柠檬酸：从化学性质到工业应用的全面解析

柠檬酸：从化学性质到工业应用的全面解析

柠檬酸是一种广泛存在于柑橘类水果中的有机化合物，不仅在生物化学中扮演重要角色，还是食品、饮料、制药等行业中不可或缺的添加剂。本文将从化学性质、物理性质、结构、热化学性质、药理作用、危害以及其自然发生和工业生产等方面，全面介绍这种常见的有机酸。

柠檬酸

柠檬酸（Citric acid）是一种有机化合物，化学式为HOC(CO2H)(CH2CO2H)2。它是一种无色弱有机酸，天然存在于柑橘类水果中。在生物化学中，它是柠檬酸循环的中间体，柠檬酸循环发生在所有需氧生物的新陈代谢中。

每年生产超过 200 万吨柠檬酸。它被广泛用作酸化剂、调味剂和螯合剂。

柠檬酸盐是柠檬酸的衍生物；即盐类、酯类和溶液中的多原子阴离子。前者的例子，盐是柠檬酸三钠；酯是柠檬酸三乙酯。当部分盐时，柠檬酸盐阴离子的分子式写为 C6H5O3−7 or C3H5O( COO)3−3。

特性

化学性质

• 化学式：C6H8O7
• 摩尔质量：192.123 g/mol（无水），210.14 g/mol（一水合物）
• 外观：白色固体
• 气味：无味
• 密度：1.665 g/cm3（无水），1.542 g/cm3（18 °C，一水合物）
• 熔点：156 °C（313 °F；429 K)
• 沸点：310 °C (590 °F; 583 K) 从 175 °C 分解
• 溶解度：
• 在水中的溶解度：54% w/w (10 °C) 59.2% w/w (20 °C) 64.3% w/w (30 °C) 68.6% w/w (40 °C) 70.9% w/w (50 °C) 73.5% w/w (60 °C) 76.2% w/w (70 °C) 78.8% w/w (80 °C) 81.4% w/w (90 °C) 84% w/w (100 °C)
• 可溶于丙酮、酒精、乙醚、乙酸乙酯、DMSO
• 不溶于 C6H6, CHCl3, CS2,甲苯
• 在乙醇中的溶解度：62 g/100g (25 °C)
• 在乙酸戊酯中的溶解度：4.41 g/100g (25 °C)
• 在乙醚中的溶解度：1.05 g/100g (25 °C)
• 在1,4-二恶烷中的溶解度：35.9 g/100g (25 °C)
• log P：-1.64
• 酸度 (pKa)：pKa1 = 3.13, pKa2 = 4.76, pKa3 = 6.39, 6.40
• 折射率：1.493–1.509 (20 °C), 1.46 (150 °C)
• 粘度：6.5 cP (50% aq.溶胶）

结构

• 晶体结构：单斜晶系

热化学

• 热容 (C)：226.51 J/(mol·K) (26.85 °C)
• 标准摩尔熵 (S⦵298)：252.1 J/(mol·K)
• 标准生成焓 (ΔfH⦵298)：-1543.8 kJ/mol
• 燃烧热，更高 值 (HHV)：1985.3 kJ/mol（474.5 kcal/mol，2.47 kcal/g），1960.6 kJ/mol 1972.34 kJ/mol（471.4 kcal/mol，2.24 kcal/g）（一水合物）

药理

• ATC代码：A09AB04 (WHO)

危害

• 职业安全与健康（OHS/OSH）：主要危害皮肤和眼睛刺激物
• GHS标签：象形图
• 信号词：警告
• 危险说明：H290、H319、H315
• 预防说明：P305+P351+P338
• NFPA 704（火钻石）：210
• 闪点：155 °C（311 °F；428 K）
• 自燃温度：345 °C（653 °F；618 K）
• 爆炸极限：8%
• 致死剂量或浓度（LD， LC)：LD50（中值剂量）3000 mg/kg（大鼠，经口）

自然发生与工业生产

柠檬酸存在于多种水果和蔬菜中，最著名的是柑橘类水果。柠檬和酸橙的酸浓度特别高；它占这些水果干重的 8%（在果汁中约占 47 g/L）。柑橘类水果中柠檬酸的浓度范围从橙子和葡萄柚的 0.005 mol/L 到柠檬和酸橙的 0.30 mol/L；这些值因品种和果实生长环境而异。