернативная защита пластиковых емкостей – сооружение внутреннего армированного стекловолоконного пояса.
Целевое использование алюминиевых емкостей – запрещено. Снижение температуры влечет значительный нагрев конструкции. Максимальный зафиксированный температурный показатель – — 40°C.
Хранение в медных емкостях нежелательно.

Игнорирование спровоцирует обесцвечивание жидкости с последующим выпадением осадков.
Если раствор этиленгликоля требует длительно хранения – металлическая, пластиковая емкость выстилается запеченной фенольной смолой.
Чистый этиленгликоль замерзает при -14°C. Соответственно, жидкость требует подогрева сторонним источником тепла.

Металлические цистерны поддаются нагреву.

Незамерзающие теплоносители. Особенности применения

Свойства водных растворов этиленгликоля

« Назад

19.03.2019 19:58

Самым лучшим теплоносителем по праву считается вода. Она максимально теплоемкая, обладает высокой текучестью, экологична и общедоступна. Однако все достоинства перекрываются тем фактом, что при температуре 0°С вода замерзает.

Для систем отопления, использующих воду в качестве теплоносителя и работающих с перерывами при низких внешних температурах (дом, коттедж), это опасно, потому что может привести к аварийной ситуации при размораживании системы с порчей труб, теплообменников и прочих частей конструкции.

Слив воды и наполнение системы перед запуском весьма трудоемки и требуют много времени (при этом вода все равно до конца не удалится). Альтернативный вариант, который мы рассмотрим в этой статье – незамерзающие теплоносители (антифризы).

В России в качестве самого распространенного антифриза для систем отопления обычно используется смесь воды с этиленгликолем и присадками (специальными добавками для различных эффектов).

Свойства этиленгликоля и антифриза на его основе

Плотность этиленгликоля в чистом виде – 1,13 г/см3 при комнатной температуре (20-22 °С), замерзает он при t=-13°С. Растворы этиленкгликоля с водой с процентным соотношением от 30 до 70% имеют еще более низкую температуру замерзания.

Минимум составляет -70°С и достигается при соотношении воды и двухатомного спирта 1:2.

Раствор при замерзании превращается в вязкую аморфную смесь с незначительным увеличением объема общей массы в пределах 0,3% (в то время, когда чистая вода увеличивается до 9%).

Присадки в растворе воды и этиленгликоля насчитывают до 10 веществ, которые оказывают антикоррозийный эффект и снижают окислительные свойства смеси, пенообразование, предотвращают образование накипи, удаляют уже существующий налет, повышают термическую стабильность и инертность к синтетическим уплотнениям.

Большая часть концентрированных теплоносителей – это раствор, который состоит из 65% этиленгликоля, около 31% воды и 3-4% присадок (Hot Blood-65M, Dixis-65 и другие). Подобное соотношение дает в результате лучшие показатели теплообмена. Полученная смесь не распадается на составляющие и имеет температуру кристаллизации -65°С.

Еще одна смесь для отопительного оборудования с маркировкой «30» замерзает при -30°С. Есть смеси, где процентное содержание этиленгликоля составляет до 95%. Их разбавляют непосредственно перед заполнением системы.

Процентное содержание этиленгликоля в теплоносителе выбирается исключительно из расчета минимальной температуры, при которой смесь будет циркулировать в системе.

Чаще всего, готовые концентраты антифризов с определенной точкой замерзания разбавляют водой и после этого сразу наполняют систему отопления. Например, если смешать два объема антифриза с точкой кристаллизации -65°С и один объем воды – получится раствор, замерзающий при -30°С.

Для разбавления используют дистиллят, если его нет – водопроводную воду (с жесткостью не более 6 ед.). Добавление воды из естественных внешних источников нежелательно только потому, что возможна несовместимость с присадками из-за их активных компонентов. Разбавление смеси более, чем наполовину уже способно привести к ухудшению антикоррозийных свойств.

Профессионально приготовленный состав с нужной точкой кристаллизации можно заказать у изготовителя антифриза.

Обратите внимание: есть существенные отличия в физических свойствах воды и незамерзающих теплоносителях на основе двухатомного спирта, при использовании последних присутствует ряд технических особенностей, требующих обязательного учета.

  1. Вязкость смесей с этиленгликолем почти в 4 раза больше, чем у воды. Следовательно, гидродинамическое сопротивление движению раствора в трубах потребует более мощного циркуляционного насоса (до 10 % по производительности и до 60% по напору).
  2. Коэффициент теплового расширения также будет больше, чем у воды. Поэтому, необходимо монтировать расширительный бак, составляющий примерно 15% от общего объема отопительной конструкции.
  3. Этиленгликолевая смесь имеет примерно на 15% меньшую теплоемкость, чем у воды. Это незначительно ухудшает условия теплообмена и требует монтажа более мощных радиаторов в систему. Кроме того, перегревать теплоноситель нельзя, поскольку это приведет к необратимому изменению химических свойств и состава раствора.

Раствор этиленгликоля вступает в реакцию с цинком и красками на масляной основе, образуя при этом нерастворимый осадок, большое количество которого может нарушить работу всей отопительной системы.

К тому же, в отличие от воды, в местах соединений конструкции отопительной системы с антифризом пакля не разбухает.

Мы рекомендуем не использовать оцинкованные детали при монтаже системы и в соединениях использовать не паклю, а силиконовые герметики и прочие уплотнители.

Вспенивание антифриза возможно в местах, где гидродинамическое сопротивление наибольшее. Чтобы этого не происходило, необходимо настроить диафрагмы клапанов балансировки и термостаты таким образом, чтобы быстро и свободно пропускать рабочую жидкость.

