Lacido acetico (nome sistematico: acido etanoico) è un composto chimico organico la cui formula chimica è CH3COOH, meglio conosciuto per conferire all'aceto il suo caratteristico sapore acre e il suo odore pungente. L'acido acetico puro, anidro (ovvero privo di acqua), chiamato acido acetico glaciale, a temperatura ambiente è un liquido incolore che attrae acqua dall'ambiente (igroscopia) e che congela al di sotto dei 16,7 °C (62 °F) in un solido cristallino incolore. L'acido acetico è corrosivo, e i suoi vapori causano irritazione agli occhi, infiammazione delle vie respiratorie e congestione dei polmoni, ma chimicamente è un acido debole per via della sua limitata capacità di dissociarsi in soluzioni acquose.
L'acido acetico è uno dei più semplici acidi carbossilici (il secondo, dopo l'acido formico). È un composto molto diffuso in natura; gli organismi superiori lo impiegano ampiamente come intermedio di sintesi, ed è anche il prodotto finale della fermentazione acetica in cui l'etanolo viene ossidato dallAcetobacter in presenza di aria. È un importante reagente chimico e prodotto industriale che viene utilizzato nella produzione del polietilentereftalato, usato principalmente per le bottiglie di plastica per le bibite; dell'acetato di cellulosa, principalmente per le pellicole fotografiche; dell'acetato di polivinile per le colle da legno e in molte fibre sintetiche e tessuti. In casa, diluito in acqua viene spesso usato come smacchiante. Nell'industria alimentare, l'acido acetico è usato come additivo alimentare con la funzione di regolatore di acidità; è classificato sotto il codice E260.
Nomenclatura Il nome comune acido acetico è il più diffusamente usato, ed è ufficialmente il nome preferito dalla IUPAC. Il nome deriva da acetum, la parola latina per aceto. Il sinonimo acido etanoico è un nome sistematico usato nelle spiegazioni introduttive alla nomenclatura chimica.
Acido acetico glaciale è il nome comune dell'acido acetico privo d'acqua. Simile alla parola tedesca Eisessig (letteralmente, aceto ghiacciato), il nome deriva dai cristalli simili a quelli del ghiaccio che si formano quando la temperatura della sostanza scende leggermente al di sotto dei 16,7 °C.
L'abbreviazione più comune per acido acetico, ma anche quella ufficiale, è AcOH oppure HOAc, dove Ac sta per gruppo acetile, CH3−C(=O)−. Nel contesto delle reazioni acido-base è spesso usata l'abbreviazione HAc, dove Ac invece sta per l'anione acetato (CH3COO−), anche se quest'uso è visto da molti come fuorviante. In entrambi i casi, Ac non deve essere confuso con l'elemento chimico attinio.
L'acido acetico ha formula minima CH2O e formula molecolare C2H4O2. La seconda è spesso scritta come CH3-CO2-H, CH3COOH, CH3CO2H o HOCOCH3 per riflettere meglio la sua struttura chimica. Quando l'acido acetico perde un H+, lo ione risultante è l'anione acetato. Il nome acetato può anche riferirsi a un sale contenente questo anione, o a un estere dell'acido acetico.
Storia
L'aceto è un prodotto di antiche origini. La produzione di acido acetico per mezzo dei batteri è presente in tutto il mondo, e ogni cultura che ha praticato la fermentazione della birra o del vino ha inevitabilmente scoperto l'aceto come risultato naturale conseguente all'esposizione all'aria di queste bevande.
L'uso dell'acido acetico in chimica risale all'antichità. Nel III secolo a.C., il filosofo greco Teofrasto descrive come l'aceto agisce sui metalli producendo pigmenti utili nell'arte, come la "biacca" o "bianco di piombo " (carbonato di piombo) e il "verdegrigio", una mistura verde di sali di rame tra cui l'acetato rameico monoidrato. Gli antichi romani bollivano il vino acido in recipienti di piombo per produrre uno sciroppo molto dolce chiamato sapa. Il sapa era ricco di diacetato di piombo, una sostanza dolce chiamata "zucchero di piombo" o "zucchero di Saturno", che ha contribuito all'avvelenamento da piombo tra l'aristocrazia romana. L'alchimista persiano del XIII secolo Jabir ibn Hayyan riuscì a concentrare l'acido acetico dall'aceto attraverso la distillazione.
