Структура етану, властивості, використання та ризики

The етан являє собою простий вуглеводень формули C₂H₆ з природою безбарвного і без запаху газу, що має дуже цінне і різноманітне застосування в синтезі етилену. Крім того, це один з наземних газів, який також був виявлений в інших планетах і зоряних тілах навколо Сонячної системи. Його відкрив вчений Майкл Фарадей у ​​1834 році.

Серед великої кількості органічних сполук, утворених вуглецевими та водневими атомами (відомими як вуглеводні), є такі, які знаходяться в газоподібному стані при температурах і тиску навколишнього середовища, які використовуються в багатьох галузях промисловості..

Зазвичай вони походять з газоподібної суміші, яка називається «природний газ», продукт високої цінності для людства, а також метан, метан, етан, пропан і бутан, серед інших; класифікують відповідно до кількості атомів вуглецю в його ланцюзі.

Індекс

• 1 Хімічна структура 
  • 1.1 Синтез етану
• 2 Властивості
  • 2.1 Розчинність етану
  • 2.2 Кристалізація етану
  • 2.3 Горіння етану
  • 2.4 Етан в атмосфері і в небесних тілах
• 3 Використання
  • 3.1 Виробництво етилену
  • 3.2 Підготовка основних хімічних речовин
  • 3.3 Холодоагент
• 4 Ризики етану
• 5 Посилання

Хімічна структура 

Етан являє собою молекулу з формулою С₂H₆, зазвичай розглядається як об'єднання двох метильних груп (-CH)₃) для утворення вуглеводню простої вуглець-вуглецевої зв'язком. Це також найпростіша органічна сполука після метану, представлена ​​наступним чином:

H₃С-СН₃

Атоми вуглецю в цій молекулі володіють sp гібридизацією³, тому молекулярні зв'язки присутні вільні обертання.

Також існує внутрішнє явище етану, яке засноване на обертанні молекулярної структури того ж самого і мінімальної енергії, необхідної для отримання обертання зв'язку на 360 градусів, яку вчені назвали «етановим бар'єром».

З цієї причини етан може відбуватися в різних конфігураціях відповідно до його обертання, навіть якщо його більш стабільна конформація існує там, де водні є протилежними один одному (як показано на малюнку).

Синтез етану

Етан може бути легко синтезований з електролізу Колбе, органічної реакції, в якій відбуваються два етапи: електрохімічне декарбоксилювання (видалення карбоксильної групи і викид діоксиду вуглецю) двох карбонових кислот, а також комбінація продуктів проміжні сполуки для утворення ковалентного зв'язку.

Аналогічно, електроліз оцтової кислоти призводить до утворення етану і діоксиду вуглецю, і ця реакція використовується для синтезу першої.

Окислення оцтового ангідриду дією пероксидів, концепція, подібна до такої електролізу Колбе, також призводить до утворення етану.

Таким же чином, його можна ефективно відділити від природного газу і метану в процесі зрідження, використовуючи кріогенні системи для захоплення цього газу і відокремити його від сумішей з іншими газами..

Процес розширення турбонаддува є кращим для цієї ролі: газову суміш пропускають через турбіну, генеруючи її розширення, поки її температура не опуститься нижче -100ºC.

Вже в цей момент компоненти суміші можуть бути диференційовані, так що рідкий етан буде відокремлений від газоподібного метану і інших видів, що беруть участь у перегонці.

Властивості

Етан зустрічається в природі як безбарвний газ без запаху при стандартних тисках і температурах (1 атм і 25 ° С). Вона має температуру кипіння -88,5 ºC і температуру плавлення -182,8 ºC. Крім того, на нього не впливає вплив сильних кислот або підстав.

Розчинність етанолу

Молекули етану мають симетричну конфігурацію і мають слабкі сили тяжіння, які утримують їх разом, називаються силами дисперсії.

Коли етан намагається розчинятися у воді, сили притягання, що утворюються між газом і рідиною, є дуже слабкими, так що дуже важко приєднатися до етану з молекулами води.

З цієї причини розчинність етану є значно низькою, трохи збільшуючись при підвищенні тиску в системі.

Кристалізація етану

Етан може бути затверділим, що призводить до утворення нестабільних кристалів етану з кубічною кристалічною структурою.

При зниженні температури за -183,2 ° С ця структура стає моноклінною, збільшуючи стабільність її молекули.

