Глицерин: физические свойства, структурная химическая формула, плотность, температура замерзания и кипения

Свойства вещества

Глицерин — это органическое соединение, получаемое из растительных и животных масел. В нем хорошо растворяются различные вещества. Продукт не относится к токсичным и ядовитым соединениям. На марки дистиллированных веществ распространяется ГОСТ 6824-96 .

Химическая формула глицерина — C3H8O3. В структурной формуле вещество состоит из цепочки из трех атомов углерода, каждый из которых связан с атомом водорода и гидроксильной группой. Глицериновые эфиры длинноцепочечных карбоновых кислот называются триглицеридами. Они являются важными производными в метаболизме живых организмов.

Основные физические свойства глицерина:

• плотность — 1,261 г / см3;
• молярная масса — 92,1 г / моль;
• температура кипения (испарения) — 290 ° C.

В чистом виде вещество не замерзает, поэтому температуру замерзания глицерина определяют исходя из его концентрации в растворах. Простейший представитель трехвалентных спиртов выглядит как прозрачная вязкая жидкость. Его можно смешивать с водой в разных пропорциях. Глицерин отличается сладким вкусом. В сочетании с пропиленгликолем жидкость становится более текучей. Сильно нагретое и воспаленное соединение горит синим пламенем.

Химические свойства вещества характерны для поливалентных спиртов. При взаимодействии с галогенидами водорода или галогенидами фосфора образуются моно- и диалогидрины. С азотной кислотой образуется нитроглицерин, который используется в производстве бездымных порохов.

Во время обезвоживания образуется токсичный акролеин, после чего он окисляется до глицеральдегида, дигидроксиацетон или глицериновой кислоты.

Неоднозначные перспективы

В целом потребление глицерина во всем мире сокращается из-за сужения его использования, например, путем замены кускового мыла жидким мылом. Кроме того, в связи с активным переходом Европы в соответствии с Парижским соглашением по климату на безуглеродные возобновляемые источники энергии и планами по переходу транспорта на электрические и водородные двигатели интерес к биодизелю ослабевает.Производство напрямую зависит от производства биоглицерина.

В то же время, по мнению экспертов, в ряде других секторов — пищевой и косметической — спрос на глицерин будет оставаться стабильным еще долгие годы.

В следующей статье мы подробно объясним, почему антифризы и охлаждающие жидкости на основе глицерина превосходят их аналоги на основе этиленгликоля! Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы ничего не пропустить!

Получение глицерина

Вещество было впервые получено в 1779 году при нагревании оливкового масла с оксидом свинца. Этот метод был разработан шведским исследователем Карлом Шееле. Химик смог показать, что сладкая основа входит во все жиры и масла.

До начала 19 века технический трехвалентный спирт производился именно по методу Шееле. Вскоре он стал широко использоваться в промышленной сфере, что привело к увеличению его производства. Француз Мишель Шеврёль изучил органическое соединение, разработанное шведским ученым, и дал ему название в 1811 году. Химик открыл первый промышленный метод получения вещества, на который он получил патент. При использовании его метода жирные вещества обрабатывают известью или щелочью, чтобы жирные кислоты получались при разложении. Эта схема до сих пор используется во многих странах.

В середине 19 века А. Тильгман открыл еще один промышленный метод создания трехвалентного спирта в биохимии. Вещество начали получать путем смешивания и прессования жиров и воды. В течение 12 часов жиры распадаются на жирные кислоты и глицерин при температуре 180-200 ° C. Когда глицериновая вода остывает, жирные кислоты всплывают на поверхность. Этот метод часто используется в современной промышленности.

Мыловары также могут производить глицерин. Вещество является побочным продуктом при производстве средств по уходу за кожей. Он образуется в результате реакции омыления тристеарата глицерина гидроксидом натрия.

Сферы использования

Не все люди знают, зачем и для чего нужен глицерин. Он используется в различных областях и в повседневной жизни благодаря своим химическим и физическим свойствам. Глицерин придает мягкость различным типам тканей, а также регулирует влажность табака. Его часто включают в моющие средства и препараты для обработки растений.

