Формиат натрия

Формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты, химическая формула HCOONa) — это натриевая соль муравьиной кислоты, представляющая собой белое кристаллическое вещество. Относится к классу карбоксилатов — солей карбоновых кислот. Обладает гигроскопичностью, хорошо растворим в воде, ограниченно — в спиртах, нерастворим в эфирах и углеводородах. В промышленности используется как консервант, восстановитель, компонент буферных растворов и сырьё для органического синтеза.

Физические и химические свойства

Формиат натрия представляет собой бесцветные кристаллы или белый кристаллический порошок без запаха. Молярная масса — 68,01 г/моль. Температура плавления — 253 °C (с разложением). Плотность — 1,92 г/см³. Хорошо растворим в воде (97,2 г/100 мл при 20 °C), растворимость в этаноле — 4,4 г/100 мл, в метаноле — 8,3 г/100 мл. Водные растворы имеют слабощелочную реакцию (pH 1%-го раствора около 7,5–8,5).

При нагревании выше 260 °C разлагается с образованием оксалата натрия, водорода и карбоната натрия. В сильнокислой среде (при pH < 3) гидролизуется с выделением муравьиной кислоты. Обладает восстановительными свойствами: вступает в реакцию «серебряного зеркала» (восстанавливает ионы серебра из аммиачного раствора оксида серебра), окисляется до углекислого газа и воды под действием сильных окислителей (перманганата калия, дихромата калия).

История

Впервые формиат натрия был получен в 1850-х годах немецким химиком Юстусом фон Либихом при изучении производных муравьиной кислоты. Промышленный синтез был освоен в конце XIX века, когда разработали метод получения формиата натрия из оксида углерода(II) и гидроксида натрия. В СССР производство формиата натрия было налажено в 1930-х годах как побочный продукт при синтезе муравьиной кислоты и в процессе производства щавелевой кислоты.

Способы получения

Промышленные методы

Основной промышленный способ — взаимодействие оксида углерода(II) (угарного газа) с гидроксидом натрия под давлением (10–30 атм) при температуре 150–200 °C: CO + NaOH → HCOONa

Также формиат натрия получают как побочный продукт при производстве пентаэритрита (реакция формальдегида с ацетальдегидом в присутствии щёлочи) и при синтезе муравьиной кислоты из метанола и оксида углерода(II). В лабораторных условиях его синтезируют нейтрализацией муравьиной кислоты гидроксидом натрия или карбонатом натрия.

Лабораторные методы

В лабораторной практике формиат натрия получают:

• реакцией муравьиной кислоты с гидроксидом натрия: HCOOH + NaOH → HCOONa + H₂O
• восстановлением углекислого газа натриевой амальгамой в водной среде
• электролизом растворов муравьиной кислоты с натриевыми электродами

Применение

В промышленности

Формиат натрия широко используется в различных отраслях промышленности:

• В кожевенном производстве — как консервант для дубления кож, предотвращающий гниение и развитие микроорганизмов.
• В текстильной промышленности — при крашении и печати тканей как компонент буферных растворов для поддержания pH.
• В пищевой промышленности — как консервант (пищевая добавка E237), разрешённый в ряде стран для консервирования мясных и рыбных продуктов, а также как компонент уксусной эссенции. В России и странах ЕАЭС применение E237 ограничено: допускается только в некоторых продуктах (например, в икре) в концентрации не более 0,2%.
• В строительстве — как добавка в бетонные смеси для ускорения твердения и повышения морозостойкости (входит в состав противоморозных добавок).
• В химической промышленности — как сырьё для получения муравьиной кислоты, щавелевой кислоты, формиатов других металлов, а также как восстановитель в процессах получения металлов (например, никеля, кобальта) из руд.
• В производстве удобрений — как компонент жидких комплексных удобрений для сельского хозяйства.

В лабораторной практике

В химических лабораториях формиат натрия используется:

• как компонент буферных растворов (например, формиатный буфер для pH 3–4)
• как восстановитель в качественном анализе (реакция «серебряного зеркала»)
• в органическом синтезе для введения формильной группы
• в биохимии — как субстрат для ферментов (например, формиатдегидрогеназы)

В медицине и фармацевтике

Формиат натрия применяется в качестве вспомогательного вещества в некоторых лекарственных формах (например, в составе растворов для инфузий как регулятор pH). В ветеринарии используется как консервант для кормов и компонент антисептических средств.

Токсикология и безопасность

Формиат натрия относится к веществам III класса опасности (умеренно опасные вещества). При попадании в организм в больших дозах может вызывать раздражение слизистых оболочек, желудочно-кишечные расстройства. Длительное воздействие может приводить к нарушению обмена веществ (в частности, к метаболическому ацидозу). ПДК в воздухе рабочей зоны — 10 мг/м³. При работе с веществом рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты (респиратор, защитные очки, перчатки). В пищевых продуктах содержание формиата натрия строго регламентируется санитарными нормами.

Экологические аспекты

Формиат натрия является биоразлагаемым соединением: в окружающей среде под действием микроорганизмов (в первую очередь, формиатдегидрогеназ) окисляется до углекислого газа и воды. При попадании в водоёмы в концентрациях выше 1 г/л может оказывать токсическое действие на водные организмы. В почве быстро разлагается, не накапливается. Промышленные выбросы формиата натрия подлежат очистке на предприятиях.

Интересные факты

• Формиат натрия является одним из немногих органических соединений, которые могут образовываться в космосе: его следы обнаружены в молекулярных облаках и в составе комет (например, в комете 67P/Чурюмова — Герасименко).
• В 2018 году исследователи из Калифорнийского университета предложили использовать формиат натрия как компонент для создания «жидкого топлива» для хранения водорода: при нагревании с катализатором он выделяет водород, который может использоваться в топливных элементах.
• В XIX веке формиат натрия использовался как компонент «холодного огня» в театральных постановках — при смешивании с серной кислотой он выделял муравьиную кислоту, которая при горении давала слабое пламя без дыма.

Источники

• Химическая энциклопедия. Том 5. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.
• Кнунянц И. Л. (ред.) Краткая химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1967.
• ГОСТ 21183-78 «Формиат натрия технический. Технические условия».
• СанПиН 2.3.2.1293-03 «Гигиенические требования по применению пищевых добавок».
• Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley-VCH, 2012. — Vol. 15. — P. 123–130.
• Руководство по химической технологии. — М.: Химия, 2005. — С. 340–345.