При монтаже электрокотлов электродного (ионного) типа, где теплоноситель является непосредственным элементом электрической цепи, допускается использовать только специальные антифризы. Большинство из жидкостей, используемых в системе, не предназначено для применения в качестве проводника электрического тока.

Кроме того, при температуре более 90°С в водном растворе этиленгликоля становится более интенсивным процесс образования осадка, который ухудшает теплообмен. Для моделей оборудования, где имеются котлы с высоконапряженной топкой, это может привести к пережогу трубок топки и теплообменника.

Но самая главная опасность связана с высокой токсичностью этиленгликоля. Он относится к умеренно опасным веществам, ядовит, способен проникать сквозь кожные покровы и действует наркотически на организм человека. Смертельная доза составляет 100 мл.

Вот поэтому антифризы на основе этиленгликоля не используют в двухконтурных системах отопления, где в случае разгерметизации конструкции есть вероятность попадания раствора в санитарную воду. ПДК этиленгликоля в воздухе рабочей зоны – 5 мг/м3.

Из-за возможности испарения раствора с поверхности, с особой осторожностью следует использовать в системе отопления открытые расширительные баки.

Свойства пропиленгликоля и антифриза на его основе

Улучшенной заменой этиленгликолю является пропиленгликоль. Его плотность 1,04г/см3, замерзает при t =-67°С. При смешивании с водой температура замерзания повышается (при 15% концентрации до -5°С).

Антифриз на основе пропиленгликоля имеет практически те же свойства, что и этиленгликолевый, но при этом он безопаснее (пропиленгликоль используют в качестве пищевой добавки E1520).

Его гидравлическое сопротивление ниже за счет «эффекта смачивания», что существенно облегчает работу циркуляционного насоса.

Единственный нюанс, сдерживающий пропиленгликоль от распространения — более высокая цена антифриза на его основе (в 2 раза), чем у аналогичных этиленгликолевых смесей. Основная область применения пропиленгликолевых антифризов – здания и сооружения с ужесточенными экологическими требованиями (торговые комплексы, предприятия пищевой промышленности и т.п.).

Ценовую нишу между вышеупомянутыми растворами занимает антифриз на основе глицерина с пакетом присадок. Глицерин вполне безопасен для человека и может с успехом применяться в открытых отопительных системах и зданиях с повышенными экологическими требованиями.

Его химико-физические свойства похожи на свойства водно-гликолевых растворов.

Главное преимущество, создающее перевес в пользу глицериновых антифризов – отсутствие химической реакции с цинком и, значит, возможность использовать в отопительной системе с оцинкованными деталями конструкции.

Проектирование системы с незамерзающим теплоносителем

В первую очередь необходимо убедиться, что производители монтируемой отопительной конструкции допускают использование антифризов. Политика европейских производителей отопительных систем существенно различается в этом вопросе.

Например, германская компания «Vaillant» не разрешает использование антифризов и применяет лишение гарантийного обслуживания в качестве санкций за нарушение запрета.

Другая германская компания «Buderus» — допускает вливать антифризы определенных марок во все котлы, включая настенные, и запрещает применение растворов только с котлами, которые оснащены алюминиевыми теплообменниками.

Самый либеральный подход у итальянской компании «Baxi», которая ввела жесткий запрет на антифризы только для котлов марки «Main» с битермическим теплообменником, а для прочих котлов разработала рекомендации, не ограничивающие состав теплоносителя.

Владелец дома, где устанавливается оборудование, должен позаботиться о запасе растворов-антифризов для пополнения системы. Мы не рекомендуем использовать растворы разных марок, их активные присадки могут вступить в реакцию с совершенно непредсказуемыми последствиями. Средний срок службы смесей ограничен только ресурсом присадок и составляет не более 5 лет (5 отопительных сезонов).

Необходимо учитывать все вышесказанное при переводе отопительной системы в работу с незамерзающими теплоносителями. Перед наполнением системы нужно очистить все контуры конструкции от накипи и коррозии специальными составами. В противном случае присадки антифриза быстрее вступят в реакцию с отслоившимися отложениями и ржавчиной, что приведет к засорению всей системы.

Также необходим тщательный контроль над отсутствием протечек в отопительной системе. Для того чтобы их быстро обнаружить с помощью ультрафиолетового фонарика, многие производители вводят в состав антифризов специальный фосфоресцирующий краситель. Работать с растворами следует только в перчатках. При попадании жидкости на кожу – немедленно промыть большим количеством воды.

Химические свойства этиленгликоля, характеристика. Двухатомный спирт. Эфиры этиленгликоля

Свойства водных растворов этиленгликоля
Образование 12 июля 2015

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 органических соединений 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 – С2Н4, после разрыва кранной связи и присоединения гидроксильных групп (через несколько стадий) она выглядит как С2Н4(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 Н2О. 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/см3.

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) Н2О 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), хлоратом калия 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 кислотные свойства, 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.

С2Н4(ОН)2 + Х → С2Н4О2Х, где Х – активный двухвалентный металл.

Качественная реакция 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 гидроксид меди (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-СН2-СН2-ОН + 2НХ → Х-СН2-СН2-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 химических реакций (описанных выше), являются эфиры этиленгликоля.

А именно: монометиловый и моноэтиловый, формулы которых — НО-СН2-СН2-О-СН3 и НО-СН2-СН2-О-С2Н5 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/см3).
  • Диметилэтиленгликоль – также жидкость, но с менее характерным запахом, плотностью 0,935 г/см3, 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 физические свойства 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.

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.