Области применения вещества:

1. Пищевая промышленность. Глицерин используется в качестве подсластителя в различных продуктах и ​​напитках, а также в качестве загустителя в ликерах. Это также отличный увлажняющий крем и растворитель. Органические соединения содержатся в низкокалорийных продуктах вместо жиров. В пищевой промышленности компонент обозначается E422. Он может заменить сахар и подавить рост бактерий.
2. Косметические средства. Девочек часто интересует, где взять глицерин растительного и животного происхождения. Компонент входит в качественные средства личной гигиены. Используется в увлажняющей косметике для ухода за лицом и телом, кремах для бритья и других продуктах. Вещество считается одним из основных компонентов глицеринового мыла, которое предназначено для сухой и чувствительной кожи. Применяется при раздражении, зуде кожи и шелушении.

Поскольку он не вступает в реакцию с маслами и обладает высокой устойчивостью к окислению, его можно использовать в качестве смазки для механических деталей, подверженных воздействию бензина. Органическое соединение используется в технической промышленности при обработке алюминия и производстве смол и пластмасс.

Используется в типографиях при нанесении красок, для создания кальки, салфеток и пергаментной бумаги.

Новое время требует новых решений

Похожая ситуация произошла и в другой области применения глицерина, как компонента охлаждающей жидкости. При разбавлении водой он может не замерзнуть до -40 ° C, но его использование в сложных механизмах вызывает ряд вопросов.

Антифриз на основе глицерина часто оставался слишком вязким и недостаточно текучим. Они пытались исправить это, разбавляя его этанолом и метанолом, но в конце концов, в 1930-х годах даже глицерин был заменен этиленгликолем, как более удобный и экономичный вариант.

Хотя продукты глицерин-метанол все еще присутствуют на рынке хладагентов, эксперты активно не рекомендуют их использовать. Главный аргумент — вязкость растворов с глицерином не может обеспечить необходимую циркуляцию в механизмах, что может привести к перегреву агрегатов. Этот вид антифриза подвержен коррозии при длительном использовании.

Во многих странах, в том числе в Европе, антифризы на основе глицерина запрещены законом. Но в Китае, учитывая его более низкую стоимость, этот вариант активно используется.

Глицерин гораздо более распространен в современной косметике и индустрии бытовой химии, где он используется в кремах, мыле и шампунях. Кроме того, вещество активно используется в пищевой промышленности как стабилизатор — пищевая добавка Е422, позволяющая увеличить срок хранения продукта. В небольших количествах это совершенно безвредная добавка для здоровья человека.

Гигроскопичность глицерина позволяет использовать его в производстве табака для регулирования влажности продуктов. В последнее время помимо бумажных сигарет все большую популярность приобретают электронные сигареты, в основе которых лежат растворы глицерина. Также к сферам его применения относятся текстильная, фармацевтическая, текстильная и кожевенная, бумажная и лакокрасочная промышленность.

Западная экспансия

Несмотря на значительный расход — более 100 тысяч тонн, глицерин в России производится в очень небольших количествах.

Объем производства снизился почти на 2% по сравнению с прошлым годом

Некоторое время наблюдается отрицательная динамика: с 2017 года в среднем объем производства снизился более чем на 17% и игроков на рынке становится все меньше и меньше. Сейчас основными производителями являются ОАО «Косметика Нефис», Косметическое объединение «Свобода» и «Глицериновый раствор».

Более 90% потребностей российского рынка покрывается за счет импорта. Одна из основных причин такой ситуации — недостаточно высокое качество отечественного продукта, чистота которого должна стремиться к 100%, а в России часто не превышает 98%.

отечественным производителям сложно конкурировать с точки зрения экономической эффективности с западными поставщиками, для которых сырой глицерин является побочным продуктом производства биодизеля, топлива на основе растительных компонентов.

Осталось только отогнать глицерин до необходимой чистоты с содержанием основного вещества не менее 99,5%. Основными импортерами глицерина в страну являются Германия, Бразилия, Германия и Украина.

Азия остается крупнейшим производителем глицерина на основе жирных кислот, на долю которого приходится около 80% его производства. Однако в последние годы продукт, изготовленный традиционным способом, вместе с синтетическим глицерином занимал менее 10% мирового объема производства.