Горіння етан

Цей вуглеводень, незважаючи на те, що він не широко використовується в якості палива, може бути використаний в процесах горіння для отримання вуглекислого газу, води і тепла, що представлено наступним чином:

2С₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 3120 кДж

Існує також можливість спалювання цієї молекули без надлишку кисню, який відомий як "неповне згоряння", і який призводить до утворення аморфного вуглецю і монооксиду вуглецю в небажаній реакції в залежності від кількості нанесеного кисню :

2С₂H₆ + 30₂ → 4C + 6H₂O + Тепло

2С₂H₆ + 4O₂ → 2C + 2CO + 6H₂O + Тепло

2С₂H₆ + 5O₂ → 4CO + 6H₂O + Тепло

У цій області горіння відбувається через серію вільнорадикальних реакцій, які пронумеровані в сотнях різних реакцій. Наприклад, такі сполуки, як формальдегід, ацетальдегід, метан, метанол і етанол, можуть утворюватися в реакціях неповного згоряння..

Це буде залежати від умов, в яких відбувається реакція, і від участі вільнорадикальних реакцій. Етилен також може бути утворений при високих температурах (600-900 ºC), що є продуктом, який дуже бажаний для промисловості.

Етан в атмосфері і небесних тілах

Етан присутній в атмосфері планети Земля в слідах, і підозрюється, що людині вдалося подвоїти цю концентрацію, оскільки він почав займатися промисловою діяльністю..

Вчені вважають, що більша частина поточної присутності етану в атмосфері обумовлена ​​спалюванням викопного палива, хоча глобальна емісія етану зменшилася майже вдвічі після вдосконалення технологій виробництва сланцевого газу ( джерело природного газу).

Цей вид також виробляється природним чином завдяки впливу сонячних променів на атмосферний метан, який рекомбінує і утворює молекулу етану.

Етан існує в рідкому стані на поверхні Титану, одного з супутників Сатурна. Це відбувається в більшій кількості в річці Від Флуміна, яка протікає понад 400 кілометрів до одного з його морів. Про це також свідчила ця сполука на кометах і на поверхні Плутона.

Використання

Виробництво етилену

Використання етану базується головним чином на виробництві етилену, найбільш широко використовуваного органічного продукту у світовому виробництві, за допомогою процесу, відомого як крекінг з парою..

Цей процес складається з пропускання подачі етану, розведеного парою в піч, швидко нагріваючи його без кисню.

Реакція відбувається при надзвичайно високій температурі (між 850 і 900 ºC), але час перебування (час, витрачений на етан всередині печі) повинен бути коротким, щоб реакція була ефективною. При більш високих температурах утворюється більше етилену.

Підготовка основних хімікатів

Етан також вивчався як основний компонент у формуванні основних хімікатів. Окислювальне хлорування - один з процесів, що пропонуються для отримання вінілхлориду (компонента ПВХ), замінивши менш дорогі і складніші.

Охолоджуюча рідина

Нарешті, етан використовується в якості холодоагенту в звичайних кріогенних системах, а також демонструє здатність заморожувати невеликі зразки в лабораторії для аналізу.

Це дуже хороша заміна для води, яка триває довше, щоб охолодити делікатні зразки, а також може генерувати утворення шкідливих кристалів льоду.

Етанові ризики

-Етан має здатність запалюватися, особливо коли він зв'язується з повітрям. У відсотках від 3,0 до 12,5% об'єму етану в повітрі може утворюватися вибухова суміш.

-Це може обмежити кисень у повітрі, в якому він знаходиться, і з цієї причини він є фактором ризику задушення для людей і тварин, які присутні і піддаються впливу..

-Етан в замороженій рідкій формі може сильно спалювати шкіру, якщо він вступає в безпосередній контакт з нею, а також виступає в ролі кріогенної середовища для будь-якого об'єкту, до якого він торкається, заморожуючи його за хвилини.

-Пари рідкого етану важчі за повітря і зосереджені на землі, це може становити ризик запалення, що може викликати реакцію згоряння ланцюга.

-Проковтування етану може викликати нудоту, блювоту та внутрішню кровотечу. Вдихання, крім удушення, викликає головний біль, сплутаність і перепади настрою. Смерть внаслідок зупинки серця можлива при високих експозиціях.

-Вона являє собою парниковий газ, який разом з метаном і діоксидом вуглецю сприяє глобальному потепленню та зміні клімату, спричиненому забрудненням людини. На щастя, він менш багатий і міцний, ніж метан, і поглинає менше радіації, ніж це.

Список літератури

1. Britannica, E. (s.f.). Етан. Отримано з britannica.com
2. Nes, G. V. (s.f.). Однокристалічні структури і розподіли електронної густини етану, етилену та ацетилену. Відновлено з rug.nl
3. Сайти, G. (s.f.). Етан: джерела і раковини. Отримано з sites.google.com
4. SoftSchools. (s.f.). Формула етан. Відновлено з softschools.com
5. Вікіпедія. (s.f.). Етан. Отримано з en.wikipedia.org