Nel Rinascimento, l'acido acetico glaciale era preparato per distillazione a secco di acetati metallici. L'alchimista tedesco del XVI secolo Andreas Libavius descrive questa procedura, e compara l'acido acetico glaciale prodotto con questo metodo all'aceto. La presenza di acqua nell'aceto ha un così significativo effetto sulle proprietà dell'acido acetico che per secoli i chimici credettero che l'acido acetico glaciale e l'acido trovato nell'aceto fossero due sostanze differenti. Il chimico francese Pierre-Auguste Adet dimostrò che sono identici.
Nel 1847, il chimico tedesco Hermann Kolbe sintetizzò l'acido acetico per la prima volta partendo da materiali inorganici. Questa sequenza di reazioni consisteva nella clorurazione del disolfuro di carbonio a tetracloruro di carbonio, con successiva da pirolisi a tetracloroetilene, idrolisi acquosa ad acido tricloroacetico e infine riduzione elettrolitica ad acido acetico..
A partire dal 1910 molto dell'acido acetico glaciale era ottenuto dal "liquore pirolegnoso" ottenuto dalla distillazione del legno. L'acido acetico era isolato da questo per trattamento con calce spenta, e il risultante acetato di calcio era acidificato con acido solforico ottenendo acido acetico. A quel tempo la Germania produceva 10.000 tonnellate di acido acetico glaciale, circa il 30% del quale era usato nella produzione del colorante indaco.Geoffrey Martin. Industrial and Manufacturing Chemistry, Part 1, Organic. London: Crosby Lockwood, 1917, pp. 330–31.Helmut Schweppe. . J. Am. Inst. Conservation 19(1/3), 14–23. 1979.
Proprietà chimiche Negli acidi carbossilici come l'acido acetico, l'atomo di idrogeno (H) del gruppo carbossilico (−COOH) può essere donato come ione H+ (protone), conferendogli così il carattere acido. L'acido acetico in soluzioni acquose è un acido monoprotico debole, efficace, con una costante di dissociazione acida a 20 °C di M (pKa 4,8). La sua base coniugata è l'acetato (CH3COO−). Una soluzione 1 M in acqua a 20 °C (all'incirca la concentrazione dell'aceto domestico) ha pH di 2,4, indicando che solamente lo 0,4% delle molecole di acido acetico sono dissociate.
La struttura cristallina dell'acido aceticoR.E. Jones, D.H. Templeton. "The crystal structure of acetic acid". Acta Crystallogr. 11(7), 484–87. 1958. mostra che le molecole accoppiate nei dimeri sono connesse da legami a idrogeno. I dimeri possono essere individuati anche nei vapori a 120 °C. Sono presenti inoltre nella fase liquida delle soluzioni diluite di solventi che non formano legami a idrogeno, e una certa quantità è presente anche nell'acido acetico puro,James M. Briggs, Toan B. Nguyen, William L. Jorgensen. Monte Carlo simulations of liquid acetic acid and methyl acetate with the OPLS potential functions. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3315–3322. ma vengono distrutti in presenza di solventi che formano legami a idrogeno. L'entalpia di dissociazione del dimero è stimata in 65,0-66,0 kJ/mol, e l'entropia di dissociazione in 154-157 J mol−1 K−1.James B. Togeas. Acetic Acid Vapor: 2. A Statistical Mechanical Critique of Vapor Density Experiments. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 5438–5444. Questo comportamento dimerizzante è condiviso da altri acidi carbossilici minori.
L'acido acetico liquido è un solvente protico idrofilo (polare), simile all'etanolo e all'acqua. Con una moderata costante dielettrica di 6,2, può sciogliere non solo composti polari come sali inorganici e glucidi, ma anche composti non-polari come oli ed elementi chimici come zolfo e iodio. Si miscela rapidamente con altri solventi polari e non-polari come acqua, cloroformio ed esano. Questa proprietà di dissoluzione e miscibilità fa dell'acido acetico un composto molto usato nell'industria chimica.
