- Химическая структура
- Синтез этана
- свойства
- Растворимость этана
- Кристаллизация этана
- Сжигание этана
- Этан в атмосфере и на небесных телах
- Приложения
- Производство этилена
- Основное химическое образование
- холодильный
- Риски этана
- Ссылки
Этана представляет собой простой углеводород формулу C 2 H 6 с природой цвета и запахом газа , имеющим высокую ценного и разнообразное применение в синтезе этилена. Кроме того, это один из земных газов, который также был обнаружен на других планетах и звездных телах вокруг Солнечной системы. Его открыл ученый Майкл Фарадей в 1834 году.
Среди большого количества органических соединений, образованных атомами углерода и водорода (известных как углеводороды), есть такие, которые находятся в газообразном состоянии при температуре и давлении окружающей среды и широко используются во многих отраслях промышленности.
Обычно они поступают из газовой смеси, называемой «природным газом», продукта высокой ценности для человечества, и составляют, среди прочего, алканы типа метана, этана, пропана и бутана; классифицируется по количеству атомов углерода в его цепи.
Химическая структура
Этан представляет собой молекулу с формулой C 2 H 6 , обычно рассматриваемую как объединение двух метильных групп (-CH 3 ) с образованием углеводорода одной углерод-углеродной связи. Кроме того, это простейшее органическое соединение после метана, представленное следующим образом:
H 3 C-CH 3
Атомы углерода в этой молекуле имеют гибридизацию типа sp 3 , поэтому молекулярные связи демонстрируют свободное вращение.
Точно так же существует внутреннее явление этана, которое основано на вращении его молекулярной структуры и минимальной энергии, необходимой для вращения связи на 360 градусов, что ученые назвали «этановым барьером».
По этой причине этан может появляться в различных конфигурациях в зависимости от его вращения, даже если его наиболее стабильная конформация существует, когда атомы водорода расположены напротив друг друга (как показано на рисунке).
Автор Jslipscomb, из Wikimedia Commons
Синтез этана
Этан можно легко синтезировать с помощью электролиза Кольбе, органической реакции, в которой происходят две стадии: электрохимическое декарбоксилирование (удаление карбоксильной группы и высвобождение диоксида углерода) двух карбоновых кислот и сочетание продуктов промежуточные соединения с образованием ковалентной связи.
Точно так же электролиз уксусной кислоты приводит к образованию этана и диоксида углерода, и эта реакция используется для синтеза первых.
Окисление уксусного ангидрида под действием пероксидов, концепция, аналогичная принципу электролиза Кольбе, также приводит к образованию этана.
Таким же образом его можно эффективно отделить от природного газа и метана с помощью процесса сжижения, используя криогенные системы для улавливания этого газа и отделения его от смесей с другими газами.
Для этой роли предпочтителен процесс турбонаддува: газовая смесь проходит через турбину, вызывая ее расширение, пока ее температура не упадет ниже -100ºC.
Уже на этом этапе компоненты смеси могут быть дифференцированы, поэтому жидкий этан будет отделен от газообразного метана и других частиц, связанных с использованием дистилляции.
свойства
Этан встречается в природе в виде бесцветного газа без запаха при стандартных давлениях и температурах (1 атм и 25 ° C). Он имеет температуру кипения -88,5 ºC и точку плавления -182,8 ºC. Кроме того, он не подвержен воздействию сильных кислот или оснований.
Растворимость этана
Молекулы этана симметричны по конфигурации и имеют слабые силы притяжения, удерживающие их вместе, называемые силами дисперсии.
Когда этан пытаются растворить в воде, силы притяжения, возникающие между газом и жидкостью, очень слабы, поэтому этану очень трудно связываться с молекулами воды.
По этой причине растворимость этана значительно ниже и немного увеличивается при повышении давления в системе.
Кристаллизация этана
Этан может затвердеть, что приведет к образованию нестабильных кристаллов этана с кубической кристаллической структурой.
При понижении температуры выше -183,2 ºC эта структура становится моноклинной, повышая стабильность ее молекулы.
Сжигание этана
Этот углеводород, хотя он широко не используется в качестве топлива, может использоваться в процессах сгорания для выработки двуокиси углерода, воды и тепла, что представлено следующим образом:
2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O + 3120 кДж
Также существует возможность сжигания этой молекулы без избытка кислорода, что известно как «неполное сгорание» и которое приводит к образованию аморфного углерода и монооксида углерода в нежелательной реакции, в зависимости от количества применяемого кислорода. :
2C 2 H 6 + 3O 2 → 4C + 6H 2 O + Тепло
2C 2 H 6 + 4O 2 → 2C + 2CO + 6H 2 O + Тепло
2C 2 H 6 + 5O 2 → 4CO + 6H 2 O + Тепло
В этой области горение происходит в результате серии свободнорадикальных реакций, которые насчитывают сотни различных реакций. Например, реакции неполного сгорания могут образовывать такие соединения, как формальдегид, ацетальдегид, метан, метанол и этанол.
Это будет зависеть от условий, в которых протекает реакция, и вовлеченных свободнорадикальных реакций. Этилен также может образовываться при высоких температурах (600-900 ° C), что является очень востребованным промышленностью продуктом.
Этан в атмосфере и на небесных телах
Этан присутствует в атмосфере планеты Земля в следовых количествах, и предполагается, что людям удалось удвоить эту концентрацию с тех пор, как они начали заниматься промышленной деятельностью.
Ученые считают, что нынешнее присутствие этана в атмосфере в значительной степени связано с сжиганием ископаемого топлива, хотя глобальные выбросы этана сократились почти вдвое, так как технологии добычи сланцевого газа были улучшены (a источник природного газа).
Этот вид также образуется естественным путем под воздействием солнечного света на атмосферный метан, который рекомбинирует и образует молекулу этана.
Этан существует в жидком состоянии на поверхности Титана, одного из спутников Сатурна. В большем количестве это происходит в реке Вид-Флумина, которая протекает более чем на 400 километров в сторону одного из ее морей. Это соединение также было обнаружено на кометах и на поверхности Плутона.
Приложения
Производство этилена
Использование этана в основном основано на производстве этилена, наиболее широко используемого органического продукта в мире, с помощью процесса, известного как парофазный крекинг.
Этот процесс включает подачу разбавленного паром этана в печь, быстро нагревая ее без кислорода.
Реакция происходит при чрезвычайно высокой температуре (от 850 до 900 ° C), но время пребывания (время, которое этан проводит в печи) должно быть коротким, чтобы реакция была эффективной. При более высоких температурах образуется больше этилена.
Основное химическое образование
Этан также был изучен как главный компонент при образовании основных химических веществ. Окислительное хлорирование - один из предлагаемых способов получения винилхлорида (компонента ПВХ), заменяющий другие менее экономичные и более сложные.
холодильный
Наконец, этан используется в качестве хладагента в обычных криогенных системах, что также демонстрирует способность замораживать небольшие образцы в лаборатории для анализа.
Это очень хороший заменитель воды, которая требует больше времени для охлаждения хрупких образцов, а также может вызывать образование вредных кристаллов льда.
Риски этана
-Этан обладает способностью воспламеняться, в основном, когда он связывается с воздухом. При содержании этана в воздухе от 3,0 до 12,5% может образоваться взрывоопасная смесь.
-Он может ограничивать содержание кислорода в воздухе, в котором он находится, и по этой причине представляет собой фактор риска удушья для людей и животных, которые присутствуют и подвергаются воздействию.
-Этан в замороженной жидкой форме может серьезно обжечь кожу при прямом контакте с ней, а также действовать как криогенная среда для любого объекта, которого он касается, мгновенно замораживая его.
- Пары жидкого этана тяжелее воздуха и концентрируются на земле, это может представлять опасность возгорания, которое может вызвать цепную реакцию горения.
-Поглощение этана может вызвать тошноту, рвоту и внутреннее кровотечение. Вдыхание, помимо удушья, вызывает головные боли, спутанность сознания и перепады настроения. Смерть от остановки сердца возможна при высоких дозах облучения.
-Представляет собой парниковый газ, который вместе с метаном и углекислым газом способствует глобальному потеплению и изменению климата, вызванному загрязнением человека. К счастью, он менее распространен и долговечен, чем метан, и поглощает меньше излучения, чем метан.
Ссылки
- Британника, Э. (nd). Этан. Получено с britannica.com
- Нес, Г.В. (nd). Монокристаллические структуры и распределения электронной плотности этана, этилена и ацетилена. Восстановлено с rug.nl
- Сайты, Г. (сф). Этан: источники и стоки. Получено с sites.google.com
- SoftSchools. (SF). Формула этана. Получено с softschools.com
- Wikipedia. (SF). Этан. Получено с en.wikipedia.org