Formaldehid

compost químic

El formaldehid o metanal és un compost orgànic del grup dels aldehids (el més simple de tots ells) de fórmula . És un gas d'olor fort i irritant, soluble en aigua i alcohol. Fou descobert l'any 1867 pel químic alemany August Wilhelm von Hofmann.

Infotaula de compost químicFormaldehid
Substància químicacompost orgànic, gas inflamable, carcinogen ocupacional, aldehid, compost químic i cancerigen Modifica el valor a Wikidata
Massa molecular30,011 Da Modifica el valor a Wikidata
Trobat en el tàxon
Roldesinfectant i fixative (en) Tradueix Modifica el valor a Wikidata
Estructura química
Fórmula químicaCH₂O Modifica el valor a Wikidata
Structural formula of formaldehyde.svg
SMILES canònic
Identificador InChIModel 3D Modifica el valor a Wikidata
Propietat
Densitat0,8153 g/cm³ (a −20 °C) Modifica el valor a Wikidata
Punt de fusió−92 °C Modifica el valor a Wikidata
Punt d'ebullició−21 °C (a 760 Torr) Modifica el valor a Wikidata
Entalpia estàndard de formació−115,9 kJ/mol Modifica el valor a Wikidata
Pressió de vapor1 atm (a 20 °C) Modifica el valor a Wikidata
Perill
Límit inferior d'explosivitat7 vol% Modifica el valor a Wikidata
Límit superior d'explosivitat73 vol% Modifica el valor a Wikidata
Límit d'exposició mitjana ponderada en el temps0,02 mg/m³ (10 h, cap valor)
0,92 mg/m³ (8 h, Estats Units d'Amèrica) Modifica el valor a Wikidata
Límit d'exposició a curt termini2,46 mg/m³ (Estats Units d'Amèrica) Modifica el valor a Wikidata
Límit d'exposició sostre0,123 mg/m³ (cap valor) Modifica el valor a Wikidata
IDLH24,6 mg/m³ Modifica el valor a Wikidata
NFPA 704.svg
4
3
0
COR
Modifica el valor a Wikidata

S'obté industrialment per l'oxidació parcial del metanol. El formaldehid també és produït en petites quantitats en oxidacions incompletes de compostos carbònics tant orgànics com inorgànics. Per exemple, és produït en incendis forestals o se'l pot trobar en el fum del tabac o en el gasos d'escapament dels automòbils. A l'atmosfera, el formaldehid és generat per l'acció dels rajos solars i l'oxigen sobre el metà i altres hidrocarburs. D'aquesta manera, és un component de la boira produïda per contaminació. També se'n troba, en petites quantitats, com a producte intermediari de reaccions metabòliques en éssers vius.

HistòriaModifica

El formaldehid fou sintetitzat per primera vegada el 1859, quan el químic rus Aleksandr Bútlerov (1828–1886) hidrolitzà l'acetat de metil i observà l'olor característica de la solució resultant. El 1867, el químic alemany August Wilhelm von Hoffmann (1818–1892) l'identificà de manera concloent, fent passant vapor de metanol i aire sobre una espiral de platí escalfada. Aquest mètode, però amb altres catalitzadors, encara constitueix el principal mètode de fabricació. La preparació del formaldehid pur fou descrita més tard pel químic alemany Friedrich August Kekulé (1829-1896) el 1882.[1] La reacció és:

 

La producció industrial de formaldehid fou possible el 1882, quan el químic alemany Bernhard Tollens (1841-1918) descobrí un mètode de regulació del vapor de metanol/aire que afecta el rendiment de la reacció. El 1886 el químic alemany Oscar Loew (1844-1941) reemplaçà el catalitzador espiral de platí mitjançant una gasa de coure més eficient. L'empresa alemanya Mercklin und Lösekann inicià la producció i comercialització de formaldehid a escala industrial el 1889. Una altra empresa alemanya, Hugo Blank, patentà un catalitzador d'argent el 1910.[1]

El desenvolupament industrial continuà a partir de 1900 fins al 1905, quan la mida de les plantes, els cabals, els rendiments i l'eficiència es varen incrementar. El 1905, BadischeAnilin & Soda-Fabrik començà a fabricar formaldehid per un procés continu que utilitza un catalitzador d'argent cristal·lí, produint 30 kg/dia en forma de dissolució aquosa del 30 %. El metanol necessari per a la producció de formaldehid s'obtenia inicialment de la indústria de la fusta carbonitzant la fusta. El desenvolupament de la síntesi d'alta pressió de metanol per Badische Anilin & Soda-Fabrik el 1925 possibilità la producció de formaldehid a una veritable escala industrial.[1]

Estat naturalModifica

 
Fum de cigarreta

El formaldehid es produeix a la natura a partir de matèria orgànica per processos fotoquímics a l'atmosfera. El formaldehid és un important producte en plantes i animals (incloent-hi humans), on es produeix en baixes, però mesurables, concentracions. També es forma formaldehid en les combustions incompletes de la matèria orgànica i, per tant, el formaldehid es troba en gasos de combustió de, per exemple, vehicles, plantes de calefacció, calderes de gas, i fins i tot en fum de cigarretes.[1]

PropietatsModifica

Estructura molecularModifica

La molècula de formaldehid té una geometria trigonal plana. El carboni empra orbitals híbrids sp2 per formar enllaços σ amb els dos hidrògens i amb l'oxigen. L'oxigen també empra el mateixos orbitals. Carboni i oxigen formen un segon enllaç, un enllaç π, en superposar-se els orbitals p no hibridats per damunt i davall del pla de la molècula. Els angles entre els enllaços σ són d'aproximadament 120°.[2]

Propietats físiquesModifica

El formaldehid és un gas a temperatura ambient, amb un punt d'ebullició de 19,5 °C i un punt de fusió de –92 °C. Tot i que el formaldehid és un gas a temperatura ambiental, és fàcilment soluble en aigua, la solubilitat a 20 °C és de 400 g/L.[3] Es ven normalment com una solució aquosa saturada, anomenada formol, amb concentració de formaldehid al voltant d'un 37 % en massa, amb 10 %–15 % de metanol com a estabilitzant. A l'aigua, el formaldehid es troba principalment hidratat (CH2(OH)2) o en forma de metanediol. Aquest polimeritza de manera reversible per produir el seu trímer cíclic, l'1,3,5-trioxà o el seu polímer lineal, el polioximetilè (també anomenat paraformaldehid). El formaldehid és oxidat per l'oxigen atmosfèric obtenint-se àcid fòrmic i, en una segona etapa, a diòxid de carboni (CO₂.)

ProduccióModifica

 
Formol

Industrialment, el formaldehid és sintetitzat per l'oxidació catalítica del metanol. Els catalitzadors més comuns poden ser o bé òxids de metalls (una barreja d'òxid de ferro amb molibdè i vanadi) o bé argent. El metanol i l'oxigen reaccionen a 250-400 °C, en presència d'òxid de ferro en combinació amb el molibdè i/o vanadi, per produir formaldehid d'acord amb la reacció següent:

 

La síntesi basada amb l'argent com a catalitzador, té lloc a temperatura més elevada (650 °C). En aquesta es produeixen dues reaccions alhora: La mostrada anteriorment i una reacció de deshidrogenació:

 

El formaldehid és ràpidament oxidat per l'oxigen atmosfèric a àcid fòrmic. Aquest és trobat a nivells de ppm en el formaldehid comercial.

Existeixen altres mètodes de producció de formaldehid de menys importància comercial com l'obtenció d'aquest a partir d'etanol.

AplicacionsModifica

 
Telèfon fabricat amb baquelita, la primera resina fenòlica

El formaldehid és un dels productes químics més versàtils i és emprat per la indústria química i altres indústries per produir un nombre pràcticament il·limitat de productes indispensables utilitzats en la vida quotidiana. La producció mundial el 2012 fou de 41 milions de tones de dissolució de formaldehid en aigua al 37 % en pes (formol), essent els principals productors: Xina (21 milions), EUA (5,9 milions), Rússia (2,7 milions) i Alemanya (2,1 milions).[4]

Producció de resinesModifica

 
Contraplacat recobert d'una capa de resina de melamina

Les majors quantitats de formaldehid s'utilitzen per a la producció de resines sintètiques amb urea (38 % de la producció mundial del 2015), melamina (21 %) i fenol (16 %)[4] i, en petita mesura, amb els seus derivats. La major part d'aquestes resines són utilitzades per a la producció d'adhesius i resines impregnants, que s'utilitzen per a la fabricació de taulers de partícules, fusta contraplacada i mobles. Aquests condensats també s'utilitzen per a la producció de materials d'emmotllament curables; com a matèries primeres per al recobriment superficial i com a fertilitzants de nitrogen d'alliberament controlat. S'utilitzen auxiliars en el tèxtil, cuir, cautxú i indústries cimenteres. Altres usos inclouen lligants per a sorra de fosa, llana de roca i estores de llana de vidre en materials aïllants, paper abrasiu. Una quantitat molt petita d'urea – els condensats de formaldehid s'utilitzen en la fabricació de resines escumades que tenen aplicacions en el sector miner i en l'aïllament d'edificis.[1]

