Формальдегид: свойства, применение и опасность¶

Формальдегид (муравьиный альдегид, метаналь) — органическое соединение класса алифатических альдегидов с химической формулой CH₂O. Представляет собой бесцветный газ с резким удушливым запахом, хорошо растворимый в воде, спиртах и полярных растворителях. В промышленности и быту наиболее известен в виде водного раствора — формалина, а также в составе различных полимеров и смол. Формальдегид является одним из самых массовых продуктов органического синтеза в мире и одновременно токсичным веществом, обладающим канцерогенными свойствами.

¶Физические и химические свойства

При нормальных условиях формальдегид — газ с температурой кипения −19 °C и температурой плавления −92 °C. Его плотность немного больше плотности воздуха (1,067). Молекула формальдегида имеет плоское строение с sp²-гибридизацией атома углерода.

Формальдегид чрезвычайно реакционноспособен. Он легко вступает в реакции полимеризации, конденсации, окисления и присоединения. В водных растворах формальдегид существует преимущественно в гидратированной форме — метиленгликоле (CH₂(OH)₂), а также образует короткие цепи полиоксиметиленов. При хранении водных растворов возможно выпадение белого осадка параформальдегида, особенно при низких температурах.

Важнейшая промышленная реакция — взаимодействие формальдегида с фенолом, мочевиной и меламином с образованием соответствующих термореактивных смол. С аммиаком формальдегид образует уротропин (гексаметилентетрамин), который используется как лекарственное средство и компонент сухого топлива.

¶История открытия и изучения

Формальдегид был впервые получен в 1859 году русским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым при пропускании метанола через нагретую платиновую спираль. Однако систематическое изучение соединения началось после работ немецкого химика Августа Вильгельма фон Гофмана, который в 1867 году выделил формальдегид в чистом виде и определил его состав. В 1888 году немецкий химик Бернхард Толленс разработал метод получения формальдегида каталитическим окислением метанола на медном или серебряном катализаторе, который лёг в основу промышленного производства. Массовое производство формальдегида развернулось в начале XX века с развитием производства фенолформальдегидных смол.

¶Промышленное производство

Основной промышленный способ получения формальдегида — каталитическое окисление метанола кислородом воздуха. Процесс проводят при температуре 250–650 °C на серебряном или железомолибденовом катализаторе. Выход целевого продукта достигает 90–98 %. Реакция идёт по двум параллельным маршрутам: дегидрирование метанола и его окисление.

Мировое производство формальдегида составляет десятки миллионов тонн в год, причём значительная часть производится на крупных нефтехимических комплексах. Основные страны-производители — Китай, США, Германия, Россия, Япония.

¶Применение

Формальдегид используется в огромном спектре отраслей промышленности. Около половины производимого формальдегида расходуется на производство мочевино-формальдегидных смол, применяемых для изготовления древесно-стружечных плит (ДСП), фанеры, МДФ и в качестве связующих в производстве мебели. Фенолформальдегидные смолы используются в производстве пластмасс, лаков, клеёв, абразивных материалов и литейных форм.

Значительные объёмы формальдегида идут на производство полиоксиметилена (полиацеталя, POM) — конструкционного термопласта с высокой прочностью и износостойкостью, применяемого в машиностроении, автомобильной промышленности и производстве точных механизмов.

В сельском хозяйстве формальдегид применяется для протравливания семян, дезинфекции теплиц и зернохранилищ. В медицине формалин используется как антисептик и консервант для биологических тканей, а также входит в состав некоторых вакцин (после нейтрализации). Уротропин применяется как антибактериальное средство при инфекциях мочевыводящих путей.

Формальдегид — важный промежуточный продукт в синтезе многих органических веществ: пентаэритрита, триметилолпропана, дифенилолпропана (бисфенола А), изопрена, бутандиола и других соединений.

¶Токсикология и воздействие на здоровье

Формальдегид токсичен и опасен для здоровья человека. При вдыхании он вызывает раздражение слизистых оболочек глаз, носа и дыхательных путей, слезотечение, кашель, головную боль. Острые отравления возможны при концентрациях выше 20 мг/м³. Хроническое воздействие низких концентраций приводит к развитию астматических симптомов, дерматитов, поражению центральной нервной системы.

Международное агентство по изучению рака (МАИР) классифицирует формальдегид как канцероген группы 1 — «канцерогенен для человека». Доказана связь воздействия формальдегида с развитием лейкозов и рака носоглотки. ПДК формальдегида в воздухе рабочей зоны в России составляет 0,5 мг/м³, в атмосферном воздухе населённых мест — 0,035 мг/м³ (среднесуточная) и 0,05 мг/м³ (разовая). В питьевой воде предельно допустимая концентрация — 0,05 мг/л.

¶Экологические аспекты

Формальдегид поступает в окружающую среду с выбросами химических, деревообрабатывающих и мебельных производств, при сжигании топлива и древесины, от автотранспорта. Он является типичным загрязнителем городского воздуха. В атмосфере формальдегид сравнительно быстро разлагается под действием солнечного света, период полураспада составляет несколько часов.

В помещениях основным источником формальдегида служат мебель и стройматериалы на основе древесно-стружечных плит, выделяющие газ в течение нескольких лет после изготовления. Эмиссия формальдегида усиливается при повышении температуры и влажности воздуха. В связи с этим установлены санитарные нормы на содержание формальдегида в жилых помещениях, а для древесных плит введены классы эмиссии E1 и E2. Современные технологии производства позволяют снижать выделение формальдегида за счёт использования акцепторов и модифицированных смол.

¶Интересные факты

Формальдегид содержится в небольших количествах в естественных продуктах — фруктах, овощах, мясе и даже в организме человека как промежуточный продукт метаболизма. Он образуется в атмосфере при фотохимическом окислении метана и других углеводородов. В 2015 году формальдегид был обнаружен в кометном веществе, что свидетельствует о его присутствии в космическом пространстве. Раствор формальдегида используется для бальзамирования тел; именно формалин применялся для сохранения тела В. И. Ленина в Мавзолее на Красной площади в Москве.