Skudrskābe (metānskābe) — definīcija, īpašības, dabiskie avoti un izmantošana

Skudrskābe jeb metānskābe ir vienkāršākā karboksilskābe, un tās ķīmiskā formula ir HCO
₂H. To bieži raksturo arī kā HCOOH (strukturāli H–COOH), molekulmasa ≈ 46,03 g·mol−1. Skudrskābe parasti ir bezkrāsains šķidrums ar raksturīgu, spēcīgu aromātu; tā ir labi šķīst ūdenī un daudzos polāros šķīdinātājos. Komerciāli pieejamas šķīduma koncentrācijas parasti svārstās no 85 % (ūdenī) līdz šķidras dienvidus koncentrācijām, kas prasa īpašu rīkošanos.

Daudzi dzīvnieki izmanto aizsardzībai iegūto skudrskābi vai tās atvasinājumus. Vārds "skudrskābe" cēlies no latīņu valodas vārda "formica", kas apzīmē skudru; agrīnie ķīmiķi un dabaszinātnieki ieguva šo savienojumu, destilējot skudru ķermeņus. Triviālais nosaukums dažās valodās nozīmē "skudru skābe" — piemēram, holandiešu mierenzuur, dāņu myresyre, Fēru salu meyrusýra, franču acide formique un vācu Ameisensäure. Esterus, sāļus un anjonus, kas iegūti no skudrskābes, sauc par formātiem (formiātiem).

15. gadsimtā daudzi alķīmiķi ziņoja, ka skudras aizsardzībai izmanto skābo šķidrumu. Angļu dabaszinātnieks Džons Rejs 1671. gadā pirmais ieguva skudrskābi, destilējot skudras.

Dabā tas sastopams lielākajā daļā skudru. Formica ģints meža skudras var izsmidzināt skudrskābi uz upuriem vai lai aizstāvētu ligzdu. Tā ir zināma arī no dzeloņdrāšu (Urtica dioica) trihomiem. Skudrskābe ir dabā sastopama atmosfēras sastāvdaļa, ko galvenokārt rada mežu emisijas.

Īpašības un uzvedība

Fizikālās īpašības: bezkrāsains šķidrums, stipra smaka, blīvums ~1,22 g·cm−3 (koncentrētai skudrskābei), kušanas temperatūra 8,4 °C, viršanas temperatūra ap 100–101 °C (atkarīgs no spiediena un tīrības).
Ķīmiskās īpašības: vāja organiskā skābe ar pKa ≈ 3,75 (25 °C). Rada formiāta anjonu (HCOO−) un veido esterus un sāļus. Rāda reducējošas īpašības pie noteiktiem apstākļiem; termiski var dekomponēties uz CO + H2 (dehidrēšanās) vai CO2 + H2 (dehidrogenēšanās) atkarībā no katalizatora.
Reaktivitāte: reaģē ar alkoholiem, veidojot formiātesterus; reducē dažas oksidētās funkcijas; reaģē ar bāzēm, veidojot formiātu sāļus.

Dabiskie avoti un loma vidē

Skudrskābe rodas dabā dažādos veidos:

Izdalījumi no skudrām un citiem kukaiņiem kā ķīmiska aizsardzības vai komunikācijas viela.
Vielmaiņas produkti augu audos (piem., Urtica dioica trihomi) un mikroorganismos.
Atmosfērā skudrskābe veidojas no biogēno, organisko vielu oksidācijas un tiek emisēta no mežu un augu avotiem; tā piedalās gaisa ķīmijā un var nokļūt lietū.

Ražošana un tehnoloģija

Industriālā ražošana visbiežāk notiek, veidojot metilformiātu no metanola un oglekļa monoksīda (metanolkarbonilēšanās), pēc tam metilformiātu hidrolizējot uz skudrskābi. Ir arī citas metodes, piemēram, CO2 hidrogenēšana uz formiātu sāļiem un to tālāka apstrāde. Formiāta sāļi bieži tiek izmantoti kā starpprodukts uzglabāšanai vai transportēšanai.

Lietojums

Skudrskābei ir daudz pielietojumu rūpniecībā, lauksaimniecībā un laboratorijās:

Tekstila un ādas rūpniecība: izmanto cietināšanā, krāsošanā un ādas apstrādē.
Krāsas un gumijas rūpniecība: koagulanti un katalizatori dažādos procesos.
Lauksaimniecība: lieto kā silāžas konservantu un kā pretdabisku līdzekli; biškopībā – kā līdzeklis pret Varroaērču invāziju.
Laboratorijas un ķīmijas rūpniecība: reagents organiskajā sintēzē, reducētājs, protondonors un izejmateriāls formiātu, esteru un citu savienojumu ražošanā.
Energijas uzglabāšana: pētījumi izmanto skudrskābi kā potenciālu šķidro ūdeņraža nesēju, jo tā dehidrogenēšanās var atbrīvot H2.

Drošība un vide

Skudrskābe ir korozīva: koncentrēti šķīdumi var izraisīt ķīmiskus apdegumus ādai un bojāt acis. Inhalācija var kairināt elpceļus.
Rīšana var izraisīt nopietnus orgānu bojājumus. Darbā jālieto atbilstoša individuālā aizsardzība (cimdi, acu aizsardzība, ventilācija).
Notecinot lielos daudzumos, var bojāt vidi un zivju populācijas; jāievēro atbilstošas izmešu un atkritumu apsaimniekošanas prasības.

Kā reaģē un tiek apstrādāta

Formiātu sāļi un esteri ir plaši izmantoti. Skudrskābe viegli reaģē ar bāzēm (veidojot formiātus), ar alkoholiem (formiātu esteri) un var dehidrogenēt vai dehidrēt, atkarībā no katalizatora, dodot attiecīgi H2 + CO2 vai H2 + CO. Šīs reakcijas ir interesantas gan fundamentālajai ķīmijai, gan potenciālai enerģijas uzglabāšanai.

Skudrskābe ir vērtīga un daudzpusīga ķīmiskā viela ar plašu lietojumu spektru. Tomēr tās korozīvā daba un toksicitāte pie augstām koncentrācijām prasa rūpīgu un atbildīgu rīcību gan rūpnieciskajā, gan mājas apstākļos.

Skudrskābe ir nosaukta skudru, kas to izmanto uzbrukumam un aizsardzībai, vārdā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir skudrskābe?

A: Skudrskābe ir visvienkāršākā karboksilskābe ar ķīmisko formulu HCO2H. Daudzi dzīvnieki to parasti izmanto aizsardzībai.

J: No kurienes cēlies nosaukums "skudrskābe"?

A: Nosaukums "skudrskābe" cēlies no latīņu valodas vārda "formica", kas nozīmē skudru, jo skābe pirmo reizi tika izdalīta, destilējot skudru ķermeņus.

J: Kā sauc no skudrskābes iegūtos esterus, sāļus un anjonus?

A: No skudrskābes iegūtos esterus, sāļus un anjonus sauc par formātiem.

J: Kurš bija pirmais cilvēks, kas ieguva skudrskābi?

A: Angļu dabaszinātnieks Džons Rejs 1671. gadā pirmais ieguva skudrskābi, destilējot skudras.

J: Kādos dzīvniekos dabā bieži sastopama skudrskābe?

A: Skudrskābe ir sastopama lielākajā daļā skudru, un Formica ģints meža skudras to var izsmidzināt uz upuri vai ligzdas aizsardzībai. Tā ir atrodama arī dzeloņdrāšu (Urtica dioica) trihomos.

J: Kā skudrskābe ir dabā sastopama atmosfēras sastāvdaļa?

A: Skudrskābe ir dabiska atmosfēras sastāvdaļa, ko galvenokārt rada mežu emisijas.

J: Kāds ir triviālais nosaukums skudrskābei dažās valodās un ko tas nozīmē?

A: Triviālais nosaukums skudrskābei dažās valodās nozīmē "pretskābe", piemēram, holandiešu mierenzuur, dāņu myresyre, fēru salu meyrusýra, franču acide formique un vācu Ameisensäure.