甲醛

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简介

甲醛是一种天然的化学分子，具有剧毒和致癌性。纯甲醛是一种气味强烈、无色的气体，会自发聚合成多聚甲醛，通常以水溶液的形式保存，称为福尔马林，也用于保存动物标本。甲醛的化学式为CH₂O。

甲醛的结构

纯甲醛为无色气体，具有强烈的气味。甲醛是最简单的醛，可以人工合成，也可以由人和动物以及植物自然产生。甲醛是生命所需众多有机分子的重要来源。由于其高化学活性、优异的热稳定性和易于聚合的特性，甲醛是合成各种化合物的重要成分。甲醛不会在环境中积累，因为阳光或土壤或水中的微生物会在几小时内将其分解。工业合成甲醛是通过催化氧化甲醇进行的。甲醛是更复杂物质和化学品的常见前体。

关于甲醛

所有人的细胞以及大多数其他物种的细胞都含有甲醛。众所周知，在DNA和蛋白质酶出现之前，RNA在生命进化中的繁殖和催化中都发挥了作用。现在让我们讨论甲醛的不同方面：

形式

由于甲醛可以采取多种不同的形式，因此它比许多其他简单的碳分子更复杂。这些物质通常是可互换和可相互转换的。甲醛的不同形式包括：

• 1,2,3-三噁烷形式 - 一种白色固体，化学式为(CH₂O)₃，1,2,3-三噁烷溶于有机溶剂而不降解。它是甲醛的分子三聚体。

1,2,3-三噁烷的结构

• 甲二醇形式 - 也称为CH₂(OH)₂。这种化合物也与不同短聚合物处于平衡状态，这取决于温度和浓度。“100%福尔马林”是饱和水溶液，体积浓度约为40%甲醛，或质量浓度为37%甲醛。

甲二醇的结构

• 化学甲醛 - 是一种无色气体，具有独特而强烈的不愉快气味。虽然它在冷凝成液体时会聚合，但在约150°C时是稳定的。

• 多聚甲醛 - 化学式为OH(CH₂O)_nH。这种白色固体大多不溶于溶剂。

多聚甲醛的结构

存在

甲醛是甲烷和其他碳分子燃烧的副产物，例如烹饪、森林火灾和汽车尾气产生的那些。大气中高达90%的甲醛是由高层大气中的活动产生的。苹果、胡萝卜和香蕉等水果和蔬菜自然含有少量甲醛。它不会在环境中、植物、动物或人体内自行产生。它是通过苏氨酸和丝氨酸氨基酸的代谢形成的，在人类和其他灵长类动物中的血液浓度约为0.1毫摩尔。

星际甲醛

L. Snyder等人于1969年首次在星际空间发现了甲醛。它是通过在4830 MHz处发现其1₁₁-1₁₀基态旋转跃迁来发现的。甲醛是第一个在星际介质中发现的多原子分子，此后在许多星系中都发现了它。在星际介质中，甲醛在气相化学中相对惰性。甲醛的产生是由于气相中CO冰的加氢反应。

合成

• 实验室合成

  在实验室中，通过将甲醇蒸汽和空气在300°C下通过铜、银或石棉催化剂来制备甲醛。

  $$\mathrm{2CH_3OH + O_2 → 2H_2CO + 2H_2O}$$

• 工业合成

  甲醛的工业生产涉及甲醇的催化氧化。最常用的催化剂是氧化铁(III)、铁钼和金属银。甲醇和氧气在250至400°C之间反应。银基催化过程的平均操作温度约为650°C。

  $$\mathrm{2CH_3OH + O_2 → 2H_2CO + 2H_2O}$$

  在工业中，脱氢反应是另一种合成方法。脱氢过程是在铁和铬氧化物存在下发生的，这是一个高度吸热反应。

  $$\mathrm{CH_3OH → H_2CO + H_2}$$

• 自然界中

  根据这个反应，氨基酸丝氨酸是天然甲醛的来源，该反应产生甘氨酸：

  $$\mathrm{OHCH_2CH(NH_2)CO_2H → H_2CO + CH_2(NH_2)CO_2H}$$

甲醛溶液的用途

溶于水时称为福尔马林。除了37%的甲醛外，它还含有甲醇以及痕量的甲酸、酮和醛。另一种常见的溶液是福尔摩尔，这是一种10%的甲醛水溶液。甲醛溶液的一些重要用途包括：

• 它常被用作太平间和医疗实验室的防腐剂以及商业消毒剂。

• 甲醛溶液已被用于固定细胞和组织切片。

• 甲醛被用作RNA甲醛琼脂糖凝胶电泳中的变性剂。

• 福尔马林常用于医疗实验室和防腐液中，作为杀菌剂或组织保护剂。实验室科学家、护士和医务人员在日常工作中经常接触甲醛。

• 可以通过添加甲醛来保存食物，但它也可以在烹饪和熏制过程中产生。

结论

各种化合物与气态甲醛发生显著反应。甲醛气体的液体溶液称为福尔马林。许多生物系统产生甲醛作为代谢副产物。工业合成甲醛是通过催化氧化甲醇进行的。少量的人体研究表明，接触甲醛与鼻咽癌和肺癌有关。环保署将甲醛列为潜在致癌物。

常见问题

1. 甲醛对我们身体有哪些危害？

甲醛会刺激眼睛、鼻子、皮肤和喉咙。高浓度的甲醛会导致多种类型的癌症。

2. 一定剂量的甲醛有多危险？

对人体健康立即造成危险的甲醛浓度为100 ppm。浓度超过50 ppm几分钟内即可导致严重的肺部反应。

3. 甲醛中毒有哪些症状？

一些相关的症状包括呼吸困难、睡眠障碍、疲劳、皮肤敏感等。

4. 如何去除家中的甲醛？

使用带过滤功能的空气净化器、开窗通风等是有效去除家中甲醛的一些方法。