Этиленгликоль

Этиленгликоль — это органическое соединение, двухатомный спирт (диол), относящийся к классу гликолей. Представляет собой бесцветную вязкую жидкость со сладковатым вкусом, без запаха. Химическая формула: C₂H₆O₂ или HO—CH₂—CH₂—OH. Этиленгликоль является простейшим представителем гликолей и широко используется в промышленности, главным образом как антифриз и теплоноситель, а также в производстве полиэфирных волокон, полимеров и взрывчатых веществ. Обладает высокой гигроскопичностью и токсичностью для человека и животных.

История

Впервые этиленгликоль был получен в 1859 году французским химиком Шарлем-Адольфом Вюрцем. Вюрц синтезировал соединение путём гидролиза 1,2-дибромэтана с использованием ацетата серебра. Промышленное производство началось в XX веке, когда был разработан эффективный метод гидратации этиленоксида. В 1917 году в США был запущен первый завод по производству этиленгликоля для нужд военной промышленности (в частности, для производства взрывчатых веществ). В 1920–1930-х годах этиленгликоль стал активно применяться в качестве антифриза в автомобильных радиаторах, что значительно расширило его рынок. В СССР производство этиленгликоля было освоено в 1930-х годах на базе нефтехимических заводов.

Физические и химические свойства

Физические свойства

• Молярная масса: 62,07 г/моль.
• Температура плавления: −12,9 °C.
• Температура кипения: 197,3 °C (при атмосферном давлении).
• Плотность: 1,1132 г/см³ (при 20 °C).
• Вязкость: 16,1 мПа·с (при 20 °C).
• Растворимость: неограниченно смешивается с водой, этанолом, ацетоном; плохо растворим в неполярных растворителях (бензол, эфир).
• Показатель преломления: 1,4318 (при 20 °C).
• Гигроскопичность: активно поглощает влагу из воздуха.

Химические свойства

Этиленгликоль проявляет свойства типичного двухатомного спирта. Вступает в реакции:

• Этерификация — с карбоновыми кислотами образует сложные эфиры (например, с фталевой кислотой — полиэфирные смолы).
• Окисление — при мягком окислении (например, под действием периодата натрия) превращается в формальдегид и муравьиную кислоту; при сильном окислении — до щавелевой кислоты.
• Дегидратация — при нагревании с серной кислотой образует диоксан или ацетальдегид.
• Взаимодействие с щелочными металлами — замещение водорода в гидроксильных группах с образованием гликолятов.
• Поликонденсация — с дикарбоновыми кислотами даёт полиэфиры (например, полиэтилентерефталат).

Способы получения

Промышленный синтез этиленгликоля осуществляется преимущественно гидратацией этиленоксида (оксида этилена) при повышенной температуре (150–200 °C) и давлении (1–2 МПа) в присутствии кислотного или основного катализатора (серная кислота, щёлочи). Реакция протекает по схеме: C₂H₄O + H₂O → HO—CH₂—CH₂—OH.

Выход этиленгликоля составляет около 90 %; побочными продуктами являются диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и высшие гликоли. В лабораторных условиях этиленгликоль можно получить гидролизом 1,2-дибромэтана или 1,2-дихлорэтана водным раствором щёлочи.

Применение

Антифризы и теплоносители

Основное применение этиленгликоля — производство автомобильных антифризов и охлаждающих жидкостей. Водные растворы этиленгликоля имеют температуру замерзания значительно ниже 0 °C (например, 60%-й раствор замерзает при −49 °C), что позволяет использовать их в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Также этиленгликоль применяется как теплоноситель в системах отопления и в промышленных холодильных установках.

Производство полимеров

Этиленгликоль является мономером для синтеза полиэтилентерефталата (ПЭТФ) — полимера, используемого для производства пластиковых бутылок, упаковки, полиэфирных волокон (лавсан, дакрон). Поликонденсация этиленгликоля с терефталевой кислотой или её диметиловым эфиром даёт полиэфирную смолу.

Химическая промышленность

• Сырьё для получения диэтиленгликоля, триэтиленгликоля и высших гликолей.
• Растворитель для красок, лаков, чернил и клеёв.
• Компонент тормозных жидкостей (гидравлических жидкостей) на основе гликолей.
• Основа для производства взрывчатых веществ (например, нитрогликоля — аналога нитроглицерина).
• В производстве антиобледенителей для самолётов и дорог.

Другие области

• В текстильной промышленности — как компонент для придания мягкости тканям.
• В косметике — как увлажнитель (в ограниченных концентрациях).
• В лабораторной практике — в качестве криопротектора при заморозке биологических образцов.

Токсичность и безопасность

Этиленгликоль является токсичным веществом. Относится к 3-му классу опасности (умеренно опасные вещества) по ГОСТ 12.1.007-76. При попадании внутрь организма (через рот) метаболизируется в печени до гликолевой, глиоксиловой и щавелевой кислот. Щавелевая кислота связывает ионы кальция, образуя нерастворимые кристаллы оксалата кальция, которые откладываются в почках, вызывая острую почечную недостаточность. Смертельная доза для человека составляет около 100 мл (для взрослого). Симптомы отравления: опьянение, тошнота, рвота, судороги, кома, нарушение дыхания. Первая помощь — промывание желудка, введение этанола (как конкурентного ингибитора метаболизма этиленгликоля) или 4-метилпиразола, гемодиализ. При работе с этиленгликолем необходимо использовать средства индивидуальной защиты (перчатки, очки, вентиляция). Проливы следует нейтрализовать большим количеством воды.

Экологические аспекты

Этиленгликоль обладает низкой летучестью, но при попадании в почву и воду способен накапливаться. В окружающей среде разлагается микроорганизмами в течение нескольких недель (аэробное и анаэробное разложение). Однако при массовых утечках (например, из антифриза) может вызывать гибель водных организмов из-за токсичности. В России предельно допустимая концентрация (ПДК) этиленгликоля в воде водоёмов хозяйственно-питьевого назначения составляет 0,25 мг/л, в воздухе рабочей зоны — 5 мг/м³.

Интересные факты

• Сладкий вкус этиленгликоля часто приводит к случайным отравлениям домашних животных и детей, поэтому в антифризы иногда добавляют горькие присадки (например, денатоний бензоат).
• В 1937 году в США произошла массовая гибель людей из-за использования этиленгликоля в качестве растворителя в лекарственном препарате «Эликсир сульфаниламида» — погибло более 100 человек, что привело к ужесточению контроля за лекарственными средствами.
• Этиленгликоль используется в качестве компонента жидкостей для электронных сигарет (вейпов) для создания пара, однако его применение ограничено из-за токсичности.
• В космической технике этиленгликоль применяется в системах терморегулирования космических аппаратов.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1.
• ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
• Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I–IV групп: справочник / под ред. В. А. Филова. — Л.: Химия, 1988.
• Кнунянц И. Л. и др. Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1967. — Т. 5.
• Патент США US 1,915,334 (1933) — способ получения этиленгликоля.
• Методические указания по определению этиленгликоля в воздухе (МУК 4.1.1047-01).