Метанол (метил спирті)

Метанол молекуласы дипольдік моментке ие,және ол 1,706D-ке тең; ол ассоциацияға бейім, яғни оның гидроксиль топшасының сутегінің  оттегінің бос электрондарымен сутектік байланысқа түскіштігімен түсіндіріледі.20⁰C-гі сыну көрсеткіші 1,3286 және 45⁰C-гі 1,3188-ке тең.

Метанол қатты  күйінде екі кристалды күйінде  кездеседі: орторомбты және моноклинді; бір күйден екінші күйге өтуі -115⁰C-де  байқалады.Метанолдың сипаттамаларының фазалық өту кезіндегі термодинамикалық сипаттамалары төменде көрсетілген:

Температура,⁰C        ∆H,кДж/кг           ∆S,Дж/(кг*К)     ∆G_p,Дж/(кг*К)        Ср,Дж/(кг*К)

-115,75                     -19,86                  126,2                    -392,0                             -------

-97,70                        98,91                 571,9                      679,4                              2210,9

64,65                        1101,5                ------                       ------                               2811,9

Будың иілгіштігі (упругость пара) - 15⁰С-де=72,4мм;

29,3⁰С-де=153,4мм; 43⁰С-де=292,4мм;53⁰С-де=470,3мм;65,4⁰С-де=756,6мм(Д.Коновалов);

Жану жылуы 170,6; жылу түзілуі 61,4 (Штоман,Клебер және Лангбейн).Этанол сияқты қатты еріткіш,соған байланысты көп жағдайда оны ауыстыра алады.Сусыз метанол мыс купоросының шамалы мөлшерін еріте отырып көкшіл-жасы түске боялады. Сондықтан, мыстың сусыз купоросымен метил спиртіндегі судың іздерін анықтауға болмайды.Бірақ, ол СuSO_4*7H₂O-ны ерітпейді (Клепль).

 

Химиялық қасиеттері.

Метанол құрамы алкильді және гидроксильді топшаларымен түсіндірілетін өте әлсіз сілті мен одан да әлсіз қышқыл қасиеттерін қамтиды.М.спирті көптеген тұздармен кристаллогидраттар түзеді.Мысалы: CuSO₄*2СН₃ОН; LiCl*3СН₃ОН; MgCl₂*6СН₃ОН; CaCl₂*4СН₃ОН-бұлар сумен ыдырауға түсетін, бірақ 100⁰C-ге дейінгі температурада бұзылмайтын алты қабырғалы кестені құрайды (Kane); ВаО*2СН₃ОН*2Н₂О қоспасы ВаО-ң сулы метил спиртінде ертіліп және суықта буландырылуы нәтижесінде бөлме температурасындағы сұйықтық жылтыр призма түріндегі қалыпқа ие болады (Форкранд).Қатты сілтілермен 5NaOH*6СН₃ОН; 3KOH*5СН₃OH қоспаларын түзеді.Металды калий мен натрийдің әсерінде құрамында кристалл күйіндегі метанол мен кейде суы бар оңай алкоголяттар түзеді (Бертело).Метанолдың буларын қызыл күйге дейін қыздырылған трубка арқылы өткізген кезде С₂Н₂ және т.б. өнімдер түзеді (Бертело).Метил спиртін қыздырылған мырыш беті арқылы өткізгенде көміртектің оксиді,сутегі және аз мөлшерде метан түзіледі (Jahn).Метил спиртінің буларының қыздырылған платина және мыс сымы арқылы өткізілгендегі жай тотығуы формальдегид алудың ең жақсы процессі болып саналады:  2СН₃ОН+О₂ =2НСНО+2Н₂О

   Қыздырылған хлорлы мырыштың және жоғары температураның нәтижесінде метил спирті су мен формуласы С_nH_2n+1 көмірсутектер, және де аз мөлшерде гексаметилбензол түзеді (Лебедь және Грин).300⁰C-ге дейін қыздрылып, күйдірілген (запаянная трубка) түтікшеде нашатыр спиртімен метил спирті моно-,ди- және триметиламин түзеді (Бертело).Әкпен (белильная известь) хлороформ түзеді (Голбдберг).Метил спиртін жоғары температурада калий арқылы өткізгенде сутегі және құмырсқа қышқылы,щавель қышқылы түзіліп және соңынан,көмірқышқыл калий бөлінеді; концентрленген күкірт қышқылы метил күкіртті қышқыл (CH₃HSO₄) береді.Ал оны ары қарай қыздырып метил эфирі түзіледі.Күкірт қышқылының артық мөлшерінде метил спиртін айдағанда айдалымға диметил күкіртті қышқыл ((CH ₃)₂SO₄)  кетеді. Күкірт ангидридінің (SO₃) әсерінде CH(OH)(SO₃H)₂ және CH₂(SO₃H)₂ түзіледі.Тұз қышқылының, бес хлорлы фтордың және хлорлы күкірттің әсерінде хлорлы метил (СН₃Cl) береді.HBr және H₂SO₄ әсерінде бромды метил түзіледі. 5%-ті күкіртқышқылымен қышқылдандырылған және электролизге тап болған  метил спирті СО₂,CO, метильді сірке қышқылының эфирі, метил күкіртті қышқыл және метиллаль СН₂(ОСН₃)₂ түзейді (Ренар).Метил спиртін ароматты негізді хлорлы-сутектердің тұздарымен (анилин, ксилидон, пиперидиндермен) бензол ядросындағы сутегінің метил топшасымен орынбасуы оңай жүреді (Гофман,Ладенбург); аталған реакция метилрозанилин және т.б. пигменттер дайындауда жоғары техникалық маңызға ие.

   Метанол барлық қатынаста сумен,этанолмен және эфирлермен жақсы араласады;сумен араласуы кезінде сығылуы және қыздырылуы байқалады.Көгілдір жалынмен жанады.

Метанолдың  тығыздығы мен тұтқырлығы температура  өскен сайын төмендегідей өзгереді:

                                       -40⁰С    -20⁰С    0⁰С    20⁰С     40⁰С     60⁰С

Тығыздығы,г/см³.......0,8470  0,8290  0,8100  0,7915  0,7740  0,7555

Тұтқырлығы,мПа*с....1,750   1,160    0,817    0,597    0,450   0,350

 

   Метанолдың қалыпты жағдайда қаныққан булар қысымы болады. Температураны көтерген жағдайда қаныққан булар қысымы бірден көтеріледі. Мысалы, темпертура 10-тан 60⁰C-қа өскенде қаныққан булар қысымы 54,1-ден 629,8мм.сын.бағ., ал 100⁰C болғанда көмірсутектер қысымы 2640 мм.сын.бағ. болады. Ол су буын, көмірқышқыл газын (ΙΙ)  және басқа да кей заттарды жақсы сіңіреді.

   Метанолдың көптеген белгілі газдар мен буларды жақсы ерітетітінін атап өтуге болады. Атап айтсақ, қалыпты жағдайда гелий, аргон, оттегі газдарының бензол, ацетон, этил спиртінде, циклогександа және т.б. еріткіштерге қарағанда метанолда ерігіштігі жоғары.  

   Аталған газдардың ерігіштігі метанолды суда сұйылтқанда азаяды. Газдардың өте жақсы ерігіштігі ескеріліп, метанолды және оның ерітінділерін жұтқыш абсорбент ретінде технологиялық газдардың құрамынан қажетсіз компоненттерді алу үшін практика жүзінде өндірісте кең қолданылыс тапты.

    Метанол ерітінділерінің басқа заттармен қоспа құрамында қасиеттері таза метил спиртіне қарағанда қатты ерекшеленеді. Мысалы метанол – су жүйесінің қасиеттерінің өзгерісін бақылаған қызық болар еді. Ерітінділердің қату температуралары метанол концентрациясы артқан сайын төмендейді : СН₃ОН концентрациясы 40% болғанда -54⁰C және -132⁰C егер  СН₃OH  95% .

   Метанолдың сулы ерітінділерінің  тығыздығы температура өскен сайын артып, сәйкесінше құрамында метанол концентрациясы артқан сайын анықталатын температураға сәйкес судың тығыздығынан спирттің тығыздығына дейін  бірқалыпты түрде төмендейді. Тұтқырлықтың метанол концентрациясына тәуелділігі барлық анықталатын температураларында метанолдың концентрациясы максимум 40% болғанда  жақсы байқалады. Бұл максимум нүктесінде ерітіндінің тұтқырлығы таза метанолдікінен жоғары болады.

   Метанол біршама мөлшерде көптеген органикалық қосылыстармен  жақсы араласады. Аталғандардың көбісімен азеотропты қоспалар  - құрамы мен қайнау теператураларының өзгерісіз оңай айдалатын , яғни деструктивсіз бөлінетін ерітінділер түзеді. Қазіргі уақытқа дейін 100-ден аса компоненттері белгілі, соның ішіндегі қосылыстар  метанол –шикізатында  (метанол-сырец)  бар заттар. Бұл қосылыстарға мысалы, ацетон, метилацетат, метилэтилкетон, метилпропионат және т.б. заттар жатады. Атап өтетіні, құрамында бұл  қоспалары – метилэтилкетон, метилпропионат, пропилформиат, изобутилформиат және т.б. бар азеотропты қопалардың қайнау температурасы таза метанолдікіне (-62-64,6⁰C) жақын болады.

   Метанол әлсіз сілті және әлсіз қышқылдық қасиеттерін құрайды, бұл өз кезегінде құрамында алкильді және гидроксильді топшалардың болуымен түсіндіріледі.

Метанол оттегі және катализатор қатысында тотығып  формальдегид  түзеді:

СНзОН + 0,5СО₂ ——»- НСНО + Н₂О

   Бұл реакция негізінде өндірісте кең қолданылыс тапқан формальдегид алудың тәсілі б.с., ал оны өз кезегінде пластикалық массалар өндірісінде қолданады. Сілті әсерінен метанол құрамындағы гидроксиль топшасының сутегі атомы алкоголят түзіле орын басылады :

2СНзОН + 2Na ——> 2CH₃ONa + 2Н₂

Түзілген алкоголят  су қатысында тұрақсыз, себебі су оны  метанол мен сілтіге дейін  шаяды:

СН₃ОNa + Н₂О ——»- СНзОН + NaOH

Аммиакпен метанол  метиламин түзеді:

СНзОН + NH₃ ——> CH₃NH₂ + Н₂О

СНзОН + СНзNН₂ ——> (CH₃)₂NH₂ + Н₂О

CH₃OH + (СНз)₂NH₂ ——> (СН₃)₃NH₂ + Н₂О 

   Бұл реакциялар бу жүйесінде катализатор қатысында, 370-400⁰C және жоғары қысымда жүреді. Жоғары температура жағдайында катализатор бетінде дегидратациясының нәтижесінде диметил эфирі түзіледі:

2СН₃ОН ——> (СНз)₂О + Н₂О

   Метанол мен минералды қышқылдар реакциясы нәтижесінде күрделі эфирлер түзіледі. Бұл процесс – этерификация деп аталып, ол өндірістік практикада түрлі метил эфирлер – метилхлоридтер, метилбромидтер, метилнитраттар, метилсульфаттар және т.б. алуда қолданыс тапты:

СНзОН + H₂SO₄ ——>- СНзSОзОН + Н₂О

Органикалық қышқылдар  метанолмен күрделі эфирлер түзеді:

СНзОН + СНзСООН  ——> СНзСООСНз + Н₂О

Сонымен қатар  метанолды отын ретінде пайдаланылады. Іштен жану қозғалтқыштары үшін метанол  отын проблемасының шешімі болып үш мақсатта қарастырылады:

1)метанол-бензинді ауыстыру арқылы (заменитель бензина);

2)метанол-бензинге қоспа ретінде;

3)метанол-жоғары  тиімді трет-бутилметильді және  трет-пентилметильді антидетонаторлар  өндірісінің шикізаты;

   Метанолды газ өндірісінде гидраттар түзілуге қарсы қолданылады (оның қату температурасының төмендігіне және жақсы еріткіштігіне байланысты).

Газ өндірісінде  гидраттар скважина стволдарында, өндірістік коммуникацияларда және газ құбырларының магистральдерінде түзілуі мүмкін.Құбырлардың қабырғаларында түзіліп, жиналуының нәтижесінде оның күрт өткізгіштігін төмендетеді.Сондықтан, онымен күресу үшін, өндірістік скважиналарға және құбырларға түрлі гликоль ингибиторларын қосады (метил спирті,глюкольдер).

  Органикалық синтезде формальдегид және формалин, сірке қышқылы өндірісінде, сондай-ақ, бірқатар эфирлер өндірісінде (мысалы, МТБЭ және ДМЭ),изопрен жіне т.б. қолданылады.