Физические и теплофизическине свойства водных растворов глицерина

Плотность водного раствора глицерина в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Плотность смеси глицерина и воды указана в таблице для концентрации глицерина от 10% до 70% по весу в диапазоне температур от нуля до ста градусов Цельсия.

Динамическая вязкость водного раствора глицерина в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Вязкость водного раствора глицерина указана в таблице в диапазоне температур смеси от нуля до ста градусов Цельсия, а концентрация глицерина от 10% до 70%. Интересно отметить, что добавление всего 10% (по весу) глицерина в воду позволяет увеличить динамическую вязкость раствора на 30%.

Теплопроводность смеси глицерина с водой в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

Значения теплопроводности водного раствора глицерина приведены в таблице для диапазона температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10% до 70%. С увеличением концентрации глицерина теплопроводность водного раствора снижается. При содержании глицерина 50% теплопроводность смеси примерно на 29% ниже, чем у чистой воды.

Теплоемкость водного раствора глицерина в зависимости от температуры и концентрации. Таблица.

В таблице приведены расчетные значения теплоемкости водного раствора глицерина для температур от 20 до 80 градусов Цельсия и концентрации глицерина от 10 до 70%. С увеличением концентрации глицерина теплопроводность раствора снижается. При нормальных условиях и при содержании глицерина 10% теплоемкость смеси примерно в 2 раза ниже теплоемкости чистой воды.

Концентрация глицерина по массе и по объёму в водном растворе

В следующей таблице показано соотношение между концентрацией глицерина в водном растворе по весу и по объему.

Температура кипения смеси глицерина с водой (при нормальном атмосферном давлении)

• Вода (без глицерина): 100 ° C
• Вода (90%) + глицерин (10%): 100,7 ° C
• Вода (70%) + глицерин (30%): 102,9 ° C
• Вода (50%) + глицерин (50%): 106,7 ° C
• Глицерин (80%) + вода (20%): 121,5 ° C
• Глицерин (90%) + вода (10%): 139,8 ° C
• Глицерин (95%) + вода (5%): 168 ° C

История глицерина

Глицерин был открыт случайно шведским ученым К. Шееле. Он изучил сходство мыла и сушильного участка под названием Emplastrum simplex. Кондиционер изготовлен из свинцовых солей жирных кислот и мыла из натриевых солей органических кислот. Во время своих экспериментов по взаимодействию оливкового масла с оксидом свинца он обнаружил водорастворимое вещество со сладким вкусом. Это было первое зарегистрированное химическое высвобождение глицерина и первоначально называлось «принцип сладкого жира». Шееле проанализировал это вещество и обнаружил, что оно отличалось от других сахаров, известных в то время. Глицерин не кристаллизуется, не ферментируется и обладает большей термостабильностью, чем большинство других сахаров. Он также исследовал разницу между глицерином и тростниковым сахаром, особенно в пропорции содержащегося в нем кислорода (или флогистона, как его тогда называли). Шееле показал, что для окисления глицерина требуется больше азотной кислоты, чем коричневого сахара. Он также не выделяет щелочь при взаимодействии с этанолом. Хотя его нельзя было легко кристаллизовать, его можно было перегонять. Он также разлагается при более высоких температурах.

В 1836 году химическая формула глицерина была открыта французским ученым по имени Пелуз. Он предложил эмпирическую формулу C3H8O3. Пятьдесят лет спустя была принята структурная формула C3H5 (OH) 3, основанная на работе двух ученых по имени Бертело и Люсия.

Важность глицерина как коммерчески важного химического вещества связана с его использованием в производстве динамита. Альфред Нобель, который позже учредил лауреатов Нобелевской премии, открыл метод надежной стабилизации, транспортировки и обработки тринитрата глицерина, который является центральным взрывчатым веществом в динамите. Таким образом, глицерин был задействован в быстрой добыче полезных ископаемых, а также во многих крупных инфраструктурных проектах, которые требовали разрушения природных структур.