Intermediari en síntesi orgànicaModifica

Al voltant del 25 % de la producció total de formaldehid s'utilitza com a intermediari per sintetitzar altres productes químics composts. En aquest sentit, el formaldehid és insubstituïble com a bloc de construcció d'un sol carboni en síntesi orgànica. És, per exemple, utilitzat per sintetitzar butan-1,4-diol (5 5 de la producció mundial de formaldehid el 2015),[4] 1,1,1-tris(hidroximethil)propà, i 2,2-dimetilpropan-1,3-diol, que s'empren en la fabricació de plàstics de poliuretà i polièster, recobriments de resina sintètica, olis lubricants sintètics i plastificants. Altres compostos produïts a partir de formaldehid inclouen 2,2-bis(hidroximetil)propan-1,3-diol (emprat principalment en matèries primeres per a recobriments superficials i en explosius) i hexametilenotetramina utilitzat com a agent d'enllaç creuat per a condensats de fenol–formaldehid i explosius).[1]

 
Síntesi del 2,2-dimetilpropan-1,3-diol
 
tris(carboximetil)amina

Els agents complexants tris(carboximetil)amina (NTA) i l'àcid etilendiaminotetraacètic (EDTA) es deriven del formaldehid i són components dels actuals detergents. La demanda de formaldehid per a la producció de diisocianat de metilendifenilè (MDI), emprat en l'obtenció de poliuretans, augmenta constantment (5 % de la producció total el 2015).[4] Aquest compost és un constituent de poliuretans utilitzats en la producció d'escumes suaus i rígides i, més recentment, com a adhesiu i per a la unió de taulers de partícules. Els anomenats plàstics poliacetals (polioximtilènids) produïts per polimerització del formaldehid s'incorpora cada vegada més als automòbils per reduir el seu pes i, per tant, el consum de combustible.[1] El 2015 s'emprà un 8 % de la producció mundial per aquest fi.[4] També s'utilitzen per a la fabricació de components funcionals importants d'equips d'electrònica d'àudio i vídeo. El formaldehid també és un bloc de construcció per a productes utilitzats per a la fabricació de tints, adob agents, precursors de dispersió i plàstics, agents d'extracció, agents de protecció de cultius, aliments, perfums, vitamines, saboritzants i drogues.[1]

Ús directeModifica

 
Secció de cervell humà conservat en formol

Una quantitat molt petita del formaldehid s'utilitza directament. La seva dissolució aquosa, el formol, s'utilitza principalment per a la conservació i desinfecció, per exemple, en medicina per a la desinfecció de sales d'hospitals, conservació d'organs i éssers vius complets, i com a desinfectant contra el peu d'atleta. Com agent antimicrobià té pocs efectes secundaris i un ampli espectre d'acció. Tots els agents alternatius tenen efectes secundaris desegradables o, fins i tot, perillosos. D'altra banda, la seva toxicitat no ha estat tan investigada com el del formaldehid, i el seu espectre de l'acció és limitat (és a dir, no proporcionen protecció desinfectant). Un altre avantatgede formaldehid és que no s'acumula en l'entorn ja que escompletament oxidat a diòxid de carboni dins un temps relativament curt. En la indústria cosmètica, el formaldehid s'utilitza com a conservant en centenars de productes (sabons, desodorants, xampús...). També s'utilitza el formol com a conservant per a l'adob de licors, dispersions, agents de protecció de cultius, i conservants de fusta. A més, es requereix formaldehid en la indústria del sucre per prevenir el creixement bacterià durant la recuperació de xarops.[1]

També s'empra com a inhibidor de la corrosió, en la indústria metàl·lica per aconseguir un acabat de mirall i electroplàstics, en l'elèctrodes de circuits impresos, i en la indústria fotogràfica per al desenvolupament de pel·lícules.[1]

ReferènciesModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Formaldehid
  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 Reuss, Günther; Disteldorf, Walter; Gamer, Armin Otto; Hilt, Albrecht. «[14356007.a11_619 Formaldehyde]». A: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (en anglès). Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2000-06-15, p. a11_619. DOI 10.1002/14356007.a11_619. ISBN 978-3-527-30673-2. 
  2. Gaffney, Jeffrey S. General chemistry for engineers. Amsterdam, Netherlands: Elsevier, 2018. ISBN 978-0-12-810444-6. 
  3. PubChem. «Formaldehyde» (en anglès). [Consulta: 29 abril 2021].
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 «Methanal (Formaldehyde)» (en anglès britànic). [Consulta: 29 abril 2021].