Метанол¶

Метанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол) — это простейший одноатомный спирт, химическое соединение с формулой CH₃OH. Представляет собой бесцветную, легковоспламеняющуюся жидкость с характерным запахом, напоминающим запах этилового спирта (этанола). Метанол является сильным ядом, опасным для человека и животных, но при этом широко используется в промышленности как растворитель, топливо и сырьё для синтеза формальдегида и других органических веществ.

¶История

Метанол был впервые выделен в 1661 году английским химиком Робертом Бойлем при сухой перегонке древесины. Он назвал полученное вещество «древесным спиртом». Долгое время метанол получали исключительно пиролизом древесины, что делало его производство дорогим и малопроизводительным.

В 1834 году французские химики Жан-Батист Дюма и Эжен Пелиго определили точный элементный состав метанола. В 1857 году немецкий химик Адольф Вильгельм Герман Кольбе впервые синтезировал метанол из хлористого метила и щёлочи, доказав возможность его искусственного получения.

Промышленный прорыв произошёл в 1923 году, когда немецкая компания BASF (ныне — концерн, деятельность разрешена в РФ) разработала и внедрила каталитический процесс синтеза метанола из синтез-газа (смеси угарного газа CO и водорода H₂) под высоким давлением. Этот метод, усовершенствованный в 1960-х годах с использованием медно-цинковых катализаторов, позволил снизить температуру и давление процесса, сделав производство метанола крупнотоннажным и экономически эффективным.

¶Физические и химические свойства

¶Физические свойства

Метанол — это жидкость, бесцветная, с резким спиртовым запахом. Его основные физические константы:

Молекулярная масса: 32,04 г/моль.
Температура плавления: −97,6 °C.
Температура кипения: +64,7 °C.
Плотность (при 20 °C): 0,7918 г/см³.
Растворимость: неограниченно смешивается с водой, этанолом, эфиром, ацетоном и многими другими органическими растворителями. Хорошо растворяет многие неорганические соли (например, хлорид натрия) и газы (аммиак, диоксид углерода).
Температура вспышки: +12 °C (в закрытом тигле).
Температура самовоспламенения: 464 °C.
Пределы взрываемости в смеси с воздухом: от 6,0 до 36,5 % по объёму.

¶Химические свойства

Метанол — типичный первичный спирт. Он вступает в реакции, характерные для спиртов:

Окисление: при неполном окислении (например, на медном катализаторе) превращается в формальдегид (HCHO), а при полном — в углекислый газ и воду.
Этерификация: реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры (например, метилформиат, метилацетат).
Дегидратация: при нагревании с серной кислотой образует диметиловый эфир (CH₃OCH₃).
Взаимодействие с активными металлами: реагирует с натрием, калием, магнием, выделяя водород и образуя метилаты (например, метилат натрия CH₃ONa).
Реакция с галогеноводородами: при нагревании с HCl, HBr или HI (в присутствии катализатора) образует соответствующие галогенметаны (CH₃Cl, CH₃Br, CH₃I).

¶Способы получения

Современное промышленное производство метанола основано на каталитическом синтезе из синтез-газа. Процесс протекает по реакции: CO + 2H₂ → CH₃OH (ΔH = −90,7 кДж/моль).

Основные стадии производства:

Получение синтез-газа: природный газ (метан) или уголь подвергают паровой конверсии или газификации с получением смеси CO и H₂.
Очистка синтез-газа: удаление сернистых соединений, хлора и других каталитических ядов.
Синтез: реакция протекает в реакторах с медно-цинковым катализатором при температуре 200–300 °C и давлении 5–10 МПа.
Конденсация и ректификация: полученный метанол-сырец очищают от воды, примесей и побочных продуктов (диметиловый эфир, высшие спирты).

Существуют также более старые и менее распространённые методы:

Пиролиз древесины: устаревший, малопроизводительный способ, дающий метанол с большим количеством примесей.
Гидрирование оксида углерода(II): аналогичен промышленному, но может проводиться при атмосферном давлении в лабораторных условиях.