Метил-трет-бутил  эфирі метанолдың изобутиленмен қышқыл катализаторлары қатысында түзіледі (мысалы, ионалмасу шайырлары).

   Метил-трет-бутил эфирі (С₅H₁₂O) бензиндердің октан санын арттыратын қоспа ретінде мотор отындарына қолданылады.МТБЭ-ң максималды Европа одағының елдеріндегі заң жүзінде рұқсат етілген  мөлшері – 15%, Польшада – 5%.Ресейде орташа бензин құрамындағы МТБЭ-ң мөлшері-12%, бұл АИ 92 маркасы үшін және  АИ 95, АИ 98 үшін 15%-ке дейін жетеді.

  Жылу алу тұрғысынан қарайтын болсақ, жоғарыда аталған биожүйенің күннің энергиясын түрлендірудің басқа тәсілдеріне қарағанда үлкен экономикалық артықшылықтары бар. 

   Метанолдың ауамен қоспасындағы жалынның таралу жылдамдығының жоғары қарқындылығына байланысты және булану жылуының жоғарылығына байланысты оны жарыс мотоциклдері мен автомобильдеріне құяды. Метанол ауада жанады және оның тотығуы нәтижесінде көміртегінің диоксиді және су түзіледі:

 

   Биодизель алу үшін өсімдік майы метанолмен 60⁰C температурада және қалыпты қысымда қайта этерификацияланады, және шамамен: 1т майға+200кг метанол+калий гидрооксиді немесе натрий гидрооксиді түзіледі.

   Көптеген елдерде метанолды парфюмерия өндірісінде денатурлеуші қоспа ретінде қолданылады.Бірақ, мысалы ретінде метанолды тұтынушы өнім ретінде қолдану рұқсат етілмейді.

Метанол- бензинді ауыстыратын отын ретінде. Метанол көптеген қасиеттері бойынша жоғары сапалы көмірсутектік отындардан аса түседі, бірақ, оның да өз кемшіліктері белгілі : жоғары гидрофильділігі, улылығы, көптеген металдар мен пластиктерге агрессивтілігі. Сондықтан метанолды іштен жану двигательдеріне отын есебінде қолдану двигательдің құрылысының күрделі өзгертулеріне әкеледі. Сондада, бірқатар елдерде автомобильдерді таза метанолмен пайдалану ( таза метанол отыны М-100) тексерілген. Германия және АҚШ елдерінің зерттеулерінің нәтижелері метанолмен жүретін двигательдердің П.Ә.К.-і 20%-ға қарапайымдылардан жоғары екенін анықтады.

Метанол-бензин отынына қоспа ретінде. Метанолды бензинге аз мөлшерде қосудың өзінде (2-7%) двигательге реконструкцияны қажет етпейді, себебі, метанолға әлсіз б.т.     пластмассалық (бензо-құбыр жүйесі, прокладкілер)  еш өзгеріске ұшырамайды. Ал метанол мөлшерін көбейткен жағдайда (15%-ке дейін_ М-15 отыны), бұл қоспа түрлі металдың құймаларына әсер ете бастайды. Метанолды қосу атмосфера шығарылатын зиянды заттар мөлшерін азайтады, ал қоспаның құрамында метанолдың мөлшерінің өсуімен октан санының өсіп, жалпы двигательдің П.Ә.К.-ін көбейтеді. Метанолды тікелей мотор отыны не оның қоспасы ретінде қолданылуынан бөлек, метанол жоғары сапалы антидетанаторлар б.т.-трет-бутилметильді, трет-пентилметильді эфирлер өндірісінің шикізаты ретінде үлкен қызығушылыққа ие. Бензинге 5-15% мөлшерде бұл эфирлерді қосқанда безинге ТЭҚ (ТЭС –тетра этил свинец), ароматты көмірсутектер және алкилаттар қосудан бас тартуға болады.

   Отындық элементтерінің жұмысы көміртегінің диоксидінде, катализатор қатысында метанолдың тотығуына негізделген.Су катодта бөлінеді.(Н⁺) Протондары протоналмасу мембранасы арқылы өтіп, оттегімен әрекеттесіп су түзеді. Электрондар сыртқы тізбегі арқылы анодтан катодқа қарай сыртқы жүктемесін энергиямен қамтамасыз етіп өтеді.