Область медицины

Глицерин считается безопасным для взрослых и не вызывает брожения в организме или роста вредных бактерий. Вещество хорошо всасывается в тонком кишечнике и не попадает в толстый кишечник. Он также не имеет канцерогенных свойств, которые повреждают ДНК и вызывают врожденные эффекты.

Компонент добавляют в сиропы от кашля и аптечные отхаркивающие средства. Он может присутствовать в зубных пастах и ​​жидкостях для полоскания рта. В таблетках вещество используется как увлажнитель. Входит в состав слабительного. Глицерин принимают в качестве первой помощи при неотложном лечении глазного давления, он быстро его снижает.

Глицерин безопасен для здоровья человека. Иногда его применяют для приема внутрь при лечении различных заболеваний.

Полезные действия препарата:

• снижает вес;
• повышает выносливость во время упражнений и помогает телу удерживать влагу;
• избавляет от поноса и поноса;
• уменьшает отек головного мозга при нейрохирургических операциях;
• предотвращает обмороки при нарушении притока крови к мозгу.

Глицерин также можно применять внутривенно в неврологии. Применяется для понижения внутричерепного давления при инсульте, менингите, синдроме Рейна, энцефалите, менингите и повреждениях ЦНС. Спортсмены принимают лекарства, предотвращающие обезвоживание.

Структура глицерина

Глицерин представляет собой тригидроксисахарный спирт с тремя атомами углерода и тремя гидроксильными группами. Наличие многих гидроксильных групп и атомов углерода делает его органическим полиольным соединением, называемым 1,2,3-пропантриолом IUPAC.

Строение глицерина можно представить несколькими способами.

Самым простым является изображение выше, на котором показан скелет из трех атомов углерода, каждый из которых ковалентно связан с гидроксильной группой. В качестве альтернативы молекула может быть представлена ​​в виде проекции Фишера с центром на втором углероде, как показано на изображении ниже.

Кроме того, молекула может быть изображена с более точным представлением валентных углов без явного представления атомов водорода.

Вред для организма и меры безопасности

Если человек использует лекарства или косметические средства, содержащие глицерин, он должен сначала узнать об опасности этого вещества, а также в каких случаях его не следует использовать.

При применении средства в домашних условиях без наблюдения или назначения специалиста у человека могут возникнуть побочные эффекты или обезвоживание организма:

1. При приеме пероральных препаратов пациенты иногда испытывают головокружение, тошноту, рвоту, вздутие живота, головную боль, жажду или диарею.
2. Люди часто испытывают сухость во рту, частое мочеиспускание или диарею после внутривенного применения препарата. Такие симптомы могут привести к обезвоживанию организма, поэтому лечение назначается с большой осторожностью.
3. Нет данных о влиянии глицерина на беременных и кормящих женщин при пероральном или внутривенном приеме. В этом случае от лечения стоит отказаться, чтобы избежать негативных последствий.
4. Поскольку растительное вещество обычно получают из кокосового или пальмового масла, в отдельных случаях оно вызывает аллергическую реакцию.
5. Чистая гигроскопичная жидкость губительно действует и при попадании на язык вызывает ожоги.
6. Курильщики электронных сигарет часто страдают от сухости во рту и боли в горле. Эти устройства содержат глицерин, который при вдыхании «собирает» влагу, что пагубно сказывается на состоянии легких человека. Не рекомендуется испарять аптечный глицерин. Специалисты советуют использовать только пищевой вариант.

Препараты с органическими соединениями применять согласно инструкции на упаковке. Некоторые лекарства, содержащие это вещество, перед применением необходимо взболтать. Если глицерин используется для увлажнения и смягчения кожи или для лечения опрелостей, его необходимо наносить после каждого мытья рук.

Следует соблюдать осторожность, чтобы избежать контакта с глазами, ртом и носом. После лучевой терапии для лечения ожогов кожи желательно проконсультироваться с врачом по поводу приема вещества.

Глицерин незаменим в пищевой и промышленной отраслях. Он обладает множеством полезных свойств, которые особенно ценятся в медицине. При правильном употреблении продуктов с таким подсластителем удастся поправить здоровье, не нанося вреда организму.