Sipelghape (metaanhape) — definitsioon, omadused ja esinemine looduses

Sipelghape ehk metaanhape on lihtsaim karboksüülhape ja selle keemiline valem on HCO
₂H. Paljud loomad kasutavad seda kaitseks. Sõna "sipelghape" tuleneb ladinakeelsest sõnast formica, mis viitab selle varasele eraldamisele sipelgate kehade destilleerimisel, ja triviaalne nimetus tähendab mõnes keeles "antishapet", näiteks hollandi mierenzuur, taani myresyre, fääri meyrusýra, prantsuse acide formique ja saksa Ameisensäure. Estreid, soolasid ja sipelghappest saadud anioone nimetatakse formiaatideks.

15. sajandil teatasid paljud alkeemikud, et sipelgad kasutavad kaitseks happelist vedelikku. Inglise loodusteadlane John Ray oli esimene, kes 1671. aastal sipelgate destilleerimise teel sipelgahapet sai.

Looduses leidub seda enamikul sipelgatest. Puusipelgad perekonnast Formica võivad oma saakloomadele või pesa kaitsmiseks sipelghapet pihustada. Seda tuntakse ka nõgese (Urtica dioica) trikoomidest. Sipelghape on atmosfääri looduslikult esinev komponent, mis tuleneb peamiselt metsade heitmetest .

Keemilised ja füüsikalised omadused

Metaanhappe puhas aine on värvitu vedelik terava, tugeva lõhnaga. Olulised füüsikalised ja keemilised näitajad:

• Molekulmass: umbes 46,03 g·mol⁻¹.
• Sulamispunkt: ~8,4 °C (puhta happe korral), keemistemperatuur: ~100,8 °C (1 atm).
• Tihedu s: umbes 1,22 g·cm⁻³ (20 °C).
• Veeslahustuvus: seguneb veega mis tahes suhtes (hüdrofiilne).
• Happelisus: pKa ≈ 3,75 — see on tugevam karboksüülhape kui äädikhape (pKa ≈ 4,76).
• Keemiline käitumine: on redutseeriv aine ja hea vesinikuallikas, osaleb formülatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonides ning moodustab tugevaid vesiniksidemeid (tendents dimeriseeruda).

Esinemine looduses ja bioloogiline roll

Sipelghape esineb laialdaselt looduses ja organismides:

• Paljud sipelgalised (eriti perekonnast Formica) hoiavad ja kasutavad sipelghapet kaitsereaktsioonina — pihustavad seda vastasele või kasutavad seda desinfektsioonina pesas.
• Keemiliselt sarnased ühendid leiduvad mõnedes taimedes (näiteks nõges) ning sipelghape on osa õhu orgaanilistest hapetest, mis tekivad puidu ja muu biomassi looduslikul lagunemisel või oksüdatsioonil.
• Mõned mikroorganismid sünteesivad või lagundavad sipelghapet osana ainevahetusest; inimeste ja loomade organismis esineb seda tavaliselt väikestes kogustes.

Tootmine ja kasutusalad

Tööstuslikult valmistatakse sipelghapet mitmete meetoditega, nt metanooli karbonüülimise ja seejärel tekkinud metüülfurmaadi hüdrolüüsi või naatriumformiaadi happega hüdrolüüsi teel. Formiaate (sipelghappe sooli) toodetakse samuti soolade neutraliseerimisel.

Peamised kasutusalad:

• keemiatööstuses lähteaine orgaanilistes sünteesides ja katalüütilistes protsessides;
• tekstiili- ja nahatööstuses (värvimine, parkimine);
• põllumajanduses silo- ja sööda säilitajana ning mesilaste varroa-vastases võitluses (kontrollitud kasutamisel);
• kummi- ja tööstusprotsessides nagu koagulandid; formiaadid leiavad kasutust ka jää- ja tolmuvabastamisel.
• labori- ja sünteetilistes protsessides vesinikallika või formüleeriva reagendina (nt formüleerimine).

Keemiline reaktsioonikäitumine

Sipelghape võib osaleda mitmetes tüüpilistes orgaanilistes ja anorgaanilistes reaktsioonides:

• neutraliseerub alustega andes formiaatsooli (formiaadid);
• reduktiivsete omaduste tõttu võib anda hüdrogeeniallikaid (transfer-hüdratsiooni korral), dehüdrogeenuda või dehüdraadituna lõhkeda sõltuvalt tingimustest;
• moodustab estereid (formiaadid) alkoholidega — need on tööstuslikult ja sünteetiliselt tähtsad ühendid;
• kuumutamisel ja katalüütilisel lagunemisel võivad tekkida CO2 + H2 (dehüdrogeenimine) või CO + H2O (dehüdratsioon), sõltuvalt tingimustest ja katalüsaatorist.

Ohutus ja keskkonnamõjud

Sipelghape on korrosiivne ja ärritav: kontsentreeritud lahused võivad kahjustada nahka, limaskesti ja silmi ning kuumutamisel või allaneelamisel tekib terviserisk. Töötamisel tuleb järgida isikukaitsevahendeid (kindaid, kaitseprille, sobiva ventilatsiooniga ruumi) ja ohutusjuhiseid.

Keskkonnas laguneb sipelghape suhteliselt kiiresti ja on biolagunev; atmosfääris moodustub seda ka looduslike protsesside teel. Suuremates kontsentratsioonides võib see siiski mõjutada kohalikke ökosüsteeme ja korrosiooniobjekte.

Formiaadid ja derivaadid

Estreid, nii orgaanilised kui ka inorgaanilised soolad (näiteks naatriumformiaat, kaaliumformiaat, kaltsiumformiaat) on laialt kasutusel. Formiaadid on sageli kasulikud tööstuslikud ained — näiteks formiaadid võivad toimida jää- ja tolmueemaldajatena ning osade tööstusprotsesside katalüütilistes tingimustes.

Kokkuvõte

Sipelghape (metaanhape) on lihtne, kuid mitmekülgne orgaaniline hape, millel on tähtis roll nii looduses (sipelgate kaitsemehhanismid, taimede ja metsa emissioonid) kui ka tööstuses (sünteetilised protsessid, töötlemine ja säilitamine). Kuigi see on mõnes olukorras kasulik ja laialt kasutatav, nõuab töötlemine ja käitlemine ettevaatust korrosiooniohu ja ärrituse tõttu.

Küsimused ja vastused

K: Mis on sipelghape?

K: Kust on tulnud nimetus "sipelghape"?

K: Kuidas nimetatakse sipelghappest saadud estreid, soolasid ja anioone?

K: Kes oli esimene inimene, kes sai sipelghapet?

K: Millistes loomades leidub looduses tavaliselt sipelghapet?

K: Kuidas on sipelghape looduslikult esinev atmosfääri koostisosa?

K: Mis on sipelghappe triviaalne nimetus mõnes keeles ja mida see tähendab?

Otsing