Reazioni chimiche L'acido acetico è corrosivo per molti metalli, tra cui ferro, magnesio e zinco, con cui forma gas idrogeno e sali metallici chiamati acetati. L'alluminio, quando esposto all'ossigeno, forma un sottile strato di ossido di alluminio sulla sua superficie che è relativamente resistente, in modo tale da consentire alle autocisterne di trasportare l'acido acetico. Gli acetati metallici possono essere preparati anche partendo da acido acetico e una base appropriata, come nella popolare reazione "bicarbonato + aceto". Con l'eccezione dell'acetato di cromo(II), praticamente tutti gli acetati sono solubili in acqua.
Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) -> (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g)
NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) -> CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l)
L'acido acetico subisce le tipiche reazioni chimiche di un acido carbossilico, come la produzione di acqua e acetato metallico quando reagisce con alcali, la produzione di un acetato quando reagisce con un metallo, e come la produzione di acetato, acqua e biossido di carbonio quando reagisce con carbonati e idrogenocarbonati. La più significativa delle sue reazioni è la formazione di etanolo per riduzione e formazione di derivati come cloruro di acetile via sostituzione nucleofila acilica.
Altri derivati per sostituzione includono l'anidride acetica; questa anidride è prodotta per perdita di acqua da due molecole di acido acetico. Gli esteri dell'acido acetico si possono formare attraverso l'esterificazione di Fischer, e anche le ammidi possono essere prodotte. Quando riscaldato oltre i 440 °C, l'acido acetico si decompone producendo biossido di carbonio e metano, o producendo chetene e acqua.
L'acido acetico può essere rivelato attraverso il suo caratteristico odore. I sali dell'acido acetico hanno una reazione cromatica in soluzione di cloruro di ferro (III); l'intensa colorazione rossa scompare dopo acidificazione. Quando riscaldati con triossido di diarsenico, gli acetati formano un composto, l'ossido di cacodile, che può essere rilevato grazie ai suoi vapori maleodoranti.
Biochimica Il gruppo acetile, derivato dall'acido acetico, è fondamentale nella biochimica di virtualmente tutte le forme di vita. Quando è legato al coenzima A è centrale nel metabolismo di carboidrati e grassi; comunque, la concentrazione di acido acetico nelle cellule è mantenuto a un livello basso per evitare di interrompere il controllo del pH del contenuto delle cellule. A differenza degli acidi carbossilici a catena lunga (gli acidi grassi), l'acido acetico non esiste nei trigliceridi naturali; però, il trigliceride artificiale triacetina (triacetato di glicerile) è un additivo alimentare comune, e si trova nei cosmetici e nei medicinali a uso topico.
L'acido acetico è prodotto e secreto da certi batteri, tra cui lAcetobacter e il Clostridium acetobutylicum. Questi batteri si trovano universalmente nei cibi, nell'acqua e nel terreno, ed è prodotto naturalmente nei frutti e in altri cibi andati a male. L'acido acetico è inoltre un componente della lubrificazione vaginale dell'uomo e di altri primati, dove sembra servire come moderato agente antisettico.Dictionary of Organic Compounds (6th Edn.), Vol. 1 (1996). London: Chapman & Hall. ISBN 0-412-54090-8
Produzione
L'acido acetico è prodotto sia sinteticamente sia dalla fermentazione batterica. Oggi, la produzione biologica occupa solamente circa il 10% della produzione mondiale, ma rimane importante per la produzione dell'aceto, anche perché molte leggi nazionali sulla purezza del cibo determinano che l'aceto per uso alimentare debba essere di origine biologica. Circa il 75% dell'acido acetico prodotto per l'uso nell'industria chimica proviene da carbonilazione del metanolo. Il resto è prodotto con metodi alternativi.Noriyki Yoneda, Satoru Kusano, Makoto Yasui, Peter Pujado, Steve Wilcher. Appl. Catal. A: Gen. 221, 253–265. 2001. D'altra parte, l'acido acetico è un prodotto secondario di diversi processi chimici, ad esempio la sintesi di acido acrilico.