¶Применение

Метанол является одним из наиболее востребованных химических продуктов в мире. Его годовое мировое производство превышает 100 миллионов тонн. Основные области применения:

¶Химическая промышленность

Производство формальдегида: около 40 % всего метанола используется для синтеза формальдегида, который затем идёт на изготовление фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных и других смол, используемых в производстве пластмасс, клеёв, лаков.
Синтез уксусной кислоты: метанол реагирует с оксидом углерода(II) в процессе карбонилирования, давая уксусную кислоту.
Производство метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ): МТБЭ используется как высокооктановая добавка к бензину.
Получение других органических соединений: диметиловый эфир (топливо, хладагент), метиламины, метилметакрилат, хлорметан, этилен, пропилен (через процесс MTO — Methanol-to-Olefins).

¶Энергетика

Топливо: метанол используется как компонент моторных топлив (в смеси с бензином или в чистом виде) для двигателей внутреннего сгорания, а также в топливных элементах (прямое окисление метанола).
Теплоноситель: в некоторых системах отопления и охлаждения.

¶Другие области

Растворитель: для лаков, красок, клеёв, чистящих средств, в производстве печатных красок.
Антифриз: в составе незамерзающих жидкостей для автомобилей.
Сырьё для производства биодизеля: метанол используется в реакции переэтерификации растительных масел.
Лабораторная практика: как растворитель, реагент, денатуратор этанола.

¶Токсичность и безопасность

Метанол является сильнейшим ядом для человека и животных. Отравление может произойти при вдыхании паров, попадании на кожу или внутрь (перорально). Смертельная доза для человека составляет от 30 до 100 мл (в зависимости от индивидуальной чувствительности и своевременности оказания помощи).

¶Механизм токсического действия

Метанол метаболизируется в печени под действием фермента алкогольдегидрогеназы до формальдегида, а затем до муравьиной кислоты. Именно муравьиная кислота и её соли (формиаты) вызывают основные токсические эффекты:

Метаболический ацидоз: накопление муравьиной кислоты приводит к резкому снижению pH крови.
Поражение зрительного нерва: муравьиная кислота избирательно поражает сетчатку глаза и зрительный нерв, вызывая слепоту.
Поражение центральной нервной системы: головная боль, головокружение, тошнота, рвота, судороги, кома.
Поражение почек: острая почечная недостаточность.

¶Симптомы отравления

Симптомы могут проявиться через 12–24 часа после приёма. Ранние признаки: опьянение, головная боль, слабость, тошнота. Поздние: ухудшение зрения (туман перед глазами), боль в глазах, расширение зрачков, ацидоз, одышка, судороги, потеря сознания.

¶Первая помощь и лечение

При подозрении на отравление метанолом необходимо немедленно вызвать скорую помощь. В качестве антидота применяется этиловый спирт (этанол), который конкурентно связывается с алкогольдегидрогеназой, замедляя метаболизм метанола. Также используется фомепизол (4-метилпиразол) — ингибитор алкогольдегидрогеназы. В тяжёлых случаях проводится гемодиализ для удаления метанола и муравьиной кислоты из крови.

¶Меры безопасности

Работа с метанолом требует строгого соблюдения мер предосторожности: использование вытяжной вентиляции, средств индивидуальной защиты (респираторы, защитные очки, перчатки), герметизация оборудования. На производстве и в лабораториях метанол хранят в специальных ёмкостях, вдали от источников огня.

¶Интересные факты

Метанол часто используется как денатуратор для этилового спирта, чтобы сделать его непригодным для питья. В России и странах бывшего СССР метанол нередко подмешивают в суррогатный алкоголь, что приводит к массовым отравлениям.
В автоспорте (например, в гонках IndyCar) метанол используется как топливо из-за его высокой детонационной стойкости и меньшей пожароопасности по сравнению с бензином (горит с менее ярким пламенем).
Метанол является перспективным сырьём для производства водорода в топливных элементах, а также для синтеза углеводородов (процесс MTO).
В 2019 году в России был принят технический регламент, устанавливающий предельно допустимые концентрации метанола в воздухе рабочей зоны (5 мг/м³) и в атмосферном воздухе (0,5 мг/м³).

¶Источники

Химическая энциклопедия. Том 3. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992.
Караваев М. М., Леонов В. Е. Технология синтетического метанола. — М.: Химия, 1984.
Вредные вещества в промышленности. Том 1. — Л.: Химия, 1976.
Токсикология метанола: руководство для врачей / под ред. Ю. С. Гольдфарба. — М.: Медицина, 2005.
ГОСТ 2222-95. Метанол технический. Технические условия.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →