Acrylsäure

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Strukturformel
Struktur von Acrylsäure
Allgemeines
Name Acrylsäure
Andere Namen
  • Prop-2-ensäure
  • Propensäure
  • Ethylencarbonsäure
  • Vinylcarbonsäure
Summenformel C3H4O2
CAS-Nummer 79-10-7
PubChem 6581
Kurzbeschreibung

farblose Flüssigkeit mit stechendem, essigsäureähnlichem Geruch [1]

Eigenschaften
Molare Masse 72,06 g·mol−1
Aggregatzustand

flüssig

Dichte

1,05 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

13 °C [1]

Siedepunkt

141 °C[1]

Dampfdruck

4,3 hPa (20 °C)[1]

pKs-Wert

4,26[2]

Löslichkeit
Brechungsindex

1,4224 (20 °C)[4]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [5]
02 – Leicht-/Hochentzündlich 05 – Ätzend 07 – Achtung 09 – Umweltgefährlich

Gefahr

H- und P-Sätze H: 226​‐​332​‐​312​‐​302​‐​314​‐​400Vorlage:H-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze
P: 280​‐​273​‐​302+352​‐​301+330+331​‐​305+351+338​‐​309Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze​‐​310 [1]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [6] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [5]
Ätzend Umweltgefährlich
Ätzend Umwelt-
gefährlich
(C) (N)
R- und S-Sätze R: 10​‐​20/21/22​‐​35​‐​50
S: (1/2)​‐​26​‐​36/37/39​‐​45​‐​61
MAK

10 ml·m−3 bzw. 30 mg·m−3[1]

Toxikologische Daten

2590 mg·kg−1 (LD50Ratteoral)[3]

Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−383,8 kJ/mol[7]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Acrylsäure oder Propensäure gehört zu den ungesättigten Carbonsäuren. Sie ist eine farblose, mit Wasser mischbare bei Raumtemperatur flüssige chemische Verbindung mit stechendem, essigähnlichem Geruch. Acrylsäure wirkt stark korrodierend und ist entzündlich. Ihre Salze und Ester (Acrylsäureester) werden Acrylate genannt.

Darstellung[Bearbeiten]

Die großindustrielle Herstellung erfolgt durch eine zweistufige Oxidation von Propen mit Hilfe von Katalysatoren. In der ersten Stufe wird Propen mit Luft an Bismut-Molybdänoxid-Katalysatoren bei Temperaturen um 300 °C zu Propenal (Acrolein) umgesetzt. In der zweiten Stufe erfolgt die Oxidation von Propenal an Molybdän-Vanadiumoxid-Katalysatoren bei Temperaturen von 250 bis 300 °C zu Acrylsäure.

Die Darstellung kann auch über Carbonylierung nach Walter Reppe aus Acetylen, Kohlenmonoxid und Wasser erfolgen, die Methode hat aber in der heutigen Zeit keine großtechnische Anwendung:[8]

Acrylsäuresynthese


Die Thermolyse von Propiolacton[9] ist mit dem Aufkommen des Propenoxidationsprozesses ebenfalls obsolet geworden. Eine neuartige nachhaltige Propiolactonsynthese[10] aus Ethylenoxid und Kohlenmonoxid könnte bei Verfügbarkeit preisgünstigen CO aus CO2 die Thermolyse von Propiolacton wieder konkurrenzfähig machen. Das erforderliche CO könnte durch Biomassevergasung, durch trockene Reformierung von Methan (z. B. aus Biogas) mit CO2 gemäß:

Reforming of Methane

oder durch Reduktion von CO2 mit Wasserstoff aus alternativen Quellen in einer umgekehrten Wassergas-Shift-Reaktion erzeugt werden.[11]

Eigenschaften[Bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

Acrylsäure ist eine farblose Flüssigkeit, die unter Normaldruck bei 141 °C siedet. Die Verdampfungsenthalpie beträgt 53,1 kJ·mol−1.[12] Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 2,69607, B = 621,275 und C = −121,929 im Temperaturbereich von 293 K bis 343 K.[13] Die Substanz schmilzt bei 13 °C mit einer Schmelzenthalpie von 9,5 kJ·mol−1.[14] Die kritische Temperatur liegt bei 343 °C, der kritische Druck bei 52,43 bar.[15]

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten]

Acrylsäure neigt stark zur Polymerisation und wird mit kleinen Mengen Hydrochinonmonomethylether stabilisiert.

Acrylsäure erfordert weiters besondere Sorgfalt beim Transport im flüssigen Aggregatzustand mittels Pumpen, um eine Zerstörung von Anlagenteilen aufgrund spontaner Polymerisation zu verhindern.

Die Lagerung sollte unterhalb von 25 °C erfolgen. Dabei ist darauf zu achten, dass der Festpunkt nicht unterschritten wird. Bei der Kristallisation würde sich stabilisatorfreie Reinst-Acrylsäure als Feststoff abscheiden, die beim Auftauen, da unstabilisiert, explosionsartig polymerisieren kann. Die Polymerisationsenthalpie beträgt 75 kJ·mol−1 (18,5 kcal/mol).

Die Additionsreaktion mit Bromwasserstoff an Acrylsäure liefert 3-Brompropansäure.[16]

Herstellung von 3-Brompropansäure durch Addition von Bromwasserstoff an Acrylsäure

Sicherheitstechnische Kenngrößen[Bearbeiten]

Acrylsäure bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei 48–55 °C.[1] Der Explosionsbereich liegt zwischen 3,9 Vol% als untere Explosionsgrenze (UEG) und 19,8 Vol% als obere Explosionsgrenze (OEG).[1] Die Grenzspaltweite wurde mit 0,86 mm bestimmt.[1] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIB.[1] Die Zündtemperatur beträgt 395 °C.[1] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T2.

Verwendung[Bearbeiten]

Ihre Hauptverwendung ist die Polymerisation zu Superabsorbern (Anwendung z. B. in Windeln), Acrylsäureester (die wiederum zur Herstellung von Polyacrylaten verwendet werden) und als anionisches Comonomer bei der Herstellung von Polymerdispersionen.

Verfahrenstechnik[Bearbeiten]

Da Acrylsäure in der chemischen Industrie in großen Mengen verarbeitet wird, zugleich jedoch gesundheitsschädlich und umweltgefährdend ist, und zudem zur Bildung von Polymeren neigt, sind besondere anlagentechnische Maßnahmen erforderlich:

  1. Wellendichtungslose Pumpen (Magnetkupplungspumpen oder Spaltrohrpumpen) sind zum Schutz des Betriebspersonals erforderlich.
  2. Die Betriebsparameter müssen laufend überwacht werden, da Acrylsäure bei Überschreitung der Druck- oder Temperaturgrenzen spontan polymerisiert, sich also von einem flüssigen Medium in den plastischen Stoff Polyacrylsäure verwandelt.

Letzterer Vorgang zerstört nicht nur die Pumpe, sondern potentiell die gesamte Anlage.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f g h i j k l Eintrag zu CAS-Nr. 79-10-7 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 7. April 2010 (JavaScript erforderlich)
  2. Fieser und Fieser, Organische Chemie, 2. Auflage, Verlag Chemie 1982 ISBN 3-527-25075-1
  3. a b  Thieme Chemistry (Hrsg.): RÖMPP Online - Version 3.5. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2009.
  4. David R. Lide (Ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90th Edition (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Physical Constants of Organic Compounds, S. 3-8.
  5. a b Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 79-10-7 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich)
  6. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Gemischen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  7. David R. Lide (Ed.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90th Edition (Internet Version: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-23.
  8. Hans Beyer und Wolfgang Walter: Organische Chemie, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, 1984, S. 99, ISBN 3-7776-0406-2.
  9. H.-J. Arpe, Industrielle Organische Chemie, Wiley-VCH Verlag, 6. Aufl., S, 322 (2007), ISBN 978-3-527-31540-6
  10. M. Slowik, R. Valente, Catalytic conversion of waste monoxide to valuable chemicals & materials (PDF; 384 kB), Clean Technology, 2010, 283-286, ISBN 978-1-4398-3419-0
  11. F. Ausfelder, A. Bazzanella, DECHEMA Diskussionspapier Verwertung und Speicherung von CO2 (PDF; 1,1 MB), Oktober 2008
  12. Van-chin-syan, Yu.Ya.; Kochubei, V.V.; Sergeev, V.V.; Raevskii, Yu.A.; Gerasimchuk, S.I.; Kotovich, Kh.Z.: Thermodynamic properties of some acids and aldehydes of the acrylic series in Sov. J. Chem. Phys. (Engl. Transl.) 70 (1996) 1789-1794.
  13. Gubkov, A.N.; Fermor, N.A.; Smirnov, N.I.: Vapor Pressure of Mono-Poly Systems in Zh. Prikl. Khim. (Leningrad) 37 (1964) 2204-2210.
  14. Karabaev, M.K.; Abduzhaminov, T.P.; Kenisarin, M.M.; Saidov, A.A.: Thermodynamics of the crystal-liquid phase transition in acrylates and methacrylates in Izv. Akad. Nauk Uzb. SSR, Ser. Fiz.-Mat. Nauk, 1985, (5), 74-77.
  15. D'Souza, R.; Teja, A.S.: The prediction of the vapor pressures of carboxylic acids in Chem. Eng. Commun. 61 (1987) 13.
  16. E. Kowski: "Ueber gebromte Propionsäuren" in Justus Liebigs Annalen der Chemie 1905, 342(1), S. 124 - 138. doi:10.1002/jlac.19053420109

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Acrylsäure – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen